IRE1α與乙型病毒性肝炎相關(guān)性研究進(jìn)展

李祥柱綜述，楊榮書，焦震華，張 珍，彭代雄審校

（1.重慶市璧山區(qū)人民醫(yī)院輸血科402760；2.重慶市璧山區(qū)中心血庫(kù)402760）

IRE1α與乙型病毒性肝炎相關(guān)性研究進(jìn)展

李祥柱1，2綜述，楊榮書1，2，焦震華1，2，張 珍1，2，彭代雄1，2審校

（1.重慶市璧山區(qū)人民醫(yī)院輸血科402760；2.重慶市璧山區(qū)中心血庫(kù)402760）

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)； 肝炎，乙型，慢性； 肝炎病毒，乙型； 信號(hào)傳導(dǎo)； 綜述

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)為細(xì)胞中重要的細(xì)胞器，肩負(fù)著多種功能，包括膜蛋白和分泌性蛋白的合成、翻譯后修飾、折疊組裝，類固醇生成，脂質(zhì)合成，糖原的儲(chǔ)存和合成，以及維持鈣穩(wěn)態(tài)[1]。只有蛋白從粗質(zhì)網(wǎng)到運(yùn)輸高爾基體才算正確折疊。許多病理生理因素包括缺氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（葡萄糖）缺乏、氧化還原平衡的改變、鈣穩(wěn)態(tài)的變化、病毒感染、錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的過(guò)表達(dá)及采用還原劑進(jìn)行細(xì)胞治療，均會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS），觸發(fā)未折疊蛋白應(yīng)答（UPR）。在過(guò)去20年間，ERS已被證實(shí)在各種肝臟疾病的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。例如，非酒精性脂肪性肝病、酒精性肝病、病毒性肝炎、局部缺血/再灌注損傷及膽汁淤積型肝病。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，ERS在病毒性肝炎的發(fā)病機(jī)制中也可能起重要作用。肌醇激酶1（inositol-requiring enzyme 1α， IRE1α）是目前研究最多的一條通路，在體內(nèi)廣泛存在，也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)最基本的應(yīng)激感受因子。而我國(guó)的乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染率為60%～70%，因此，闡明ERS相關(guān)信號(hào)通路IRE1α的基礎(chǔ)理論和機(jī)制與乙型肝炎的關(guān)系，對(duì)乙型肝炎的治療及相關(guān)肝病的發(fā)生、發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

1 ERS/UPR

ERS即細(xì)胞處于一種亞細(xì)胞病理狀態(tài)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能紊亂時(shí)，細(xì)胞就會(huì)啟動(dòng)一組細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路，統(tǒng)稱為UPR。UPR的主要影響是在未折疊蛋白高負(fù)荷情況下維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。迄今為止，已確定ERS涉及3個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白：PKR樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（PKR-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）、活化轉(zhuǎn)錄因子（activating transcription factor 6，ATF6）、IRE1。這3種UPR的分支通路控制特定轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)和信號(hào)事件以調(diào)節(jié)多種UPR的下游反應(yīng)，適應(yīng)ERS，如果這些目標(biāo)在一定時(shí)間內(nèi)未實(shí)現(xiàn)或中斷，UPR就會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[2]。在正常情況下，這3個(gè)蛋白通過(guò)與一種分子伴侶——結(jié)合免疫球蛋白蛋白質(zhì)（BiP/GRP78）相結(jié)合并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)處于無(wú)活性狀態(tài)。然而，當(dāng)細(xì)胞處于ERS狀態(tài)時(shí)，BiP就會(huì)與這些內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白分離，轉(zhuǎn)而與累積的未折疊蛋白或錯(cuò)誤折疊蛋白相互作用并激活 UPR[3]。PERK與BiP分離后胞質(zhì)區(qū)域被活化并介導(dǎo)轉(zhuǎn)磷酸作用，磷酸化翻譯起始因子2α（eIF2α），抑制翻譯，并導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯[4]?；罨腁TF6易位到高爾基體，隨后被高爾基體固有的2個(gè)蛋白酶——位點(diǎn)1蛋白酶（site-1protease，S1P）和位點(diǎn)2蛋白酶S2P[5]裂解，產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為50 000的bZIP類轉(zhuǎn)錄因子（ATF6p50），其進(jìn)入細(xì)胞核與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)元件（ERSE）啟動(dòng)子相結(jié)合參與UPR的調(diào)節(jié)，以誘導(dǎo)ER伴侶的轉(zhuǎn)錄。IRE1的胞質(zhì)區(qū)域被活化后特異的剪切一種重要的轉(zhuǎn)錄因子X-盒結(jié)白蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1）[6]mRNA，產(chǎn)生蛋白活性更強(qiáng)的XBP1（s），上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)UPR，從而形成功能性的轉(zhuǎn)錄因子，剪接型XBP1（XBP1s），其激活能促進(jìn)含ERSE的UPR靶分子的基因轉(zhuǎn)錄，涉及錯(cuò)折疊蛋白輸出和降解[7]。

長(zhǎng)期或大量的ERS會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。UPR通過(guò)PERK、ATF6和IRE1的幾個(gè)下游通路，包括c-Jun N端激酶（JNK）和C/EBP同源蛋白質(zhì)（CHOP），這將導(dǎo)致抗細(xì)胞凋亡的線粒體蛋白Bcl-2的表達(dá)下調(diào)[8]。此時(shí)這種蛋白質(zhì)會(huì)反過(guò)來(lái)激活促凋亡因子，并導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

2 IRE1 α-XBP1 信號(hào)通路與炎性反應(yīng)

IRE1有IRE1α和IRE1β 2個(gè)同源體，IRE1α是目前研究最多的一條通路，在體內(nèi)廣泛存在，也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)最基本的應(yīng)激感受因子，是處理XBP1轉(zhuǎn)錄因子mRNA的內(nèi)切核糖核酸酶。IRE1α是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶和核糖核酸內(nèi)切酶，包含N端的可以感受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔異常蛋白刺激的跨膜結(jié)構(gòu)域（NLD）、C端具有激酶活性的Kinase結(jié)構(gòu)域及核酸內(nèi)切酶活性的RNase結(jié)構(gòu)域[7]。當(dāng)細(xì)胞處于ERS下，BiP被釋放并結(jié)合未折疊的蛋白質(zhì)，同時(shí)IRE1α內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的結(jié)構(gòu)域發(fā)生二聚化，激活胞質(zhì)的蛋白激酶域，進(jìn)而發(fā)生自身磷酸化作用，進(jìn)一步激活特定位點(diǎn)羧基末端具有核糖核酸內(nèi)切酶活性的RNase結(jié)構(gòu)域，從而特異的剪切一種重要的轉(zhuǎn)錄因子XBP1 mRNA。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，未剪接XBP1蛋白（XBP1u）有表達(dá)，但是非常不穩(wěn)定易被蛋白酶體降解，因此，其在正常細(xì)胞中一般檢測(cè)不到[9]；IRE1α剪接XBP1 mRNA的26位核苷酸內(nèi)含子，導(dǎo)致mRNA的密碼子讀碼框移位并在羧基末端生成一種新的蛋白活性更強(qiáng)的XBP1（s），能促進(jìn)含ERSE的UPR靶分子的基因轉(zhuǎn)錄，上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解（ER-associated degradation，ERAD）[10]和減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白負(fù)荷有利于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)重新建立動(dòng)態(tài)平衡[11]。

越來(lái)越多的研究表明，ERS可誘導(dǎo)多種炎癥因子的表達(dá)，導(dǎo)致炎性反應(yīng)和炎癥相關(guān)疾病的發(fā)展[12]，包括NFκB、JNK活性氧、白介素6（IL-6）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）。IRE1α可介導(dǎo)促凋亡信號(hào)，如TNF受體相關(guān)因子2（TRAF2）和凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1（ASK1）/JNK等引起凋亡信號(hào)的募集，導(dǎo)致自吞噬，胰島素抗性和細(xì)胞凋亡。TRAF2可招募IκB激酶（IκB kinase，IKK），促進(jìn)核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）介導(dǎo)炎癥[13]。IRE1α激活的NFκB和JNK 2個(gè)途徑可影響游離膽固醇誘導(dǎo)的活化和TNF-α及IL-6的產(chǎn)生[14]。而內(nèi)皮細(xì)胞中氧化脂激活UPR和炎癥基因的表達(dá)依賴于ATF4和XBP1[15]。促凋亡蛋白Bcl-2的激活可導(dǎo)致鈣釋放，蛋白酶活化引起線粒體去極化和活性氧基團(tuán)（ROS）的生成增加[16]，以及caspase 4的激活并伴隨JNK調(diào)節(jié)凋亡。有研究證實(shí)，Bcl-2蛋白這種通過(guò)調(diào)節(jié)鈣平衡誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制也與ERS有關(guān)，特別是IRE1α信號(hào)通路；此外，IRE1/ XBP1上調(diào)TLR基因的表達(dá)誘導(dǎo)炎性反應(yīng)，還可能通過(guò)調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間促進(jìn)炎癥過(guò)程[17]。

4 IRE1α-XBP1信號(hào)通路與乙型病毒性肝炎

HBV感染是一個(gè)嚴(yán)重的世界性健康問題，其可能引起急慢性肝炎、肝硬化和肝細(xì)胞癌（HCC）。大量研究表明，HBV相關(guān)蛋白及病程中產(chǎn)生的炎癥和氧化應(yīng)激均可觸發(fā)ERS[18-20]。HBV還可激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解（ERAD）通路，反過(guò)來(lái)降低包膜蛋白的數(shù)量，為緩解ERS起著重要的作用[21]。HBV基因組含有4個(gè)重疊編碼DNA聚合酶的開放閱讀框（ORF），主要編碼乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg）、乙型肝炎病毒核心抗原（HBcAg）、X蛋白（HBx）及S蛋白（HBs）。HBx在HBV復(fù)制過(guò)程中起著重要作用，是一種多功能調(diào)控蛋白，可以直接或間接對(duì)病毒的復(fù)制與增殖、宿主細(xì)胞的基因表達(dá)與調(diào)控、細(xì)胞的凋亡與癌變等過(guò)程產(chǎn)生廣泛影響[22]。Li等[23]研究發(fā)現(xiàn)，HBV能夠通過(guò)HBx的表達(dá)引起ERS，激活UPR的ATF6和IRE1-XBP1兩條通路，可能會(huì)促進(jìn)HBV的復(fù)制和在肝細(xì)胞中的表達(dá)，并有助于肝病的發(fā)生，甚至HCC的發(fā)展[24]。另一方面，HBx與堿性亮氨酸拉鏈（bZIP）結(jié)構(gòu)類轉(zhuǎn)錄因子如ATF2、ATF6和CREB相互作用。XBP1屬于bZIP類家族，所以也有可能HBx結(jié)合XBP1從而激活或共同激活它們以提高轉(zhuǎn)錄活力。XBP1敲除小鼠實(shí)驗(yàn)表明，XBP1為肝細(xì)胞生長(zhǎng)和分化所必需的[25]。在肝癌組織和肝癌細(xì)胞株HepG2和Huh7中也觀察到XBP-1剪接活動(dòng)[26]。所以HBx蛋白可能參與HBV在肝細(xì)胞中的復(fù)制和持續(xù)表達(dá)[27]。HBx蛋白激活XBP1通路可能是HBV相關(guān)疾病發(fā)病包括肝癌發(fā)展的新機(jī)制。

HBsAg主要包括大、中、小3種蛋白，由前S1、前S2和S基因轉(zhuǎn)錄合成。HBsAg在肝細(xì)胞內(nèi)的聚集會(huì)誘發(fā)ERS[28]。HBV表面大蛋白（hepatitisB virus large surface protein，LHBs）與ERS的關(guān)系最為密切，是病毒形成完整外膜的重要標(biāo)志，與病毒復(fù)制密切相關(guān)，LHBs的過(guò)度表達(dá)在肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)積聚是導(dǎo)致ERS的關(guān)鍵因素，并與肝細(xì)胞毒性甚至肝癌相關(guān)[29]。

此外，大量研究表明，前S1、前S2基因突變病毒可引起LHBs在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)聚集和HBV顆粒組裝障礙，誘導(dǎo)GRP78表達(dá)增加[29]，而增加Hep G2細(xì)胞中GRP78的表達(dá)抑制HBV的復(fù)制，GRP78被證實(shí)為HCC癌變相關(guān)基因[30]。S蛋白是HBV的包膜蛋白，與病毒進(jìn)入細(xì)胞有關(guān)，preS蛋白在細(xì)胞中的表達(dá)也可以引起ERS，有關(guān)研究顯示，IRE1-α和XBP1的過(guò)度表達(dá)均會(huì)激活HBV S啟動(dòng)子[31]，從而恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)HBsAg 3種蛋白的比例平衡，維持HBV顆粒的組裝[31]。Lazar等[21]發(fā)現(xiàn)，HBV可以激活ERAD通路，調(diào)節(jié)病毒及亞病毒顆粒的形成，反而降低了包膜蛋白的數(shù)量，這給緩解ERS起著重要作用。因此，HBV具有利用ERS相關(guān)的UPR通路來(lái)調(diào)節(jié)自身病毒復(fù)制和表達(dá)的能力。

4 小 結(jié)

相對(duì)于健康人，HBV的慢性感染者患肝癌及肝壞死的風(fēng)險(xiǎn)更大。肝細(xì)胞富含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，具有很強(qiáng)的蛋白質(zhì)合成能力，因此，UPR/ERSR在預(yù)防或介導(dǎo)HBV的病理學(xué)改變方面具有重要作用。盡管可對(duì)HBV ERS相關(guān)信號(hào)因子的調(diào)控情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)鑒定，HBV與ERS的相關(guān)研究也在迅速增多，但I(xiàn)RE1α-XBP1信號(hào)通路在HBV及其相關(guān)肝臟疾病的發(fā)生、發(fā)展中的作用仍有待全面認(rèn)識(shí)。人類對(duì)于疾病的認(rèn)識(shí)最終目的在于預(yù)防和治療疾病，目前乙型肝炎最主要的治療機(jī)制就是干擾或阻斷HBV在宿主肝細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，闡明ERS的主要信號(hào)通路IRE1α-XBP1對(duì)HBV病毒顆粒復(fù)制水平的影響，對(duì)研發(fā)新的HBV靶向細(xì)胞藥物及確定慢性感染具有重要意義，通過(guò)IRE1α-XBP1信號(hào)通路調(diào)控ERS及其隨之帶來(lái)的細(xì)胞損傷可能是新的治療方針。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.23.020

A

1009-5519（2015）23-3582-04

2015-09-15）

李祥柱（1986-），女，重慶九龍坡人，碩士研究生，主要從事血液免疫相關(guān)研究；E-mail：xiangzhu.li@qq.com。

彭代雄（E-mail：ivan7778@sina.com）。