內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在急性腎損傷中的研究進(jìn)展

劉杰 朱凱 楊定平

·述評(píng)·

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在急性腎損傷中的研究進(jìn)展

劉杰 朱凱 楊定平

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是一種造成多器官損傷的臨床危重癥，盡管AKI相關(guān)的基礎(chǔ)研究及臨床治療在不斷進(jìn)步，但仍然無(wú)法解決AKI住院患者住院時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)醫(yī)療資源多、生存質(zhì)量和預(yù)后差、加重家庭和社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)等諸多問(wèn)題[1-2]。目前研究發(fā)現(xiàn)，腎小管上皮細(xì)胞凋亡壞死、氧化應(yīng)激、炎癥、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum, ER)的功能紊亂等在AKI發(fā)病機(jī)制中起重要作用。

ER作為參與真核細(xì)胞生命活動(dòng)的多功能細(xì)胞器，是蛋白質(zhì)合成、修飾、轉(zhuǎn)運(yùn)的主要場(chǎng)所，也是細(xì)胞Ca2+的儲(chǔ)存場(chǎng)所，與線粒體、高爾基體、核糖體等細(xì)胞器間存在廣泛而密切的聯(lián)系。細(xì)胞受到多種有害刺激(如缺氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足、感染、藥物、重金屬等)后，引起ER中未折疊及錯(cuò)誤折疊蛋白異常蓄積，導(dǎo)致ER發(fā)生功能紊亂的一種病理生理反應(yīng)，稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)[3]。ERS作為細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)通路的共同通路，還通過(guò)與炎癥反應(yīng)、泛素-蛋白酶體、氧化應(yīng)激等多條重要通路耦聯(lián)，對(duì)細(xì)胞代謝、細(xì)胞增殖/凋亡、蛋白質(zhì)合成與降解、氧化和抗氧化平衡等多種病理生理過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。在ERS的3條通路中，未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein reaction, UPR)是最主要的ERS保護(hù)途徑，目前對(duì)UPR的研究最為深入，機(jī)制也相對(duì)確切[4]。

一、ERS與UPR

在適度短暫的刺激下，UPR通過(guò)抑制蛋白合成、促進(jìn)蛋白再折疊及誘導(dǎo)未折疊、錯(cuò)誤折疊蛋白降解，從而恢復(fù)ER穩(wěn)態(tài)及正常生理功能。上述過(guò)程分子通路機(jī)制為：在ERS作用下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上因與Bip/GRP78(immunoglobulin heavy-chain binding protein/glucose-regulated protein78)結(jié)合而處于無(wú)活性狀態(tài)的ERS感應(yīng)蛋白，即PERK(PKR-like ER kinase)、ATF6(activating transcription factor 6)和IRE1(inositol requiring enzyme 1)，與之分離，并激活其下游信號(hào)傳導(dǎo)[5-6]。

1.PERK途徑 活化的PERK與BiP解離后，促進(jìn)參與蛋白翻譯啟動(dòng)位點(diǎn)識(shí)別的eIF2α磷酸化使之失活，磷酸化的eIF2α將抑制mRNA的翻譯，通過(guò)限制錯(cuò)誤蛋白合成及ER內(nèi)未折疊蛋白來(lái)源而減輕ERS；亦可通過(guò)選擇性誘導(dǎo)ATF4等重要URP相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子mRNA翻譯、激活NF-κB-Bcl2通路等，增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)不良反應(yīng)的適應(yīng)性，促進(jìn)細(xì)胞的存活。

2.ATF6途徑 ATF6作為參與ERS中生存基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的重要分子，ATF6轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體將發(fā)生膜內(nèi)蛋白分解，水解為具有DNA結(jié)合域的小分子片段，此片段進(jìn)入胞核后作為轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)急反應(yīng)元件(ERSEs)啟動(dòng)子，并上調(diào)Bip/GRP78、GRP94等編碼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶及折疊酶基因的轉(zhuǎn)錄水平，促進(jìn)未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的再折疊，ATF6還可作用于XBP-1、CHOP等基因位點(diǎn)，抑制ERS相關(guān)通路介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[7]。

3.IRE1a/X Box protein-1途徑 X Box protein-1為ATF6通路和IRE1通路共同作用位點(diǎn)。IRE1與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶解聚后發(fā)生磷酸化，研究發(fā)現(xiàn)磷酸化的IRE1具有核糖核酸內(nèi)切酶活性及RIDD活性，既可選擇性剪切X Box protein-1 mRNA，其產(chǎn)物轉(zhuǎn)入核內(nèi)可與ERSEs作用，激活與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上與蛋白折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白基因，促進(jìn)ERAD，又可作用RIDD途徑，剪切其他ER相關(guān)mRNA，促進(jìn)其降解，緩解ERS[8-9]。

而當(dāng)劇烈持久的刺激超過(guò)UPR調(diào)節(jié)作用，將破壞ER穩(wěn)態(tài)及其功能，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用，UPR將激活ERS相關(guān)凋亡通路，主要包括以下3條凋亡通路：①PERK/ATG6/IRE1-CHOP凋亡通路。此通路為最重要的ERS相關(guān)凋亡通路，UPR下游3條信號(hào)通路均參與其激活調(diào)節(jié)。CHOP為促凋亡基因，CHOP表達(dá)蛋白作為核轉(zhuǎn)錄因子可抑制抗凋亡基因Bcl-2表達(dá)、促進(jìn)Bim、PUMA、TRB3等多種凋亡相關(guān)基因表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。CHOP在生理?xiàng)l件下表達(dá)水平較低，而在ERS過(guò)度刺激下，其表達(dá)量將明顯升高，敲除該基因的細(xì)胞對(duì)長(zhǎng)時(shí)間ERS介導(dǎo)的凋亡具有明顯抵抗能力[10-11]。此外，CHOP可通過(guò)誘導(dǎo)GADD34表達(dá)抑制上游eIF2α活化，進(jìn)而抑制PERK-eIF2α通路對(duì)蛋白翻譯的抑制作用，促進(jìn)錯(cuò)誤折疊蛋白和未折疊蛋白的合成，導(dǎo)致ER內(nèi)蛋白的大量蓄積。②Bax-Bak/IRE1-TRAF2-caspase 12/caspase-4凋亡通路。Caspase-12/caspase-4特異性表達(dá)于ER表面，正常生理?xiàng)l件下處于無(wú)活性狀態(tài)，而當(dāng)ERS發(fā)生，寡聚Bax、Bak將導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+和線粒體攝取Ca2+，激活胞漿內(nèi)鈣蛋白酶(calpain),水解Caspase-12/caspase-4前體，水解的Caspase-12/caspase-4片段可活化其下游caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)凋亡[12]。而IRE1-TRAF2通路也可激活Caspase-12/caspase-4介導(dǎo)的凋亡途徑。③IRE1-TRAF2-ASK1-JNK凋亡通路。活化的IRE1可與TRAF2形成復(fù)合物，并激活A(yù)SK1，ASK1進(jìn)一步激活JNK，活化的JNK將促進(jìn)抗凋亡基因Bcl-2和促凋亡基因Bim的磷酸化，導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡[13]。

二、ERS與AKI

AKI根據(jù)病理生理可分為腎前性、腎性和腎后性，其發(fā)病機(jī)制各異，臨床及基礎(chǔ)研究中以腎臟缺血再灌注、腎毒性藥物、膿毒血癥所致最為常見(jiàn)。

1.缺血-再灌注損傷致AKI 缺血-再灌損傷(ischemia reperfusion injury, IRI)是發(fā)生缺血的組織或器官恢復(fù)血液灌注時(shí)發(fā)生的結(jié)構(gòu)和功能損傷。腎臟作為高灌注器官，對(duì)缺血缺氧都尤為敏感，腎臟IRI是臨床中常見(jiàn)的病理現(xiàn)象，常見(jiàn)于腎移植、腎血管術(shù)后、休克復(fù)蘇等情況。目前研究認(rèn)為，腎臟血流灌注主要因組織營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧供不足和能量快速耗竭，引起局部能量代謝障礙，恢復(fù)灌注后氧化應(yīng)激的發(fā)生進(jìn)一步加重了組織的損傷。在上述病理生理過(guò)程中，缺氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足、ATP耗竭、ROS產(chǎn)生及Ca2+穩(wěn)態(tài)破壞等均可誘發(fā)ERS，過(guò)度ERS將誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、加重細(xì)胞和組織內(nèi)ROS、炎癥和Ca2+超載，使組織損傷進(jìn)一步加重。已經(jīng)證實(shí)，腎臟IRI與ERS密切相關(guān)。Lempiainen等[14]發(fā)現(xiàn)小鼠IRI模型中，較之野生型小鼠，CHOP基因敲除小鼠腎臟損傷水平明顯減輕，而caspase-3、Bax表達(dá)水平顯著下降，Bcl-2表達(dá)上調(diào)，表明IRI可導(dǎo)致ERS并通過(guò)激活CHOP凋亡途徑導(dǎo)致細(xì)胞和組織損傷。ORP150是表達(dá)于ER膜上的保護(hù)性ER伴侶分子，在AKI患者腎組織中表達(dá)水平較高，而體內(nèi)、體外研究均證實(shí)，ORP150基因的高表達(dá)增強(qiáng)了細(xì)胞和組織對(duì)缺血缺氧的耐受性，同樣說(shuō)明ERS是導(dǎo)致缺血再灌AKI的重要病因[15]。

2.藥物致AKI 腎小管上皮細(xì)胞凋亡、腎小管-間質(zhì)損傷是AKI的重要機(jī)制，而抗癌藥物、非甾體抗炎藥、對(duì)比劑等均可導(dǎo)致腎小管-間質(zhì)損傷，進(jìn)而導(dǎo)致AKI。研究發(fā)現(xiàn)ERS在藥物致AKI病理過(guò)程中起重要作用。

順鉑是廣泛應(yīng)用的針對(duì)實(shí)體腫瘤的化療藥物，可導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞凋亡并引起AKI。諸多體內(nèi)、體外研究均表明，ERS激活誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞，尤其是近端腎小管上皮細(xì)胞的凋亡是順鉑致AKI的重要機(jī)制。順鉑刺激腎小管上皮細(xì)胞后將導(dǎo)致促凋亡因子Bax和Bak的激活，釋放凋亡因子細(xì)胞色素c，促進(jìn)caspase-9/caspase-3的活化及其后凋亡途經(jīng)的激活。部分研究報(bào)道，順鉑亦可通過(guò)活化caspase12/caspase-3誘導(dǎo)其凋亡途徑的激活[16]。

盡管對(duì)比劑致AKI具體機(jī)制尚不完全明確，但目前研究認(rèn)為腎臟缺血損傷及對(duì)比劑對(duì)腎小管細(xì)胞的直接毒性作用為主。近期研究已證實(shí)ERS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡導(dǎo)致對(duì)比劑致AKI中腎小管損傷發(fā)生發(fā)展的主要機(jī)制。對(duì)對(duì)比劑致AKI患者的研究發(fā)現(xiàn)，腎小管上皮細(xì)胞凋亡嚴(yán)重，JNK磷酸化程度顯著增高且促凋亡因子Bak表達(dá)水平升高。有研究報(bào)道通過(guò)體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證明，離子型對(duì)比劑(泛影葡胺)刺激后腎小管細(xì)胞凋亡和ERS相關(guān)促凋亡分子表達(dá)均顯著增加，進(jìn)一步體外實(shí)驗(yàn)表明抑制ATF6、JNK通路或轉(zhuǎn)染CHOP-siRNA并不能減輕對(duì)比劑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，而應(yīng)用caspase-12抑制劑亦可在一定程度上抑制細(xì)胞凋亡，提示caspase-12相關(guān)凋亡通路在對(duì)比劑致腎小管損傷或腎毒性中發(fā)揮重要作用[17-18]。此外，對(duì)比劑導(dǎo)致的腎血管收縮、ROS、線粒體損傷等均參與其病理生理過(guò)程，而ERS與上述病理過(guò)程均存在耦聯(lián)，ERS亦可能通過(guò)調(diào)節(jié)上述病理過(guò)程參與對(duì)比劑致病過(guò)程。

NSAIDs臨床應(yīng)用廣泛，NSAIDs其相關(guān)性AKI起病隱匿，缺乏典型臨床表現(xiàn)，已引起了廣泛的關(guān)注。諸多研究證明，對(duì)乙酰氨基酚可導(dǎo)致腎小管壞死，加重急性腎小管間質(zhì)病變。Lorz等[19]發(fā)現(xiàn)對(duì)乙酰氨基酚刺激腎小管上皮細(xì)胞后，CHOP途徑和非依賴于線粒體途徑的caspase-12均激活，表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能是對(duì)乙酰氨基酚誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡的重要機(jī)制。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)乙酰氨基酚代謝產(chǎn)物p-氨基苯酚誘導(dǎo)大鼠AKI模型中，ER伴侶分子GRP78、GRP94表達(dá)在mRNA及蛋白水平均顯著上升，而caspase-12、X BOX protein-1 mRNA剪切激活顯著增加，提示p-氨基苯酚也可導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞損傷且可能與caspase-12相關(guān)通路激活相關(guān)。

氨基糖甙類抗生素盡管對(duì)G+和G-均有較好的治療效果，但其腎毒性限制了臨床應(yīng)用。研究表明慶大霉素誘導(dǎo)AKI通過(guò)其在近端腎小管選擇性積累導(dǎo)致腎小管壞死、腎小管纖維化及小管-間質(zhì)炎癥，其機(jī)制主要與氧化應(yīng)激水平的升高和炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)相關(guān)。慶大霉素在ER內(nèi)積累可誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯、ERS及其誘導(dǎo)的UPR。UPR的過(guò)度激活時(shí)，鈣蛋白酶及caspase-12介導(dǎo)的經(jīng)典凋亡途徑激活導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[20]。

3.膿毒癥致AKI AKI是嚴(yán)重膿毒癥患者常見(jiàn)并發(fā)癥之一，膿毒癥AKI占所有病因致AKI的50%，且患者病死率高。但目前，胺毒癥的發(fā)生機(jī)制尚未被完全闡明。研究表明，膿毒癥時(shí)炎性介質(zhì)的大量產(chǎn)生和釋放，腎臟血流動(dòng)力學(xué)的改變，凝血功能的異常，免疫誘導(dǎo)的損傷和調(diào)亡等因素均參與了AKI的發(fā)生。ERS在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中也起著十分重要的作用。Esposito等[21]研究發(fā)現(xiàn)脂多糖誘導(dǎo)的AKI與ERS密切相關(guān)。有研究認(rèn)為膿毒癥時(shí)，細(xì)胞凋亡與ERS誘導(dǎo)的剪切型XBP1 mRNA的集聚以及蛋白和CHOP表達(dá)的上調(diào)相關(guān)。

4.橫紋肌溶解致AKI 橫紋肌溶解導(dǎo)致的AKI的發(fā)生發(fā)展與炎癥、氧化應(yīng)激等多種病理生理過(guò)程有關(guān)，在橫紋肌溶解過(guò)程中肌細(xì)胞釋放出肌紅蛋白可導(dǎo)致活性氧分子失控，并產(chǎn)生大量氧自由基，誘發(fā)ERS。有研究通過(guò)用肌注甘油誘導(dǎo)橫紋肌溶解AKI大鼠模型發(fā)現(xiàn)，ERS的經(jīng)典標(biāo)志物GRP-78的表達(dá)于注射甘油1 h后即開(kāi)始升高，并隨時(shí)間延長(zhǎng)呈逐漸升高趨勢(shì)，提示ERS在橫紋肌溶解腎損傷的早期階段即開(kāi)始啟動(dòng)，而激活凋亡信號(hào)(caspase-12表達(dá)升高)，將促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致AKI。

三、ERS與AKI形成機(jī)制

雖然腎缺血-再灌注、腎毒性藥物、膿毒癥等多種病因所致AKI具體發(fā)病機(jī)制各有不同，但都與自噬、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙等機(jī)制密切相關(guān)，ERS通過(guò)與上述機(jī)制耦聯(lián)，參與AKI的發(fā)生發(fā)展，成為AKI的重要機(jī)制。

1.ERS與自噬 自噬是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的主要機(jī)制，通過(guò)調(diào)節(jié)自噬的活性，對(duì)損傷、衰老的細(xì)胞器和異常積累的蛋白質(zhì)等進(jìn)行降解再利用，避免細(xì)胞器損傷的級(jí)聯(lián)擴(kuò)大，以維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。自噬受到30多種自噬相關(guān)基因(autophagy-related genes，ATG)調(diào)控，可因營(yíng)養(yǎng)缺乏等激活mTOR通路，也可因錯(cuò)誤折疊蛋白在ER內(nèi)滯留而激活相關(guān)自噬通路。ERS時(shí)，ERAD不具有清除受損細(xì)胞器功能且不能將細(xì)胞內(nèi)異常蛋白完全清除，尤其是突變的α-1抗胰蛋白酶及錯(cuò)誤折疊的促性腺激素釋放激素受體等由于蛋白結(jié)構(gòu)異常而不能為經(jīng)典ERAD途徑識(shí)別時(shí)，細(xì)胞內(nèi)將啟動(dòng)UPR激活的自噬通路。有研究發(fā)現(xiàn)，在卵巢癌細(xì)胞中，二甲雙胍可激活PERK、eIF2α，促進(jìn)自噬體的形成，藥物抑制PERK活性后，自噬即被抑制，若使用ERS和自噬抑制劑，細(xì)胞凋亡明顯增強(qiáng)，表明ERS和自噬之間存在相互調(diào)節(jié)且二者均起保護(hù)作用。Grootjans等[22]證實(shí)，PERK-eIF2α通路對(duì)ERS激活的自噬十分關(guān)鍵，尤其是ATF4及其誘導(dǎo)激活的CHOP表達(dá)上調(diào)不僅與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)，還調(diào)節(jié)多種自噬相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄活性，激活自噬，但PERK途徑誘導(dǎo)自噬機(jī)制尚不明確。IRE-1途徑是調(diào)控自噬的另一條重要途徑，一旦IRE-1途徑激活，JNK使在生理狀態(tài)下與自噬調(diào)節(jié)蛋白Beclin-1結(jié)合的抗凋亡蛋白Bcl-2發(fā)生磷酸化，導(dǎo)致二者復(fù)合體解離，從而使Beclin-1參與自噬調(diào)節(jié)。ERS誘導(dǎo)的ROS也可激活自噬，既往研究表明，ROS損傷的線粒體及ER將形成自噬體，以抑制損傷細(xì)胞器內(nèi)釋放的Ca2+激活的細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)細(xì)胞存活，但異常激活的自噬也將對(duì)細(xì)胞和組織造成損傷[23]。

2.ERS與炎癥反應(yīng) ERS與機(jī)體多種炎癥相關(guān)的慢性病理生理過(guò)程相關(guān)，如代謝性疾病、炎癥性腸病、動(dòng)脈粥樣硬化及神經(jīng)退行性病變等。對(duì)二者病理機(jī)制相關(guān)研究表明，ERS與炎癥反應(yīng)間可相互調(diào)節(jié)，一方面，ERS可直接激活炎癥途徑，另一方面，ROS、細(xì)胞因子等促炎因子又可以激活ERS及UPR，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)級(jí)聯(lián)擴(kuò)大。UPR主要通過(guò)以下途徑耦聯(lián)炎癥反應(yīng)：①NF-κB途徑。NF-κB是炎癥通路主要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。UPR下游的PERK、IRE1和ATG6途徑均可激活NF-κB，但各途徑具體機(jī)制不同。ERS發(fā)生時(shí)，IRE1與TRAF2相互作用，募集IKK并使IκB發(fā)生磷酸化與NF-κB解離，促使游離的NF-κB發(fā)生核轉(zhuǎn)位，啟動(dòng)炎癥反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。因?yàn)镮κB半衰期較短，PERK-eIF2α信號(hào)途徑主要通過(guò)上調(diào)NF-κB/IκB比值，促進(jìn)依賴NF-κB的基因轉(zhuǎn)錄。有研究顯示，siRNA沉默ATF6基因，可抑制Akt磷酸化及NF-κB表達(dá)，影響炎癥反應(yīng)[24]。②JNK途徑。JNK屬于生理或病理應(yīng)激誘導(dǎo)的MAPK，可介導(dǎo)細(xì)胞增殖、自噬、炎癥等多種應(yīng)答模式。除可激活NF-κB，IRE1-TRAF2復(fù)合體還可募集ASK-1，隨之激活JNK，通過(guò)增強(qiáng)AP1活性導(dǎo)致促炎因子基因表達(dá)增強(qiáng)。③此外，T細(xì)胞、B細(xì)胞等免疫細(xì)胞和樹(shù)突細(xì)胞等各種基質(zhì)細(xì)胞內(nèi)UPR活化后誘導(dǎo)TNF和IL-6等細(xì)胞因子的合成和分泌，參與炎癥反應(yīng)。反之，細(xì)胞因子亦可直接調(diào)節(jié)UPR。

3.ERS與氧化應(yīng)激 氧化還原平衡對(duì)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)具有重要影響，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)氧化/還原型谷胱甘肽(GSSG/GSH)比例較胞質(zhì)內(nèi)高，這種微環(huán)境有利于多肽間二硫鍵的形成，二硫鍵生成和斷裂過(guò)程均伴隨著ROS產(chǎn)生，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)抗氧化機(jī)制對(duì)于維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，一旦內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧化還原平衡失衡，將導(dǎo)致氧化應(yīng)激。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)約1/4的ROS來(lái)源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)蛋白質(zhì)折疊時(shí)二硫鍵形成或斷裂。首先，ER內(nèi)的蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase, PDI)可催化多肽間半胱氨酸發(fā)生氧化反應(yīng)，從而形成二硫鍵，而PDI本身則接受2個(gè)電子發(fā)生還原反應(yīng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧化還原酶-1(ERO-1)可作為電子受體接受還原態(tài)PDI巰基電子，恢復(fù)其氧化性并產(chǎn)生ROS，此過(guò)程依賴于黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的參與，F(xiàn)AD接受電子后形成FADH2，F(xiàn)ADH2與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，將產(chǎn)生H2O2。此外，ER內(nèi)GSH在ERO-1的催化下可產(chǎn)生H2O2，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)H2O2和GSSG水平的增加[25]。其次，當(dāng)ER內(nèi)蛋白質(zhì)平衡遭到破壞，ER中錯(cuò)誤折疊蛋白增多，而ERO-1也可參與錯(cuò)誤折疊蛋白內(nèi)二硫鍵的形成和斷裂并產(chǎn)生H2O2。此外，錯(cuò)誤折疊蛋白內(nèi)形成的異常配對(duì)二硫鍵斷裂將消耗GSH，GSH水平的降低也可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS的增多。

若ROS的產(chǎn)生將超過(guò)正常水平，將導(dǎo)致蛋白質(zhì)在氧化磷酸化過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤折疊，進(jìn)一步導(dǎo)致ER內(nèi)Ca2+釋放及能量損耗。然而，Malhotra等[26]研究發(fā)現(xiàn)，BHA可抑制ROS誘導(dǎo)的蛋白錯(cuò)誤折疊及其對(duì)UPR和CHOP的激活。ROS也可以通過(guò)使PDI/ERO-1鈍化抑制二硫鍵形成或?qū)е露嚯拈g形成錯(cuò)誤二硫鍵致蛋白錯(cuò)誤折疊。適度ROS誘導(dǎo)的ERS可維持細(xì)胞正常功能，而過(guò)度或過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的ROS或錯(cuò)誤折疊蛋白刺激將激活細(xì)胞的凋亡途徑。持續(xù)的ERS中，活化的IRE1將引起ASK及p38MAPK活化，并進(jìn)一步激活CHOP，CHOP激活ERO1轉(zhuǎn)錄，促使細(xì)胞內(nèi)ROS激增，導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境呈過(guò)氧化，這種內(nèi)環(huán)境將增強(qiáng)PDI活性，形成錯(cuò)誤二硫鍵形成和PDI再氧化惡性循環(huán)，并導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的積累，加劇ERS，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

4.ERS與線粒體功能障礙 線粒體在產(chǎn)生能量、維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)、產(chǎn)生ROS、氧化脂肪酸、合成類固醇等核心生命活動(dòng)中起核心作用。線粒體形態(tài)功能紊亂在癌癥、心血管疾病和多種代謝疾病的發(fā)病機(jī)制中起到重要作用，而疾病過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤折疊和(或)突變蛋白將反作用于線粒體導(dǎo)致其功能障礙和形態(tài)異常[27]。近年已通過(guò)高分辨率電子顯微鏡觀察到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體之間存在蛋白分子連接結(jié)構(gòu)，即MAMs(mitochondria-ER associated membranes，MAMs)，其面積可能占到線粒體表面的5%～20%。UPR感應(yīng)分子可影響包括ATF4在內(nèi)的線粒體調(diào)節(jié)分子，調(diào)控其下游的泛素連接酶Parkin，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線粒體形態(tài)功能的調(diào)控。Parkin是線粒體自噬發(fā)生時(shí)線粒體損傷或功能受損的重要指標(biāo)，也是UPR與線粒體信號(hào)通路耦聯(lián)的重要節(jié)點(diǎn)[28]。ERS時(shí)，UPR主要通過(guò)促進(jìn)線粒體自噬清除受損線粒體、影響MAM調(diào)節(jié)線粒體生物能量合成功能及影響線粒體膜電位影響線粒體功能。未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白蓄積還可通過(guò)Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬激活線粒體UPR[29]。細(xì)胞膜、核膜及ER等質(zhì)膜表面的p38-MAPK、JNK、PKC等細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑分子激活將導(dǎo)致線粒體膜通透性發(fā)生改變，致使線粒體基質(zhì)內(nèi)的細(xì)胞色素c、caspase-9和細(xì)胞凋亡等穿透線粒體膜到達(dá)胞質(zhì)，激活caspase依賴和非caspase依賴凋亡途徑。諸多研究均表明，影響線粒體膜通透性變化的主要蛋白為BCL-2家族，BCL-2家族主要表達(dá)于ER表面，對(duì)ER功能具有重要影響，包括BAX、BIM、PUMA、BID、BAD，其中BAX和BAK通過(guò)與線粒體表面轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及離子通道相互作用，在線粒體外膜形成通道導(dǎo)致線粒體膜破裂，ERS存在時(shí)，BAX、BIM和PUMA表達(dá)量上調(diào)，caspase-2、caspase-9活化且線粒體膜電位改變[30]。

四、總結(jié)

適當(dāng)?shù)腅RS激活UPR可恢復(fù)ER穩(wěn)態(tài)，而過(guò)強(qiáng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的ERS刺激則可通過(guò)UPR介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，二者之間的平衡與ERS狀態(tài)、活化通路特異性和信號(hào)強(qiáng)度等相關(guān)，而如何使ERS在腎臟中發(fā)揮有利一面，如何通過(guò)調(diào)控ERS減輕或避免AKI的發(fā)生發(fā)展，仍需進(jìn)一步探索研究。此外，發(fā)現(xiàn)腎臟特異性ER分子伴侶途徑亦將為進(jìn)一步AKI致病機(jī)制的研究及治療提供新思路。

[1] Mehta RL, Cerdá J, Burdmann EA, et al. International Society of Nephrology's 0by25 initiative for acute kidney injury (zero preventable deaths by 2025): a human rights case for nephrology[J]. Lancet, 2015, 385(9987): 2616-2643.

[2] Zuk A, Bonventre JV. Acute Kidney Injury[J]. Annu Rev Med, 2016, 67(1): 293-307.

[3] Taniguchi M, Yoshida H. Endoplasmic reticulum stress in kidney function and disease[J]. Curr Opin Nephrol Hy, 2015, 24(4): 345-350.

[4] Hetz C, Chevet E, Oakes SA. Proteostasis control by the unfolded protein response[J]. Nat Cell Biol, 2015, 17(7): 829-838.

[5] Cunard R. Endoplasmic reticulum stress in the diabetic kidney, the good, the bad and the ugly[J]. J Clin Med, 2015, 4(4): 715-740.

[6] Kupsco A, Schlenk D. Oxidative Stress, Unfolded Protein Response, and Apoptosis in Developmental Toxicity[J]. Int Rev Cell Mol Biol, 2015, 317: 1-66.

[7] Dadey DYA, Kapoor V, Khudanyan A, et al. The ATF6 pathway of the ER stress response contributes to enhanced viability in glioblastoma[J]. Oncotarget, 2016, 7(2): 2080-2092.

[8] Wang M, Kaufman RJ. Protein misfolding in the endoplasmic reticulum as a conduit to human disease[J]. Nature, 2016, 529(7586): 326-335.

[9] Hiramatsu N, Chiang W-C, Kurt TD, et al. Multiple mechanisms of unfolded protein response induced cell death[J]. Am J Pathol, 2015, 185(7): 1800-1808.

[10] Latham KE. Endoplasmic Reticulum Stress Signaling in Mammalian Oocytes and Embryos: Life in the Balance[J]. Int Rev Cell Mol Biol, 2015, 316: 227-265.

[11] H?cker G. ER-stress and apoptosis: molecular mechanisms and potential relevance in infection[J]. Microbes Infect, 2014, 16(10): 805-810.

[12] Fabrizio G, Di Paola S, Stilla A, et al. ARTC1-mediated ADP-ribosylation of GRP78/BiP: a new player in endoplasmic-reticulum stress responses[J]. Cell Mol Life Sci, 2015, 72(6): 1209-1225.

[13] Guo FJ, Jiang R, Li X, et al. Regulation of chondrocyte differentiation by IRE1α depends on its enzymatic activity[J]. Cell Signal, 2014, 26(9): 1998-2007.

[14] Lempiainen J, Finckenberg P, Mervaala EE, et al. Dexmedetomidine preconditioning ameliorates kidney ischemia-reperfusion injury[J]. Pharma Res Per, 2014, 2(3): e00045.

[15] Bando Y, Tsukamoto Y, Katayama T, et al. ORP150/HSP12A protects renal tubular epithelium from ischemia-induced cell death[J]. FASEB J, 2004, 18(12): 1401-1403.

[16] Lindholm D, Korhonen L, Eriksson O, et al. Recent Insights into the Role of Unfolded Protein Response in ER Stress in Health and Disease[J]. Front Cell Dev Biol, 2017, 5:48.

[17] Wu CT, Sheu ML, Tsai KS, et al. The role of endoplasmic reticulum stress-related unfolded protein response in the radiocontrast medium-induced renal tubular cell injury[J]. Toxicol Sci, 2010, 114(2): 295-301.

[18] Wu CT, Weng TI, Chen LP, et al. Involvement of caspase-12-dependent apoptotic pathway in ionic radiocontrast urografin-induced renal tubular cell injury[J]. Toxicol Appl Pharm, 2013, 266(1): 167-175.

[19] Lorz C, Justo P, Sanz A, et al. Paracetamol-induced renal tubular injury: a role for ER stress[J]. J Am Soc Nephrol, 2004, 15(2): 380-389.

[20] PWang Y, Tian J, Qiao X, et al. Intermedin protects against renal ischemia-reperfusion injury by inhibiting endoplasmic reticulum stress[J]. BMC Nephrol, 2015, 16: 169.

[21] Esposito V, Grosjean F, Tan J, et al. CHOP deficiency results in elevated lipopolysaccharide-induced inflammation and kidney injury[J]. Am J Physiol Renal Physiol, 2013, 304(4): 440-450.

[22] Grootjans J, Kaser A, Kaufman RJ, et al. The unfolded protein response in immunity and inflammation[J]. Nat Rev Immunol, 2016, 16(8): 469-484.

[23] Cai Y, Arikkath J, Yang L, et al. Interplay of endoplasmic reticulum stress and autophagy in neurodegenerative disorders[J]. Autophagy, 2016, 12(2): 225-244.

[24] Hotamisligil GS. Endoplasmic reticulum stress and the inflammatory basis of metabolic disease[J]. Cell, 2010, 140(6): 900-917.

[25] Zeeshan HMA, Lee GH, Kim H-R, et al. Endoplasmic Reticulum Stress and Associated ROS[J]. Int J Mol Sci, 2016, 17(3): 327.

[26] Malhotra JD, Miao H, Zhang K, et al. Antioxidants reduce endoplasmic reticulum stress and improve protein secretion[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2008, 105(47): 18525-18530.

[27] Lezi E, Swerdlow RH. Mitochondria in neurodegeneration[J]. Adv Exp Med Biol, 2012, 942(942): 269-286.

[28] Paillusson S, Stoica R, Gomez-Suaga P, et al. There's Something Wrong with my MAM; the ER Mitochondria Axis and Neurodegenerative Diseases[J]. Trends Neurosci, 2016, 39(3): 146-157.

[29] Jin SM, Youle RJ. The accumulation of misfolded proteins in the mitochondrial matrix is sensed by PINK1 to induce PARK2/Parkin-mediated mitophagy of polarized mitochondria[J]. Autophagy, 2013, 9(11): 1750-1757.

[30] Song S, Tan J, Miao Y, et al. Crosstalk of ER stress-mediated autophagy and ER-phagy: involvement of UPR and the core autophagy machinery[J]. J Cell Physiol, 2017. Doi: 10.1002/jcp.26137.

2017-09-10)

10.3969/j.issn.1671-2390.2017.09.001

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.81670631)

430060 武漢，武漢大學(xué)人民醫(yī)院腎內(nèi)科

楊定平，E-mail:shenbinneike@163.com