eIF2α 對(duì)骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的影響研究進(jìn)展

上海市實(shí)驗(yàn)學(xué)校附屬東灘學(xué)校 華東師范大學(xué) 浙江農(nóng)林大學(xué)

在真核生物中，翻譯過(guò)程通常分成3 個(gè)階段，即翻譯的起始、延伸及終止。真核細(xì)胞中有幾種翻譯起始的模式，如滑動(dòng)掃描模型翻譯的起始階段一般分為3步：①當(dāng)起始密碼子為AUG 時(shí)，對(duì)應(yīng)的Met-tRNAi 結(jié)合到核糖體小亞基（40 s）上；②核糖體小亞基與模板mRNA 結(jié)合，掃描，識(shí)別起始密碼子；③核糖體大亞基（60 s）加入，形成80 s 起始復(fù)合物，翻譯起始結(jié)束，進(jìn)入延伸階段在真核生物中，至少有10 多種翻譯起始因子（eIFs）參與協(xié)助完成翻譯起始，如eIF2，eIF2B 和eIF 4F 等[1]。本文對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白應(yīng)激霉（Protein kinase resouce-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）[1]磷酸化eIF2α 對(duì)MuSCs 激活的影響進(jìn)行綜述。

一、MuSCs

Mauro 等[2]在對(duì)青蛙脛前肌進(jìn)行電鏡研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，MuSCs 是骨骼肌中具有分化增殖潛能的肌源性干細(xì)胞。MuSCs 對(duì)骨骼肌受創(chuàng)傷后肌纖維的再生和修復(fù)起著重要作用，其一般處于沉默狀態(tài)，但在特定的應(yīng)激條件下，如負(fù)重鍛煉、創(chuàng)傷等，可以被激活進(jìn)入有絲分裂期、增殖期，并進(jìn)一步分化融合形成肌管參與骨骼肌的修復(fù)[3-4]。肌肉增殖和分化之間保持適當(dāng)?shù)钠胶?，?duì)與肌肉修復(fù)、再生、內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[5-6]。

二、PERK

（一）ERS

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞內(nèi)膜型／分泌型蛋白合成的重要的亞細(xì)胞器，是多肽鏈折疊與裝配、蛋白質(zhì)合成、加工、折疊、運(yùn)輸和組裝以及脂類、類固醇的合成、細(xì)胞內(nèi)鈣離子儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)的主要場(chǎng)所，當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的微環(huán)境發(fā)生變化時(shí)?？蓪?dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能紊亂，使未折疊蛋白和錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)堆積。發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）[7]。為了避免更大程度上的組織壞死.則啟動(dòng)了一條未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[8]。肌肉收縮時(shí)會(huì)影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，骨骼肌中活性氧增加時(shí)（運(yùn)動(dòng)會(huì)影響骨骼肌中活性氧的水平），內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增強(qiáng)[9]。

（二）PERK

PERK 通過(guò)eIF2α，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)折疊與多肽生物合成結(jié)合起來(lái)，減弱了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激下的翻譯起始UPR 發(fā)生時(shí)，最先活化的通路是PERK／P-eIF2α 信號(hào)通路[10]。PERK 是一種絲氨酸／蘇氨酸的蛋白激酶，具有腔內(nèi)壓力感受器的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)局限型橫跨膜蛋白質(zhì)。它的N 末端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi).參與蛋白質(zhì)的二聚化和蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)。并與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶免疫球蛋白結(jié)合蛋白（immunoglobuhn binding protein，Bip）／葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（shcose-regulated protein，78 kDa，GPR78）密切相關(guān)；C 末端位于胞漿內(nèi)，包含磷酸化位點(diǎn)和激酶區(qū)域[11]。PERK 缺失的大鼠細(xì)胞和組織表現(xiàn)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)的改變以及鈣離子水平和功能的降低。這表明，PERK 活化對(duì)于鈣離子通道活化和蛋白分泌是不可或缺的。錯(cuò)誤或未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的聚集即可引起PERK 的活化。是ERS 的直接結(jié)果[12]。

三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在骨骼肌中的功能

ERS 是細(xì)胞內(nèi)一種自我保護(hù)性應(yīng)激機(jī)制的體現(xiàn)，與細(xì)胞代謝、蛋白質(zhì)合成與降解、增殖與凋亡、炎癥反應(yīng)等生理病理活動(dòng)有密切關(guān)系；并且在決定細(xì)胞增殖、分化、凋亡等命運(yùn)上發(fā)揮著重要作用[1,13]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有三種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的感應(yīng)蛋白，分別是PERK，ATF6，IRE-l，UPR 時(shí)，PERK 的活化導(dǎo)致eIF2 的磷酸化而激活，使其作為eIF2B 的競(jìng)爭(zhēng)抑制劑，這將從整體上抑制細(xì)胞的蛋白質(zhì)翻譯水平，從而減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的負(fù)擔(dān)；據(jù)研究，抑制ATF6 信號(hào)通路，一方面將會(huì)阻礙成肌細(xì)胞的凋亡，另一方面將會(huì)阻礙肌管的形成，進(jìn)一步證實(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，保證了胚胎肌肉的正常發(fā)育，是機(jī)體正常的生理反應(yīng)。研究表明，許多營(yíng)養(yǎng)性刺激、化學(xué)、運(yùn)動(dòng)等均可引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進(jìn)而調(diào)控蛋白質(zhì)合成，影響肌肉含量。

四、eIF2α 對(duì)骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的影響

沉默狀態(tài)骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞中eIF2α 被磷酸化[14]，骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞需要通過(guò)eIF2α 的磷酸化來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成[15]，研究顯示剛從Pax3GFP/+基因小鼠肌肉中分離出來(lái)的衛(wèi)星細(xì)胞的P-eIF2α 要比離體培養(yǎng)三天后的衛(wèi)星細(xì)胞P-eIF2α 高5 倍。在此期間大多數(shù)的衛(wèi)星細(xì)胞激活了生肌程序。三天的離體培養(yǎng)后利用免疫熒光法在維持Pax7 表達(dá)的衛(wèi)星細(xì)胞中檢測(cè)到P-eIF2α 但在激活了生肌程序表達(dá)MyoD 的衛(wèi)星細(xì)胞中并未檢測(cè)到P-eIF2α[16-17]。這暗示eIF2α 在衛(wèi)星細(xì)胞激活時(shí)發(fā)生去了去磷酸化。

研究人員通過(guò)分離出的野生型與S51A 衛(wèi)星細(xì)胞離體培養(yǎng)后的活動(dòng)比較，四天的培養(yǎng)后，利用Pax7 與MyoD 抗體進(jìn)行免疫熒光檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)Pax7+MyoD-“補(bǔ)充細(xì)胞（四天培養(yǎng)后未激活的衛(wèi)星）”的減少。并發(fā)現(xiàn)利用肌分化因子MyoG 和肌鈣蛋白T 標(biāo)記的S51A 衛(wèi)星細(xì)胞仍有能力分化成多核肌管[18-19]。說(shuō)明衛(wèi)星細(xì)胞激活后產(chǎn)生了增殖。

研究人員想要確定，嫁接到杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良小鼠的衛(wèi)星細(xì)胞，在sal003 中（eIF2α 去磷酸化抑制劑）培養(yǎng)，衛(wèi)星細(xì)胞擴(kuò)增后，是否還能維持其干細(xì)胞自我更新和再生的性能（衛(wèi)星細(xì)胞在一般的培養(yǎng)條件下離體培養(yǎng)擴(kuò)增后通常會(huì)失去再生能力）[20]，發(fā)現(xiàn)抑制eIF2α 的去磷酸化會(huì)促進(jìn)MuSCs 增殖和分化。

討論

研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起ERS，而ERS 造成的結(jié)果是PERR 使eIF2α 去磷酸化及下游的因子的作用促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，eIF2α 在沉默的骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞中是以磷酸化的狀態(tài)存在，當(dāng)骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞被激活時(shí)，很多實(shí)驗(yàn)證明磷酸化的eIF2α 大量減少。而運(yùn)動(dòng)造成骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的激活，從而引起磷酸化的eIF2α 大量減少。

衛(wèi)星細(xì)胞激活時(shí)會(huì)引起PERK 的去磷酸化，運(yùn)動(dòng)既能造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，又能使eIF2α 去磷酸化激活衛(wèi)星細(xì)胞促進(jìn)肌細(xì)胞的再生，這就產(chǎn)生了矛盾，猜測(cè)，可能存在某種機(jī)制，調(diào)節(jié)PERR 對(duì)eIF2α 去磷酸化作用，從而誘導(dǎo)損傷的肌細(xì)胞凋亡，并促進(jìn)肌細(xì)胞的再生，彌補(bǔ)損傷的肌肉，保證機(jī)體的協(xié)調(diào)，也有可能與運(yùn)動(dòng)的時(shí)間有關(guān)，在運(yùn)動(dòng)后即刻，主要是以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激為主，PERK 發(fā)揮的主要作用是促進(jìn)損傷的細(xì)胞凋亡，一段時(shí)間以后，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激經(jīng)過(guò)生理調(diào)節(jié)作用，應(yīng)激慢慢減弱，此時(shí)PERK 仍發(fā)揮作用，但此時(shí)PERK 的主要作用是使在沉默的骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞中大量標(biāo)的磷酸化的eIF2α 去磷酸化。造成的結(jié)果是骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞激活，并增殖分化為肌小管，最終形成新的肌纖維。