葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78與肝臟應(yīng)激損傷

胡 深，張洪義

(1.安徽醫(yī)科大學(xué) 空軍臨床學(xué)院， 安徽 合肥 230023； 2.中國(guó)人民解放軍空軍總醫(yī)院 肝膽外科，北京 100142)

1962年首先發(fā)現(xiàn)，在熱應(yīng)激下果蠅幼蟲(chóng)的唾液腺出現(xiàn)染色體膨突，之后膨突編碼的基因和蛋白質(zhì)得到證實(shí)為應(yīng)激蛋白[1]。細(xì)胞能生存與熱應(yīng)激蛋白的表達(dá)和積累密切相關(guān)，特別是應(yīng)激蛋白基因表達(dá)的葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein/ immunoglobulin binding protein,GRP78/Bip)。最近10年內(nèi)，有關(guān)GRP78/Bip的研究以氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、創(chuàng)傷應(yīng)激以及藥物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏應(yīng)激居多。肝臟是機(jī)體物質(zhì)新陳代謝的生化工廠，這就決定了它易受到不同應(yīng)激原的刺激。在應(yīng)對(duì)有害刺激、保護(hù)肝臟組織中，GRP78/Bip的作用備受重視。

1 GRP78/Bip的概述

1.1 GRP78/Bip的來(lái)源

GRP78/Bip屬于應(yīng)激蛋白家族，是龐大的糖蛋白超基因家族中較為保守的一員。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激蛋白家族包括至少8個(gè)獨(dú)特的基因產(chǎn)物，即Hsp70- 1a、Hsp70- 1b、 Hsp70- 1t、Hsp70- 2、GRP78/Bip、Hsp70- 6、Hsc70和Hsp70- 9(也被稱為Grp75或mtHsp73或Mortalin)。它們從氨基酸序列、表達(dá)水平到亞細(xì)胞定位都不盡相同。其中GRP78/Bip和GRP75/Mortalin的定位分別限于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)腔和線粒體基質(zhì)，而其余6種應(yīng)激蛋白主要在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，這表明它們抑或?qū)ο鄳?yīng)的受體蛋白顯示出特異性抑或具有表達(dá)獨(dú)立伴侶的特定功能。

1.2 GRP78/Bip的結(jié)構(gòu)

GRP78/Bip的結(jié)構(gòu)具有保守性。眾所周知，應(yīng)激蛋白都具有高度保守的氨基酸序列和結(jié)構(gòu)域，包括：1)一個(gè)保守的ATP酶結(jié)構(gòu)域；2)蛋白酶結(jié)合點(diǎn)的中間區(qū)域; 3)肽結(jié)合結(jié)構(gòu)域; 4)一個(gè)富含G/P并擁有一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)C-端區(qū)域，它可結(jié)合其伴侶蛋白或者其他應(yīng)激蛋白。GRP78/Bip包含一個(gè)假定的N-末端定位信號(hào)，引導(dǎo)其定位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，在其遠(yuǎn)端的C末端，它有一個(gè)高度保守的相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號(hào)，該信號(hào)對(duì)可溶性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)局部化的蛋白質(zhì)是常見(jiàn)的。

1.3 GRP78/Bip的功能

結(jié)構(gòu)決定功能，GRP78/Bip的功能同樣具有保守性。這些功能與應(yīng)激時(shí)細(xì)胞保護(hù)密切相關(guān)。業(yè)已證實(shí)，GRP78/Bip具有分子伴侶功能主要包括細(xì)胞間蛋白的傳導(dǎo)、降解不穩(wěn)定和錯(cuò)誤折疊的蛋白、預(yù)防和溶解蛋白質(zhì)復(fù)合物、蛋白質(zhì)折疊和復(fù)性、網(wǎng)格蛋白小泡的脫殼以及控制調(diào)節(jié)性蛋白[2]。最新研究發(fā)現(xiàn)，GRP78/Bip過(guò)表達(dá)對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的糖尿病小鼠起到保護(hù)作用[3]。誘導(dǎo)型GRP78/Bip通過(guò)提高細(xì)胞膜的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)功能以減少細(xì)胞Ca2+內(nèi)流，達(dá)到抑制鈣超載的目的[4]。GRP78/Bip的異常表達(dá)與遺傳性疾病Marinesco-Sj?gren綜合征(常染色體顯性多囊肝)、Wolcott-Rallison綜合征和多種癌癥等疾病有關(guān)；同時(shí)對(duì)于非酒精性脂肪肝的發(fā)生，GRP78/Bip 也可能起著關(guān)鍵作用[5]。在毒理學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)，尼古丁可誘導(dǎo)人胎盤(pán)絨毛癌細(xì)胞內(nèi)的GRP78/Bip蛋白表達(dá)[6]，類似的現(xiàn)象也發(fā)生在過(guò)氧化氫對(duì)肝癌細(xì)胞的作用[7]。

2 GRP78/Bip與肝臟應(yīng)激損傷

對(duì)肝細(xì)胞應(yīng)激損傷的研究主要從經(jīng)典的熱應(yīng)激(heat stress,HS)、共通的氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)和分子水平的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endo-plasmic reticulum stress,ERS)出發(fā)，予以綜述。

2.1 GRP78/Bip與肝臟熱應(yīng)激

HS是由熱刺激導(dǎo)致的肝臟保護(hù)性反應(yīng)。大量研究表明，動(dòng)物的熱應(yīng)激與GRP78/Bip的表達(dá)密切相關(guān)，因?yàn)镚RP78/Bib是具有代表性的分子伴侶蛋白[8]。肝臟在熱應(yīng)激作用下可誘導(dǎo)GRP78/Bip的表達(dá)，輕度熱應(yīng)激，產(chǎn)生適應(yīng)性保護(hù)作用，以應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡；而高熱抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激，增強(qiáng)肝細(xì)胞中的應(yīng)激蛋白的表達(dá)[9]。

2.2 GRP78/Bip與肝臟氧化應(yīng)激

肝臟氧化應(yīng)激是肝細(xì)胞損傷的可能機(jī)制之一。有氧代謝的生理過(guò)程中，通過(guò)線粒體呼吸鏈代謝復(fù)合體產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)自由基，而細(xì)胞產(chǎn)生過(guò)量的ROS可以導(dǎo)致細(xì)胞OS狀態(tài)，肝臟細(xì)胞內(nèi)含有豐富的線粒體，當(dāng)出現(xiàn)OS時(shí)，就先受到嚴(yán)重?fù)p傷。對(duì)于嚴(yán)重缺氧或氧化應(yīng)激，GRP78/Bip在體內(nèi)過(guò)表達(dá)可以減少活性氧ROS，這對(duì)細(xì)胞生存也至關(guān)重要[10]。研究表明，肝病的共同發(fā)病機(jī)制可能與OS有關(guān)[11]。肝細(xì)胞中蛋白質(zhì)羰基化是蛋白質(zhì)/氨基酸修飾后的產(chǎn)物，氧化應(yīng)激后蛋白質(zhì)羰基的發(fā)生率較高，以此作為一個(gè)有效的檢測(cè)標(biāo)志物[12]，但羰基化是不可逆轉(zhuǎn)的。因此，含有羰基的蛋白質(zhì)，在維持細(xì)胞蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)時(shí)須有退化的蛋白酶體[13]。

據(jù)研究，分子伴侶是不會(huì)被氧化的蛋白，而是被泛素化修飾后的蛋白。作為分子伴侶蛋白，GRP78/Bip也同樣具備可泛素化。GRP78/Bip增加內(nèi)源性超氧化物歧化酶(super oxide dismutase, SOD)水平，所以在保護(hù)肝細(xì)胞正常生理代謝中有間接作用。輕度應(yīng)激如發(fā)熱溫度，產(chǎn)生適應(yīng)性保護(hù)作用，以應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[14]。在氧化應(yīng)激期間，溶酶體鐵對(duì)氧化誘導(dǎo)細(xì)胞死亡起到主要決定因素。以往研究，通過(guò)對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵蛋白從基因調(diào)控表達(dá)轉(zhuǎn)錄和翻譯上，認(rèn)為氧化應(yīng)激是細(xì)胞適應(yīng)性自我保護(hù)。但現(xiàn)在有觀點(diǎn)認(rèn)為細(xì)胞氧化應(yīng)激最初機(jī)制是快速清除氧化受損的細(xì)胞蛋白[15]。氧化應(yīng)激可能是在急性酒精誘導(dǎo)肝損傷下能量抑制的一個(gè)潛在性的機(jī)制[16]。以上研究對(duì)于氧化應(yīng)激起到承前啟后的作用，進(jìn)一步基因水平的研究對(duì)氧化應(yīng)激的通路和信號(hào)傳導(dǎo)仍需學(xué)者們探討。

2.3 GRP78/Bib與肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress, ERS)是指肝細(xì)胞受到內(nèi)外因素刺激時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)、功能的狀態(tài)受到破壞時(shí)細(xì)胞采取的一系列反應(yīng)狀態(tài)。GRP78/Bip位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，有利于新合成的蛋白質(zhì)的運(yùn)輸?shù)絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，并隨后將其折疊[17]。HSPA5基因敲除的小鼠胚胎在胚胎3.5 d時(shí)死亡。因此，它被視為一個(gè)重要的管家基因[18]。

在肝細(xì)胞的胞質(zhì)中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在應(yīng)激時(shí)，也會(huì)造成鈣穩(wěn)態(tài)失衡、蛋白質(zhì)修飾和運(yùn)輸障礙，產(chǎn)生一種細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的狀態(tài)[19]。目前發(fā)現(xiàn)同型半胱氨酸異常代謝、氧化應(yīng)激和鈣代謝紊亂等都能誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。在這個(gè)過(guò)程中，可能產(chǎn)生一種未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response, UPR)，這種反應(yīng)會(huì)影響蛋白質(zhì)合成，反應(yīng)強(qiáng)烈時(shí)甚至?xí)T導(dǎo)細(xì)胞凋亡[20]。對(duì)于UPR的通路研究，目前發(fā)現(xiàn)未折疊蛋白反應(yīng)的3支(IRE1, PERK和ATF6)通路，因通過(guò)減少未折疊蛋白的水平，增強(qiáng)細(xì)胞生存能力，其中IRE1信號(hào)對(duì)細(xì)胞的命運(yùn)起著關(guān)鍵作用[21]。肝細(xì)胞內(nèi)某些酶或物質(zhì)缺失，比如胱硫醚β合成酶和(或)甲基供體缺乏癥都會(huì)引起細(xì)胞氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進(jìn)而造成肝臟損傷，引發(fā)肝病發(fā)生[22]。在肝臟應(yīng)激中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是一個(gè)新興的課題，國(guó)外學(xué)者正在積極投入研究，同時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對(duì)肝細(xì)胞凋亡和腫瘤形成都密切相關(guān)，但其具體機(jī)制和調(diào)控仍需深入研究[23]。

3 展望

當(dāng)今對(duì)應(yīng)激蛋白研究已經(jīng)在基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)控方面有了突出的進(jìn)展，同時(shí)伴隨的還有免疫和腫瘤方面突破性研究，但這都未能確切的闡釋其具體的關(guān)聯(lián)和調(diào)控機(jī)制，對(duì)此還需要更多的實(shí)驗(yàn)證明[24]。

而作為經(jīng)典的內(nèi)源性保護(hù)蛋白GRP78/Bip，在生物學(xué)功能上有其獨(dú)特的臨床應(yīng)用價(jià)值。對(duì)GRP78/Bip在分子生物、生化以及基因信息傳遞方面深入的研究，尤其以肝細(xì)胞應(yīng)激中的氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激為理論基礎(chǔ)研究，將給應(yīng)激蛋白家族應(yīng)用于臨床肝膽病，發(fā)現(xiàn)病因和病理機(jī)制提供全新的一頁(yè)。

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