分子伴侶氧調(diào)節(jié)蛋白150在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展

郭曉宇 高 宇

(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北 承德 067000)

分子伴侶氧調(diào)節(jié)蛋白150在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展

郭曉宇 高 宇

(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北 承德 067000)

氧調(diào)節(jié)蛋白(ORP)150；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；未折疊蛋白反應(yīng)；糖尿??；心血管疾病

多種因素可以影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的功能，當(dāng)未折疊蛋白或折疊錯誤的蛋白在ER腔中積聚時，可觸發(fā)ER應(yīng)激(ERS)，進(jìn)而導(dǎo)致ER未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)。氧調(diào)節(jié)蛋白(ORP)150是ERS重要的標(biāo)志分子伴侶，且參與許多疾病的病理過程，但確切的作用機(jī)制尚不明確。本文綜述ORP150在ERS相關(guān)疾病中的表達(dá)變化可能發(fā)揮的作用。

1 ERS與ORP150

ER是真核細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞器，主要參與各種跨膜蛋白質(zhì)的合成、修飾和轉(zhuǎn)運。ER膜上的核糖體將新合成的蛋白分泌入ER腔內(nèi)，在不同的分子伴侶和折疊酶的協(xié)助下對其進(jìn)行翻譯后修飾和折疊。許多因素如營養(yǎng)物質(zhì)缺乏或過剩，蛋白糖基化作用，鈣調(diào)節(jié)失調(diào)，氧化應(yīng)激和腫瘤等，均可干擾ER正常的折疊功能，誘發(fā)ERS〔1〕。ERS時未折疊或錯誤折疊蛋白在ER腔積聚，激活UPR，參與多種疾病如糖尿病、動脈粥樣硬化、神經(jīng)退行性疾病和癌癥等疾病的病理生理過程〔2，3〕。研究表明，ERS與糖尿病并發(fā)癥如糖尿病腎病(DKD)和糖尿病早期神經(jīng)病變的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，因此減輕ERS的相關(guān)藥物有望成為該類疾病治療的新靶點〔4，5〕。為了應(yīng)對ERS所激發(fā)的特定信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路稱為UPR，主要包括以下3條途徑：蛋白激酶樣ER激酶(PEPK)，轉(zhuǎn)錄激活因子(ATF)6和肌醇激酶(IRE)1α與78 kD葡萄糖相關(guān)蛋白(GRP78)在ER膜上相結(jié)合，以保持其非活動狀態(tài)，當(dāng)錯誤折疊的蛋白質(zhì)在ER腔中積聚時，分子伴侶GRP78與PERK、ATF6、IRE1α受體解離，以促進(jìn)未折疊或錯誤折疊的蛋白進(jìn)行正確折疊。GRP78啟動后產(chǎn)生級聯(lián)式反應(yīng)：PERK磷酸化后，真核起始因子(eIF)2α抑制mRNA的翻譯，從而減少蛋白質(zhì)的進(jìn)一步積累；然而，磷酸化的eIF2α可以選擇性誘導(dǎo)ATF4 mRNA翻譯。ATF6激活后從ER異位至高爾基體，隨后被S1P、S2P絲氨酸蛋白酶水解，形成有活性的ATF6。IRE1α通過裂解26個核苷酸的內(nèi)含子誘導(dǎo)X-box結(jié)合蛋白(XBP)1 mRNA的表達(dá)。上述途徑產(chǎn)生的ATF4，ATF6和XBP進(jìn)入細(xì)胞核后，激活核轉(zhuǎn)錄因子C/EBP同源蛋白(CHOP)和ORP150基因的轉(zhuǎn)錄。應(yīng)激相關(guān)ORP150的表達(dá)與ATF4和ATF6有關(guān)〔6〕。

ORP150是10多年前首先在低氧環(huán)境大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，也稱為低氧上調(diào)因子(Hyou)1，它位于11號染色體長臂，由999個氨基酸編碼，全長3 301 bp〔7〕。ORP150基因序列包含了豐富的CCAATT順式作用元件，為ERS相關(guān)反應(yīng)元件(ERSE)，當(dāng)發(fā)生UPR時，ERSE與轉(zhuǎn)錄因子作用誘導(dǎo)ORP150轉(zhuǎn)錄。有研究指出，ATF4與ATF6可誘導(dǎo)ORP150在UPR時轉(zhuǎn)錄〔8〕。然而，UPR并不是ORP150轉(zhuǎn)錄的唯一途徑。Wang等〔9〕根據(jù)AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)調(diào)節(jié)的叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子(FOX)O1與乙酰ORP150表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子和脫乙酰FOXO1基因的啟動子區(qū)域直接合成ORP150，提出了AMPK上調(diào)轉(zhuǎn)錄依賴模型。以往ORP150被認(rèn)為是ER中的一種常駐蛋白，然而Arrington等〔10〕證實了ORP150在線粒體中的存在。ORP150是分子伴侶熱休克蛋白(HSP)70家族中的一員，是機(jī)體應(yīng)對應(yīng)激產(chǎn)生的結(jié)果。缺氧、高葡萄糖狀態(tài)、衣霉素治療均可引起ERS從而上調(diào)ORP150 mRNA及蛋白的表達(dá)。ORP150高表達(dá)與許多ERS相關(guān)疾病密切相關(guān)，對某些疾病如糖尿病、心血管疾病等的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮促進(jìn)或抑制作用。

2 ORP150與2型糖尿病

糖尿病的發(fā)病機(jī)制是由于胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞胰島素分泌減少。胰島β細(xì)胞是體內(nèi)糖代謝時唯一可以產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞，其凋亡增加及數(shù)量減少是導(dǎo)致糖尿病發(fā)病的關(guān)鍵因素。2型糖尿病時由于拮抗外周胰島素抵抗導(dǎo)致的高胰島素分泌可能會加重ER中蛋白的錯誤折疊，使UPR慢性過度活化，從而導(dǎo)致ERS，時間過長或較為嚴(yán)重時可致胰島β細(xì)胞的凋亡，通過給予抗凋亡蛋白(APC)(帶有caspase功能域的凋亡抑制因子)治療后可以減輕ERS，促進(jìn)β細(xì)胞的存活〔11〕。

研究發(fā)現(xiàn)ORP150高表達(dá)與糖尿病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Nakatani等〔12〕通過研究先天性肥胖糖尿病小鼠(C57BL/KsJ-db/db)和C57BL6非糖尿病小鼠證實ORP150表達(dá)上調(diào)可減輕胰島素抵抗，改善糖尿病小鼠的血糖控制。反義ORP150高表達(dá)的非糖尿病C57BL6小鼠則出現(xiàn)了胰島素抵抗。與C57BL6非糖尿病小鼠相比，C57BL/KsJ-db/db肥胖糖尿病小鼠體內(nèi)分子伴侶ORP150的表達(dá)顯著增高，證實在高血糖情況下肝臟內(nèi)確實發(fā)生了ERS。為了進(jìn)一步明確ORP150在胰島素抵抗和糖尿病中的作用，應(yīng)用ORP150表達(dá)的腺病毒(AD-S-ORP150)轉(zhuǎn)染小鼠，上調(diào)其肝臟ORP150的表達(dá)，檢測是否可減輕肝臟的ERS。通過腹腔胰島素耐量試驗及正糖鉗夾試驗方法，探索ORP150在C57BL/KsJ-db/db小鼠肝臟胰島素抵抗過表達(dá)的作用，結(jié)果表明ORP150高表達(dá)時可以減輕肝臟胰島素抵抗，明顯改善葡萄糖耐量情況，而轉(zhuǎn)染了反義ORP150(Ad-AS-ORP150)過高表達(dá)的非糖尿病C57BL6小鼠的實驗結(jié)果則與上述結(jié)果完全相反。相對于被轉(zhuǎn)染ORP150的小鼠，轉(zhuǎn)染了反義ORP150的小鼠肝臟內(nèi)重鏈結(jié)合蛋白(Bip)表達(dá)水平升高，腹胰島素敏感性下降，說明ERS在誘發(fā)糖尿病胰島素抵抗中起到關(guān)鍵作用，ORP150表達(dá)水平上調(diào)可以改善胰島素抵抗和糖耐量異常。Ozawa等〔13〕研究發(fā)現(xiàn)2型糖尿病中ORP150高表達(dá)可以增加骨骼肌和肝臟對胰島素的敏感性。雜合子ORP150-/+秋田小鼠ORP150高表達(dá)可以延遲糖尿病發(fā)病時間，并提高胰島素敏感性。相反，ORP150基因低表達(dá)可導(dǎo)致胰島素抵抗，從而加速糖尿病的發(fā)病進(jìn)程。此外，ORP150的高表達(dá)可以減輕秋田小鼠骨骼肌和肝臟的氧化應(yīng)激，這些結(jié)果均表明，ORP150表達(dá)高低與機(jī)體胰島素敏感性和氧化應(yīng)激有關(guān)。ERS是糖尿病發(fā)病過程的一個關(guān)鍵因素，ORP150可能是緩解ERS狀態(tài)的重要介質(zhì)。孫衛(wèi)平等〔14〕研究早期胰島素治療糖尿病大鼠可以上調(diào)ORP150表達(dá)，減少Bip和膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)1的表達(dá)，促使肝內(nèi)脂肪組織的重新分配，延緩糖尿病大鼠脂肪肝的進(jìn)展。

ORP150高表達(dá)可以減輕胰島素抵抗，改善葡萄糖耐量，在緩解糖尿病癥狀中起到重要作用。然而其分子機(jī)制及信號途徑的潛在影響尚未研究清楚，可能是由于ORP150高表達(dá)增強(qiáng)了胰島素經(jīng)胰島素底物受體(IRS)-1/蛋白激酶B(Akt)信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而發(fā)揮作用。ORP150高表達(dá)也可能參與抑制胰島β細(xì)胞的凋亡。以上研究結(jié)果表明，減輕ERS狀態(tài)有望成為糖尿病治療的新方法。

DKD是慢性腎臟疾病和終末期腎臟疾病一個主要原因。然而DKD是否可逆轉(zhuǎn)仍存在爭議。越來越多的證據(jù)〔15〕表明，ERS在腎小球疾病蛋白尿的產(chǎn)生機(jī)制中起到重要作用。研究表明由于ERS引起的足細(xì)胞凋亡在腎小球硬化過程中起重要作用，ORP150和CHOP是ERS在細(xì)胞凋亡作用中的關(guān)鍵〔16〕。Wang 等〔17〕證明黃芪甲苷可以緩解鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠ERS狀態(tài)，降低GRP78，ORP150 mRNA和蛋白水平的表達(dá)，減少CHOP的表達(dá)，抑制caspase-3的活化，進(jìn)而減少足細(xì)胞的凋亡。糖尿病周圍神經(jīng)病變是一種常見且嚴(yán)重的糖尿病并發(fā)癥，其特點是外周神經(jīng)軸突的漸進(jìn)性喪失。有研究表明，ERS在糖尿病周圍神經(jīng)病變的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵的作用，ORP150高表達(dá)可抑制神經(jīng)元細(xì)胞中caspase-3的活性，抑制CHOP的表達(dá)，從而減少神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡〔18〕。

3 ORP150與心血管疾病

動脈粥樣硬化是一種慢性進(jìn)展性疾病，其生理特點是由于粥樣斑塊的形成使動脈硬化和狹窄。當(dāng)斑塊開始形成時，載脂蛋白B在動脈內(nèi)皮下聚集，巨噬細(xì)胞可吞噬積聚的脂蛋白形成泡沫細(xì)胞，進(jìn)而激活炎癥反應(yīng)。ERS對動脈壁的影響也是導(dǎo)致動脈粥樣硬化的原因之一。ER參與多種脂質(zhì)合成，而且脂質(zhì)代謝和UPR有直接聯(lián)系〔19〕。ORP150在人類動脈粥樣硬化病變區(qū)高表達(dá)，甚至嚴(yán)重動脈粥樣硬化患者體內(nèi)可以檢測到ORP150自身抗體，表明ORP150在ERS情況下可保護(hù)巨噬細(xì)胞，其機(jī)制可能與細(xì)胞的氧化應(yīng)激有關(guān)。ERS介導(dǎo)的血管細(xì)胞凋亡可能會增加斑塊破裂的風(fēng)險，引起血栓形成和心血管問題。因此，應(yīng)更加關(guān)注ERS和隨后的凋亡在疾病的預(yù)防和治療中發(fā)揮的作用。

氧化型低密度脂蛋白(oxLDLs)是促進(jìn)細(xì)胞凋亡也是動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制之一，Sanson 等〔20〕研究表明oxLDLs可以導(dǎo)致ERS誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，oxLDLs增多可使0RP150高表達(dá)，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，從而抑制由于oxLDLs誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)時加入oxLDLs后，ERS標(biāo)記分子伴侶蛋白GRP78和ORP150表達(dá)均增高，ORP150表達(dá)增高可以顯著抑制oxLDLs誘導(dǎo)的caspase-3途徑的激活，從而抑制IRE1α和c-Jun氨基末端激酶(JNK)的磷酸化。此外，ORP150表達(dá)增多還可以抑制Akt磷酸化。

已有研究〔21〕證實ORP150可以抑制細(xì)胞凋亡，從而對缺氧心肌細(xì)胞起到保護(hù)作用。此外，應(yīng)用ORP150腺病毒載體轉(zhuǎn)染心肌細(xì)胞，在缺血再灌注損傷后可維持鈣平衡，抑制caspase-3途徑的激活，減少線粒體細(xì)胞色素c釋放，拮抗由于缺氧引起的細(xì)胞凋亡的效應(yīng)。因此，目前認(rèn)為巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及心肌細(xì)胞中ORP150高表達(dá)在抑制凋亡中有重要作用，可成為防治心血管疾病的新療法。

4 ORP150與其他疾病

吸煙是慢性阻塞性肺疾病(COPD)的主要危險因素。香煙煙霧中含有尼古丁、重金屬、自由基、氧化劑、活性氧和氮等大量有害物質(zhì)。過量或長期吸煙，可誘導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞ERS從而引起UPR和細(xì)胞凋亡〔22〕。依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的組蛋白脫乙酰酶(SIRT)1是一個著名的長壽基因，有利于減緩細(xì)胞衰老、抵抗應(yīng)激、炎癥和基因修復(fù)，有研究證明COPD患者和小鼠模型的肺部，SIRT1表達(dá)下調(diào)〔23〕。Zhang等〔24〕研究證實當(dāng)ORP150和SIRT1表達(dá)增多時，可以減少凋亡標(biāo)記蛋白caspase-3，caspase-4和CHOP的表達(dá)，抑制肺泡上皮細(xì)胞凋亡，有望為COPD的預(yù)防和治療提供新方法。Kretowski等〔25〕研究表明，ORP150可在缺氧條件下誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中的表達(dá)，延緩人皮膚成纖維細(xì)胞凋亡與衰老。ORP150還可以抑制人乳腺癌MCF7細(xì)胞的凋亡與衰老，抑制腫瘤細(xì)胞中ORP150的表達(dá)或許可成為今后腫瘤治療中新的研究方向〔26〕。

缺氧、高血糖狀態(tài)、鈣調(diào)節(jié)失衡及某些化學(xué)刺激如毒胡蘿卜素均可導(dǎo)致ERS，ORP150作為ERS伴侶蛋白之一，它可以通過抑制ERS進(jìn)而對細(xì)胞起到保護(hù)作用，維持鈣穩(wěn)態(tài)，抑制細(xì)胞凋亡。此外，由于ORP150高表達(dá)可以促進(jìn)IRS-1和Akt的磷酸化，對胰島細(xì)胞的存活及減輕胰島素抵抗具有積極作用，還可以促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子，促進(jìn)新生血管的形成，有利于恢復(fù)機(jī)體正常的血流量。此外，ORP150高表達(dá)還可以影響多種疾病的病理生理過程，然而其在ERS相關(guān)疾病中的作用機(jī)制尚未研究清楚，但它可能是一個很有前途的藥物靶點。

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R587

A

1005-9202(2017)23-5995-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.23.113

河北省2017年度醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點課題(20170232)

高 宇(1973-)，女，醫(yī)學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師，主任醫(yī)師，主要從事內(nèi)分泌與代謝疾病研究。

郭曉宇(1989-)，女，碩士，主要從事內(nèi)分泌與代謝疾病研究。

〔2016-10-12修回〕

(編輯 杜 娟)