內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬及其干預(yù)動(dòng)脈粥樣硬化的信號(hào)通路研究進(jìn)展

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是多種疾病發(fā)生的病理基礎(chǔ)，其發(fā)病機(jī)制是一個(gè)涉及多個(gè)代謝和信號(hào)傳導(dǎo)途徑的復(fù)雜過(guò)程[1]，包括內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙和血管完整性破壞在內(nèi)的多種細(xì)胞功能障礙，以及炎癥細(xì)胞數(shù)目增加，細(xì)胞因子產(chǎn)生，血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活化和新血管生成等，最近的研究發(fā)現(xiàn)，急性冠脈綜合征(ACS)與AS斑塊的突然破裂和這些斑塊的快速發(fā)展有關(guān)[2]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)與細(xì)胞自噬(autophagy)是細(xì)胞在不同程度和不同性質(zhì)的刺激下所產(chǎn)生的為維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的適應(yīng)性反應(yīng)，在AS的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。適度的自噬作為體內(nèi)潛在的補(bǔ)償機(jī)制，可使細(xì)胞免受環(huán)境刺激的影響，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，延緩AS的進(jìn)程；而過(guò)度自噬則能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，影響斑塊穩(wěn)定。大量研究證實(shí)，ERS可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而細(xì)胞為了避免凋亡，激活蛋白酶體途徑和細(xì)胞自噬，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，并參與多種生理與病理過(guò)程[3]。ERS既可通過(guò)對(duì)多種因子的調(diào)節(jié)直接作用于AS，也可激活細(xì)胞自噬，從而間接影響AS形成。本文擬從ERS激活細(xì)胞自噬從而調(diào)節(jié)AS的間接作用入手，來(lái)探討ERS對(duì)AS的作用機(jī)制。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與細(xì)胞自噬

1.1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)是與外核膜連續(xù)的膜狀細(xì)胞器[4]，它形成一個(gè)相互聯(lián)系的空間網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)膜蛋白翻譯、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄后修飾、維持細(xì)胞鈣(Ca2+)體內(nèi)平衡和脂質(zhì)生物合成[5]。為了滿足不同的細(xì)胞需求，需要不斷的ER轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，自噬在這個(gè)過(guò)程中起著重要的作用[6]。當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)缺乏、糖基化改變、鈣耗竭、氧化應(yīng)激、DNA損傷和能量干擾等情況時(shí)[7]，蛋白質(zhì)折疊的生理需求增加會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)積聚在ER腔中[8]，即為ERS。應(yīng)激發(fā)生后，通過(guò)上調(diào)分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78kDa(glucose regulated protein 78kDa，GRP78)表達(dá)、抑制蛋白質(zhì)合成、加速錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)降解等方式可暫時(shí)緩解ERS[9]。同時(shí)，ERS激活未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)，而UPR在ERS早期主要是通過(guò)清除不能正確折疊的蛋白以及減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負(fù)荷等方式起到恢復(fù)細(xì)胞生理功能和重建ER穩(wěn)態(tài)的作用。UPR以三種跨膜蛋白的作用為特征，即蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like ER kinase，PERK)、肌醇激酶1(inositol-requiring kinase-1，IRE-1)和活化轉(zhuǎn)錄因子(Activating transcription factor 6，ATF6)[10]。在無(wú)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，PERK、IRE1、ATF6分別與GRP78結(jié)合，處于無(wú)活性狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生ERS時(shí)，GRP78與上述3種蛋白質(zhì)解離，與未折疊蛋白結(jié)合，并啟動(dòng)UPR，下調(diào)在ER內(nèi)堆積的未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，使ER恢復(fù)正常功能，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行保護(hù)[11]。然而，持續(xù)或較嚴(yán)重的ERS則觸發(fā)凋亡信號(hào)，則不利于細(xì)胞生存。例如，血管平滑肌細(xì)胞合成大部分間質(zhì)膠原蛋白，穩(wěn)定斑塊的纖維帽，但持續(xù)的ERS促進(jìn)了血管平滑肌細(xì)胞的氧化應(yīng)激和鈣化[12]。

1.2 細(xì)胞自噬 細(xì)胞自噬，又稱Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，是廣泛存在于真核細(xì)胞內(nèi)的一種溶酶體依賴性降解途徑，同時(shí)也是程序化的細(xì)胞自我修復(fù)過(guò)程，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)過(guò)多或受損的過(guò)氧化物酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等細(xì)胞器及異常DNA和蛋白聚集體時(shí)，即可通過(guò)自噬溶酶體降解途徑進(jìn)行清除以維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)[13]。在自噬過(guò)程中，微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(LC3)經(jīng)歷一個(gè)翻譯后修飾以形成脂質(zhì)化的LC3-Ⅱ，其充當(dāng)宿主細(xì)胞中的自噬體標(biāo)記[14]。自噬膜的延伸需要兩種泛素樣蛋白連接系統(tǒng)，其中LC3會(huì)從游離型的LC3I轉(zhuǎn)變?yōu)槟そY(jié)合型的LC3-Ⅱ，是識(shí)別自噬活化的重要生化標(biāo)志。同時(shí)，GRP78、磷酸化真核翻譯起始因子2a(p-eIF2a)、LC3、p53、p62和Beclin-1等的表達(dá)通常用于評(píng)估自噬。ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬可通過(guò)稱為“噬脂”的過(guò)程，水解細(xì)胞吞噬的脂肪滴，介導(dǎo)膽固醇向胞外的載脂蛋白AI轉(zhuǎn)運(yùn)，調(diào)節(jié)細(xì)胞膽固醇的代謝和外流，減輕泡沫細(xì)胞脂質(zhì)負(fù)荷。若抑制細(xì)胞自噬，如敲除ATG5，則可檢測(cè)到主動(dòng)脈全段泡沫細(xì)胞數(shù)量和斑塊面積的顯著增加[15]。Liao 等[16]通過(guò)消融ATG5抑制巨噬細(xì)胞中的自噬，促進(jìn)膽固醇負(fù)荷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，可以導(dǎo)致AS形成，二者結(jié)論一致。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的通路和機(jī)制

當(dāng)ER堆積了大量的錯(cuò)誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)時(shí)，UPR除了促成細(xì)胞凋亡外，還將誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬[3]。由于經(jīng)常在分離膜附近觀察到ER，因此被認(rèn)為是自噬體形成的主要來(lái)源之一或自體噬菌體形成的平臺(tái)[17]。Hamasaki等[18]發(fā)現(xiàn)ER膜的片段在饑餓條件下被運(yùn)送到自噬體。調(diào)節(jié)自噬水平的ULK1到PI3P效應(yīng)物的分子，其負(fù)責(zé)自噬體成核，定位于ER，也表明ER可能是膜源和支架自噬體形成的候選者[19-20]。UPR的下游通路也存在抑制細(xì)胞自噬發(fā)生的機(jī)制，在多種細(xì)胞中驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，若敲除ERAD(endoplasmic reticulum-associated degradation)過(guò)程的腳手架蛋白—同型半胱氨酸誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白(homocysteine-inducible ER stress protein，Herp)，可檢測(cè)到細(xì)胞自噬調(diào)節(jié)蛋白Beclin1和 ATG5水平的顯著升高，以及細(xì)胞在應(yīng)激下更強(qiáng)的存活能力[21]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也提到Herp敲除能增加主動(dòng)脈血管細(xì)胞自噬水平，顯著延緩斑塊進(jìn)展[22]。但是，ER誘導(dǎo)的自噬是促進(jìn)細(xì)胞生存還是細(xì)胞凋亡，依賴于細(xì)胞類型，以及應(yīng)激的強(qiáng)度和持續(xù)的時(shí)間[23]。馬美娟等[24]利用氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)誘導(dǎo)的泡沫化巨噬細(xì)胞模型，首次證實(shí)小劑量衣霉素可引起的一定程度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，同時(shí)激活了適度的自噬，從而減少了巨噬細(xì)胞的凋亡，可能有助于減輕動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程，并證實(shí)了不同程度的ERS會(huì)引起不同的自噬效應(yīng)。

2.1 UPR下游信號(hào)通路對(duì)AS的作用機(jī)制 UPR由3個(gè)上游蛋白引發(fā)，即IRE1，ATF6和 PERK。IRE1α和PERK均為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ι型跨膜蛋白激酶，屬于UPR的近端感受器；ATF6為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ⅱ型跨膜蛋白激酶。盡管在ERS中細(xì)胞保護(hù)的分子機(jī)制尚未得到充分的闡明，但似乎很清楚UPR活化引起的增加折疊能力和減弱的蛋白質(zhì)翻譯可以使細(xì)胞消除病原性蛋白質(zhì)[25]。Gargalovic等[26]發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞的UPR活化也可被氧化的1-棕櫚酰-2-花生四烯酰-sn-3-甘油磷酸膽堿(oxidized 1-palmitoyl-2-arachidonyl-sn-3-glycero-phosphorylcholine，oxPAPC)誘導(dǎo)，并在晚期動(dòng)脈粥樣硬化病變中發(fā)現(xiàn)氧化磷脂。

2.1.1 PERK-eIF2α信號(hào)通路 PERK含有磷酸化真核翻譯起始因子2a(eIF2a)的細(xì)胞質(zhì)激酶部分，通過(guò)磷酸化eIF2α(p-eIF2α)來(lái)降低蛋白的整體翻譯水平。eIF2α磷酸化穩(wěn)定了eIF2 / GDP /eIF2β復(fù)合物并防止GDP / GTP交換反應(yīng)。因此，它在連續(xù)幾輪啟動(dòng)之間損害了eIF2的再循環(huán)并導(dǎo)致在ERS早期階段全面抑制翻譯，即暫時(shí)性減輕ER未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白負(fù)荷[27]。PERK-eIF2α信號(hào)通路有多個(gè)下游基因，如SREBP、ATF4、CHOP等。SREBP是調(diào)節(jié)膽固醇及脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，當(dāng)ERS激活SREBP后，誘導(dǎo)膽固醇/脂肪酸生物合成和攝取相關(guān)基因的表達(dá)，引起細(xì)胞內(nèi)膽固醇和脂肪酸的累積，促使脂質(zhì)代謝異常的進(jìn)一步惡化[28]，因此PERK-eIF2α-SREBP信號(hào)通路激活將導(dǎo)致肝臟膽固醇代謝失調(diào)，進(jìn)一步促進(jìn)AS的進(jìn)程。同時(shí)p-eIF2α促進(jìn)了ATF4的合成，其激活UPR轉(zhuǎn)錄因子CCAAT /增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(CHOP)等基因。CHOP在瞬態(tài)ER應(yīng)激期間參與各種校正功能[29]，并調(diào)節(jié)ATG5的轉(zhuǎn)錄，影響自噬體的形成[30]，從而激活細(xì)胞自噬。因此，有學(xué)者認(rèn)為PERK /eIF2α/ CHOP是介導(dǎo)與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的主要信號(hào)通路[31]。此外，p-eIF2α還可以上調(diào)ATG12，促進(jìn)LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ轉(zhuǎn)化，觸發(fā)細(xì)胞自噬。

2.1.2 IRE1-XBP1信號(hào)通路 IRE1α是一種跨膜蛋白，由N末端傳感器結(jié)構(gòu)域，單一跨膜結(jié)構(gòu)域和C末端胞質(zhì)效應(yīng)子組成，負(fù)責(zé)蛋白激酶和內(nèi)切核糖核酸酶活性。在UPR信號(hào)通路中，IRE1α是能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞命運(yùn)的變應(yīng)原的關(guān)鍵分子[32]，可促進(jìn)自噬小泡的形成[33]。Imaizumi 等[34]研究表明，是IRE1而不是PERK將UPR與自噬連接起來(lái)。IRE1通過(guò)促進(jìn)XBP1的表達(dá)，有助于緩解新生蛋白質(zhì)與確保蛋白質(zhì)折疊和組裝所需的伴侶之間的生理和病理生理不平衡。XBP1途徑促進(jìn)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)的降解，也可以觸發(fā)細(xì)胞自噬反應(yīng)。有研究證明，XBP1 mRNA剪接可通過(guò)Beclin-1的轉(zhuǎn)錄激活參與巨噬細(xì)胞增殖、凋亡和自噬[35]。另外，XBP1 蛋白進(jìn)入細(xì)胞核，結(jié)合于 ERSE，既可上調(diào) ERS 相關(guān)的相關(guān)蛋白如GRP78 的表達(dá)，也可影響脂質(zhì)代謝進(jìn)程[15]。另外，IRE1除了通過(guò)與下游的XBP1來(lái)激活自噬，還可以通過(guò)IRE1-TRAF2-JNK來(lái)激活自噬。已有研究證實(shí)，毒胡蘿卜素誘導(dǎo)的LC3陽(yáng)性囊泡的積累在TRAF(一種將活性IRE1連接至c-Jun N端激酶活化的胞質(zhì)接頭分子)缺陷的小鼠成纖維細(xì)胞中自噬被完全抑制[36]。JNK的藥理學(xué)抑制劑有效地抑制了其模型系統(tǒng)中的LC3易位，表明IRE1-TRAF2-JNK途徑對(duì)于用ER應(yīng)激物攻擊的小鼠成纖維細(xì)胞中的自噬誘導(dǎo)是必需的[37]。Ogata等[38]也聲明ER應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬由IRE1α與TRAF2相互作用調(diào)節(jié)JNK活化。Xu 等[10]則證明了IRE1α/ XBP1s分支連接缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF1α)活化以介導(dǎo)局部增強(qiáng)的RAS組分和內(nèi)皮功能障礙，阻斷IRE1α/ XBP1s /HIF1α通路激活減弱了PM2.5暴露下的ANGII依賴性內(nèi)皮功能障礙，并預(yù)測(cè)尋找新的治療靶點(diǎn)來(lái)緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和恢復(fù)局部RAS穩(wěn)態(tài)可能有助于管理PM2.5暴露下的心血管疾病的負(fù)擔(dān)。在AS中，IRE1-XBP1信號(hào)通路的激活，還將引起肝細(xì)胞脂滴積聚，加速AS進(jìn)程。

2.1.3 ATF6信號(hào)通路 從GRP78解離后，ATF6進(jìn)入外殼蛋白復(fù)合物Ⅱ(COPⅡ)囊泡，靶向高爾基體腔，其中在位點(diǎn)1蛋白酶(S1P)和位點(diǎn)2蛋白酶(S2P)處發(fā)生切割。S1P和S2P所需的ATF6加工，即處理SREBPs以響應(yīng)膽固醇剝奪的酶，證明了ERS和SREBP之間的重要關(guān)系[39]。Zeng等[40]報(bào)道ATF6拮抗SREBP-2以調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖的穩(wěn)態(tài)，從而影響AS進(jìn)程。

2.2 Ca2+-CAMKK-β/AMPK信號(hào)通路 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，受ERS誘導(dǎo)，細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+作為一個(gè)協(xié)調(diào)者參與調(diào)解自噬。Ca2+對(duì)細(xì)胞自噬的調(diào)節(jié)主要與mTOR通路有關(guān)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的情況下，當(dāng)Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高激活鈣調(diào)蛋白依賴性激酶-β (calmodulin-depen-dent kinase kinase β，CAMKK-β)，進(jìn)而激活 AMPK，抑制 mTOR通路，從而上調(diào)細(xì)胞自噬[41]。H?yer-Hansen等[42]也提出從ER釋放的Ca2+通過(guò)CamKK / AMPK依賴性途徑抑制mTOR途徑，從而誘導(dǎo)自噬。據(jù)報(bào)道，各種Ca2+動(dòng)員劑如離子霉素、ATP和毒胡蘿卜素等抑制自噬的陰性調(diào)節(jié)因子mTOR的活性，并以Beclin-1和ATG7依賴的方式引起自噬體的大量積累以觸發(fā)自噬[36]。

2.3 Bcl-2/beclin-1信號(hào)通路 B細(xì)胞淋巴瘤/白血病2(Bcl-2)是一種抗凋亡蛋白，根據(jù)使用的模型系統(tǒng)不同，Bcl-2 對(duì)細(xì)胞自噬與凋亡的調(diào)控也不同。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的Bcl-2能夠與具有BH3 結(jié)構(gòu)域的Beclin-1相結(jié)合，抑制Beclin-1 依賴的自噬；另一方面，Bcl-2 可調(diào)控PI3K-Akt-mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而抑制細(xì)胞自噬活動(dòng)[41]。此外，JNK已被證明可以控制beclin-1的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)的自噬。據(jù)報(bào)道，JNK介導(dǎo)的Bcl-2的磷酸化導(dǎo)致其釋放Beclin-1，從而使Beclin-1與ClassⅢ PI3K(自噬的正調(diào)節(jié)因子)結(jié)合，從而允許自噬進(jìn)行[43]。Lee也已經(jīng)證實(shí)，JNK通過(guò)Bcl-2磷酸化調(diào)節(jié)自噬，其阻止該蛋白質(zhì)與自噬基本調(diào)節(jié)因子beclin-1相互作用[44]。因此，Bcl-2磷酸化可能不僅是調(diào)節(jié)自噬和凋亡的機(jī)制，而且也是調(diào)節(jié)兩條途徑之間轉(zhuǎn)換的機(jī)制。

3 小結(jié)與展望

動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病是對(duì)人類健康威脅最嚴(yán)重的疾病之一 ，是冠心病和缺血性腦卒中的主要原因。據(jù)報(bào)道，全球范圍內(nèi)心血管疾病的病死率僅次于腫瘤的病死率，嚴(yán)重危害人類健康[9]。但是，目前尚沒(méi)有藥物在預(yù)防斑塊進(jìn)展方面顯示出明顯的益處[45]。動(dòng)脈粥樣硬化的許多危險(xiǎn)因素(例如低密度脂蛋白)在整個(gè)循環(huán)中均勻地影響內(nèi)皮細(xì)胞，但是動(dòng)脈粥樣硬化的損傷傾向于發(fā)生分段，特別是在動(dòng)脈分支點(diǎn)[46]。ERS既能引起細(xì)胞凋亡，也可引起細(xì)胞自噬，且自噬與凋亡之間也是可以互相轉(zhuǎn)化的。例如，Bcl-2磷酸化可能不僅是調(diào)節(jié)自噬和凋亡的機(jī)制，而且也是調(diào)節(jié)兩條途徑之間轉(zhuǎn)換的機(jī)制?？梢酝ㄟ^(guò)上調(diào)或下調(diào)ERS下游的自噬相關(guān)因子或者凋亡因子來(lái)影響晚期AS巨噬細(xì)胞等生存與否，從而促進(jìn)斑塊穩(wěn)定，延緩AS進(jìn)程。不同程度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，也會(huì)引起不同的自噬效應(yīng)。ERS可以通過(guò)多途徑、多通路來(lái)激活自噬，了解這些通路的調(diào)節(jié)因素和影響因子，并對(duì)其進(jìn)行干預(yù)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬。因此，對(duì)這些通路和機(jī)制的探討是必要的。但是，目前對(duì)該領(lǐng)域的了解我認(rèn)為還存在以下問(wèn)題：①對(duì)這些通路的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、分子機(jī)制、調(diào)節(jié)基因等的研究還不夠深入、全面；②大部分研究結(jié)果都是基于動(dòng)物，并不一定能代表人類的機(jī)制，且不同動(dòng)物模型得到的結(jié)論也可能不一致；③對(duì)這些通路和靶點(diǎn)的研究結(jié)論大多還不能有效地運(yùn)用到實(shí)踐。在AS病變中，細(xì)胞自噬已被證實(shí)參與其形成和發(fā)展，進(jìn)一步研究?jī)?nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)自噬的調(diào)控機(jī)制和信號(hào)通路，并通過(guò)人為干預(yù)來(lái)對(duì)這些分子機(jī)制和信號(hào)通路進(jìn)行調(diào)節(jié)，可能為動(dòng)脈粥樣硬化的預(yù)防、診斷和預(yù)后提供新的思路。