內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在代謝相關(guān)疾病發(fā)生中的作用機制及干預(yù)治療作用研究進展

趙玄燁，秦潔

(1山西醫(yī)科大學，太原 030001；2山西醫(yī)科大學附屬省人民醫(yī)院)

隨著我國經(jīng)濟水平的增長，人們的生活方式以及飲食結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生變化，飲食中過量的脂肪及葡萄糖在體內(nèi)消耗是導(dǎo)致肥胖和胰島素抵抗的最重要環(huán)境因素之一。體內(nèi)大部分長鏈脂肪酸儲存在脂肪組織，血液中游離脂肪酸水平增加是代謝性疾病發(fā)生的獨立危險因素[1]。20世紀90年代末，有學者發(fā)現(xiàn)目前已知游離脂肪酸可通過至少四種不同的機制引發(fā)代謝炎癥和胰島素抵抗，首要機制為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)的激活[2]，ERS與代謝相關(guān)疾病之間存在一定關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)就ERS在代謝相關(guān)疾病發(fā)生中的作用機制及干預(yù)治療作用研究進展情況綜述如下。

1 ERS在代謝相關(guān)疾病發(fā)生中的作用機制

1.1 胰島素抵抗、糖尿病 研究發(fā)現(xiàn)，PERK基因突變小鼠表現(xiàn)出β細胞缺乏和糖尿病。人體PERK基因突變導(dǎo)致一種罕見的遺傳性疾病Wolcott-Rallison綜合征，表現(xiàn)為胰島素依賴型糖尿病。ATF6α基因缺失小鼠在高脂飲食喂養(yǎng)時表現(xiàn)出β細胞功能受損[3]。這些發(fā)現(xiàn)暗示著ERS與胰島素抵抗(IR)及糖尿病的發(fā)生密切相關(guān)，其機制復(fù)雜，多個部位包括大腦、肝臟、脂肪組織、肌肉組織、胰島β細胞參與其中。

1.1.1 大腦ERS 瘦素是第一個被發(fā)現(xiàn)的脂肪因子，它通過作用于下丘腦特別是前阿黑皮素原(POMC)神經(jīng)元而減少食欲。大腦尤其是POMC的ERS會導(dǎo)致瘦素抵抗，表現(xiàn)為盡管有充足的能量儲存和高水平的瘦素，但仍無法形成飽腹感[4]。瘦素抵抗情況下脂肪細胞分泌更多的瘦素，然而過多的瘦素可抑制嚙齒類動物和人的胰島素分泌，作用于肝臟、肌肉、脂肪組織則產(chǎn)生胰島素抵抗。研究發(fā)現(xiàn)POMC神經(jīng)元IRE1α的遺傳缺失會誘導(dǎo)ERS[5]，從而產(chǎn)生瘦素抵抗及IR。

1.1.2 肝臟ERS 研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高脂喂養(yǎng)的小鼠肝臟中ERS標志蛋白PERK，IRE1α增高。利用衣霉素誘導(dǎo)肝細胞ERS后產(chǎn)生胰島素抵抗，具體過程表現(xiàn)為ERS激活JNK，從而使胰島素受體底物-1(IRS-1)的酪氨酸殘基磷酸化下降干擾胰島素受體信號通路。另外有研究[6]發(fā)現(xiàn)，讓肝臟過表達一種IRE1α的抑制劑能夠使小鼠避免產(chǎn)生胰島素抵抗。

1.1.3 肌肉、脂肪ERS 國外一項研究[7]表明，在骨骼肌中棕櫚酸酯通過干擾脂質(zhì)分布引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張導(dǎo)致ERS，最終將導(dǎo)致胰島素抵抗。在營養(yǎng)供應(yīng)過多時，脂肪組織釋放的脂肪酸通過PERK/eIF2α/ATF4和IRE1/XBP1途徑觸發(fā)外周組織中的ERS，ERS轉(zhuǎn)而抑制胰島素信號通路，產(chǎn)生胰島素抵抗。目前，較為明確的機制是IRE1α通過募集腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(TRAF-2)和凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(ASK-1)形成IRE1α/TRAF-2/ASK-1復(fù)合物促進IRS-1絲氨酸殘基磷酸化從而干擾胰島素信號傳導(dǎo)途徑導(dǎo)致IR[8]。

1.1.4 胰島β細胞ERS 在營養(yǎng)過剩的情況下，葡萄糖刺激的胰島素分泌(GSIS)增強，ER負擔增加，導(dǎo)致ER折疊能力下降，胰島素原無法向高爾基體轉(zhuǎn)運，誘發(fā)UPR，通過PERK/eIF2α/ATF4介導(dǎo)的CHOP途徑誘導(dǎo)β細胞凋亡。最新研究發(fā)現(xiàn)，胰島β細胞在產(chǎn)生胰島素同時產(chǎn)生胰島淀粉樣多肽(hIAPP)參與β細胞衰竭，約90%的2型糖尿病患者中有hIAPP存在。在過表達hIAPP的轉(zhuǎn)基因小鼠胰島中觀察到ER應(yīng)激標記物，包括CHOP和XBP1[9]。

1.2 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) NAFLD是一種與肥胖、胰島素抵抗和遺傳易感性密切相關(guān)的代謝性疾病，包括非酒精性單純性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及其相關(guān)肝硬化及肝癌。在NAFLD的發(fā)生與發(fā)展中，氧化應(yīng)激與ERS發(fā)揮重要作用[10]。

ERS增強極低密度脂蛋白(VLDL)向肝細胞轉(zhuǎn)運，同時抑制其輸出參與NAFLD脂質(zhì)代謝失調(diào)過程從而促進NAFLD向NASH的進展。UPR通過PERK/eIF2α/ATF4途徑誘導(dǎo)VLDL受體(VLDR)表達，在VLDL存在下可觸發(fā)細胞內(nèi)甘油三酯的積聚加重NAFLD。在NAFLD和NASH的人類樣本中，發(fā)現(xiàn)ERS、細胞凋亡和自噬標記物增加。在NASH模型中發(fā)現(xiàn)脂毒性誘導(dǎo)PERK途徑的細胞凋亡。Bax抑制劑-1(BI-1)是ERS傳感器IRE1α的負性調(diào)節(jié)因子，Bi-1-/-小鼠具有增加IRE1α活性的功能。給予Bi-1-/-小鼠ERS誘導(dǎo)劑后顯示出IRE1α依賴性肝細胞死亡途徑增強。給予高脂肪飲食后，Bi-1-/-小鼠IRE1α、XBP1和CHOP增多，激活細胞死亡途徑，從而促進NASH[11]。ER腔內(nèi)冠層2同源物(CNPY2)參與了肝臟ERS中PERK和CHOP的活化。CNPY2基因遺傳缺失可中斷ERS途徑從而保護肝細胞[12]。以上機制均明確表明肝臟的ERS可加重肝臟中脂質(zhì)沉積，引起非酒精性脂肪肝的發(fā)生以及進展。

1.3 動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是心血管疾病產(chǎn)生的主要病理基礎(chǔ)，其特征是膽固醇和氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)在內(nèi)皮壁上沉積。在人和動物的動脈粥樣硬化病變處發(fā)現(xiàn)了ERS標志物[13]，特別是在疾病的晚期階段，這顯示出ERS參與形成動脈粥樣硬化。在不穩(wěn)定的動脈粥樣硬化斑塊中發(fā)現(xiàn)大量凋亡細胞的表達，而且主要通過ERS的CHOP途徑誘導(dǎo)。Zhou在載脂蛋白E基因敲除動脈粥樣硬化小鼠模型體內(nèi)發(fā)現(xiàn)GRP78、PERK增高，其中GRP78主要存在于平滑肌的纖維帽上。

在巨噬細胞中ER應(yīng)激通過PERK/糖原合成酶激酶3α/β(GSK-3α/β)/CHOP途徑促進動脈粥樣硬化[14]。在內(nèi)皮細胞中，ER應(yīng)激誘導(dǎo)細胞凋亡從而破壞血管內(nèi)皮的屏障功能，增加血栓形成及動脈粥樣硬化發(fā)生。ER應(yīng)激可通過重組人Dickkopf相關(guān)蛋白1(DKK1)誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細胞發(fā)生動脈粥樣硬化，DKK1是一種分泌性糖蛋白，可通過激活JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制經(jīng)典Wnt信號傳導(dǎo)，隨后激活I(lǐng)RE1α和eIF2α/CHOP途徑[15]使動脈粥樣硬化病變面積增大且變的不穩(wěn)定。在血管平滑肌細胞中發(fā)現(xiàn)大量的同型半胱氨酸通過上調(diào)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-2(SREBP-2)誘導(dǎo)ER應(yīng)激，導(dǎo)致血管平滑肌細胞中脂質(zhì)沉積和鈣平衡紊亂。

2 通過干預(yù)ERS治療代謝相關(guān)疾病

2.1 調(diào)節(jié)ER的鈣穩(wěn)態(tài) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的鈣穩(wěn)態(tài)對于蛋白質(zhì)折疊、修飾、成熟和運輸至關(guān)重要。破壞鈣穩(wěn)態(tài)會產(chǎn)生ER應(yīng)激相關(guān)的代謝病?；谝陨蠙C制，鈣通道阻滯劑就可以通過維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣穩(wěn)態(tài)減輕ERS。鈣通道阻滯劑以阻斷鈣流出或刺激鈣流入維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣穩(wěn)態(tài)。最新研究指出維拉帕米可以促進胰島β細胞存活率，治療2型糖尿病[16]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+ATP酶(SERCAs)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上重要的鈣調(diào)節(jié)蛋白，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+ATP酶2b(SERCA2b)是其重要的亞型。研究指出介導(dǎo)SERCA2b在肝臟過度表達可減輕ER應(yīng)激，從而促進葡萄糖和脂質(zhì)的體內(nèi)平衡[17]，減輕小鼠2型糖尿病和NAFLD癥狀。SERCA2b激動劑為糖尿病及非酒精性脂肪肝的治療提供新思路。目前臨床上暫無2型糖尿病合并非酒精性脂肪肝的雙重治療藥物，非酒精性脂肪肝的治療仍然集中在對生活方式的干預(yù)上，SERCA2b激動劑作為減輕ERS的藥物可以實現(xiàn)治療糖尿病及非酒精性脂肪肝的雙重作用，有待臨床進一步研究利用。

2.2 抑制ER上蛋白質(zhì)錯誤折疊 減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯誤折疊蛋白數(shù)量一方面可以使蛋白質(zhì)發(fā)揮相應(yīng)作用，另一方面可減弱ERS，成為治療ERS相關(guān)性疾病的切入點。最新研究指出牛磺熊去氧膽酸(TUDCA)及4-苯基丁酸(4-PBA)是兩種可以抑制蛋白質(zhì)錯誤折疊的分子伴侶，它們都可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象，改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊能力，減輕ERS，被FDA批準為逆轉(zhuǎn)ERS的金標準。研究指出4-PBA和TUDCA能夠使糖尿病小鼠的血糖、胰島β細胞功能恢復(fù)正常[18]。苯丁酸鈉是目前已知的可以通過減少ERS部分緩解人體中由脂質(zhì)誘導(dǎo)的IR和β細胞功能障礙的藥物,但仍然沒有大規(guī)模用于臨床，尚缺乏臨床安全性證據(jù)。我們需要進一步實施體外及臨床研究，明確抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白錯誤折疊相關(guān)藥物對代謝性疾病的治療作用及其安全性。

2.3 GRP78激活劑 作為ER駐留蛋白質(zhì)分子伴侶GRP78近年來也受到關(guān)注。其中丙戊酸鹽被提出來，但大部分都是與其治療神經(jīng)元疾病相關(guān)，最新的報告指出，丙戊酸鹽可通過減少脂肪酸誘導(dǎo)的ERS相關(guān)性細胞凋亡保護胰島β細胞，但仍缺乏大量證據(jù)。從作用機制出發(fā)，GRP78可以結(jié)合PERK、IRE1α、ATF6，從而減少ERS，存在治療糖尿病、非酒精性脂肪肝及動脈粥樣硬化的可能。尋找GRP78激活劑藥物并且進行試驗成為相關(guān)專業(yè)人員的工作重點。

2.4 IRE1α/XBP1通路抑制劑 IRE1α/XBP1通路抑制劑STF-083010和4μ8C，通過與位于IRE1核糖核酸酶結(jié)構(gòu)域的活性位點上特定賴氨酸的作用，選擇性地抑制IRE1核糖核酸酶功能，從而減輕ERS。在ApoE缺陷的小鼠動脈粥樣硬化模型中，這兩種藥物抵消了巨噬細胞ERS誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)。這兩種藥物在人體中都具有安全性。

2.5 ATF6通路抑制劑 ATF6選擇性抑制劑是針對ERS所研究的一類最新藥物。最新研究發(fā)現(xiàn)，TSPA為ATF6α異位誘導(dǎo)劑，它是一種小分子化合物，可在不激活CHOP的情況下誘導(dǎo)ATF6α核轉(zhuǎn)位。在一項動物實驗中發(fā)現(xiàn)，TSPA可以改善db/db小鼠胰島素抵抗，增加肝臟葡萄糖的利用，ATF6通路抑制劑有望成為治療2型糖尿病的新藥。TSPA目前仍在研究中，需要評估其在臨床上治療2型糖尿病的作用，并且嘗試探究其應(yīng)用于治療其他代謝性疾病的前景。

綜上所述，短時間的ERS可調(diào)節(jié)代謝紊亂，但長時間ERS將導(dǎo)致細胞凋亡。目前發(fā)現(xiàn)很多慢性代謝性疾病具有共同的病理機制即ERS，通過研究減輕ERS的藥物去治療多種ERS相關(guān)性疾病的策略是可行的。我們需要進一步研究這些復(fù)雜的機制，尋找抑制ERS的特異性藥物，這種藥物可以減少ERS，而不產(chǎn)生不良反應(yīng)。預(yù)計在不久的將來，具有減輕ERS的新藥將在治療2型糖尿病、非酒精性脂肪肝、動脈粥樣硬化等臨床試驗中得到評價，為代謝相關(guān)疾病的治療提供新途徑。