相关疾病关系的研究进展
叶勇1，赵海霞2，张长城2
（1三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌443000；2三峡大学医学院）
摘要：细胞凋亡是指生理性或者病理性因素触发细胞内预存的死亡程序，内质网应激（ERS）在细胞凋亡过程中发挥着重要作用。氧化应激、Ca"稳态失衡及缺氧等可引起蛋白质在内质网内的折叠受到抑制，促使未折叠蛋白聚集，引起ERS，激活未折叠蛋白反应，若此反应持续存在，则可诱发细胞凋亡。ERS包括PERK、IRE1、ATF6三条经典的信号通路，由PERK介导的信号通路能快速减少蛋白质的合成，减轻内质网的负荷；IRE1和ATF6介导的信号通路能增加内质网分子伴侣蛋白的合成，增加内质网蛋白的折叠、转运和降解的能力，减轻内质网的负荷。 ERS参与了心肌缺血再灌注损伤、衰老、骨质疏松、肝硬化、肿瘤等疾病的发生发展男十对ERS进行干预有望成为凋亡相关疾病的重要靶点。
关键词：内质网应激；细胞凋亡；凋亡相关疾病
doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2019.17.028
中图分类号:R329.2文献标志码:A文章编号：1002-266X（2019）174098-04
细胞凋亡又称为程序性死亡，是指生理性或者病理性因素触发细胞内预存的死亡程序，导致细胞自主有序的死亡。与坏死不同，凋亡是主动过程，涉及一系列信号通路的激活与调控，与细胞增殖共同
维持体内细胞数量的动态平衡。研究表明，内质网 应激（ERS）、线粒体通路、死亡受体通路及氧化应激等均参与了细胞凋亡的发生发展，其中ERS是目前的研究热点［1>2］o内质网是由细胞内膜构成的封闭网状管道系统，是真核细胞内重要的细胞器，主要负
通信作者：张长城(E-mail:greatwall@ctgu.edu)
[21]Su V,Lau AF.Connexins:Mechanisms regulating protein levels
and intercellular communication[J].FEBS Lett,2014,88(8):
1212-1220.
[22]Liu P,Xia L,Zhang WL,et al.Identification of serum microR-
龙岗气田NAs as diagnostic and prognostic biomarkers for acute pancreatitis
[J].Pancreatology,2014,14(3)：159-166.
[23]Bi Y,Wang G,Liu X,et al.Low-after-high glucose down-regula
ted Cx43in H9c2cells by autophagy activation via cross-regulation
by the PI3K/Akt/mTOR and MEK/ERK(1/2)signal pathways
[J].Endocrine,2017,56(2)：336-345.
[24]李靖华，张涛，张胜逆，等.水通道蛋白-1及核因子k B在大鼠
重症急性胰腺炎肺损伤中的表达及意义[J].中华消化外科杂
志,2016,15(8)：830-835.
[25]刘多谋，黄鹤光，周武汉，等.白细胞介素-1|3对人脐静脉内皮
细胞结构及水通道蛋白-1的影响[].中华肝胆外科杂志，
2014,20(2)：142-145.责分泌型蛋白和膜蛋白的合成、折叠、修饰及运输，同时也是细胞内Ca2+的主
要储存库。在某些生理和病理条件下（如氧化应激、Ca2+稳态失衡及缺氧等）可引起蛋白质在内质网内的折叠受到抑制，促使未折叠蛋白聚集，激活未折叠蛋白反应，引起ERS o ERS包括未折叠蛋白反应、内质网相关性死亡和整合应激反应三个相互联系的动态过程，其中未折叠蛋白反应起重要作用［］。一定程度的ERS 有利于激活细胞的保护性适应机制，而ERS过强或持续时间过长，导致内质网的内稳态严重失衡，无法修复，则引起细胞凋亡［,］。因此，受损细胞往往会
[26]Zhang Z,Chen Z,Song Y,et al.Expression of aquaporin5in
creases proliferation and metastasis potential of lung cancer[J].J Pathol,2010,221(2)：210-220.
[27]Cao C,Sun Y,Healey S,et al.EGFR-mediated expression of
aquaporin-3is involved in human skin fibroblast migration[J].
Biochem J,2006,400(2)：225-234.
[28]Crockett SD,Wani S,Gardner TB,et al.American gastroenter
ological association institute guideline on initial management of acute pancreatitis[J].Gastroenterology,2018,154(4):1096-1101.
[29]陈康部•乌司他汀急性重症胰腺炎疗效观察[]•中国误
诊学杂志,011,1(30)：7353-7353.
[30]Xie Z,Chan E,Long LM,et al.High dose intravenous immuno
globulin therapy of the Systemic Capillary Leak Syndrome( Clarkson disease)J] .Am J Med,2015,128(1)：91-95.
(收稿日期：2019-01-21)
98
出现生存适应和凋亡两种结局⑷。ERS的反应程度决定了受损细胞的转归，因此测十对ERS进行干预有望成为凋亡相关疾病的重要靶点。现就ERS相关的信号通路及其与凋亡相关疾病的关系研究进展综述如下。
1ERS的信号通路
在生理状态下，内质网膜上的3类跨膜蛋白，即蛋白激酶样内质网激酶(PERK)，型内质网转膜蛋白激
酶(IRE1)和活化转录因子6(ATF6、，与腔内的内稳态感受器葡萄糖调节蛋白78(GRP78/BiP)处于结合状态，形成稳定的复合物，下游相关信号通路处于失活状态；当内质网腔内未折叠蛋白或错误折叠蛋白聚集时，GRP78/BiP感应信号，与跨膜蛋白PERK、IRE1、ATF6发生解离，同时与未折叠蛋白结合，激活PERK、IRE1、ATF6三条经典的信号转导途径，从而促进蛋白质的正确折叠、抑制蛋白质的生成、加快非功能性蛋白的降解男卩强内质网的自我修复能力，这一反应即为未折叠蛋白反应［,］。由PERK导的信号通路的合，内的，IRE1ATF6导的信号通路能增加内质网分子伴侣蛋白的合成，增加内质网蛋白的折叠、转运和降解的能力，减轻内质网的负荷。其中IRE1信号通路在所有的真核细胞中均存在的，而PERK和ATF6信号通路只在高等真核细胞中。
1.1PERK信号通路PERK属于I类跨膜蛋白，具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，其N末端位于内质网腔内测末端位于胞质中。在未折叠蛋白反应早期阶段,PERK可促进翻译起始因子2的a亚单位(eIF2a)磷酸化，抑制翻译起始复合物的形成，从而抑制蛋白质的合成⑼。CHOP为PERK下游的转录因子，也是ATF4的直接靶点。当引起严重未折叠蛋白反应时测田胞通过PERK通路加强ATF4 mRNA与核糖体的作用效率，使ATF4表达增强，从而上调CHOP基因表达，CHOP诱导GADD34表达增加，促进p-eIF2a去磷酸化，抑制其反转录，促进BIM、PUMA等促凋亡相关基因的表达，同时也抑制Bcl-2家族中抗凋亡基因MCL-1等的表达，此外，ATF4/CHOP通路还可促进TRAIL-R1/DR4、TRAIL-R2/DR5等促凋亡基因的表达［0，1］。最新研究表明，在ERS中，miRNAs也可诱导细胞凋亡，如miR-29a可通过下调ATF4通路中抗凋亡基因MCL-1的表达，诱导细胞凋亡［2］。
1.2IRE1信号通路IRE1也属于内质网膜表面的I类跨膜蛋白，其胞内段具有激酶活性和RNA酶活性。IRE1可直接与肿瘤坏死因子受体相关受体2(TRAF2)作用，激活凋亡信号调节激酶1(ASK1)及下游的JNK和p38MAPK,ASK1促使JNK及p38 MAPK磷酸化，磷酸化的JNK可促进Bcl-2家族中的促凋亡基因BID和BIM的表达，同时抑制抗凋亡基因Bcl-2,Bcl-XL及MCL-1的表达;38MAPK磷酸化则激活CHOP，促进BIM、DR5表达，诱导细胞凋亡［13>14］。同样，在IRE1通路中miRNAs也起重要作用,miR-7表达降低，使膜环指蛋白的E3区域蛋白化，促使Bcl-2家族中抗凋亡蛋白Bcl-XL降解［5］。
1.3ATF6信号通路ATF6为内质网膜上的H类跨膜蛋白，是分子量为90kDa的内质网驻留蛋白，其N末端位于胞质内，含有一个碱性锌指结构(BZ-IP)的DNA转录激活域测末端位于内质网腔内测总感受应激信号。当发生ERS时,ATF6以囊泡转移的方式转移到高尔基体，被高尔基体的S1P、S2P蛋白酶水解，释放含有亮氨酸的胞质结构域转录激活因子，并断裂成分子量为50kDa的PSOATF6，为激活的ATF6。PSOATF6进入细胞核上调蛋白折叠酶和分子伴侣如GRP78、XBP1、CHOP和钙网织蛋白等的表达［6］。另有研究表明，当ATF6基因发生突变如移位、缺失、剪切等时，可致ATF6从内质网到高尔基体的转运、低解转
性缺BZIP BZIP，导凋
还可引起视网膜病变，甚至视力丧失［17>18］。此外也有研究表明，抑制内质网强化降解a-甘露糖
2cr13无缝管
昔酶-1可加强ERS中运送ATF6至高尔基体的生物利用率，在缓解ERS及避免细胞凋亡起重要作用［19］。
2ERS与凋亡相关性疾病
2.1ERS与心肌缺血再灌注损伤(MIRI)MIRI 是指缺血心肌在恢复组织血供后出现组织损伤进一步加重，甚至发生不可逆性损伤。炎症、凋亡、自噬、血小板激活、钙超载等均参与了MIRI的发生发展。Zhang等［0］报道，在MIR I模型中，未折叠蛋白反应被激活，且下游的PERK、IRE1、ATF6信号通路均被激活，使用未折叠蛋白反应激动剂二硫苏糖醇后细胞凋亡加重，心肌梗死面积增加，而使用未折叠蛋白反应抑制剂4-苯丁酸后可对MIRI发挥保护作用。Martindale等［1］报道，在MIRI模型中，经基因转染技术特异性上调ATF6的表达，可有效减轻未折叠蛋白反应，减轻MIRI。此外，也有研究表明，ATF6减轻未折叠蛋白反应的同时，在ERS和氧化应激间也起到了很好的连接作用［2］。Zha。等［23］研究发现，在MIRI模型中，心肌细胞自身分泌的一种心脏
99
保护性蛋白CTRP9可与内质网腔内的钙网蛋白相互作用，减轻ERS，从而减轻心肌细胞凋亡，改善心功能，体外实验也证实了这一结论。然而，目前通过抑制ERS减轻MIRI的研究尚停留在动物研究阶段，关于抑制ERS减轻急性心肌梗死患者MIRI的研究鲜有报道。
2.2ERS与衰老衰老是指在各项生理及病理因素的综合作用下，组织器官的机能减退，是个体生长发育的最后阶段。我们的前期研究发现，与青年大鼠相比，衰老大鼠的睾丸、脑、心脏及肠道组织中ERS相关蛋白表达增加，细胞凋亡率增加；经中药制剂预处理后，衰老大鼠ERS相关蛋白表达受到抑制，细胞凋亡率下降；提示ERS参与各器官衰老的发生发展［24-27］o McLaughlin等［29］报道，在衰老小
鼠的视网膜中,XBP1表达明显降低,ERS的激活受阻；XBP1基因条件性敲除小鼠在12-14月龄时就表现出视网膜神经退变，而这一表现在20-24月龄自然衰老小鼠才会出现；提示XBP1缺乏可加速年龄相关性视网膜神经退变的发展。Wang等⑶］研究证实，在老年C57小鼠耳蜗组织中，内质网腔内的分子伴侣GRP78表达降低，泛素化蛋白、Caspase-9、Caspase-3表达升高，提示ERS受损参与了年龄相关性耳聋的发生。
2.3ERS与骨质疏松骨质疏松是最常见的骨骼系统疾病，以微结构损坏、骨强度下降和骨折风险增加为特征，分原发性和继发性两大类。现有研究表明:ERS可通过3条信号通路调节成骨细胞、破骨细胞及间充质干细胞的功能、活性，引起成骨细胞凋亡增加、生成减少，破骨细胞凋亡减少，打破骨重建平衡，致使骨量减少［0］。同时Kim等［1］研究发现, NF-k B受体激活剂可诱导ERS，促进破骨细胞增殖、分化，抑制ERS可下调破骨细胞相关基因表达，故抑制ERS可能为骨质疏松症的一种新的策略。但Zhang等［2］研究报道，甲状旁腺素可从PERK-EIF2a-ATF4信号通路促进成骨细胞增殖、
分化及加强HSP90与PERK的作用男隹持PERK的稳定性。用PERK-EIF2a-ATF4信号通路的抑制剂及干扰PERK、ATF4mRNA后，成骨细胞标志物及增殖相关标志物基因表达均下调,HSP90抑制剂可降低PERK的表达及成骨细胞增殖、分化；因此ERS在骨质疏松中的作用有待进一步研究o
2.4ERS与肝硬化肝硬化是临床上常见的慢性进行性肝病，多因肝炎病毒感染或酗酒形成的弥漫性肝损害，特点为肝内广泛纤维化和肝功能异常，目前认为肝星状细胞是各种促肝硬化因素作用的最终100靶点;ERS可通过介导细胞凋亡，调节肝硬化相关因子表达等途径参与肝硬化的发生发展［33］。在CCL4诱导小鼠肝组织纤维化模型中酸敏感离子通道1a (ASIC1a)及ERS相关蛋白表达均上调，ASIC1a被激活迁移到细胞膜上导致细胞外钙的内流通过PI3K/AKT通路激活ERS，促进肝星状细胞凋亡，抑制肝硬化的形成［34］,Li等［5］的研究也证实ERS可以促进肝星状细胞凋亡，抑制肝硬化的发生发展o
2.5ERS与肿瘤肿瘤的快速增殖往往伴随着缺氧、营养成分缺乏和代谢产物的聚集，进而导致大量未折叠蛋白及错误折叠蛋白的聚集，诱发未折叠蛋白反应。Feldman等［6］发现，在缺氧等恶劣环境下，肿瘤细胞可上调内质网腔内分子伴侣的表达，促进未折叠蛋白的折叠，加速内质网修复男曾加其耐受性，促进肿瘤增殖。Song等⑶］研究显示,CD4+T细胞中IRE1a-XBP1信号通路的激活抑制T淋巴细胞进入肿瘤组织，促进卵巢癌的肿瘤逃逸。Xu等［38］研究证实,ERS功能减退与肿瘤耐药相关，给予硼替佐米间皮瘤可增加未折叠蛋白反应中PERK/ eIF2a/ATF4信号通路的激活，促进其对药物的敏
感性。而的同于其病，的
抑制殖、进凋重用，同时一定程度ERS促进肿瘤细胞适应恶劣的微环境，只有强而持久的ERS才会促进细胞凋亡，因此，针对肿瘤的需要寻一个合适的截点。
ERS除了与MIRI、衰老、骨质疏松、肝硬化、肿瘤相关外，还与糖尿病、感染性疾病、动脉粥样硬化等多种疾病相关。一个细胞的存活与否取决于ERS 对促生存与促凋亡间的平衡点，而这一平衡点的上游调节机制目前尚不清楚。同时，肿瘤相较于其他疾病有其特殊性,ERS在肿瘤中的作用机制是否也用于其病，待进研究。外，前针对ERS药物干预的临床研究较少，其应用于临床仍需大规模、多中心临床研究证据的支持。
参考文献：
［1］Wang K.Molecular mechanisms of hepatic apoptosis［J］.Cell Death Dis,2014,5(1):e996.
［2］A lmanza A,Carlesso A,Chintha C,et al.Endoplasmic reticulum stress signaling-from basic mechanisms to clinical applications［J］.
FEBS J,2018,19(12)：3905.
［］陈娜子，姜潮，李校埜.内质网应激与疾病［］•中国生物工程志,2016,36(1)：76-85.
［4］Mennerich D,Kellokumpu S,Kietzmann T.Hypoxia and reactive oxygen species as modulators of endoplasmic reticulum and Golgi homeostasis［J］.Antioxid Redox Signal,2019,30(1)：113-137.［5］李欲轲男昌孟连，徐穗，等.内质网应激与凋亡研究进展［J］.分子植物育种,2018,9(1):1-8.
[6]宋小燕，赵永波.未折叠蛋白反应与细胞转归[].神经疾病与
精神卫生,2010,10(4)：99-102.
[7]Hetz C，Chevet E，Harding HP.Targeting the unfolded protein re
sponse in disease[J].Nat Rev Drug Discov,2013,12(9):703-
719.
[8]Bertolotti A，Zhang Y，Hendershot LM，et al.Dynamic interaction
of BiP and ER stress transducers in the unfolded-protein response
[J] .Nat Cell Bioly，2000，2(6)326-332.
[]李明，丁健，缪泽鸿.未折叠蛋白反应的信号转导[]•生命科学,2008,20(2)：246-252.
[10]Smith M，Wilkinson S.ER homeostasis and autophagy[J] .Essays
Biochem，2017，61(6)：625-635.
[11]Mennerich D，Kellokumpu S，Kietzmann T.Hypoxia and reactive
oxygen species as modulators of endoplasmic reticulum and Golgi
homeostasis[J] .Antioxid Redox Signal，2019，30(1)：113-137. [12]Almanza A，Carlesso A，Chintha C，et al.Endoplasmic reticulum
四观两论
stress signalling-from basic mechanisms to clinical applications
[J].FEBS J，2019，286：241-278.
[13]Huang Q，Lan T，Lu J，et al.DiDang tang inhibits endoplasmic
reticulum stress-mediated apoptosis induced by oxygen glucose
deprivation and intracerebral hemorrhage through blockade of the
GRP78-IRE1/PERK pathways[J].Front Pharmacol,2018,9:
1423.
[14]Carew NT，Nelson AM，Liang Z，et al.Linking endoplasmic retic
ular stress and alternative splicing[J].Int J Mol Sci,2018,19
(12)：1-13.
[15]Rashid HO，Kim HK，Junjappa R，et al.Endoplasmic reticulum
stress in the regulation of liver diseases：involvement of regulated
IRE1a and^-dependent decay and miRNA[ J].J Gastroenterol
Hepatol，2017，32：981-991.
[16]张毓，孟凤琴，张蔷，等.内质网应激因子ATF6在hSOD1G93A
转基因小鼠脊髓中的表达[J].脑与神经疾病杂志,2016,24
(3)160-165.
[17]Chiang WC，Chan P，Wissinger B，et al.Achromatopsia mutations
target sequential steps of ATF6activation[J].Proc Natl Acad Sci
USA,2017,114：400405.
[18]Chan P，Stolz J，Kohl S，et al.Endoplasmic reticulum stress in
human photoreceptor diseases[J].Brain Res，2016，1648：538
541.
摆度
[19]Papaioannou A,Higa A,Jegou G,et al.Alterations of EDEM1
functions enhance ATF6pro-survival signaling[J] .FEBS J，2018，285：4146-4164.
[20]Zhang C，Tang Y，Li Y，et al.Unfolded protein response plays a
critical role in heart damage after myocardial ischemia/reperfusion
in rats[J].PLoS One,2017,12(6):e0179042.
[21]Martindale JJ，Fernandez R，Thuerauf D，et al.Endoplasmic re
ticulum stress gene induction and protection from ischemia/reperfu-
sion injury in the hearts of transgenic mice with a tamoxifen-regula
ted form of ATF6[J].Circ Res，2006，98：1186-1193.
[22]Jin JK，Blackwood EA，Azizi K，et al.ATF6decreases myocardial
ischemia/reperfusion damage and links ER stress and oxidative
stress signaling pathways in the heart[J].Circ Res，2017，120：
862-875.
[23]Zhao D，Feng P，Sun Y，et al.Cardiac-derived CTRP9protects a
gainst myocardial ischemia/reperfusion injury via calreticulin-de-
pendent inhibition of apoptosis[J] .Cell Death Dis，2018，9：723.
[24]马娜，张长城，陈茜，等.基于内质网应激研究五子衍宗方对自
然衰老大鼠睾丸生殖细胞凋亡的保护作用[]•中国中药杂
志，2018，43(19)：3899-3904.
[25]阮波，王东帆，张长城，等•从内质网应激途径探讨竹节参总皂
~对自然衰老大鼠脑组织的保护作用[J].中药材,2017,40
(8)：1930-1934.
[26]王佼，袁丁，宋亚男，等•从内质网应激途径探讨淫羊霍总黄酮
对衰老大鼠心肌细胞的保护作用[J].中药新药与临床药理,
海上巨眼2016，27(6)：745-750.
[27]刘敏，顿耀艳，彭丹丽，等•从内质网应激角度研究竹节参总皂
~对自然衰老大鼠结肠炎症反应的调节作用[J].中药材,
2017，40(2)：425-429.
[28]McLaughlin T，Falkowski M，Park JW，et al.Loss of XBP1accel
erates age-related decline in retinal function and neurodegeneration
[J].MolNeurodegener,2018,13：16.
[29]Wang W，Sun Y，Chen S，et al.Impaired unfolded protein re
sponse in the degeneration of cochlea cells in a mouse model of
age-related hearing loss[J] .Exp Gerontol，2015，70：61-70. [30]芮敏劫，郑苏阳，郭杨，等.内质网应激通路与骨质疏松相关性
的研究进展[J].医学研究生学报,2016,29(8)：77-882.
[31]Kim JH，Kim K，Kim I，et al.Endoplasmic reticulum-bound tran
scription factor CREBH stimulates RANKL-induced osteoclastogen-
esis[J].J Immunol，2018，200：1661-1670.
[32]Zhang K,Wang M,Li Y,et al.The PERK-EIF2a-ATF4signaling
branch regulates osteoblast differentiation and proliferation by PTH
[J].Am J Physiol Endocrinol Metab，2019，316(4)：E590-604. [33]潘高峰，傅茂英，部玉峰•内质网应激与肝纤维化关系研究进展
[J].实用肝脏病杂志,018,1(6)：987-990.
[34]Zuo L,Zhu Y,Hu L,et al.PI3-kinase/Akt pathway-regulated
membrane transportation of acid-sensing ion channel1a/Calcium
ion influx,/endoplasmic reticulum stress activation on PDGF-in-
duced HSC activation[J] .J Cell Mol Med，2019.[Epub ahead of
print]
[35]Li Y，Yan Y，Liu F，et al.Effects of calpain inhibitor on the ap
optosis of hepatic stellate cells induced by calcium ionophore
A23187[J] .J Cell Biochem，2018.[Epub ahead of print]
[36]Feldman DE.The unfolded protein response：a novel component of
边缘父子the hypoxic stress response in tumors[J].Mol Cancer Res，2005，3(11)：597-605.
[37]Song M,Sandoval TA,Chae CS,et al.IRE1a-XBP1controls T
cell function in ovariancancer by regulating mitochondrial activity
[J].Nature，2018，562：423-428.
[38]Xu D，Liang SQ，Yang H，et al.Increased sensitivity to apoptosis
upon endoplasmic reticulum stress-induced activation of the unfol
ded protein response in chemotherapy-resistant malignant pleural
mesothelioma[J] .Br J Cancer，2018，119：65-75.
(收稿日期：2019-01-04)
101
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议