內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與運(yùn)動(dòng)和健康研究進(jìn)展

鄧皓鍇 胥靚 伊木清

1上海體育學(xué)院（上海 200438）

2國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所（國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)測(cè)試研究中心）

3北京體育大學(xué)

1 前言

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）是真核細(xì)胞內(nèi)最大的亞細(xì)胞器，廣泛分布于胞質(zhì)并與多個(gè)亞細(xì)胞器聯(lián)結(jié)，形成龐大的精密“膜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”。ER在代謝激活、蛋白質(zhì)合成與加工、Ca2+貯存和釋放、胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮作用，涉及的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制極為復(fù)雜，故ER功能失衡會(huì)累及細(xì)胞多種功能。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)涉及細(xì)胞核、線粒體、高爾基體等多種亞細(xì)胞器，但ER應(yīng)激反應(yīng)（endoplasmic reticulum stress，ERS）更為重要，且往往先于其他亞細(xì)胞器的應(yīng)激反應(yīng)。

多種病理生理狀態(tài)如體溫升高、局部組織和器官相對(duì)缺血缺氧、糖濃度降低、體液pH值降低、細(xì)胞Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡等因素均可誘發(fā)ERS。適度ERS有利于保護(hù)細(xì)胞，使ER在蛋白質(zhì)過(guò)度合成與錯(cuò)誤折疊、Ca2+貯存耗竭等狀態(tài)下維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)和功能。而ERS持續(xù)存在或強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，可通過(guò)三個(gè)ER跨膜感受器激活未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR）信號(hào)通路，引起氧化應(yīng)激、炎癥和凋亡反應(yīng)，這會(huì)加重或促發(fā)代謝性疾病（肥胖、代謝綜合征）、心血管疾病、癌癥、神經(jīng)退行性疾病、骨質(zhì)疏松癥和腎臟疾病等病癥[1-6]。

運(yùn)動(dòng)與ERS以及ERS與疾病和健康的關(guān)系是運(yùn)動(dòng)與健康及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，大量研究表明：運(yùn)動(dòng)能通過(guò)多種機(jī)制有效改善各種ERS應(yīng)激相關(guān)的病癥，包括肥胖、糖尿病、神經(jīng)退行性病變、肌肉衰減綜合征等[6]。

2 ERS的發(fā)生機(jī)理

2.1 ERS激活通路

ERS可通過(guò)三條信號(hào)通路激活：錯(cuò)誤折疊蛋白或未折疊蛋白在ER集聚過(guò)多無(wú)法清除而引發(fā)的未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）；細(xì)胞核因子κB（NF-κB）因折疊的蛋白質(zhì)在ER中過(guò)多被激活而誘導(dǎo)的ER過(guò)載反應(yīng)（endoplasmic reticulum-overload response，EOR）；由膽固醇缺乏所引起的固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

2.1.1 UPR

UPR啟動(dòng)早期可起到保護(hù)細(xì)胞的作用，但持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)強(qiáng)致ER無(wú)法應(yīng)對(duì)時(shí)，將啟動(dòng)細(xì)胞程序性死亡即細(xì)胞凋亡。

研究表明，ER膜上蛋白肌醇必需酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）、蛋白激酶R型ER激酶（protein kinase R-like ER kinase，PERK）、活化轉(zhuǎn)錄因子（activating transcription factor 6，ATF6）在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平介導(dǎo)UPR的3條信號(hào)通路（圖1），這3個(gè)跨膜蛋白的激活與ER伴侶蛋白GRP78（glucose regulating protein 78）解離程度有關(guān)。

1）ATF6通路：ATF6是一個(gè)ER Ⅱ型跨膜蛋白，N端位于細(xì)胞質(zhì)，C端位于ER內(nèi)，相對(duì)分子質(zhì)量為90000。該通路的獨(dú)特性在于ATF6與 GRP78分離后通過(guò)囊泡的形式移位到高爾基體并被S1P（site-1 protease）和 S2P（site-2 protease）切割后激活并發(fā)揮其活性，誘導(dǎo)XBP1 mRNA的表達(dá)，從而上調(diào)多種ERS相關(guān)基因表達(dá)[7，8]。

2）PERK通路：PERK蛋白N末端位于ER腔，C末端位于細(xì)胞質(zhì)，是ERⅠ型跨膜蛋白。與IRE1相同，當(dāng)PERK結(jié)構(gòu)域與GRP78解離后形成同源二聚體且自身磷酸化后激活 eIF2α（eukaryotic translation initiation factor2α）磷酸化，eIF2α磷酸化后蛋白翻譯折疊，起始復(fù)合物中 GDP與 GTP的能量交換得到抑制，從而暫緩蛋白翻譯折疊及運(yùn)輸，緩解了ER的折疊蛋白壓力，避免了ER過(guò)載運(yùn)轉(zhuǎn)[7，9]。

3）IRE1通路：IRE1在胞內(nèi)段具有RNA酶活性和激酶活性，是ERⅠ型跨膜糖蛋白。GRP78與IRE1結(jié)構(gòu)域在ERS時(shí)解離，IRE1通過(guò)寡聚化及自身磷酸化反應(yīng)形成同源二聚體并激活了IRE1 RNA酶活性，兩者底物為 X-box結(jié)合蛋白1（X-box binding protein1，XBP1）mRNA，其作用主要是在ER合成正確蛋白質(zhì)及協(xié)調(diào)穩(wěn)定折疊過(guò)程。IRE1 RNA酶活性切割XBP1 mRNA，其轉(zhuǎn)錄翻譯生成活性轉(zhuǎn)錄因子XBP1s（spliced XBP1），XBP1s繼而移位胞核后上調(diào)ERS相關(guān)基因表達(dá)，同時(shí)編碼后的XBP1蛋白上調(diào)了GRP78的轉(zhuǎn)錄活性[7]。

圖1 UPR的跨膜調(diào)節(jié)因子[7]

2.1.2 EOR

ER過(guò)載反應(yīng)的作用是激活 NF-κB轉(zhuǎn)錄因子，激活的機(jī)制可能與ERS時(shí)活性氧（ROS）生成及ER攝取和釋放Ca2+有關(guān)，它是一條相對(duì)獨(dú)立的ERS信號(hào)通路。

2.1.3 固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)

ERS發(fā)生時(shí)ER膜上的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（sterol regulatory element binding protein，SREBP）因ER膜上膽固醇的消耗被激活，隨后SREBP與膜上SREBP裂解激活蛋白（SREBP cleavage-activating protein，SCAP）形成復(fù)合物水解為轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核，從而增強(qiáng)靶基因的轉(zhuǎn)錄翻譯[10，11]。

2.2 ERS標(biāo)志蛋白

細(xì)胞應(yīng)激蛋白（stress response protein，SRP），又稱作“分子伴侶（molecular chaperones）”蛋白，是具有高度保守性細(xì)胞結(jié)構(gòu)的機(jī)體應(yīng)激非特異性產(chǎn)物。

ERS中最主要的分子伴侶蛋白是GRP78，是ER中的穩(wěn)態(tài)感受器，對(duì)ER穩(wěn)態(tài)的維持起著重要作用[12，13]。ER處于穩(wěn)態(tài)時(shí)GRP78分別與IRE1、PERK、ATF6結(jié)合使這三種蛋白處于失活狀態(tài)。ERS時(shí)GRP78迅速識(shí)別到未折疊蛋白或錯(cuò)誤折疊蛋白并與這些蛋白結(jié)合，與此同時(shí)，GRP78與IRE1、PERK、ATF6蛋白解離激活了它們的活性，從而啟動(dòng)細(xì)胞應(yīng)激機(jī)制。

3 ERS與氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡

3.1 ERS與氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是指機(jī)體氧化與抗氧化能力的動(dòng)態(tài)失衡，這是導(dǎo)致疾病與衰老的一個(gè)重要因素。ER為蛋白質(zhì)提供了一個(gè)獨(dú)特的氧化環(huán)境以促進(jìn)二硫鍵的形成[14]，蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）可催化蛋白質(zhì)的氧化折疊同時(shí)自身被還原，并由ER氧化還原蛋白1（ERO1）使其重新氧化[15]，隨著二硫鍵形成，電子從還原的PDI轉(zhuǎn)移到分子氧（O2）形成H2O2，多個(gè)二硫鍵的氧化會(huì)產(chǎn)生高水平的ROS，僅由ER產(chǎn)生ROS的量就占ROS總量的25%[16]。也有證據(jù)表明，當(dāng)ER中未折疊蛋白的積累通過(guò)IP3R引起Ca2+滲漏進(jìn)入胞質(zhì)時(shí)，也可能產(chǎn)生ROS[17]。在ER腔中蛋白質(zhì)折疊是高能量消耗的過(guò)程，因此，細(xì)胞內(nèi)ATP的消耗刺激線粒體氧化磷酸化導(dǎo)致ATP和ROS的產(chǎn)生[18]。

3.2 ERS與細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞的重要生理功能，凋亡在不同種屬間高度保守。研究表明，細(xì)胞凋亡功能喪失可促進(jìn)自身免疫系統(tǒng)疾病和腫瘤的發(fā)生，但如果細(xì)胞凋亡功能過(guò)強(qiáng)可引發(fā)退行性改變，如神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病和免疫缺陷等。ERS持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，ER會(huì)通過(guò)UPR進(jìn)一步強(qiáng)化IRE1、PERK、ATF6三條通路的應(yīng)激反應(yīng)，啟動(dòng)細(xì)胞凋亡程序。UPR的跨膜分子調(diào)節(jié)機(jī)制已于“2.1.1 UPR”中敘述，凋亡的信號(hào)通路如下。

3.2.1 CHOP通路

ERS狀態(tài)下PERK通路和ATF6通路通過(guò)誘導(dǎo)表達(dá)CHOP/GADD153（C/EBP-homologousprotein/growth arrest and DNA damage-inducible gene 153）轉(zhuǎn)錄因子來(lái)抑制GRP78的表達(dá)，同時(shí)激活的ERO1可編碼一個(gè)ER氧化酶，使ER處于富氧環(huán)境。CHOP還參與調(diào)節(jié)下游凋亡相關(guān)基因表達(dá)并引發(fā)細(xì)胞周期停滯和DNA的損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。此外，抗凋亡蛋白Bcl-2因CHOP與cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）結(jié)合形成二聚體而被抑制表達(dá)[19]。

3.2.2 IRE1通路

ERS持續(xù)存在或過(guò)強(qiáng)時(shí)IRE1募集腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2（TRAF2），TRAF2與c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和應(yīng)激激活蛋白激酶（SAPK）偶聯(lián)從而激活凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1（ASK1）并且JNK也可以直接被IRE1激活后自身磷酸化為p-JNK，進(jìn)而啟動(dòng)細(xì)胞凋亡（CHOP和JNK均是激活線粒體凋亡通路的上游信號(hào)）。同時(shí)，TRAF2與僅產(chǎn)生于ER的半胱天冬酶12（Caspase-12）作用，進(jìn)而繼續(xù)激活其下游凋亡因子Caspase-9和Caspase-3，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[20，21]。

值得一提的是，ER存在著多種蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)折疊相關(guān)的酶系統(tǒng)，包括糖基化酶、蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶等，研究表明這些蛋白功能與Ca2+的濃度變化密切相關(guān)，Ca2+可作用于ERS的多個(gè)環(huán)節(jié)并參與細(xì)胞凋亡[22，23]。

4 運(yùn)動(dòng)與ERS

4.1 運(yùn)動(dòng)對(duì)ERS的雙向作用

Luz等[24]通過(guò)對(duì)高脂飼養(yǎng)大鼠進(jìn)行8周游泳訓(xùn)練后，發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)可以明顯減輕大鼠肝臟組織和睪丸脂肪中ERS狀態(tài)，明顯降低了促炎因子的表達(dá)，并且有效改善了胰島素的敏感性。Bourdier和Bozi等[25，26]研究表明，平板運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可降低GRP78、p-PERK、p-eIF2α、ATF6、XBP1、CHOP、Caspase-3的表達(dá)從而改善大鼠心血管功能，減少心肌梗死。間歇性爬梯訓(xùn)練和熱量攝入減少的組合可以降低ERS相關(guān)蛋白p-PERK和CHOP的表達(dá)水平，這些蛋白與心肌損傷具有顯著相關(guān)性[27]。4周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)也可改善高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的內(nèi)皮功能障礙（血管阻力）[28]。3個(gè)月有氧運(yùn)動(dòng)使肥胖成人的皮下脂肪組織和外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMCs）中GRP78、p-IRE1和p-eIF2α的mRNA和蛋白水平降低[29]。

Kim等[30]研究發(fā)現(xiàn)3周高強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可以加強(qiáng)高脂飲食肥胖小鼠腦組織中的ERS程度，下丘腦ERS程度最大，但并未誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。與低強(qiáng)度組和對(duì)照組相比，高強(qiáng)度訓(xùn)練5周可降低大鼠骨骼肌ERS及凋亡信號(hào)蛋白CHOP和ATF4表達(dá)[31]。低強(qiáng)度和高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)均可顯著改善II型糖尿病青少年血液GRP78水平[32]。小鼠下坡跑訓(xùn)練8周后，趾長(zhǎng)伸肌和比目魚肌中ERS應(yīng)激蛋白p-IRE1、p-PERK和p-eIF2α的表達(dá)高于上坡跑，表明離心收縮引起的ERS比向心收縮嚴(yán)重、損傷程度也更重；但對(duì)于這兩種骨骼肌類型，下坡跑后的恢復(fù)期這些ERS蛋白未完全正?；?；在第8周訓(xùn)練結(jié)束時(shí)，上坡跑的小鼠僅上調(diào)比目魚肌的GRP78、pPERK和p-eIF2α水平，表明下坡跑誘導(dǎo)的骨骼肌ERS可能還與趾長(zhǎng)伸肌和比目魚肌的病理狀況有關(guān)[33]。Wu等[34]發(fā)現(xiàn)，ATF6α敲除小鼠急性運(yùn)動(dòng)后的有效恢復(fù)受損，而通過(guò)敲除CHOP從而阻斷ERS相關(guān)途徑的細(xì)胞凋亡可改善PGC-1α敲除小鼠的運(yùn)動(dòng)不耐受。胥靚等[35]研究耐力運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練也只輕度增加了骨骼肌GRP78表達(dá)。在神經(jīng)系統(tǒng)方面，Li等[36]研究表明，高脂飲食肥胖可以誘導(dǎo)SD大鼠的前額葉ERS，過(guò)量的ERS可能在降低神經(jīng)可塑性相關(guān)蛋白的水平中起關(guān)鍵作用；有氧運(yùn)動(dòng)可明顯逆轉(zhuǎn)SD肥胖大鼠前額葉皮質(zhì)中GRP78，p-PERK，peIF2α，Caspase-12，CHOP和Bax/Bcl-2的表達(dá)。最近有報(bào)道：有氧運(yùn)動(dòng)通過(guò)減少大鼠心肌梗死引起的UPR標(biāo)志性蛋白、未折疊蛋白聚集以及多聚泛素化蛋白的水平重建大鼠心肌的蛋白質(zhì)量控制，從而改善大鼠的運(yùn)動(dòng)能力和心臟功能[26]。而短期的有氧運(yùn)動(dòng)不足以誘導(dǎo)心肌ERS相關(guān)蛋白GRP78、CHOP的表達(dá)增加[37]。

可見，不同運(yùn)動(dòng)方式、強(qiáng)度和時(shí)間引起的不同的器官、組織與類型的ERS程度、持續(xù)時(shí)間、對(duì)機(jī)體的影響和轉(zhuǎn)歸目前尚無(wú)一致性結(jié)果。而一致的看法是：適度ERS誘導(dǎo)表達(dá)GRP78等分子伴侶有利于細(xì)胞的正常生理機(jī)能、使細(xì)胞恢復(fù)到應(yīng)激前的穩(wěn)態(tài)，而當(dāng)ERS時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或程度過(guò)強(qiáng)時(shí)，則會(huì)啟動(dòng)細(xì)胞凋亡。

4.2 細(xì)胞Ca2+失衡誘發(fā)ERS

ER是細(xì)胞內(nèi)最大的Ca2+存儲(chǔ)庫(kù)，參與骨骼肌細(xì)胞興奮-收縮偶聯(lián)；同時(shí)，胞內(nèi)游離Ca2+參與了細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和能量代謝刺激作用。運(yùn)動(dòng)至疲勞（或力竭）時(shí)，肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度、ER儲(chǔ)存和釋放Ca2+的功能失衡[38]，此為引起ERS的誘因之一。

胞質(zhì)中大量Ca2+可致線粒體鈣超載，線粒體膜通透性改變、細(xì)胞色素C釋放，進(jìn)而激活下游凋亡因子Caspase-9和Caspase-3[39]。研究觀察到，引起細(xì)胞凋亡的因素恰恰與誘導(dǎo)ERS發(fā)生的因素相吻合，而其中Ca2+平衡紊亂可直接誘發(fā)ERS，引發(fā)UPR、EOR，激活凋亡通路。其中，EOR通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB來(lái)調(diào)控對(duì)多種炎性蛋白的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。Caspase-12作為ER膜上特有的結(jié)構(gòu)蛋白，ERS時(shí)細(xì)胞質(zhì)Ca2+紊亂直接使Caspase-12前體裂解活化，激活了下游凋亡因子Caspase-9和Caspase-3，從而引發(fā)細(xì)胞凋亡[40]。同時(shí)，細(xì)胞色素C轉(zhuǎn)移到ER并與IP3R作用形成正反饋，促進(jìn)了細(xì)胞凋亡、引起肌肉蛋白質(zhì)降解。

圖2 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練改變ERS介導(dǎo)的凋亡和炎癥反應(yīng)（根據(jù)文獻(xiàn)[4]，有刪節(jié)）

5 ERS與疾病和健康

5.1 ERS與肥胖

世界衛(wèi)生組織估計(jì)超過(guò)19億成年人體重超重，6億多人肥胖，但有效和安全的藥物治療仍未成功[41]。肥胖的一個(gè)主要特征是瘦素抵抗，也可誘導(dǎo)下丘腦ERS[2]，研究表明下丘腦ERS與瘦素抵抗之間存在因果關(guān)系。用ERS誘導(dǎo)劑（衣霉素、二硫蘇糖醇等）處理的細(xì)胞和下丘腦切片顯示：隨著ERS增強(qiáng)其顯著抑制瘦素誘導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子STAT3（signal transducers and activators of transcription）磷酸化[42，43]。此外，經(jīng)側(cè)腦室應(yīng)用這些ERS誘導(dǎo)劑后所致的小鼠下丘腦ERS和瘦素抵抗與食物攝入量增加及體重增加呈正相關(guān)性[44-46]。

Shan[47]最近研究發(fā)現(xiàn)了一種ER功能障礙與代謝性炎癥聯(lián)系起來(lái)的新機(jī)制，該研究表明ERS通過(guò)IRE1α路徑重新編程誘導(dǎo)脂肪組織巨噬細(xì)胞極化，導(dǎo)致全身葡萄糖體內(nèi)平衡受損，加劇炎癥和肥胖癥狀。Chen等[48]也發(fā)現(xiàn)高脂肪飲食誘導(dǎo)的肥胖有助于加強(qiáng)ERS和脂肪組織慢性炎癥；同時(shí)隨著ERS減輕，脂肪組織中游離膽固醇也隨之減少。此外，4-PBA（4-phenyl butyric acid）和 TUDCA（ursodeoxycholic acid and its taurine-conjugated derivative）抑制肥胖小鼠體內(nèi)脂肪組織中的NF-κB活性，降低炎癥因子的表達(dá)，改善代謝紊亂。體外研究表明，IKK（IκB kinase）/NF-κB可能參與ERS誘導(dǎo)的脂肪因子分泌功能障礙的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[2]?？梢酝茰y(cè)：抑制ERS可能是與肥胖相關(guān)代謝異常新藥物靶標(biāo)的新方向。

ERS可誘導(dǎo)胰島素抵抗和糖尿病，最近，Ghemrawi等[49]對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)論述。肥胖、2型糖尿病和非酒精性脂肪肝病以及心血管疾病等雖有不同的生理和臨床癥狀，但似乎具有營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩所致細(xì)胞和器官“糖毒性”和“脂毒性”誘導(dǎo)的共同病理特征---細(xì)胞內(nèi)應(yīng)激反應(yīng)和炎癥，包括ERS。

5.2 ERS與心血管疾病

多項(xiàng)研究表明ERS在心血管疾病的發(fā)病過(guò)程中起著重要作用[50-52]。內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cell，EC）是維持血管穩(wěn)態(tài)和控制內(nèi)皮源性舒張因子（endothelium-derived relaxing factors，EDRFs）對(duì)血管敏感性的核心[53]。

在動(dòng)脈粥樣硬化中，UPR不能控制ER錯(cuò)誤折疊蛋白量，并隨著主動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展，CHOP的表達(dá)增加，最終激活CHOP誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號(hào)。PERK和ATF6通路通過(guò)調(diào)節(jié)CHOP來(lái)介導(dǎo)促凋亡bZIP轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，并通過(guò)多種途徑激活I(lǐng)RE1通路的下游凋亡信號(hào)[54]。IRE1與TRAF2可以相互作用，其復(fù)合物與ASK1相聯(lián)系，從而激活了JNK和p38絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinases，MAPK）[52，55]。Bcl-2家族基因是控制CHOP和IRE1激活后凋亡和抗凋亡信號(hào)平衡的重要因子[56]，也是ER和線粒體之間復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子。由于CHOP介導(dǎo)的促凋亡蛋白致使ECs中線粒體功能下降[57]以及胞質(zhì)中Ca2+的紊亂[3]，使得動(dòng)脈粥樣硬化患者ECs ROS和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）水平升高[58，59]，但目前尚不清楚NADPH氧化酶是作為上游還是下游因子來(lái)調(diào)控ERS誘導(dǎo)的心血管功能障礙。

ERS時(shí)隨著胞質(zhì)Ca2+增多，ER膜上Caspase-12前體脫離膜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為Caspase-12，這個(gè)過(guò)程需要鈣蛋白酶參與激活下游的凋亡蛋白Caspase-9、Caspase-3[60]。缺血再灌注（IR）實(shí)驗(yàn)顯示，心肌組織中Caspase-12和ER應(yīng)激標(biāo)志物水平升高[61-63]；同時(shí)，在嚙齒動(dòng)物病理性心肌肥大模型中Caspase-12和Caspase-3的表達(dá)異常[64，65]。

ERS和炎癥信號(hào)通路通過(guò)多種機(jī)制聯(lián)系在一起也會(huì)引發(fā)心血管疾病。在動(dòng)脈粥樣硬化中，PERK、IRE1/TRAF2和ROS的增加激活并加重了炎癥反應(yīng)[66]，二者通過(guò)募集IKK磷酸化IκB來(lái)調(diào)控炎癥反應(yīng)[67]。有研究指出：ATF6也與NF-κB-IKK相互作用，這表明ER三個(gè)應(yīng)激感受器（PERK，IRE1和ATF6）可以通過(guò)ERS在細(xì)胞水平上增加炎癥分子的表達(dá)如IL-8、IL-6等來(lái)誘導(dǎo)特異性炎癥反應(yīng)，從而引發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化[68，69]。

最近Prola[70]等報(bào)道：ERS引起心肌細(xì)胞線粒體Ca2+攝取受損、線粒體氧化磷酸化功能改變以及從脂肪酸到糖底物消耗轉(zhuǎn)移為特征的代謝重塑，故認(rèn)為大多數(shù)心臟疾患的能量代謝受損應(yīng)歸因于ERS。

5.3 ERS與癌癥

癌細(xì)胞因?yàn)槠涓咴鲋陈市枰叩鞍渍郫B能力的ER伴侶蛋白；同時(shí)，腫瘤微環(huán)境如缺氧、氧化還原失衡、pH波動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)缺乏等是UPR的誘發(fā)因素[71]。

研究報(bào)道，UPR信號(hào)蛋白在癌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)[72]，ER伴侶蛋白GRP78在前列腺癌、肺癌、乳腺癌和結(jié)腸癌中都有高表達(dá)[73，74]。此外，不表達(dá)GRP78的細(xì)胞不能形成腫瘤[75]。以上研究證實(shí)了GRP78在腫瘤形成中的重要作用。從本質(zhì)上講，GRP78增加了ER的蛋白質(zhì)折疊能力，從而減少癌細(xì)胞中的應(yīng)激所誘發(fā)的細(xì)胞凋亡。而UPR中的PERK在腫瘤增殖和存活中也起著重要作用，PERK通路失活是通過(guò)在PERK激酶結(jié)構(gòu)域中產(chǎn)生突變或在極端缺氧情況下引入抗磷酸化的eIF2α形式損害細(xì)胞存活[76]。同時(shí)，PERK通過(guò)激活Nrf2限制氧化性DNA損傷，促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和存活[77]。PERKATF4介導(dǎo)的自噬也為癌細(xì)胞增殖提供氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[4，78]。此外，eIF2α的磷酸化為細(xì)胞提供了廣泛的保護(hù)作用，因此其去磷酸化可能有助于腫瘤細(xì)胞凋亡。Dalton發(fā)現(xiàn)[79]GADD34的低表達(dá)與在惡性間皮瘤的侵襲性增加有關(guān)。單寧酸通過(guò)激活ERS調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白ATF4、GRP78和PDI的表達(dá)，上調(diào)凋亡蛋白Bax、Bim和Caspase-3表達(dá)的同時(shí)下調(diào)了抗凋亡蛋白Bcl-2和BclxL的表達(dá)，抑制前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖[80]。以上研究提示：抑制ERS可能作為增強(qiáng)癌癥治療效果的新靶向。另外，XBP1s和GRP78在pADC（pulmonary adenocarcinoma，肺腺癌）中表達(dá)不同，但其過(guò)表達(dá)與患者預(yù)后不良有關(guān)，是pADC中獨(dú)立的不良預(yù)后因素[81]。因此，ERS途徑可作為生物標(biāo)志物來(lái)判斷癌癥患者的預(yù)后。

5.4 ERS與骨質(zhì)疏松癥

骨質(zhì)疏松癥是老年人的主要健康問題，其特點(diǎn)是骨強(qiáng)度降低，易骨折。骨質(zhì)疏松癥的低骨密度（BMD）與ERS有關(guān)。PERK-eIF2α信號(hào)通路是胰腺和骨骼系統(tǒng)生長(zhǎng)發(fā)育、功能和生存能力所必需的[5，82]。Liu 等[83]發(fā)現(xiàn)，在ERS狀態(tài)下，eIF2α的磷酸化與交替單倍型相比，低BMD單倍型是顯著增加的，這是由于相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性變化引起的。He等[84]研究表明，通過(guò)阻斷eIF2α去磷酸化可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，他們還假設(shè)通過(guò)eIF2α和ATF4調(diào)節(jié)ERS可能是抗骨質(zhì)疏松一個(gè)很好的治療方式。Salubrinal作為eIF2α磷酸化抑制劑緩解ERS，減少破骨細(xì)胞的形成，抑制它們的遷移和粘附，并增加了GRP78、p-eIF2α和ATF4的表達(dá)，從而改善廢用性骨質(zhì)疏松癥[85]。同時(shí)，IRE1α-XBP1通路是成骨細(xì)胞成熟的關(guān)鍵，在病理?xiàng)l件下的骨形成和骨吸收中起重要作用[86]。在成骨細(xì)胞中，Atg7缺乏引發(fā)ERS，通過(guò)施用苯基丁酸減弱ERS從而消除Atg7消融介導(dǎo)的對(duì)成骨細(xì)胞分化、礦化和骨形成的影響；同樣，Atg7缺乏阻礙成骨細(xì)胞礦化并且通過(guò)CHOP和MAPK/JNK1-SMAD1/5/8依賴性方式促進(jìn)部分細(xì)胞凋亡；而重建Atg7則改善ERS并恢復(fù)骨骼平衡[87]。此外，有報(bào)道稱，從骨質(zhì)疏松患者獲得的成骨細(xì)胞中，ER特異性分子伴侶如GRP78和PDI表達(dá)量下調(diào)[88]。Liu等[89]研究表明大鼠成骨細(xì)胞中鎘通過(guò)磷酸化鈣調(diào)蛋白激酶（CaMKII）激活UPR并通過(guò)Caspase-12信號(hào)途徑實(shí)現(xiàn)細(xì)胞凋亡。同樣，抑制ERS和cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白H（CREBH）信號(hào)通路阻斷了破骨細(xì)胞的生成[90]。這些研究結(jié)果表明ERS在骨質(zhì)疏松癥、骨骼發(fā)育中的重要性，以及從ERS角度制定針對(duì)骨骼疾病的相關(guān)治療策略的可能性。

5.5 ERS與神經(jīng)退行性病變

神經(jīng)退行性疾病的原因是多因素的，包括氧化還原失衡、環(huán)境因素、遺傳易感性、谷氨酸誘導(dǎo)的興奮毒性、神經(jīng)功能紊亂、Ca2+穩(wěn)態(tài)破壞、線粒體功能障礙和錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的積累等。ER應(yīng)激蛋白IRE1和PERK被早老素蛋白（presenilin，PS）抑制，這是一個(gè)完整的膜蛋白和一部分分泌酶復(fù)合體，在ER和高爾基體中均有廣泛表達(dá)[91]。研究表明，突變的PS降低了PERK-eIF2α通路的磷酸化，從而導(dǎo)致ER中蛋白質(zhì)的積累[19]。錯(cuò)誤折疊蛋白積累或未折疊蛋白引發(fā)的ERS有助于神經(jīng)細(xì)胞凋亡[6，92]。IRE1α/XBP1作為UPR最保守的信號(hào)通路及UPR信號(hào)通路中關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，常在神經(jīng)元細(xì)胞中被激活導(dǎo)致最終的神經(jīng)退行性病變[93]。敲除XBP1基因能有效抑制通過(guò)立體定向注射6-OHDA誘發(fā)應(yīng)激的多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞的死亡。過(guò)表達(dá)人類α-突觸核蛋白引起的ERS通過(guò)激活PERK和ATF6信號(hào)通路來(lái)上調(diào)凋亡蛋白CHOP在黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中表達(dá)，但可以通過(guò)過(guò)表達(dá)GRP78來(lái)抑制CHOP表達(dá)[94]。另外，ATF4持續(xù)激活并不抑制人類α-突觸核蛋白表達(dá)引起的神經(jīng)退行性疾病，但在帕金森病大鼠模型中能誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞大量凋亡[95]。Smith等[96]研究指出，α-突觸核蛋白突變型 A53T異常表達(dá)使得ERS應(yīng)激相關(guān)蛋白GRP78和CHOP表達(dá)升高，eIf2α磷酸化水平上調(diào)，但通過(guò)抑制 eIf2α磷酸化抑制ERS來(lái)保護(hù)α-突觸核蛋白 A53T突變型過(guò)表達(dá)。近來(lái)，Coppola-Segovia等[97]提出了一種新的PD（parkinson's disease）模型，即通過(guò)腹腔注射衣霉素，在嚙齒動(dòng)物模型中觀察到由于ERS作用導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)障礙、α-突觸核蛋白寡聚化和多巴胺能神經(jīng)元丟失等特征，這說(shuō)明RES增強(qiáng)可能是PD發(fā)生發(fā)展的重要因素。

6 總結(jié)與展望

ER對(duì)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的微變化具有非常敏銳的洞察力，細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失衡時(shí)ERS立即啟動(dòng)，通過(guò)激活UPR信號(hào)通路調(diào)控內(nèi)部環(huán)境，抵御應(yīng)激，從而維持細(xì)胞的生存。但當(dāng)刺激過(guò)大或ERS持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，則會(huì)啟動(dòng)ER途徑下的細(xì)胞程序性死亡（細(xì)胞凋亡），這一系列的生理性變化也是各種疾病發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，ERS的程度直接關(guān)系到多種病癥的發(fā)生發(fā)展。適度運(yùn)動(dòng)可減輕機(jī)體各器官細(xì)胞的ERS程度、降低ERS相關(guān)蛋白表達(dá)，而高強(qiáng)度或者長(zhǎng)時(shí)間、不恰當(dāng)運(yùn)動(dòng)則會(huì)加強(qiáng)ERS程度甚至引起器官組織的病理改變。

運(yùn)動(dòng)改善健康的ERS之運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、器官組織及不同個(gè)體的生理與病理效應(yīng)“閾值”值得探索。因此，ERS與運(yùn)動(dòng)、疾病及健康的關(guān)系和機(jī)理，仍然是生物醫(yī)學(xué)與運(yùn)動(dòng)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。