內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與胰腺腺泡細(xì)胞損傷

鄭俊媛 曾悅

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)是真核細(xì)胞中負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成、折疊修飾和質(zhì)量監(jiān)控的重要細(xì)胞器。任何擾亂ER穩(wěn)態(tài)的因素如氧化應(yīng)激、Ca2+紊亂、病毒感染等都可導(dǎo)致ER處于蛋白折疊的高負(fù)荷狀態(tài)，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)，激活多條下游信號通路，促進(jìn)細(xì)胞生存；但如果應(yīng)激反應(yīng)過于強(qiáng)烈或持久時，ERS則引起細(xì)胞損傷甚至死亡[1]。胰腺腺泡細(xì)胞損傷被認(rèn)為是胰腺疾病如胰腺炎和胰腺癌的起始發(fā)病環(huán)節(jié)，是目前胰腺疾病研究的中心環(huán)節(jié)之一。新近的研究報道，在細(xì)胞生物學(xué)水平上，ERS是引起腺泡細(xì)胞受損的最經(jīng)典最主要的應(yīng)激機(jī)制之一，ERS的過度激活很可能與胰腺組織的多種病理表現(xiàn)相關(guān)[2]。本文在綜合近年文獻(xiàn)報道的基礎(chǔ)上，針對ERS及下游信號通路與胰腺腺泡細(xì)胞損傷及相關(guān)疾病如胰腺炎、胰腺癌的關(guān)系作一簡要闡述。

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

ERS激活的信號通路包括：(1)未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)：即由于錯誤折疊與未折疊蛋白質(zhì)不能按正常途徑出ER從而在其腔內(nèi)聚集所致，涉及ER與胞核、核糖體、高爾基體等多種細(xì)胞器間的信號傳遞。(2)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超負(fù)荷反應(yīng)(ER-overload response，EOR)：由正確折疊的蛋白質(zhì)在ER腔內(nèi)過度蓄積引起的ER超負(fù)荷。EOR的效應(yīng)是激活細(xì)胞核因子κB(nuclear factor kappaB，NF-κB)，與ERS時Ca2+庫釋放及活性氧產(chǎn)生有關(guān)。(3)固醇調(diào)節(jié)級聯(lián)反應(yīng)：膽固醇缺乏引起的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白通路調(diào)節(jié)的反應(yīng)[3-4]。UPR是ERS最為關(guān)鍵的通路，也是研究較多和認(rèn)識較深的一條通路。

UPR主要涉及ER膜上的3個感受器蛋白：PERK(PRK-like eukaryotic initiation factor 2α kinase)、IRE1(inositol requiring enzyme 1)和ATF6(activating transcription factor-6)。正常情況下，3種跨膜蛋白與分子伴侶GRP78/Bip(glucose-related protein of 78 kDa/ B-cell immunoglobulin-binding protein)結(jié)合，呈無活性狀態(tài)。ERS時未折疊或錯誤折疊蛋白在ER腔內(nèi)大量堆積，招募GRP78/Bip使其與PERK、ATF6、IRE1解離，激活PERK-eIF2α、IRE1-XBP1和ATF6三大信號通路[5]。

PERK與GRP78/Bip解離后通過胞質(zhì)內(nèi)結(jié)構(gòu)域自身二聚化和磷酸化而被激活，引起真核細(xì)胞起始因子eIF2α磷酸化失活，阻斷蛋白翻譯合成。同時，活化的PERK加強(qiáng)ATF4的轉(zhuǎn)錄翻譯，調(diào)節(jié)分子伴侶、氨基酸代謝、抗氧化應(yīng)激和凋亡相關(guān)基因的表達(dá)。IRE1兼具絲/蘇氨酸蛋白激酶和核酸內(nèi)切酶(RNase)活性，活化過程與PERK類似，活化后的IRE1剪切XBP1 mRNA分子內(nèi)26bp的內(nèi)含子，再翻譯產(chǎn)生一個新的41 000大小的含b-ZIP結(jié)構(gòu)域有活性的轉(zhuǎn)錄因子sXBP1(spliced X-box binding protein 1)。sXBP1與基因啟動子區(qū)包括ERSE(ER stress enhancer)和UPRE(UPR element)在內(nèi)的順式作用元件結(jié)合，誘導(dǎo)分子伴侶、折疊酶基因的表達(dá)，上調(diào)ER相關(guān)蛋白降解(ER associated degradation，ERAD)各組分，加快蛋白折疊和錯誤折疊蛋白的降解[6]；調(diào)節(jié)膜磷脂的合成，使ER膜擴(kuò)張，ER體積增大[7]。ATF6與Bip分離后轉(zhuǎn)位到Golgi體，被S1P和S2P(Site 1 and Site 2 proteases)切割，釋放出N端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，產(chǎn)生活化型ATF6入核，作為轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)調(diào)節(jié)ERAD組分、XBP1等編碼基因轉(zhuǎn)錄。

UPR通過以上機(jī)制實(shí)現(xiàn)三方面的調(diào)節(jié)：(1)通過誘導(dǎo)ER內(nèi)伴侶分子、折疊酶的增多以及ER體積的代償性增大等上調(diào)ER對蛋白的折疊能力；(2)在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平減少蛋白的合成，減輕ER負(fù)荷；(3)通過上調(diào)ERAD清除過剩未折疊或錯誤折疊蛋白，最終恢復(fù)ER內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

二、ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞效應(yīng)

輕度ERS時，ER通過激活UPR保護(hù)細(xì)胞免受損傷，促使細(xì)胞存活；激活的UPR也可啟動自噬，清除過剩的錯誤或未折疊蛋白，以恢復(fù)ER穩(wěn)態(tài)[8]。而過度或持久的ERS超出細(xì)胞自身調(diào)節(jié)能力時，ER則啟動ER特有的凋亡途徑促使細(xì)胞凋亡，或過度激活自噬引起自噬性細(xì)胞死亡[9]。ERS還可通過UPR信號通路分子和EOR誘發(fā)細(xì)胞炎癥反應(yīng)。

1．ERS與細(xì)胞凋亡：ERS可通過多條途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，包括CHOP、Caspases的活化EY IRE1/TRAF2/JNK、ER-Mito信號通路的啟動等[10-11]。最具特征的是轉(zhuǎn)錄因子CHOP(C/EBP-homologous protein，也稱 GADD153)的激活，UPR三大信號通路均可激活CHOP，但主要通過PERK-eIF2α-ATF4軸。CHOP的效應(yīng)包括：(1)上調(diào)GADD34表達(dá)，使p-eIF2α去磷酸化，恢復(fù)轉(zhuǎn)錄翻譯，大量新生蛋白進(jìn)入ER加重其負(fù)擔(dān)。(2)下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2、上調(diào)促凋亡蛋白Bim，誘導(dǎo)Bax/Bak介導(dǎo)的線粒體膜通透性增加，觸發(fā)線粒體凋亡途徑。(3)上調(diào)ERO1α(ER oxidase 1α)，通過氧化應(yīng)激和胞質(zhì)Ca2+超載誘導(dǎo)凋亡[12]。

2．ERS與細(xì)胞自噬：ERS介導(dǎo)的細(xì)胞自噬(autophagy)的發(fā)生主要依賴于UPR和Ca2+信號。研究顯示銜接ERS與自噬的信號通路包括PERK-eIF2α、IRE1-TRAF2-JNK、Ca2+-鈣調(diào)蛋白激酶激酶β(CaMKKβ)-mTOR復(fù)合體1(mTORC1)通路等[9]。

3．ERS與細(xì)胞炎癥： 連接ERS與細(xì)胞炎癥的橋梁主要是NF-κB。NF-κB作為炎癥反應(yīng)的核心轉(zhuǎn)錄因子，可激活一系列基因的表達(dá)，包括細(xì)胞因子(IL-1、IL-6)、黏附分子(E-選擇素、VCAM-1)、腫瘤壞死因子、補(bǔ)體、急性期反應(yīng)蛋白以及酶類(NO合成酶、環(huán)氧合酶-2)等。ERS激活NF-κB的機(jī)制包括：(1)EOR：核心效應(yīng)分子即NF-κB，與ERS時Ca2+貯存釋放以及活性氧產(chǎn)生有關(guān)[13]。(2)PERK： 鑒于IκB的半衰期遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于NF-κB，PERK-eIF2α介導(dǎo)的翻譯阻斷可增加NF-κB/IκB的比例，導(dǎo)致NF-κB處于游離活化狀態(tài)。(3)IRE1：通過募集TNF-ɑ受體相關(guān)因子2(TRAF2)形成復(fù)合體，激活I(lǐng)κB激酶，活化NF-κB。(4)ATF6：可能通過Akt磷酸化介導(dǎo)下游通路中NF-κB的活化。

三、ERS與胰腺腺泡細(xì)胞損傷

胰腺腺泡細(xì)胞損傷是多種胰腺疾病的起始環(huán)節(jié)，包括急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)和胰腺癌。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)ERS與胰腺腺泡細(xì)胞損傷相關(guān)疾病有密切的聯(lián)系。

1．ERS與急性胰腺炎：目前已有不少研究表明ERS與AP存在密切關(guān)聯(lián)。一方面，多種類型的AP動物模型(促分泌劑如CCK8和caerulein、L-精氨酸、高脂飲食、胰管內(nèi)逆行注射牛黃膽酸鈉、胰管結(jié)扎等)均存在ERS的證據(jù)，包括ER形態(tài)結(jié)構(gòu)(ER擴(kuò)張、液化、腔內(nèi)大量空泡)以及UPR標(biāo)志分子(PERK、eIF2、ATF6、Xbp1、BiP、CHOP)表達(dá)水平的改變，且與AP嚴(yán)重程度相一致[14-16]。另一方面，通過基因測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)，AP早期胰腺腺泡細(xì)胞即可出現(xiàn)一系列復(fù)雜的基因改變，其中很大一部分就是ERS關(guān)鍵分子調(diào)節(jié)基因，如UDP-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(UDPGT)、UDP-葡萄糖脫氫酶、DnaJ蛋白、血紅素氧合酶1、網(wǎng)鈣蛋白2等分子伴侶的編碼基因[17]。

大量攝入乙醇可增加患胰腺炎的風(fēng)險，但很大一部分嗜酒人群通常并不發(fā)病。其機(jī)制可能為乙醇的攝入可增加胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的氧化應(yīng)激，但可被強(qiáng)大的UPR這一適應(yīng)性機(jī)制所代償，當(dāng)UPR失代償時，則引起胰腺疾病[18]。Lugea等[19]考察了乙醇對Xbp1+/-小鼠胰腺炎的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Xbp1+/-小鼠較野生鼠對乙醇誘導(dǎo)的ERS更為敏感，UPR通路顯著激活，出現(xiàn)AP的典型病理組織學(xué)改變，即胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)消化酶原顆粒減少，大量的自噬體空泡，細(xì)胞死亡增加。據(jù)此推測UPR在乙醇導(dǎo)致胰腺腺泡損傷、誘導(dǎo)AP中發(fā)揮著重要的作用。

遺傳性胰腺炎(hereditary pancreatitis，HP)常由PRSS1基因編碼的胰蛋白酶過度活化或突變所致。胰蛋白酶原基因3號外顯子區(qū)346位堿基存在C→T雜合性突變，表達(dá)的氨基酸從精氨酸(Arg)→半胱氨酸(Cys)，產(chǎn)生不對稱的半胱氨酸殘基，造成該蛋白不恰當(dāng)?shù)亩蜴I形成以及錯誤折疊。該錯誤折疊的蛋白在激活或降解方面無異于野生型胰蛋白酶原，但是分泌的量大大減少，大部分以不溶性形式滯留在胞內(nèi)。這種錯誤折疊蛋白的大量表達(dá)伴隨著ERS標(biāo)記分子水平的顯著增高，表明ERS(而非異常胰蛋白酶活性)可能是造成某些突變胰蛋白酶原誘導(dǎo)的HP的主要原因[2]。

在治療方面，應(yīng)用?；切苋パ跄懰?一種化學(xué)性分子伴侶蛋白)或?qū)胪庠葱訠ip基因上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Bip蛋白水平，可顯著下調(diào)ERS標(biāo)記分子水平，減輕ER損傷，對AP有明顯的保護(hù)效應(yīng)[20]。臨床常用于治療AP的傳統(tǒng)中藥——生大黃，除一貫認(rèn)為的具有減輕炎癥反應(yīng)、抑制胰酶激活、清除氧自由基及促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用外，最近的一項研究發(fā)現(xiàn)其對AP的保護(hù)效應(yīng)還與抑制ERS信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子IRE1α及其下游通路有關(guān)[21]。

對于ERS激活的下游通路信號分子NF-κB與AP的關(guān)系，已被學(xué)術(shù)界廣為認(rèn)可，NF-κB在AP早期即被激活，與AP嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[22]。

2．ERS與胰腺癌：癌組織的重要特點(diǎn)是癌細(xì)胞不受控制地快速生長，造成癌細(xì)胞處于一種低pH、低氧、低營養(yǎng)的微環(huán)境中，這些不利因素都可誘發(fā)ERS的UPR。越來越多的證據(jù)表明UPR在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[23]。在多種癌癥動物模型中可見GPR94、鈣網(wǎng)蛋白(calreticulin)和鈣聯(lián)蛋白(calnexin)等分子伴侶表達(dá)上調(diào)，這些蛋白有助于腫瘤細(xì)胞抵御低氧、營養(yǎng)缺乏、未折疊蛋白堆積等不良刺激。ERS還可下調(diào)腫瘤抑制基因p53，上調(diào)促血管生成因子VEGF-A mRNA，促進(jìn)腫瘤新生血管的形成。針對ERS靶點(diǎn)的抗腫瘤藥包括蛋白酶體抑制劑、BrefeldinA、Hsp90抑制劑、Bip/GRP78抑制劑或滅活劑等等，都已在實(shí)驗或臨床上取得一定程度的療效[24]。

雖然目前尚無研究直接比較胰腺癌細(xì)胞與正常胰腺組織中UPR組分如Bip等伴侶分子及p-eIF2α、ATF4、ATF6、sXBP1等的表達(dá)差異，但有報道在胰腺癌細(xì)胞中高度表達(dá)的孤兒核受體NR4A1，通過調(diào)節(jié)胰腺癌細(xì)胞ERS水平和自由基水平促進(jìn)癌細(xì)胞的生存生長[25]。在治療方面，蛋白酶抑制劑如bortezamide可以通過激活ERS機(jī)制殺傷胰腺癌細(xì)胞[17]，Capsaicin誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞凋亡的機(jī)制也涉及ERS[26]。

另一方面，ERS激活的NF-κB與多種腫瘤關(guān)系密切已被大量證據(jù)所證實(shí)。在多種惡性血液病以及包括胰腺癌在內(nèi)的實(shí)體腫瘤中均可見NF-κB的持續(xù)活化，通過促進(jìn)抗凋亡基因的表達(dá)從而抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)的促凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[27]。NF-κB與正常細(xì)胞的轉(zhuǎn)化、腫瘤干細(xì)胞的生存、腫瘤細(xì)胞的外侵新生血管及轉(zhuǎn)移、腫瘤細(xì)胞抗凋亡基因的調(diào)控等都密切相關(guān)。已有研究證實(shí)NF-κB可能通過影響p53、BRCA2、Rad51等基因表達(dá)水平及轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(transglutaminase，MTG)的生成等多種機(jī)制介導(dǎo)胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展。阻斷NF-κB信號通路，再聯(lián)合傳統(tǒng)化療藥物，有望成為今后胰腺癌治療的極具潛力的方案[28]。

綜上所述，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激活化的UPR三大信號通路和EOR激活的下游信號分子NF-κB與胰腺腺泡細(xì)胞損傷具有密切的關(guān)系。輕度ERS可以通過UPR重建ER穩(wěn)態(tài)，恢復(fù)正常，是細(xì)胞對有害刺激的一種保護(hù)性手段；嚴(yán)重的ERS則引起腺泡細(xì)胞凋亡或者炎癥甚至壞死，是細(xì)胞的一種病理性反應(yīng)，促進(jìn)疾病的發(fā)生、發(fā)展。

隨著對胰腺腺泡細(xì)胞損傷與ERS相關(guān)性研究的不斷深入，新的機(jī)制不斷地被闡釋，基于ERS途徑的疾病治療策略也已取得了一些成果，但仍存在很多不明確之處，相信今后關(guān)于這方面的研究將為我們治療腺泡細(xì)胞損傷相關(guān)疾病提高新的視角和方法。

參 考 文 獻(xiàn)

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