王小剛 趙 嫻 李 悅 屈艷偉 張 寧 呂沛然

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，陜西省咸陽市 712046)

【提要】 脂質(zhì)代謝紊亂是由脂類及其代謝產(chǎn)物含量發(fā)生異常變化所導(dǎo)致的一種病理狀態(tài)，可誘發(fā)高脂血癥、動脈粥樣硬化等多種慢性疾病。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細胞中重要的細胞器，在細胞生理活動中扮演著重要的角色，是體內(nèi)合成脂質(zhì)與蛋白質(zhì)的主要場所。脂質(zhì)代謝紊亂、氧化應(yīng)激、缺氧和炎癥反應(yīng)等，均可破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)而引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。本文聚焦脂質(zhì)代謝紊亂狀態(tài)下與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的肌醇需求酶1、激活轉(zhuǎn)錄因子6、蛋白激酶RNA樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶等通路，并對其與脂質(zhì)代謝紊亂之間關(guān)系的研究進展進行綜述，以期為深入認識內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在脂質(zhì)代謝紊亂中的作用機制提供參考。

脂質(zhì)代謝紊亂是指由遺傳、激素、神經(jīng)體液、酶等因素引起的脂質(zhì)(脂類)及其代謝產(chǎn)物含量異常變化，是誘發(fā)高脂血癥、冠心病、高血壓、肥胖癥、2型糖尿病及脂肪肝等慢性代謝疾病的重要危險因素之一[1-3]。我國血脂異常患病率高達40.40%[4]。一項橫斷面調(diào)查顯示，在我國東北地區(qū)接受調(diào)查的40歲及以上18 796名居民中，血脂異常的粗患病率為35.8%，且城市居民及女性的患病率高于其他人群[5]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)、脂質(zhì)(包括膽固醇、三酰甘油、磷脂)和糖類的重要場所，同時也是細胞內(nèi)鈣離子的儲存場所。酒精性脂肪肝病、非酒精性脂肪肝炎、病毒性肝炎等多種肝臟疾病的發(fā)生均與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激密切相關(guān)[6-7]。因此，本文就內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及其與脂質(zhì)代謝紊亂之間關(guān)系的研究進展進行綜述，以期為深入認識內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在脂質(zhì)代謝紊亂中的作用機制提供參考。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與未折疊蛋白反應(yīng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激本質(zhì)上是一種重要的機體自我防御機制，其目的是維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定以保證其正常的生理功能。氧化應(yīng)激、卵磷脂合成障礙、鈣代謝紊亂等均可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能失衡，從而引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可引起未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)，UPR可使蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中大量積累，當其積累量超過分子伴侶輔助折疊的能力和降解系統(tǒng)清除錯誤蛋白的限度時，即可造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)損傷，并通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，激活下游包括UPR在內(nèi)的信號通路，使得蛋白質(zhì)折疊功能恢復(fù)或者細胞死亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激所介導(dǎo)的UPR與細胞內(nèi)脂質(zhì)代謝及細胞凋亡信號通路等密切相關(guān)。作為脂質(zhì)代謝的中樞，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)必須感知和響應(yīng)脂質(zhì)水平的波動和機體對脂質(zhì)的需求，以維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可通過多種機制來調(diào)控代謝途徑，包括調(diào)控與脂質(zhì)合成相關(guān)的基因表達的轉(zhuǎn)錄程序、酶活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)器，以及酶活性的翻譯后修飾(如磷酸化)等[8]。此外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也參與了脂肪酸代謝和類固醇激素的合成[6]。肝細胞中有大量內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分布，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與了諸多肝臟疾病的發(fā)生[9]。因此，保護內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能穩(wěn)定，對改善或調(diào)控脂質(zhì)代謝紊亂具有重要意義。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激/UPR相關(guān)通路

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是脂質(zhì)代謝紊亂病理過程的重要環(huán)節(jié)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激/UPR主要包括3條通路，即肌醇需求酶1(inositol-requiring enzyme 1，IRE1)通路、激活轉(zhuǎn)錄因子(activating transcription factor，ATF)6通路和蛋白激酶RNA樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase,PERK)通路。

2.1 IRE1通路 IRE1通路是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的三大通路之一。IRE1可分為IRE1α和IRE1β，其中IRE1α主要參與三酰甘油的合成和極低密度脂蛋白的合成、分泌。正常生理狀態(tài)下，IRE1α與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶GRP78以結(jié)合形式存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，處于非活化狀態(tài)；發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，GRP78可與IRE1α發(fā)生解離，引起自體磷酸化，GRP78增多，并激活自身RNA酶的活性及IRE1α信號通路，觸發(fā)X-盒結(jié)合蛋白1(X-box binding protein l,XBP1)mRNA的非常規(guī)細胞質(zhì)剪接，使下游的XBP1轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定且具有轉(zhuǎn)錄活性的轉(zhuǎn)錄因子，加速并導(dǎo)致三酰甘油在體內(nèi)的合成與積聚[10]。乳糜微粒是由腸道合成的特殊載體，用于運輸脂肪和脂溶性維生素。研究表明，高脂飲食可降低野生型小鼠腸道中IRE1β mRNA的表達，同時使IRE1β-/- 小鼠更容易發(fā)生高脂血癥；與野生型小鼠相比，IRE1β-/-小鼠分泌的乳糜微粒增多，腸道微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)移蛋白表達上調(diào)，且動脈粥樣硬化程度更嚴重[11]。在從膽固醇喂養(yǎng)的 IRE1β-/-小鼠腸道組織分離出的原代腸細胞中，乳糜微粒分泌增多，微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)移蛋白表達上升[12]。IRE1β主要表達于胃腸上皮細胞中，是微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)移蛋白表達下調(diào)的限制因素，其可加速微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)移蛋白的降解。乳糜微粒的組裝會暫時阻止蛋白質(zhì)翻譯，導(dǎo)致IRE1β直接識別，或者通過募集或激活另一種核酸內(nèi)切酶來識別微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)移蛋白mRNA。上述研究均表明IRE1β在調(diào)節(jié)微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)移蛋白和乳糜微粒生成中發(fā)揮了重要作用。

2.2 ATF6通路 ATF6是膜結(jié)合型轉(zhuǎn)錄因子，有ATF6α和ATF6β兩種構(gòu)型。正常生理狀態(tài)下，ATF6與GRP78以酶原結(jié)合的形式存在；發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，ATF6與GRP78發(fā)生解離并轉(zhuǎn)移到高爾基體，被高爾基體膜蛋白Site-1和 Site-2 酶切水解后發(fā)揮其活性作用[13]。ATF6的N端胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域移至細胞核，誘導(dǎo)UPR靶基因如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶、轉(zhuǎn)錄因子等的轉(zhuǎn)錄，并增強其促進細胞存活的蛋白質(zhì)折疊能力[14]。miR-103和miR-107具有抑制細胞增殖、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和炎癥的作用，其可加重內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的前脂肪細胞凋亡。過表達Wnt3a可抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的前脂肪細胞凋亡，而miR-103、miR-107則可抵消這種現(xiàn)象。ATF6是將miR-103、miR-107誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與細胞凋亡聯(lián)系起來的關(guān)鍵分子，其受Wnt3a/β-catenin信號通路下游的轉(zhuǎn)錄因子淋巴增強因子1調(diào)控，并與B細胞淋巴瘤2啟動子結(jié)合，進一步調(diào)節(jié)細胞凋亡[15]。由此可見，ATF6通路在前脂肪細胞凋亡過程中的關(guān)鍵作用。

2.3 PERK通路 在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激影響下，PERK二聚化并通過反式自磷酸化激活，通過與鳥苷三磷酸結(jié)合來阻斷蛋白質(zhì)的翻譯，緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白折疊負荷[16]。真核翻譯起始因子2α(eukaryotic translation-initiation factor 2α，eIF2α)被激活的PERK磷酸化后，會促進ATF4的翻譯[17]。正常情況下，只有當eIF2α磷酸化時才直接翻譯 ATF4[18]。而ATF4可參與氨基酸代謝、抗氧化反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。核因子E2相關(guān)因子2是PERK通路作用的底物，在正常生理狀態(tài)下其存在于細胞漿，并與Kelch樣ECH關(guān)聯(lián)蛋白1結(jié)合，PERK的磷酸化會導(dǎo)致上述復(fù)合物分離，將核因子E2相關(guān)因子 2轉(zhuǎn)移到細胞核并促使PERK去磷酸化，從而使PERK恢復(fù)至未激活狀態(tài)[19-21]。

研究表明，PERK/eIF2α/ATF4是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的重要通路之一，其可上調(diào)C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)及Sestrin-2的表達[22-23]。ATF4 mRNA表達水平升高可激活CHOP、生長停滯與DNA損害誘導(dǎo)蛋白34等應(yīng)激蛋白的表達。其中，CHOP是凋亡通路的下游蛋白，也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白GRP78下游的信號分子，其表達的高低可反映內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡水平[24]。CHOP蛋白的持續(xù)累積也可進一步促進ATF4表達，增強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。研究表明，敲除CHOP基因可顯著減少UPR的發(fā)生及錯誤折疊蛋白的聚集，從而減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激所誘發(fā)的細胞凋亡[25]。Sestrin-2可在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下誘導(dǎo)產(chǎn)生，一氧化碳可在PERK/eIF2α/ATF4通路刺激下進一步上調(diào)Sestrin-2表達，而高表達的Sestrin-2可通過激活腺苷酸活化蛋白激酶來抑制雷帕霉素復(fù)合物1的活性，促進自噬的激活，從而有效減少肝臟脂質(zhì)蓄積，改善肝脂肪變性[26]。有研究顯示，富含谷氨酰胺1蛋白作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，是UPR中PERK通路的關(guān)鍵效應(yīng)因子，在非酒精性脂肪性肝炎組織及肝硬化組織中，富含谷氨酰胺1蛋白轉(zhuǎn)錄水平亦上調(diào)[27]?？傊?，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的UPR與脂質(zhì)代謝和細胞凋亡等密切相關(guān)，并與諸多肝病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激/UPR與脂質(zhì)代謝

脂質(zhì)代謝所需的各種酶及蛋白廣泛分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，脂質(zhì)代謝首先從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)開始。肝臟是體內(nèi)脂肪及脂肪酸合成的主要來源，是體內(nèi)合成膽固醇最旺盛的器官。肝細胞內(nèi)脂質(zhì)代謝極為活躍，肝臟內(nèi)脂質(zhì)的去路主要包括線粒體/微粒體脂質(zhì)氧化及轉(zhuǎn)運出肝等[28]。

3.1 IRE1α-XBP1途徑 IRE1α-XBP1信號通路是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激/UPR通路中與肝臟脂質(zhì)代謝密切相關(guān)的關(guān)鍵通路，在調(diào)節(jié)肝臟極低密度脂蛋白的組裝和分泌中起著重要的作用。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中含有多種?；D(zhuǎn)移酶，其中合成三酰甘油最關(guān)鍵的蛋白為二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶2，XBP1可上調(diào)二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶2的表達，增加肝臟脂肪酸的合成；而抑制XBP1表達，可減少肝臟細胞三酰甘油的合成[29]。特異性敲除肝細胞中的IRE1α不影響三酰甘油的合成或分泌，但減少了脂質(zhì)分配到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，并影響富含三酰甘油的極低密度脂蛋白的組裝，導(dǎo)致三酰甘油在肝臟細胞中大量累積[30]。研究表明，在肝細胞中逆轉(zhuǎn)恢復(fù)XBP1的表達可治療由IRE1α缺陷所致的小鼠脂肪肝[31]。XBP1亦是減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，其可抑制脂肪生成相關(guān)基因的表達，減少飲食誘導(dǎo)的肥胖及胰島素抵抗小鼠肝臟中三酰甘油和二酰甘油的含量，并降低與脂肪肝相關(guān)的、導(dǎo)致胰島素抵抗的蛋白激酶C活性，改善肝脂肪變性[32]。

3.2 ATF6途徑 ATF6可在肝脂肪變性中起保護作用，其可減輕肝臟細胞中脂質(zhì)的過度積累，減少脂代謝紊亂相關(guān)疾病的發(fā)生。ATF6已成為一種新型代謝調(diào)節(jié)劑，腺病毒介導(dǎo)的ATF6顯性負形式的過度表達可增加小鼠發(fā)生肝脂肪變性的易感性，并可降低過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)α/維甲酸X受體復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄活性，減少肝細胞的耗氧。ATF6可增強 PPARα的轉(zhuǎn)錄活性，激活并觸發(fā) PPARα的下游靶分子。ATF6的表達還可促進肝臟中的脂肪酸氧化，并防止飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗小鼠的肝脂肪變性。因此，激活A(yù)TF6可成為改善肝功能和治療肥胖癥及肝脂肪變性的重要途徑[33]。此外，ATF6可上調(diào)載脂蛋白B-100基因的表達，增加極低密度脂蛋白的合成與分泌，從而減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激所引發(fā)的肝臟脂質(zhì)積累[34]。

3.3 PERK途徑 PERK/eIF2α通路在肝臟脂肪代謝中起著重要的作用。在棕櫚酸酯誘導(dǎo)的肝細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)中，PERK/eIF2α通路可增強 GADD153/CHOP的表達，減少載脂蛋白B分泌，促進脂肪變性，導(dǎo)致肝細胞中三酰甘油和膽固醇的積累[35]。在應(yīng)激狀態(tài)下，磷酸化的eIF2α可促進ATF4表達，進而誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子CHOP表達，通過破壞C/EBP的功能來抑制脂代謝相關(guān)基因的表達，進而引起脂肪酸氧化、脂蛋白分泌和其他脂質(zhì)代謝過程紊亂[36]，但激活PERK/eIF2α/ATF4通路可上調(diào)極低密度脂蛋白受體表達，對肝臟的三酰甘油水平和脂肪變性有重要影響[37]。有研究報告，硫化氫可促進PERK及eIF2α磷酸化，上調(diào)GRP78蛋白及mRNA表達，并可降低高脂飼養(yǎng)的載脂蛋白E基因敲除小鼠的血漿LDL水平，改善肝臟脂肪沉積和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能[38]。同源異形盒A5是同源異型盒基因家族中的重要成員，存在于全身脂肪組織中，其可參與調(diào)節(jié)脂肪組織功能，包括組織增殖、分化、凋亡及細胞炎癥等活動[39]。同源異形盒A5可抑制PERK/eIF2α信號通路進而減輕脂肪細胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，其還可通過激活小鼠脂肪組織中的 PPARγ通路來減輕炎癥反應(yīng)，并且激活的PPARγ通路可以促進M2型巨噬細胞的極化，減輕脂肪細胞的慢性炎癥[40]。

4 小 結(jié)

近年來，脂質(zhì)代謝紊亂的發(fā)病率持續(xù)升高，已成為相關(guān)學(xué)科的研究熱點。長期的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可導(dǎo)致脂質(zhì)代謝紊亂，故明確內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激關(guān)鍵信號途徑的分子作用對于脂質(zhì)代謝紊亂的診療至關(guān)重要。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)信號通路與脂質(zhì)代謝關(guān)系密切，其不但參與脂質(zhì)代謝的調(diào)控，還參與多種疾病的發(fā)生過程，導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病、肥胖、高脂血癥、糖尿病、非酒精性脂肪肝等的發(fā)生[41]。除IRE1、ATF6、PERK這3條主要的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路外，脂質(zhì)代謝亦與氧化應(yīng)激、腸道菌群等因素密切相關(guān)。今后針對脂質(zhì)代謝紊亂的研究不應(yīng)局限于單一通路，而應(yīng)拓展思路，采取多向性研究，探索治療新靶點。