內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與動(dòng)脈粥樣硬化的相關(guān)研究

張峰娟,邊云飛,劉金帥

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是危害人類(lèi)健康的主要疾病之一,其病因涉及多種危險(xiǎn)因素和疾病,但具體機(jī)制尚未完全闡明。炎癥反應(yīng)激活,誘導(dǎo)特殊細(xì)胞凋亡等是AS的特征。糖尿病、脂代謝紊亂、高半胱氨酸等獨(dú)立的心血管危險(xiǎn)因素也被證明部分通過(guò)誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)而誘發(fā)AS[1]。ERS是指由于某種原因?qū)е录?xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)失衡、生理功能發(fā)生紊亂的一種亞細(xì)胞器的病理過(guò)程。在AS中,ERS參與AS發(fā)生發(fā)展的整個(gè)過(guò)程。本文主要對(duì)ERS在AS發(fā)生發(fā)展中的作用作一綜述,為闡明AS形成機(jī)制及預(yù)防和治療提供新的理論依據(jù)。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激概述

在各種因素作用下新生肽鏈的修飾折疊與組裝受到干擾,將引起未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中堆積,使細(xì)胞產(chǎn)生ERS,主要通過(guò)三個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜受體PERK、ATF6和 IREI的介導(dǎo),減少非折疊蛋白的蓄積,恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的正常功能。

1.1 ERS與UPR信號(hào)通路 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過(guò)激活未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)以保護(hù)由ERS所引起的細(xì)胞損傷,包括暫停早期蛋白質(zhì)合成、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶和折疊酶的轉(zhuǎn)錄激活、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性降解的誘導(dǎo)。UPR是由1個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶GRP78/BIP和3個(gè)ER應(yīng)激感受蛋白所介導(dǎo)的,它們分別是:肌醇需要酶(IRE1)、雙鏈RNA活化蛋白激酶PKR樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)和活化轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)。生理?xiàng)l件下,它們與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的GRP78/Bip緊密結(jié)合;當(dāng)ERS時(shí),大量未折疊蛋白質(zhì)被釋放活化并發(fā)揮生物作用。

IRE1是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜Ⅰ型跨膜蛋白,具有絲/蘇氨酸蛋白激酶和位點(diǎn)特異的核酸內(nèi)切酶活性?；罨蠼Y(jié)合腫瘤壞死因子(TNF)受體相關(guān)因子(TRAF2),募集凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ASK1)及其下游激酶,最終通過(guò)p38 M APK和JNK引發(fā)下游反應(yīng)。IRE1同時(shí)切割XBP1mRNA使其成熟,編碼產(chǎn)生XBP1蛋白片段,誘導(dǎo) GRP78、CHOP基因轉(zhuǎn)錄[2]。ATF6是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上Ⅱ型跨膜蛋白,ERS誘導(dǎo)后轉(zhuǎn)位至高爾基體,在蛋白酶S1P和S2P作用下切割活化,產(chǎn)生有活性的轉(zhuǎn)錄因子片段p50ATF6,誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激基因(如 GRP78/94、XBP1、CHOP等)的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[3]。PERK亦是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)I型跨膜絲/蘇蛋白激酶,激活的PERK使真核生物翻譯起始因子2(eIF2)磷酸化[4],從而減緩或暫停了蛋白質(zhì)的合成,進(jìn)而降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)新蛋白質(zhì)折疊需求的壓力。

1.2 ERS與細(xì)胞凋亡 若ERS持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),ERS相關(guān)的凋亡途徑即被激活。以上3個(gè)信號(hào)通路同樣能夠啟動(dòng)由ERS所介導(dǎo)的凋亡信號(hào)通路,激活下游的凋亡信號(hào)分子(如CHOP/GADD153、JNK、Caspase以及 Bcl-2家族)促使細(xì)胞發(fā)生凋亡。GADD153/CHOP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激特異的轉(zhuǎn)錄因子。在非應(yīng)激狀態(tài)下,它的表達(dá)水平很低,而在 ERS中,其表達(dá)量大大增加。PERK、ATF6以及 IRE1都能夠誘導(dǎo) CHOP的轉(zhuǎn)錄,增加CHOP蛋白的表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞凋亡。JNK是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白家族成員,調(diào)節(jié)基因表達(dá)并參與決定應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞的存活或凋亡。

Caspase12是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的組成性蛋白,是介導(dǎo)ERS凋亡的關(guān)鍵分子。Caspase12在發(fā)生ERS時(shí)經(jīng)過(guò)特定位點(diǎn)裂解激活引發(fā)細(xì)胞凋亡。Bcl-2家族在ERS反應(yīng)性凋亡中的作用目前已有報(bào)道。Bcl-2/Bcl-xl能夠抑制 ERS引起的細(xì)胞凋亡,Bax和Bak的缺失都可以保護(hù)由ERS引起的細(xì)胞凋亡,表明Bcl-2家族參與了ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

2 ERS與 AS發(fā)病機(jī)制

AS是心腦血管疾病中最重要的一組病變,其形成及進(jìn)展的病理生理機(jī)制涉及炎癥、免疫等多種學(xué)說(shuō)。ERS通過(guò)在炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及多種危險(xiǎn)因素中的潛在作用,可能參與AS發(fā)生發(fā)展。

2.1 ERS與AS的炎癥反應(yīng) AS是進(jìn)展性炎性反應(yīng),并間接促使了由動(dòng)脈內(nèi)壁脂肪沉積階段發(fā)展為穩(wěn)定性斑塊的最終破裂。ERS可能參與AS中慢性炎癥的病理過(guò)程。Majors等[5]研究發(fā)現(xiàn),誘導(dǎo)ERS時(shí)體外培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞結(jié)合的白細(xì)胞增多;體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,加入ERS誘導(dǎo)劑和炎癥促進(jìn)劑硫酸右旋糖普,可以強(qiáng)烈刺激白細(xì)胞的黏附。Gargalovic等[6]在測(cè)定oxPAPC介導(dǎo)炎癥因子的反應(yīng)途徑研究中發(fā)現(xiàn),在人體動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中oxPAPC導(dǎo)致ERS,激活UPR。利用 UPR誘導(dǎo)劑鏈病毒菌素和選擇性siRNA對(duì)UPR反應(yīng)中ATF4和XBP1分支的靶向作用,可以證明在主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中,ATF4、XBP1等轉(zhuǎn)錄因子從本質(zhì)上調(diào)停IL-8、IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)的表達(dá)。該研究證明了在AS中,UPR途徑是一種廣泛的血管炎癥和內(nèi)皮機(jī)能障礙的調(diào)節(jié)因素。

2.2 ERS與AS的細(xì)胞機(jī)制 細(xì)胞凋亡在AS的形成和進(jìn)展中的作用日漸成為研究熱點(diǎn),斑塊破裂伴血栓形成是造成AS臨床急性癥狀的主要原因,而大量的細(xì)胞凋亡直接造成斑塊不穩(wěn)定[7]。巨噬細(xì)胞凋亡貫穿AS進(jìn)展的整個(gè)過(guò)程,是斑塊進(jìn)展的重要特征[8]。在人和小鼠進(jìn)展型動(dòng)脈粥樣硬化斑塊研究中均發(fā)現(xiàn)ERS標(biāo)志物,其中薄帽斑塊和破裂斑塊中發(fā)生ERS的巨噬細(xì)胞聚集程度最高。Zhou等[9]用apoE-/-小鼠建立AS斑塊模型,在9周和22周分別取主動(dòng)脈根部組織檢測(cè)其中未折疊蛋白反應(yīng)的標(biāo)記GRP78,磷酸化 PERK,CHOP,和 TDAG51,發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)階段都增高,在早期的內(nèi)膜巨噬細(xì)胞和進(jìn)展型斑塊和脂紋泡沫細(xì)胞中尤為明顯,提示ERS貫穿AS進(jìn)展的整個(gè)過(guò)程,且與進(jìn)展型斑塊關(guān)系密切。Croons等[10]建立兔頸部動(dòng)脈粥樣硬化斑塊動(dòng)物模型,給予蛋白合成抑制劑嘌呤霉素后觀察斑塊內(nèi)細(xì)胞成分,發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞減少,體外細(xì)胞培養(yǎng)中,給予嘌呤霉素的平滑肌細(xì)胞出現(xiàn)凋亡,并且檢測(cè)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)蛋白X盒結(jié)合蛋白1(XBP1)和CHOP表達(dá),證明平滑肌細(xì)胞凋亡機(jī)制有ERS的參與。

3 ERS與 AS的危險(xiǎn)因素

脂代謝紊亂、糖尿病、高同型半胱氨酸血癥等是與AS相關(guān)的主要疾病,研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在以上危險(xiǎn)因素影響AS進(jìn)展的過(guò)程中發(fā)揮作用。

3.1 ERS與脂代謝紊亂 家族性高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia,FH)以血清膽固醇異常增高和早發(fā)AS為主要特點(diǎn),其病理基礎(chǔ)是低密度脂蛋白受體(LDL-R)基因突變。最近發(fā)現(xiàn),其中轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷等位基因編碼的受體蛋白可在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中完全或部分被受阻,未折疊或錯(cuò)誤折疊后聚集在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中引發(fā)ERS,進(jìn)而上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的各種酶和分子伴侶表達(dá)。Sarensen等[11]研究發(fā)現(xiàn),在轉(zhuǎn)染的中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞內(nèi)G544V突變LDL-R與Grp78,Grp94,ERp72,和鈣聯(lián)接蛋白相結(jié)合,突變LDL-R的滯留可導(dǎo)致ERS和UPR,并且觀察到兩個(gè)ERS反應(yīng)元件IRE1和PERK的顯著增高,提示突變LDL-R在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的聚集可能對(duì)家族性高膽固醇血癥的發(fā)生具有重要作用。

3.2 ERS與高同型半胱氨酸血癥 高同型半胱氨酸血癥是AS發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,可誘發(fā)細(xì)胞的ERS反應(yīng)。同型半胱氨酸通過(guò)干擾二硫鍵的形成使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊,因此激發(fā)了UPR,誘導(dǎo)了數(shù)種ERS反應(yīng)蛋白的表達(dá)。基因和飲食誘導(dǎo)的高同型半胱氨酸動(dòng)物模型證明,高血漿半胱氨酸與內(nèi)皮機(jī)能障礙、加速AS有直接關(guān)系。Zhou等[12]用高蛋氨酸飲食飼喂apoE-/-小鼠誘發(fā)AS,發(fā)現(xiàn) GRP78/94及phospho-PERK的表達(dá)水平增高,其中GRP78/94主要位于富含平滑肌細(xì)胞的粥樣斑塊病變區(qū),這些結(jié)果表明ERS參與了AS的形成。

3.3 ERS與糖尿病 糖尿病為心血管疾病非常重要的危險(xiǎn)因素。Werstuck等[13]采用鏈唑霉素誘導(dǎo)載脂蛋白E敲除小鼠復(fù)制高血糖模型,發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)GRP78/BIP的mRNA水平在各種細(xì)胞中升高,提示細(xì)胞存在ERS。Han等[14]對(duì)胰島素抵抗進(jìn)行研究,用LDL-R(-/-)鼠進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn),分別移植了胰島素受體(+/+)或胰島素受體(-/-)骨髓。給予高脂飲食后發(fā)現(xiàn)胰島素受體(-/-)小鼠AS壞死核較大和細(xì)胞凋亡增多。胰島素受體(-/-)巨噬細(xì)胞較對(duì)照出現(xiàn)Akt磷酸化減少,ERS增強(qiáng)和細(xì)胞凋亡。證實(shí)在AS斑塊中,胰島素抵抗降低巨噬細(xì)胞對(duì)ERS誘導(dǎo)凋亡的抵抗力。

4 ERS與AS不穩(wěn)定斑塊

在AS病變發(fā)展過(guò)程中,斑塊表面破裂并發(fā)血栓形成是極常見(jiàn)的。斑塊破裂的危險(xiǎn)性取決于斑塊的組成成分,往往是巨噬細(xì)胞豐富、纖維帽薄、脂質(zhì)池大的斑塊容易破裂。ERS則可以通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡打破這一平衡,促進(jìn)不穩(wěn)定斑塊形成[15]。巨噬細(xì)胞通過(guò)對(duì)斑塊內(nèi)脂質(zhì)含量、炎癥反應(yīng)、纖維成分的降解及新血管形成等方面影響AS病變的進(jìn)展。巨噬細(xì)胞凋亡和分泌基質(zhì)金屬蛋白酶促進(jìn)壞死核形成,是形成不穩(wěn)定斑塊導(dǎo)致急性血管事件的關(guān)鍵因素[16]。研究發(fā)現(xiàn),ERS信號(hào)途徑是觸發(fā)巨噬細(xì)胞凋亡的重要機(jī)制。在人和小鼠進(jìn)展型AS斑塊研究中均發(fā)現(xiàn)ERS標(biāo)志物,其中薄帽斑塊和破裂斑塊中發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的巨噬細(xì)胞聚集程度最高。

5 結(jié) 語(yǔ)

動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展涉及多種因素與機(jī)制,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作為機(jī)體細(xì)胞水平的應(yīng)激廣泛參與AS的病理生理過(guò)程。然而現(xiàn)在對(duì)ERS與AS相關(guān)性的研究剛剛開(kāi)始,ERS引發(fā)以及促進(jìn)AS發(fā)展的具體機(jī)制尚未完全明確。如何有效地作用于ERS系統(tǒng)才能阻止AS的發(fā)生和發(fā)展等問(wèn)題是今后需要研究的課題。隨著ERS對(duì)AS致病機(jī)制的深入研究,必然會(huì)對(duì)心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生機(jī)制有新的認(rèn)識(shí),為今后的心血管疾病的治療提供新的理論依據(jù)。

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