抗晶晶 曹翔

腦卒中是我國(guó)居民第一位致殘、致死的病因，給家庭和社會(huì)帶來巨大的負(fù)擔(dān)[1-2]。缺血性腦卒中是卒中最常見的疾病類型，占腦卒中的80%左右，其發(fā)病原因一般是由于血栓形成或栓塞堵塞血管造成血流突然中斷，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的腦功能障礙。因此，治療缺血性腦卒中最有效的方法是快速恢復(fù)腦血流，然而在血流恢復(fù)過程中可引起機(jī)體發(fā)生一系列復(fù)雜的病理和生理變化，主要包括氧化應(yīng)激、興奮性氨基酸毒性、免疫炎癥以及細(xì)胞凋亡等，這一過程被稱為“缺血-再灌注損傷”(cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI)。越來越多的研究表明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)參與了CIRI的過程，在缺血性腦卒中的發(fā)生、發(fā)展中扮演重要角色[3]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一種交織分布在細(xì)胞質(zhì)中高度分化的細(xì)胞器，分為光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)兩種，其中糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在蛋白質(zhì)的合成、折疊及轉(zhuǎn)運(yùn)，維持鈣穩(wěn)態(tài)等多種細(xì)胞生理過程中發(fā)揮作用。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)細(xì)胞環(huán)境的變化非常敏感，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)或者脂質(zhì)合成障礙、鈣穩(wěn)態(tài)失衡時(shí)即會(huì)引發(fā)ERS[4]。在ERS的早期，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)迅速啟動(dòng)自我保護(hù)的防御機(jī)制，從而可繼續(xù)維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定；但當(dāng)刺激持續(xù)且劇烈時(shí)，如腦缺血缺氧及隨后發(fā)生的CIRI則會(huì)打亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，造成大量錯(cuò)誤的、未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中聚集，激活未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)，該反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步加重腦損傷，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)引發(fā)細(xì)胞凋亡[5-6]。UPR是目前研究最為清楚的介導(dǎo)ERS的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?，F(xiàn)就近年來ERS在缺血性腦卒中發(fā)病機(jī)制中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 ERS信號(hào)通路中的關(guān)鍵分子

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上存在3個(gè)功能明確的跨膜感受器，分別是雙鏈RNA依賴的蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PKR-like ER-resident kinase，PERK)、需肌醇酶1(inositol requiring kinase-1，IRE1)、轉(zhuǎn)錄激活因子6(activating transcription factor-6，ATF6)[7]。在正常生理情況下，PERK、IRE1、ATF6均與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶葡萄糖蛋白78(glucose-regulated protein 78，GRP78)結(jié)合，處于失活的狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生UPR時(shí)，未折疊的蛋白增多，GRP78與PERK、IRE1、ATF6分離而與未折疊的蛋白結(jié)合，這可導(dǎo)致3種跨膜蛋白發(fā)生自身磷酸化，從而激活一系列的信號(hào)通路。當(dāng)應(yīng)激嚴(yán)重時(shí)，下游的凋亡誘導(dǎo)蛋白CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(CCAAT/enhancer-binding protein homologous protein，CHOP)、c-Jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase，JNK)和半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-12(cysteine-containing aspartate-specific proteases-12，caspase-12)等凋亡通路啟動(dòng)，從而消除受損細(xì)胞。

1.1 PERKPERK是真核生物中最保守的UPR通路，最先在胰腺中被發(fā)現(xiàn)。一旦發(fā)生UPR，PERK通過激活下游真核生物起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2α，eIF2α)來減緩新生蛋白的合成，從而減少未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的蓄積[8]。磷酸化的eIF2α又可促進(jìn)轉(zhuǎn)錄激活因子4(activating transcription factor 4，ATF4)以及CHOP等蛋白的表達(dá)，引起一系列生理過程[9]。

1.2 IRE1IRE1最先在酵母中被發(fā)現(xiàn)，其通過二聚化后磷酸化，繼而激活下游多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子[10]。最主要的下游分子是X盒結(jié)合蛋白1(X-box-binding protein 1，XBP1)，磷酸化的IRE1通過剪切XBP1，一方面可促進(jìn)GRP78合成，另一方面可加速內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白降解，從而減少未折疊蛋白積累。IRE1還可通過與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(tumor necrosis factor receptor associated factor 2，TRAF2)物理結(jié)合，激活JNK和核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)，引起細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，參與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展[11]。

1.3 ATF6在ERS狀態(tài)下，ATF6同時(shí)被活化，激活的ATF6從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體并被蛋白酶S1P和S2P降解，活性剪切后的ATF6進(jìn)入細(xì)胞核增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶蛋白的轉(zhuǎn)錄，從而對(duì)未折疊蛋白進(jìn)行降解[12]。與此同時(shí)，ATF6還可參與IRE1通路以及激活CHOP等引發(fā)細(xì)胞凋亡。

由此可見，適度的ERS是細(xì)胞對(duì)外界刺激的一種反應(yīng)，通過啟動(dòng)UPR以及下游一系列井然有序的信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞進(jìn)行保護(hù)。但過度的ERS會(huì)導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能失常，UPR進(jìn)一步啟動(dòng)細(xì)胞凋亡、炎癥等破壞程序促進(jìn)疾病進(jìn)展，導(dǎo)致預(yù)后不良。

2 ERS參與缺血性腦卒中發(fā)病的機(jī)制

2.1 介導(dǎo)凋亡反應(yīng)參與缺血性腦卒中ERS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡是有別于線粒體損傷途徑(內(nèi)源性途徑)和死亡受體活化途徑(外源性途徑)的一種新的凋亡方式，但此三者間相互聯(lián)系，形成了一個(gè)完整的凋亡網(wǎng)絡(luò)。CHOP、JNK和caspase-12被認(rèn)為是ERS中的3條主要凋亡通路。

研究發(fā)現(xiàn)，缺血性腦卒中發(fā)生后PERK與分子伴侶蛋白GRP78分離，之后PERK磷酸化激活下游CHOP促凋亡信號(hào)[13-14]。CHOP是ERS介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的標(biāo)志蛋白，研究表明CHOP能夠下調(diào)B細(xì)胞淋巴瘤-2基因(Bcl-2)編碼的抗凋亡蛋白Bcl-2和其相關(guān)的x基因編碼的促凋亡蛋白Bax的比值，并且促進(jìn)caspase-3的切割，從而增加腦缺血后ERS和氧化損傷[15]。Split1多毛增強(qiáng)子(hairy and enhancer of split 1，Hes1)是神經(jīng)系統(tǒng)中非常重要的一種轉(zhuǎn)錄因子，Hes1基因敲除可加重缺血性腦損傷，其機(jī)制與PERK/eIF2a/ATF4/CHOP誘導(dǎo)的凋亡有關(guān)[16]。缺血后腦組織中的谷胱甘肽(glutathione，GSH)水平顯著降低，導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平增高，ROS是ERS的強(qiáng)誘導(dǎo)劑，可明顯誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。γ-谷氨酰半胱氨酸(γ-glutamylcysteine，γ-GC)是GSH的直接前體物質(zhì)，體內(nèi)外研究證實(shí)γ-GC可顯著減少缺血性腦損傷和神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡，轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究結(jié)果提示這一過程與γ-GC抑制CHOP介導(dǎo)的凋亡有關(guān)[13]。磷酸二酯酶(phosphodiesterase 4，PDE4)的抑制被認(rèn)為可減少缺血后神經(jīng)元的凋亡，然而其內(nèi)在的機(jī)制尚不清楚。Xu等研究發(fā)現(xiàn)，藥理性抑制PDE4可減少ROS生成，降低受損神經(jīng)元中過度的ERS，這一腦保護(hù)過程與PERK/eIF2a/CHOP通路密切相關(guān)[17]。

IRE1是ERS介導(dǎo)凋亡的另一個(gè)重要媒介，UPR發(fā)生后IRE1與TRAF2結(jié)合進(jìn)而激活下游JNK蛋白，活化的JNK被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，誘導(dǎo)下游凋亡基因和配體蛋白(如FasL和TNF-α)的表達(dá)，最終以轉(zhuǎn)錄依賴的方式啟動(dòng)死亡受體凋亡途徑。此外，在缺血性腦卒中動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，JNK與CHOP的作用類似，也可通過上調(diào)促凋亡蛋白的表達(dá)、抑制抗凋亡蛋白的活性來介導(dǎo)線粒體凋亡途徑[18]。褪黑素已顯示出對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的潛在保護(hù)作用，CIRI可顯著引起ERS和自噬。近期研究發(fā)現(xiàn)褪黑素通過抑制IRE1介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡緩解神經(jīng)功能缺損程度[19]。羅氟司特是FDA批準(zhǔn)的治療慢性阻塞性肺疾病的藥物，近來研究發(fā)現(xiàn)其還可以通過減少小鼠腦梗死體積、降低神經(jīng)功能評(píng)分以及減低IRE1和JNK的磷酸化水平發(fā)揮缺血性腦損傷的保護(hù)作用[20]。

caspase-12一般以非活性的形式定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的外膜，僅在ERS的過程中被激活。腦缺血發(fā)生后，會(huì)引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的鈣穩(wěn)態(tài)失衡，過量的鈣離子會(huì)切割內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的caspase-12前體蛋白，造成caspase-12被激活并釋放到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而激活下游caspase-9和caspase-3，誘導(dǎo)凋亡。已有研究證實(shí)，永久性和暫時(shí)性的缺血性腦卒中小鼠模型均存在caspase-12的激活，同時(shí)caspase-12陽(yáng)性的神經(jīng)元細(xì)胞存在更多的DNA斷裂與損傷，而caspase-12基因缺失的小鼠能夠抵抗ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[21]。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)亦證實(shí)氧糖剝奪處理可導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞caspase-12的激活。研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后側(cè)腦室注射JNK的抑制劑SP600125不僅可抑制腦組織JNK的激活，還可減少caspase-12的切割，表明JNK也參與了caspase-12的活化[22]。de la Cadena等對(duì)體外海馬神經(jīng)元進(jìn)行氧糖剝奪處理后還發(fā)現(xiàn)，抑制細(xì)胞內(nèi)caspase-7和鈣蛋白酶可以顯著減少caspase-12激活，提高神經(jīng)元的存活[23]?；A(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)的caspase-12誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡機(jī)制是否與人類類似仍有爭(zhēng)議。有研究結(jié)果顯示，人體內(nèi)的caspase-4與嚙齒動(dòng)物的caspase-12具有高度的同源性，同樣定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上，人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞經(jīng)ERS誘導(dǎo)劑處理后發(fā)生切割并激活，小干擾RNA敲低該細(xì)胞中caspase-4的表達(dá)，可減少ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[24]。

2.2 介導(dǎo)炎癥反應(yīng)參與缺血性腦卒中炎癥反應(yīng)在缺血性腦卒中的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，過度的炎癥反應(yīng)會(huì)促進(jìn)神經(jīng)元凋亡加重腦損傷。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)固有的免疫細(xì)胞，介導(dǎo)缺血性腦卒中后的炎癥反應(yīng)[25]。NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)通路被認(rèn)為是與腦缺血后小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)最為相關(guān)的通路，且受ERS的多重調(diào)控。

當(dāng)細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)，NF-κB與其抑制因子(inhibitor of NF-κB，IκB)結(jié)合共定位于胞漿中，一旦激活，IκB磷酸化后泛素化降解，NF-κB被釋放、磷酸化后移位進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)ERS發(fā)生時(shí)，活化的IRE1招募IκB激酶(IκB kinase-alpha，IKK)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的附近形成IRE1-IKK-TRAF2三元復(fù)合物，導(dǎo)致IκB的磷酸化和泛素化降解，從而促進(jìn)NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核特異性結(jié)合在多種促炎因子的啟動(dòng)子或者增強(qiáng)子區(qū)，造成如白細(xì)胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、IL-6和TNF-α的大量表達(dá)，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞死亡[26]。此外，針對(duì)炎癥性腸病的研究發(fā)現(xiàn)，抑制腸上皮細(xì)胞中ATF6信號(hào)通路也可顯著減少NF-κB的激活及下游炎性細(xì)胞因子的表達(dá)[12]。ROS是ERS的強(qiáng)誘導(dǎo)劑，已被證實(shí)可激活NF-κB。Pan等研究發(fā)現(xiàn)了一種新穎的化合物Xyloketal B，可通過抑制ROS激活的NF-κB促炎信號(hào)減輕缺血性腦卒中模型小鼠的神經(jīng)功能缺損[27]。

JNK是MAPK信號(hào)通路的一員，研究發(fā)現(xiàn)IRE1誘導(dǎo)的JNK激活不僅參與凋亡的傳導(dǎo)，還可以介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。JNK活化后可以通過激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)促進(jìn)多種炎性因子的轉(zhuǎn)錄。抑制MAPK信號(hào)通路可以減輕動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)中的ERS和炎癥反應(yīng)[28]。一般而言，缺血性腦卒中的炎癥反應(yīng)和ERS是雙向的，不僅ERS可誘導(dǎo)炎癥、促進(jìn)炎癥因子釋放，反過來炎癥因子也會(huì)加速ERS的激活，導(dǎo)致更重的炎癥反應(yīng)發(fā)生。

2.3 ERS參與AS的發(fā)生和發(fā)展AS是動(dòng)脈壁的一種慢性代謝性病變，以脂質(zhì)沉積和持續(xù)的無(wú)菌性炎癥為主要特征，可引起相應(yīng)動(dòng)脈的狹窄或血栓形成，從而導(dǎo)致缺血的發(fā)生。AS被認(rèn)為是缺血性心腦血管病變的基礎(chǔ)，也是缺血性腦卒中最重要的危險(xiǎn)因素。最近研究表明，ERS是AS發(fā)生和發(fā)展中的一個(gè)重要過程[29]。

當(dāng)血管內(nèi)皮細(xì)胞受損后，血管的通透性增加，內(nèi)皮下的巨噬細(xì)胞內(nèi)化脂蛋白顆粒后變成泡沫細(xì)胞，將導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)一步損傷，隨后大量的泡沫細(xì)胞沉積在血管內(nèi)膜中是AS的初始因素。Su等研究發(fā)現(xiàn)，靶向抑制內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的血管生長(zhǎng)素可明顯升高ERS并增加黏附分子的表達(dá)，這些變化加速了AS的病情發(fā)展[30]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，敲低內(nèi)皮細(xì)胞中的布魯頓絡(luò)氨酸激酶可通過降低ERS程度抑制氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[31]。一項(xiàng)臨床研究通過對(duì)頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)取得的斑塊進(jìn)行免疫組織學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，ERS標(biāo)志物GRP78和CHOP的表達(dá)與臨床斑塊不穩(wěn)定性顯著相關(guān)，同時(shí)斑塊內(nèi)的巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞中也檢測(cè)到了ERS標(biāo)記蛋白的高表達(dá)[32]。此外，動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充芝麻醇或者銀杏葉提取物可以通過抑制ERS減輕AS[33-34]。上述研究均證實(shí)ERS參與并促進(jìn)了AS的發(fā)生和發(fā)展。

3 總結(jié)和展望

綜上所述，缺血性腦卒中后ERS相關(guān)通路會(huì)發(fā)生激活，其下游各種蛋白和轉(zhuǎn)錄因子受腦損傷程度以及持續(xù)時(shí)間不同的影響而在腦組織神經(jīng)細(xì)胞的損傷中發(fā)揮不同作用。輕度的ERS具有神經(jīng)保護(hù)作用，而過度的ERS則促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、AS的發(fā)展，加重腦損傷。因此，ERS可作為缺血性腦卒中的干預(yù)靶點(diǎn)，更好地了解ERS涉及的多種機(jī)制，將為缺血性腦卒中提供新的預(yù)防途徑。

與此同時(shí)，在缺血性腦卒中的發(fā)生和發(fā)展過程中，如何利用ERS的保護(hù)功能、抑制過度應(yīng)激的產(chǎn)生，這對(duì)提高疾病的預(yù)后至關(guān)重要。目前盡管一些具有抑制ERS功能的藥物，如褪黑素[19]、羅氟司特[20]等在缺血性腦卒中動(dòng)物模型中已被證實(shí)有效，但其在臨床試驗(yàn)中的研究卻很少。因此，針對(duì)ERS各個(gè)關(guān)鍵蛋白研發(fā)新的、有效的靶向阻斷劑將是腦卒中患者和神經(jīng)科醫(yī)生所迫切希望看到的，這些將成為今后ERS在缺血性腦卒中研究的重點(diǎn)。