心肌細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的研究進(jìn)展

郭智東+王弋+許國根

[關(guān)鍵詞] 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；心??；未折疊蛋白反應(yīng)

中圖分類號：R322.0

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009_816X

（2014）01_0048_03

doi：10.3969/j.issn.1009_816x.2014.01.19

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是指由于某種原因?qū)е录?xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡?生理功能發(fā)生紊亂的一種亞細(xì)胞

器的病理過程?1993年，Brostom首次描述了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣穩(wěn)態(tài)失衡可導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯停止，后

研究發(fā)現(xiàn)最初的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能紊亂可以導(dǎo)致一種進(jìn)化相對保守的細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，即未折疊蛋白

反應(yīng)（UPR）?啟動UPR的目的是使細(xì)胞適應(yīng)改變的環(huán)境，重新恢復(fù)正常的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能?這些適

應(yīng)的機制涉及到轉(zhuǎn)錄程序，一方面增強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白折疊能力相關(guān)基因的表達(dá)，另一方面促

進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中相關(guān)蛋白的降解，從而去除錯誤折疊蛋白?如果這種適應(yīng)性的改變無效，機體將

會激活一種能夠誘發(fā)表達(dá)編碼宿主調(diào)節(jié)防御反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄因子來觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的信號通

路，即誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[1～3]?

1 心肌細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的研究現(xiàn)狀

心肌細(xì)胞缺血/缺氧?葡萄糖及營養(yǎng)物質(zhì)缺乏?ATP耗竭?大量自由基的產(chǎn)生?鈣超載及蛋

白降解減弱等均可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙，從而觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激?目前研究發(fā)現(xiàn)，過度內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

應(yīng)激可以通過蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（PERK）活化，真核生物翻譯起始因子2（el F2）磷酸化

等途徑誘導(dǎo)凋亡相關(guān)因子caspase_12?CHOP等活化，促發(fā)細(xì)胞凋亡[4，5]?蛋白質(zhì)

的折疊過

程是一個會產(chǎn)生活性氧物質(zhì)的氧化過程?活性氧物質(zhì)可以以伴侶分子和以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)為基礎(chǔ)的鈣

離子通道為靶向目標(biāo)，導(dǎo)致鈣離子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)釋放到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，并釋放內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號?從

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放的鈣離子聚集在線粒體內(nèi)，從而可以干擾電子傳導(dǎo)鏈，使得產(chǎn)生更多的活性氧物

質(zhì)?這些由線粒體產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)可以更進(jìn)一步加劇鈣離子的釋放，導(dǎo)致活性氧物質(zhì)升至

毒性水平?另外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子動態(tài)平衡的打破會干擾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的蛋白質(zhì)折疊過程，以及反

過來導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，致使未折疊蛋白反應(yīng)和更多的活性氧物質(zhì)產(chǎn)生[6]?

值得關(guān)注的是，以化學(xué)誘導(dǎo)劑誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作為預(yù)處理能夠增強心肌細(xì)胞對更強刺激

的抵抗力，即產(chǎn)生預(yù)適應(yīng)保護(hù)；通過轉(zhuǎn)基因等方法使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶等高表達(dá)也能產(chǎn)生強大

的細(xì)胞保護(hù)效應(yīng)，這些途徑可能成為心肌細(xì)胞保護(hù)的重要手段?

關(guān)于冠狀動脈缺血再灌注的細(xì)胞損傷保護(hù)機制還有待進(jìn)一步的實驗研究以及臨床證明?

早期一些對缺血/再灌注損傷的研究多在腦組織中進(jìn)行?比如，在缺血兔大腦中，未折疊

蛋白反應(yīng)的信號分子被激活，包括PERK，XBP1mRNA剪切等[7]?關(guān)于缺血預(yù)處理

的實驗顯示GRP78對腦組織有保護(hù)作用[8]?基因序列研究顯示一過性腦缺血增加了

未折疊蛋白依賴基因的表達(dá)[9]?除了腦組織，還有大量關(guān)于腫瘤和細(xì)胞株的研究

[10，11]，當(dāng)腫瘤細(xì)胞增長

過快不能使灌注完全的時候就產(chǎn)生了缺血損傷?此時由于未折疊蛋白反應(yīng)處于保護(hù)地位，故

需要抑制未折疊蛋白反應(yīng)[12]?

目前，在心臟缺血/再灌注（I/R）損傷時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）未折疊蛋白反應(yīng)已經(jīng)研究得比較透

徹，其中主要有三類分子伴侶參與介導(dǎo)不同的通路：熱休克蛋白家族（HSP）的糖調(diào)節(jié)蛋白GRP

78；外源凝集素類的鈣聯(lián)接蛋白/鈣網(wǎng)織蛋白；蛋白二硫化物異構(gòu)酶家族中的巰基氧化還原

酶?GRP78也稱為BiP（免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白）是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的主要分子伴侶?在生理情況下

，BiP結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白PERK?IRE1和ATF6，使其處于失活狀態(tài)?當(dāng)未折疊蛋

白與BiP結(jié)合增加時，導(dǎo)致BiP與受體蛋白結(jié)合減少，激活UPR?很明顯未折疊蛋白反應(yīng)在正

常的心肌細(xì)胞以及處于病理狀態(tài)的心肌細(xì)胞中都有著很重要的作用，所以需要我們對心肌細(xì)

胞內(nèi)部信號通路的機制進(jìn)行更加深入研究?

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥反應(yīng)通路

Zhang Ke zhong等[13]在細(xì)胞株水平發(fā)現(xiàn)ERS激活未折疊蛋白反應(yīng)后，可進(jìn)一步誘

導(dǎo)炎癥轉(zhuǎn)

錄因子及炎癥基因的表達(dá)，啟動炎癥反應(yīng)加重細(xì)胞損傷，即ERS_炎癥反應(yīng)學(xué)說?這是繼ERS

可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡?氧化應(yīng)激損傷機制后的一個新的機制，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病?糖尿病及腫

瘤等疾病中研究較多?大量體外實驗顯示干擾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動態(tài)平衡和/或線粒體新陳代謝的病理

條件會導(dǎo)致ERS并導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的慢性激活?最近的資料顯示ERS_炎癥反應(yīng)之間的分子鏈可

能是由兩個參與炎癥反應(yīng)的信號分子介導(dǎo)的NF_kb和JNK，即ERS_NF_kb?JNK_炎癥反應(yīng)機制

[14，15]?

炎癥反應(yīng)可以由代謝產(chǎn)物如脂類，糖類和細(xì)胞因子類的慢性積累激活?在很多的生理或病理

狀態(tài)下，這些刺激可以引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，更進(jìn)一步打亂細(xì)胞的代謝功能，然后產(chǎn)生更多

的炎癥反應(yīng)?這種惡性循環(huán)可以使炎癥信號通路發(fā)生障礙，在某些特殊細(xì)胞中表現(xiàn)為代謝紊

亂，

如巨噬細(xì)胞?胰腺細(xì)胞中的β細(xì)胞及脂肪細(xì)胞?并且細(xì)胞內(nèi)的鈣離子和自由基對炎癥反應(yīng)?endprint

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以及代謝反應(yīng)之間連接的通路起著至關(guān)重要的作用[16～18]?

未折疊蛋白和炎癥之間的交叉反應(yīng)可見于有新陳代謝和免疫功能的細(xì)胞型中，這些細(xì)胞型包

括肝細(xì)胞?β_細(xì)胞?脂肪細(xì)胞?巨噬細(xì)胞和寡樹突狀細(xì)胞等?因為這些細(xì)胞指揮著穿過內(nèi)

質(zhì)網(wǎng)的“物質(zhì)”的交通，所以它們對新陳代謝和/或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動態(tài)平衡的變化極其敏感?新陳

代

謝條件的變化比如脂質(zhì)聚集?血糖水平升高和炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子的過分升高可以引起這些

細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和活性氧物質(zhì)產(chǎn)物的鈣離子釋放，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥反應(yīng)?大量體外實驗

顯示干擾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動態(tài)平衡和/或線粒體新陳代謝的病理條件會導(dǎo)致未折疊蛋白反應(yīng)和炎癥反

應(yīng)的慢性激活?最近的資料顯示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng)之間的分子鏈可能是由兩個參與

炎癥反應(yīng)的信號分子介導(dǎo)的——c_Jun氨基端激酶（JNK）和核因子κB（NF_κB）?特定細(xì)胞和

組織內(nèi)的未折疊蛋白和炎癥反應(yīng)的交互作用可能是新陳代謝疾病，神經(jīng)退化性疾病和感染性

疾病的發(fā)病機理?鑒此，尚需要更多的證據(jù)來證實未折疊蛋白反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的持久激活是

相互關(guān)聯(lián)的，并且“合謀”引起一些疾病?

3 治療潛力和未來趨勢

在理解未折疊蛋白反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的綜合作用的信號傳導(dǎo)通路以及這兩者相互作用的生理意

義上我們已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步?

以炎癥細(xì)胞和炎癥因子浸潤為主的心肌局部炎癥反應(yīng)是造成心肌再灌注損傷的重要機制之一

[19]?我們前期動物研究也發(fā)現(xiàn)，大鼠心肌缺血/再灌注后，損傷心肌細(xì)胞伴有較

多的中性

粒細(xì)胞的浸潤，伴有心肌的壞死?出血等損害，心肌的局部炎癥損害也通過免疫組化的方法

得到證實[20，21]?激活的中性粒細(xì)胞可以釋放一系列的介質(zhì)，包括氧自由基?花

生四烯酸

代謝產(chǎn)物?蛋白水解酶?血小板活化因子等直接促進(jìn)心肌組織損傷[19]，還能釋放

一系列的

炎癥因子，包括腫瘤壞死因子（TNF_a）?白細(xì)胞介素_1（IL_1）等，使得與心肌細(xì)胞接觸的中

性粒細(xì)胞誘導(dǎo)的心肌損害易于發(fā)生，且中性粒細(xì)胞聚集本身可機械性阻塞毛細(xì)血管，妨礙心

肌再灌注[21，22]?因此可以明確，心肌缺血/再灌注損傷后，心肌局部的炎癥

反應(yīng)參與了再灌注損傷?

最近有研究者把重點放在設(shè)計一種通過干預(yù)未折疊蛋白反應(yīng)和炎癥反應(yīng)之間的某些調(diào)控

點來有效治療炎癥疾病?但是，操控這兩種基本的生物應(yīng)答的接口，而不會引起嚴(yán)重的副

作用具有極大的挑戰(zhàn)?因為細(xì)胞應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)物是同時調(diào)節(jié)的，所以不可能是由一

種綜合炎癥反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的信號傳導(dǎo)的單一信號引起一些特定疾病的發(fā)病機理?鑒于這

種復(fù)雜性，有效的解決方法是通過修飾綜合性生理結(jié)果而不是針對一種特定的通路來重建功

能性動態(tài)平衡?

最近的研究顯示對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激未折疊蛋白反應(yīng)過程進(jìn)行干預(yù)可能是有效的治療途徑?一些被

分為化學(xué)分子伴侶的分子可以幫助蛋白質(zhì)折疊和對抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，籍此來減輕動物模型的疾

病癥狀?比如，在肥胖的胰島素抵抗鼠模型上，分子伴侶4_苯基丁酸和牛磺酸共軛的熊去

氧膽酸可以顯著減少PERK和IRE1α的磷酸化作用，并且可以增加糖耐量和胰島素的敏感性

[23]?vaticanol B是另一種天然的分子伴侶，是從白藜蘆醇提取出的四聚體，可以

通過降低未

折疊蛋白負(fù)荷和維護(hù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的完整性，以及阻止內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的凋亡，來抑制未折疊蛋

白反應(yīng)和炎癥反應(yīng)[24]?除了上述分子伴侶，salubrinal作為磷酸酶抑制劑，也可

能有治療

效果?Salubrinal可以選擇性抑制eIF2α的脫磷酸作用，進(jìn)一步抑制蛋白合成和在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

內(nèi)的聚集，以此來保護(hù)細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的凋亡過程[25]?

盡管，在心血管以外的相關(guān)疾病中的干預(yù)研究也有開展，但證據(jù)仍未充分，特別是在心血管

相關(guān)的疾病中對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)通路的干預(yù)研究仍較缺乏?未來的研究需要更多解決一些關(guān)

于多樣的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號通路在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)方面的生理學(xué)意義上的機制性問題?這些研究

的結(jié)果會增進(jìn)我們對炎性疾病的整體理解，并致力于如何通過藥理學(xué)干預(yù)來調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

和炎癥反應(yīng)，治療炎性疾病?

參考文獻(xiàn)

[1]Charo， IF， Ransohoff RM. The many roles of chemokines and ch

emokine receptors in inflammation[J]. N Engl J Med，2006，354（6）：610-621.

[2]Hotamisligil， GS. Inflammation and metabolic disorders[J]. Nature，2006

，444（7121）：860-867.

[3]Hansson GK，Libby P. The immune response in atherosclerosis： a double_e

dged sword[J]. Nature Rev Immunol，2006，6（7）：508-519.

[4]Wang X， Robbins J. Heart failure and protein quality control[J]. Circ Resendprint

，2006，99（12）：1315-1328.

[5]Patterson C， Ike C， Willis PWt， et al. The bitter end： th

e ubiquitin_proteasome system and cardiac dysfunction[J]. Circulation，2007，11

5（11）：1456-1463.

[6]Sidrauski C， Walter P. The transmembrane kinase Ire1p is a site_specific e

ndonuclease that initiates mRNA splicing in the unfolded protein response[J].

Cell，1997，90（6）：1031-1039.

[7]Paschen W. Endoplasmic reticulum dysfunction in brain pathology： critical r

ole of protein synthesis[J]. Curr Neurovasc Res，2004，1（2）：173-181.

[8]Hayashi T， Saito A， Okuno S， et al. Induction of GRP78 by ischemic precondi

tioning reduces endoplasmic reticulum stress and prevents delayed neuronal cell

death[J]. J Cereb Blood Flow Metab，2003，23（8）：949-961.

[9]Vikman P， Edvinsson L. Gene expression profiling in the human middle cer

ebral artery after cerebral ischemia[J]. Eur J Neurol，2006，13（12）：1324-1332.

[10]Bi M， Naczki C， Koritzinsky M， et al. ER stress_regulated translation incr

eases tolerance to extreme hypoxia and promotes tumor growth[J]. Embo J，2005，2

4（9）：3470-3481.

[11]Koumenis C. ER stress， hypoxia tolerance and tumor progression[J]. Curr

Mol Med，2006，6（1）：55-69.

[12]Feldman DE， Chauhan V， Koong AC. The unfolded protein response： a novel co

mponent of the hypoxic stress response in tumors[J]. Mol Cancer Res，2005，3（11）

：597-605.

[13]Ke zhong Zhang， Kaufman RJ. From endoplasmic_reticulum stress

to the inflammatory response. [J] Nature，2008，454（7203）：455-462.

[14]Lin JH， Li H， Yasumura D， et al. IRE1 Signaling Affects Cell Fate During t

he Unfolded Protein Response[J]. Science，2007，318（5852）：944-949.

[15]Ron D， Walter P. Signal integration in the endoplasmic reticulum unfold

ed protein response[J]. Nat Rev Mol Cell Biol，2007，8（7）：519-529.

[16]Xue X， Piao JH， Nakajima A， et al. Tumor necrosis factor α （TNFα） induce

s the unfolded protein response （UPR） in a reactive oxygen species （ROS）_depende

nt fashion， and the UPR counteracts ROS accumulation by TNFα[J]. J Biol Chem，

2005，280（40）：33917-3392.

[17]Feng B， Yao PM， Li Y， et al. The endoplasmic reticulum is the site

of cholesterol_induced cytotoxicity in macrophages[J]. Nature Cell Biol，2003

，5（19）：781-792.

[18]Maedler K， Sergeev P， Ris F， et al. Glucose_induced β cell production ofendprint

IL_1β contributes to glucotoxicity in human pancreatic islets[J]. J Clin Inve

st，2002，110（6）：851-860.

[19]Jordan JE， Zhao ZQ， Vinten_Johansen J. The role of neutrophilis in myoca

rdial ischemia_reperfusion injury[J]. Cardiovasc Res，1999，43（4）：860-78.

[20]Zhu JH， Qiu YG， Wang QQ， et al. Low dose cyclophosphamide rescues myocardi

al function from ischemia_reperfusion in rats[J]. Eur J Cardiothorac Surg，200

8，34（3）：661-666.

[21]Jin JM， Chen FX， Wang QQ， et al. Inhibition of TNF_α by Cyclophosphamide

Reduces Myocardial Injury After Ischemia_Reperfusion[J]. Ann Thorac Cardiovasc

Surg，2012，19（1）：9-24.

[22]Herskowitz A， Choi S， Ansari AA， et al. Cytokine mRNA expression i

n postischemic/reperfused myocardium[J]. Am J Pathol，1995，146（2）：419-428.

[23]Ozcan U， Yilmaz E， Ozcan L， et al. Chemical chaperones reduce ER stress an

d resto

re glucose homeostasis in a mouse model of type 2 diabetes[J]. Science，2006，31

3（5790）：1137-1140.

[24]Tabata Y， Takano K， Ito T. Vaticanol B， a resveratrol tetramer， regulates

endoplasmic reticulum stress and inflammation[J]. Am J Physiol Cell Physiol，2

007，293（1）：C411-418.

[25]Boyce M， Bryant KF， Jousse C， et al. A selective inhibitor of eIF2α depho

sphorylat

ion protects cells from ER stress[J]. Science，2005，307（5711）：935-939.endprint

IL_1β contributes to glucotoxicity in human pancreatic islets[J]. J Clin Inve

st，2002，110（6）：851-860.

[19]Jordan JE， Zhao ZQ， Vinten_Johansen J. The role of neutrophilis in myoca

rdial ischemia_reperfusion injury[J]. Cardiovasc Res，1999，43（4）：860-78.

[20]Zhu JH， Qiu YG， Wang QQ， et al. Low dose cyclophosphamide rescues myocardi

al function from ischemia_reperfusion in rats[J]. Eur J Cardiothorac Surg，200

8，34（3）：661-666.

[21]Jin JM， Chen FX， Wang QQ， et al. Inhibition of TNF_α by Cyclophosphamide

Reduces Myocardial Injury After Ischemia_Reperfusion[J]. Ann Thorac Cardiovasc

Surg，2012，19（1）：9-24.

[22]Herskowitz A， Choi S， Ansari AA， et al. Cytokine mRNA expression i

n postischemic/reperfused myocardium[J]. Am J Pathol，1995，146（2）：419-428.

[23]Ozcan U， Yilmaz E， Ozcan L， et al. Chemical chaperones reduce ER stress an

d resto

re glucose homeostasis in a mouse model of type 2 diabetes[J]. Science，2006，31

3（5790）：1137-1140.

[24]Tabata Y， Takano K， Ito T. Vaticanol B， a resveratrol tetramer， regulates

endoplasmic reticulum stress and inflammation[J]. Am J Physiol Cell Physiol，2

007，293（1）：C411-418.

[25]Boyce M， Bryant KF， Jousse C， et al. A selective inhibitor of eIF2α depho

sphorylat

ion protects cells from ER stress[J]. Science，2005，307（5711）：935-939.endprint

IL_1β contributes to glucotoxicity in human pancreatic islets[J]. J Clin Inve

st，2002，110（6）：851-860.

[19]Jordan JE， Zhao ZQ， Vinten_Johansen J. The role of neutrophilis in myoca

rdial ischemia_reperfusion injury[J]. Cardiovasc Res，1999，43（4）：860-78.

[20]Zhu JH， Qiu YG， Wang QQ， et al. Low dose cyclophosphamide rescues myocardi

al function from ischemia_reperfusion in rats[J]. Eur J Cardiothorac Surg，200

8，34（3）：661-666.

[21]Jin JM， Chen FX， Wang QQ， et al. Inhibition of TNF_α by Cyclophosphamide

Reduces Myocardial Injury After Ischemia_Reperfusion[J]. Ann Thorac Cardiovasc

Surg，2012，19（1）：9-24.

[22]Herskowitz A， Choi S， Ansari AA， et al. Cytokine mRNA expression i

n postischemic/reperfused myocardium[J]. Am J Pathol，1995，146（2）：419-428.

[23]Ozcan U， Yilmaz E， Ozcan L， et al. Chemical chaperones reduce ER stress an

d resto

re glucose homeostasis in a mouse model of type 2 diabetes[J]. Science，2006，31

3（5790）：1137-1140.

[24]Tabata Y， Takano K， Ito T. Vaticanol B， a resveratrol tetramer， regulates

endoplasmic reticulum stress and inflammation[J]. Am J Physiol Cell Physiol，2

007，293（1）：C411-418.

[25]Boyce M， Bryant KF， Jousse C， et al. A selective inhibitor of eIF2α depho

sphorylat

ion protects cells from ER stress[J]. Science，2005，307（5711）：935-939.endprint