內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在三種常見精神疾病中的研究進(jìn)展

秦億成，楊麗霞，王藝明，

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被認(rèn)為是蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制中心，在維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要作用。而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）是指各種病理生理因素破壞了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)，使蛋白質(zhì)不能進(jìn)行有效折疊或者發(fā)生錯(cuò)誤折疊，導(dǎo)致這些異常蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中過度蓄積。為了應(yīng)對上述異常細(xì)胞將會(huì)啟動(dòng)未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR），通過促進(jìn)蛋白正確折疊和降解錯(cuò)誤折疊蛋白，緩解ERS，促進(jìn)細(xì)胞存活。但是在持續(xù)的應(yīng)激狀態(tài)下，UPR卻會(huì)觸發(fā)凋亡信號誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

近來一些細(xì)胞、動(dòng)物模型及臨床證據(jù)表明ERS在精神疾病中發(fā)揮作用。為此本研究就ERS在精神分裂癥、雙相障礙及抑郁障礙的研究現(xiàn)狀予以綜述，旨在探討ERS 如何在三種常見精神疾病的病理生理中發(fā)揮作用。

1 ERS及其作用通路

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一個(gè)重要的細(xì)胞器，主要作用是維持著鈣離子平衡，合成、加工及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等，但是它對于內(nèi)環(huán)境的要求比較高，各種病理生理因素例如：氧化還原失衡、鈣離子紊亂、炎癥及應(yīng)激等均可以擾亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不能對蛋白質(zhì)進(jìn)行有效的加工修飾，從而導(dǎo)致大量的未折疊及錯(cuò)誤折疊蛋白聚集在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，這一過程稱為ERS。此時(shí)UPR 作為細(xì)胞的一種保護(hù)性反應(yīng)隨之被激活，通過上調(diào)伴侶蛋白、減少翻譯和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解（ERassociated degradation，ERAD）來緩解ERS，但是在持久或嚴(yán)重的ERS 影響下，UPR 的保護(hù)性作用失代償，被迫激活C/EBP 同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）、c-Jun 氨基端蛋白激酶（c-Jun N-terminal protein kinase，JNK）和胱天蛋白酶-12（caspase-12）相關(guān)凋亡通路介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，造成機(jī)體的病理損害。而UPR的啟動(dòng)是通過3個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白—— 肌醇需求酶1（inositol-requiring protein-1，IRE1）、轉(zhuǎn)錄激活因子6（activating transcription factor 6，ATF6）和蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）介導(dǎo)的。

葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（glucose-regulated protein 78，GRP78）是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶蛋白家族成員之一，又可以稱作為免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白（immunoglobulin heavy chain binding protein，Bip），在非應(yīng)激狀態(tài)下與上述3 種跨膜蛋白結(jié)合，當(dāng)發(fā)生ERS 時(shí)就會(huì)迅速釋放并且和未折疊蛋白結(jié)合促進(jìn)其正確折疊，同時(shí)啟動(dòng)UPR維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，是ERS啟動(dòng)的標(biāo)志。

PERK 在非應(yīng)激狀態(tài)下與GRP78 結(jié)合，處于非活性狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)激發(fā)生時(shí)PERK 迅速與GRP78/Bip解離，形成同源二聚體并自身磷酸化，活化的PERK進(jìn)一步作用于真核細(xì)胞翻譯起始因子2α（eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α），生成磷酸化的eIF2α，從而抑制蛋白翻譯，這個(gè)過程有助于減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中異常蛋白產(chǎn)生，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白負(fù)荷。此外，磷酸化的eIF2α 可以選擇誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子4（activating transcription factor 4，ATF4）的表達(dá)上調(diào)。ATF4 參與了氨基酸代謝、抗氧化等多種基因表達(dá)，可以通過上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶蛋白表達(dá)、促進(jìn)ERAD 來維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。但是在持續(xù)的應(yīng)激條件下，ATF4轉(zhuǎn)而調(diào)控CHOP的表達(dá)，促使細(xì)胞凋亡。

IRE1 是一種I 型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白，具有絲氨酸/蘇氨酸激酶及核酸內(nèi)切酶活性。在哺乳動(dòng)物中存在IRE1α 及IRE1β 兩種形式，其中IRE1α 在各個(gè)組織細(xì)胞中廣泛表達(dá)。當(dāng)感受到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)應(yīng)激時(shí)，IRE1α 與GRP78/Bip 解離形成二聚體或寡聚體，通過自磷酸化激活其核酸內(nèi)切酶活性?；罨腎RE1α 通過剪切X-盒結(jié)合蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1）mRNA 的26bp 內(nèi)含子，從而生成剪切形式的XBP1（XBP1s）。XBP1s 具有轉(zhuǎn)錄活性，通過與UPR 相關(guān)靶基因的啟動(dòng)子結(jié)合，調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶蛋白及ERAD 的表達(dá)，減輕ERS。但是嚴(yán)重的應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致活化的IRE1α 與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2（tumor necrosi factor receptor-associated factor 2，TRAF2）發(fā)生作用，并與瀑布式凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1（apoptosis signal regulatingkinase-1，ASK1）形成IRE1α-TRAF2-ASK1 復(fù)合物，然后通過激活JNK 途徑觸發(fā)細(xì)胞凋亡。

ATF6是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的Ⅱ型跨膜蛋白，具有3個(gè)結(jié)構(gòu)域：管腔C 端、跨膜端和細(xì)胞質(zhì)N 端。管腔C 端主要接收來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激信號，當(dāng)發(fā)生ERS時(shí)，ATF6 的管腔C 端受到刺激后迅速與GRP78/Bip分離，并使ATF6 轉(zhuǎn)移至高爾基體內(nèi)，在位點(diǎn)1 蛋白酶（S1P）和位點(diǎn)2 蛋白酶（S2P）作用下被連續(xù)剪切，形成具有活性片段的ATF6。ATF6的活性片段通過靶向作用于細(xì)胞核，誘導(dǎo)伴侶蛋白表達(dá)，加強(qiáng)ERAD，緩解ERS。同樣，ATF6 在長期應(yīng)激條件下也可以誘導(dǎo)CHOP的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

2 精神分裂癥與ERS

精神分裂癥臨床主要表現(xiàn)為認(rèn)知、思維、情感及行為紊亂等，其患病率日益增長對病人及社會(huì)造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。目前對于精神分裂癥的發(fā)生發(fā)展過程尚未完全明確，需要進(jìn)一步探索。

精神分裂癥的發(fā)病涉及了多個(gè)神經(jīng)遞質(zhì)受體的異常表達(dá)，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為蛋白的質(zhì)量控制中心，其功能失調(diào)可能是精神分裂癥神經(jīng)遞質(zhì)受體相關(guān)蛋白異常的潛在機(jī)制，Kim 等在臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥病人大腦神經(jīng)元中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)存在功能障礙，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)量控制機(jī)制的異常改變，同時(shí)ERAD 表達(dá)上調(diào)，使相關(guān)蛋白過早降解，這可能是精神分裂癥神經(jīng)遞質(zhì)受體等蛋白功能異常的原因。而在接下來的研究中，Kim 等在精神分裂癥病人前額葉背外側(cè)皮質(zhì)中發(fā)現(xiàn)糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白（GPI-anchored proteins，GPI-APs）在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的加工、修飾與輸出過程存在異常。而GPI-APs 是突觸發(fā)育的調(diào)節(jié)器，參與了神經(jīng)元的突觸發(fā)育及神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，其缺陷與精神分裂癥的認(rèn)知功能障礙存在一定關(guān)系。UPR 作為一種保守反應(yīng)，具有控制蛋白質(zhì)量、響應(yīng)細(xì)胞應(yīng)激及促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境平衡的作用。Kim 等發(fā)現(xiàn)了老年精神分裂癥病人的前額葉背外側(cè)皮質(zhì)中存在UPR 保護(hù)性途徑上調(diào)及凋亡性途徑下調(diào)，與對照組相比，實(shí)驗(yàn)組Bip 蛋白表達(dá)增加，PERK 及p-IRE1α 表達(dá)減少，IRE1α 通路下游信號p-JNK 表達(dá)減少及XBP1s 表達(dá)增加，提示UPR 異常激活可能參與了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工和運(yùn)輸異常的過程，這包括了神經(jīng)遞質(zhì)受體相關(guān)蛋白，使機(jī)體失去對細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的正常調(diào)控。這些研究提示了ERS 相關(guān)通路在精神分裂癥中異常表達(dá)，并且可能是通過介導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)受體相關(guān)蛋白的異常加工在精神分裂癥的病理生理中發(fā)揮作用，但是具體的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)sigma-1 受體激動(dòng)劑可以通過減少蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊，從而減輕精神分裂癥的陰性癥狀，改善其認(rèn)知功能缺陷。同時(shí)ERS 抑制劑（三氟化鈉、4-苯基丁酸）及基因治療可以靶向作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)而可能成為一種精神分裂癥的治療新策略。Kurosawa 等發(fā)現(xiàn)非典型抗精神病藥物可能通過改善ERS 來增強(qiáng)神經(jīng)元存活和神經(jīng)干細(xì)胞分化，提示了ERS 可能是非典型抗精神病藥物治療精神分裂癥的潛在靶點(diǎn)。然而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)奧氮平呈劑量依賴性的形式激活下丘腦ERS 相關(guān)途徑PERK-eIF2α信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，并且最近也有研究顯示阿立哌唑誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡與其誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣耗竭、激活I(lǐng)RE1 和PERK 途徑有關(guān)。這些研究表明通過靶向ERS 可能是治療精神分裂癥的新的治療策略，但是非典型抗精神病藥物對ERS 具體作用機(jī)制似乎存在矛盾，這還需進(jìn)一步研究。

3 雙相障礙與ERS

雙相障礙是一類致殘率高的精神疾病，特點(diǎn)為輕躁狂或躁狂發(fā)作與抑郁發(fā)作交替反復(fù)出現(xiàn)，其發(fā)病機(jī)制涉及了遺傳、生物學(xué)因素及心理社會(huì)因素等多個(gè)方面，但是雙相障礙病因尚未完全明確。近來，ERS成為了雙相障礙的研究熱點(diǎn)。

一些研究已經(jīng)在雙相障礙病人的B淋巴母細(xì)胞或外周血白細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對誘導(dǎo)應(yīng)激的異常反應(yīng)。So 等運(yùn)用ERS 誘導(dǎo)劑毒胡蘿卜素和衣霉素刺激B 淋巴母細(xì)胞，然后在mRNA 水平上檢測UPR 相關(guān)因子XBP1、CHOP 和Bip 的表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)，雙相障礙病人的B 淋巴母細(xì)胞中XBP1 和CHOP的表達(dá)水平與對照組沒有差異，在實(shí)驗(yàn)性ERS 因素刺激下，雙相障礙的XBP1和CHOP的上調(diào)作用較對照組減弱，而Bip的表達(dá)水平?jīng)]有這種變化。Hayashi等在上述研究基礎(chǔ)上擴(kuò)大了雙相障礙病人的樣本，再次驗(yàn)證了雙相障礙病人淋巴細(xì)胞UPR 相關(guān)因子XBP1 的表達(dá)異常，這些證據(jù)都揭示了雙相障礙病人存在ERS 調(diào)節(jié)功能異常。另外，在使用衣霉素刺激后可以誘導(dǎo)正常對照組淋巴細(xì)胞產(chǎn)生UPR，包括GRP78、p-eIF2α 和CHOP 水平升高，而在雙相障礙病人中并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。該研究還進(jìn)一步觀察到雙相障礙病人淋巴細(xì)胞在衣霉素的誘導(dǎo)下死亡率明顯升高，而在慢性雙相障礙病人中這種表現(xiàn)更顯著，說明了ERS 的功能障礙可能與雙相障礙的病情進(jìn)展有關(guān)。近期Bengesser 等直接在雙相障礙病人外周血中發(fā)現(xiàn)了Bip 基因表達(dá)顯著高于正常對照組，而總XBP1 和未剪切XBP1 在雙相障礙中顯著降低，結(jié)果也再次表明了ERS 與雙相障礙存在密切聯(lián)系，同時(shí)Bip 和XBP1或許可以被認(rèn)定為雙相障礙的臨床生化指標(biāo)，但是還需要做進(jìn)一步研究明確?？傮w而言，上述研究表明雙相障礙病人的外周血細(xì)胞對于ERS 的代償反應(yīng)受到損傷，這將限制它們在應(yīng)激條件下的存活，提示ERS 可能通過上述機(jī)制參與了雙相障礙的發(fā)病過程。

鋰鹽和丙戊酸鹽是最常用的心境穩(wěn)定劑，有研究發(fā)現(xiàn)它們似乎可以作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并能增強(qiáng)機(jī)體對ERS 的適應(yīng)性反應(yīng)。在健康對照組、對鋰鹽敏感的雙相障礙病人以及對鋰鹽不敏感的雙相障礙病人中，Breen 等通過檢測受試者治療前后的淋巴母細(xì)胞RNA 基因序列表達(dá)，結(jié)果顯示雙相障礙病人對鋰鹽的臨床反應(yīng)是由調(diào)節(jié)ERS 的基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的。丙戊酸鈉通過上調(diào)GRP78，下調(diào)ATF6、XBP-1 和CHOP 表達(dá)水平，逆轉(zhuǎn)毒胡蘿卜素誘導(dǎo)的SHSY5Y 細(xì)胞活力下降，緩解ERS 所致的細(xì)胞凋亡。此外，XBP1 基因啟動(dòng)子區(qū)域的單核苷酸多態(tài)性引起的突變破壞了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)反應(yīng)中的反饋環(huán)，并被發(fā)現(xiàn)與雙相障礙有關(guān)。這些研究提示ERS 過程是治療雙相障礙的重要靶點(diǎn)，進(jìn)一步闡明ERS 相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在雙相障礙中的具體作用機(jī)制，對藥物開發(fā)是有價(jià)值的。

4 抑郁障礙與ERS

抑郁障礙主要表現(xiàn)為情緒低落、快感缺失、認(rèn)知功能缺失及自殺等情感及行為障礙，具有高復(fù)發(fā)率、高致殘率等特點(diǎn)，雖然目前一些抗抑郁藥物的使用可以部分緩解抑郁癥狀，但是效果欠佳，因此尋找更多的治療策略成為了迫切需要。

近期的多項(xiàng)研究顯示ERS 與抑郁障礙之間保持著密切聯(lián)系。Bown 等發(fā)現(xiàn)與對照組和以其他方式死亡的受試者相比，因自殺死亡的重度抑郁障礙病人的顳葉皮質(zhì)中，GRP78、GRP94和鈣網(wǎng)蛋白的水平升高。在一項(xiàng)底特律社區(qū)健康研究中，Nevell等采用實(shí)時(shí)PCR 技術(shù)對86 例抑郁障礙病人外周血進(jìn)行RNA分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BiP、EDEM1、CHOP、XBP1 表達(dá)較對照組明顯增加。趙勇等在抑郁障礙病人外周血中發(fā)現(xiàn)ERS 相關(guān)基因IRE1α 和JNK呈高表達(dá)。這些研究結(jié)果提示ERS 相關(guān)通路在抑郁障礙病人中存在持續(xù)表達(dá)。

在多項(xiàng)抑郁模型小鼠的研究中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對外界的應(yīng)激反應(yīng)存在異常調(diào)節(jié)。習(xí)得性無助大鼠海馬區(qū)GRP78、ATF6和XBP-1的表達(dá)較對照組顯著上調(diào)，結(jié)果表明習(xí)得性無助大鼠UPR 表達(dá)改變可能參與了抑郁樣行為的發(fā)展。Tang 等使用慢性社會(huì)挫敗應(yīng)激方法建立了抑郁小鼠模型，同樣也發(fā)現(xiàn)海馬區(qū)ERS 信號因子PERK、p-eIF2α、CHOP、XBP1 的異常表達(dá)。此外，慢性束縛應(yīng)激也可以誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生抑郁樣行為，并且使海馬組織中GRP78 和CHOP 表達(dá)升高，而使用厚樸酚能顯著抑制束縛應(yīng)激誘導(dǎo)的ERS 標(biāo)志物的升高，并且緩解其認(rèn)知障礙及抑郁樣行為。在另外一項(xiàng)研究中，使用苯丁酸鈉和依達(dá)拉奉預(yù)處理不僅逆轉(zhuǎn)慢性束縛應(yīng)激所致的海馬區(qū)GRP78 和CHOP 高表達(dá)，而且還改善了小鼠的認(rèn)知缺陷及抑郁行為。脂多糖可以誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生抑郁及焦慮行為，并顯著上調(diào)海馬區(qū)中GRP78mRNA 表達(dá)，提示ERS 參與了脂多糖誘導(dǎo)的行為改變，而蓮芽生物堿可以通過調(diào)節(jié)ERS和自噬減輕脂多糖誘導(dǎo)的抑郁樣行為。此外慢性不可預(yù)測輕度應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁樣行為與HS生成紊亂及ERS 相關(guān)，而通過上調(diào)HS 可以減輕抑郁樣行為，這可能與HS 抑制GRP78、CHOP、caspase-12表達(dá)有關(guān)。這些研究結(jié)果表明ERS 在模型小鼠的海馬區(qū)持續(xù)高表達(dá)，而長期過度的ERS 可能會(huì)造成海馬神經(jīng)損傷，這將參與抑郁障礙的發(fā)展。

代謝型谷氨酸及Homer1 參與了抑郁障礙的病理生理發(fā)展，最近的研究表明PERK-eIF2α 可作為Homer1-代謝型谷氨酸受體復(fù)合物的下游靶點(diǎn)，在慢性應(yīng)激所致的抑郁樣行為中發(fā)揮作用。在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，Liu 等使用皮質(zhì)酮誘導(dǎo)了小鼠海馬神經(jīng)元產(chǎn)生了ERS，顯著降低了神經(jīng)元活性及突觸相關(guān)蛋白的表達(dá)，而在經(jīng)過ERS 抑制劑處理后增加了突觸相關(guān)蛋白表達(dá)，保護(hù)了神經(jīng)元活性。這些證據(jù)說明ERS在治療抑郁障礙中具有潛在價(jià)值。

近來多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)相關(guān)藥物可以通過影響ERS發(fā)揮抗抑郁作用。天麻素可以通過抑制小鼠海馬ERS，改善了其學(xué)習(xí)記憶功能和抑郁樣行為。毛蕊花糖苷發(fā)揮抗抑郁作用的機(jī)制可能是緩解了抑郁大鼠ERS表達(dá)，減少了細(xì)胞凋亡。對藥酸棗仁-合歡花可以上調(diào)海馬區(qū)GRP78，下調(diào)caspase-12，減輕ERS 所致的細(xì)胞凋亡，改善大鼠抑郁樣行為。草酸艾司西酞普蘭可以下調(diào)慢性不可預(yù)測輕度應(yīng)激所誘導(dǎo)的大鼠ERS 相關(guān)基因高表達(dá)，從而改善抑郁行為。氟伏沙明也具有改善ERS 表達(dá)異常，進(jìn)而發(fā)揮抗抑郁作用，但是氟西汀、地昔帕明、舍曲林和奈法唑酮卻可以通過增強(qiáng)ERS 誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，而這些差異可能是藥物作用于不同的組織細(xì)胞造成的，因此進(jìn)一步探索抗抑郁藥物對不同組織細(xì)胞ERS的作用是有必要的。

5 小結(jié)

綜上所述，ERS在精神分裂癥、雙相障礙及抑郁障礙這三種常見精神疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著不可忽視的作用。適度的ERS 對于機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用，通過UPR 促使蛋白正確折疊，維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)定，而UPR 失代償時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致一系列的病理生理變化從而導(dǎo)致疾病發(fā)生。目前關(guān)于ERS 與精神疾病的實(shí)驗(yàn)研究及臨床數(shù)據(jù)相對較少，因此，未來進(jìn)一步深入闡明ERS 詳細(xì)的信號通路，可能為以干預(yù)ERS為靶點(diǎn)的治療精神疾病的新方法產(chǎn)生積極作用。