內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與疾病

1、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與疾病 1、什么是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 2、與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān) 的疾病 3、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的前景 主要內(nèi)容 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 介紹： 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是具有重要生理功能 的細(xì)胞器，是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合 成、鈣離子貯存以及脂質(zhì)生成的 主要場(chǎng)所。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能狀態(tài)對(duì) 蛋白質(zhì)的折疊、成熟及轉(zhuǎn)運(yùn)至關(guān) 重要。細(xì)胞穩(wěn)態(tài)改變可以干擾內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)功能而引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 (endoplasmic reticulum stress, ERS)。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 定義：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能紊亂時(shí)，定義：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能紊亂時(shí)， 蛋白質(zhì)出現(xiàn)錯(cuò)誤折疊并與未折疊蛋白在腔蛋白質(zhì)出現(xiàn)錯(cuò)誤折疊并與未折疊蛋白在腔 內(nèi)聚集，以及鈣平衡紊亂的狀態(tài)。內(nèi)聚集，以及

2、鈣平衡紊亂的狀態(tài)。 信號(hào)通路：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激主要包括三條信號(hào)信號(hào)通路：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激主要包括三條信號(hào) 通路：通路：(1)非折疊蛋白反應(yīng)；非折疊蛋白反應(yīng)；(2)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超負(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超負(fù) 荷反應(yīng)；荷反應(yīng)；(3)固醇級(jí)聯(lián)反應(yīng)。而非折疊蛋白固醇級(jí)聯(lián)反應(yīng)。而非折疊蛋白 反應(yīng)是其中研究較多的信號(hào)通路，其最終反應(yīng)是其中研究較多的信號(hào)通路，其最終 目的是通過減少蛋白質(zhì)合成，促使蛋白質(zhì)目的是通過減少蛋白質(zhì)合成，促使蛋白質(zhì) 降解和增加分子伴侶合成幫助蛋白質(zhì)正確降解和增加分子伴侶合成幫助蛋白質(zhì)正確 折疊，使細(xì)胞的壓力減輕。當(dāng)應(yīng)激超過適折疊，使細(xì)胞的壓力減輕。當(dāng)應(yīng)激超過適 應(yīng)能力時(shí)可損害細(xì)胞功能，引起細(xì)胞凋亡。應(yīng)能力時(shí)可損害細(xì)胞

3、功能，引起細(xì)胞凋亡。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 發(fā)生機(jī)制：在真核細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有三種膜相關(guān) 蛋白：肌醇依賴酶1(inositol requiring enzyme 1,IRE1 )、RNA依賴的蛋白激酶樣激酶(PKR-like eukaryotic initiation factor 2 kinase, PEPK)和活 化轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6,ATF6)。生理狀態(tài)時(shí)，這三種蛋白與免疫球蛋白 重鏈結(jié)合蛋白(immunoglobulin heavy chain binding protein, BIP)結(jié)合。發(fā)生應(yīng)激時(shí)，大量的 非折疊蛋白與錯(cuò)誤折疊蛋白在

4、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔積聚，BIP 轉(zhuǎn)而與上述蛋白結(jié)合，導(dǎo)致IRE1、PERK和ATF6 的活化，應(yīng)激通路激活。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 發(fā)生機(jī)制：發(fā)生機(jī)制：IRE1與BIP分離后發(fā)生自我磷酸化及寡聚化， 活化后的IRE1剪接X盒結(jié)合蛋白1(X-box binding protein 1,XBP1)mRNA產(chǎn)生有活性的XBP1s。XBP1s翻譯后作為轉(zhuǎn)錄 因子進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)參與分子伴侶、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白、磷脂 的合成及其他相關(guān)蛋白的降解和分泌。PERK的活化過程與 IRE1類似，PERK活化后可催化真核起始因子 2(eukaryotic initiation factor 2,eIF2)第51位 絲氨酸磷酸化，引起活化轉(zhuǎn)錄

5、因子4的表達(dá)上調(diào)?；罨D(zhuǎn) 錄因子4可以調(diào)控氨基酸代謝、細(xì)胞氧化還原、抗應(yīng)激反 應(yīng)及CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(C/EBP homologous protein, CHOP)的轉(zhuǎn)錄。應(yīng)激狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上ATF6的 N端被剪切，ATF6轉(zhuǎn)移至高爾基體，經(jīng)過水解酶S1P及S2P 水解后成為具有活性的轉(zhuǎn)錄因子。ATF6在細(xì)胞核內(nèi)與三種 順式作用元件：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)元件、非折疊蛋白反應(yīng)元 件及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)元件結(jié)合，誘導(dǎo)包括CHOP在內(nèi)的基 因的表達(dá)。 相關(guān)疾病 研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是慢性代謝疾病的 重要標(biāo)志，也是連接免疫系統(tǒng)與代謝系統(tǒng) 的橋梁。代謝系統(tǒng)的細(xì)胞作為合成代謝活 躍的細(xì)胞，具有高度發(fā)

6、達(dá)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。內(nèi)質(zhì) 網(wǎng)被視為“代謝感受器”，與內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò) 建立了廣泛而密切的聯(lián)系。在營(yíng)養(yǎng)過剩狀 態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生應(yīng)激，成為觸發(fā)代謝疾 病的重要因素。下面主要從炎癥和細(xì)胞凋 亡的角度闡述內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的致病機(jī)制。 相關(guān)疾病 一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與炎癥 在炎癥反應(yīng)中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激涉及C-jun氨基末端激 酶(JNK)和NF-B兩條炎癥信號(hào)通路： (1)JNK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為絲裂原活化蛋白激酶 (MAPK)通路中的一條重要分支，在細(xì)胞增殖、生 存、死亡及DNA修復(fù)代謝中起重要調(diào)控作用。缺 乏IRE1時(shí)，多西紫杉醇誘導(dǎo)的JMK及其下游靶蛋 白的活化受到明顯抑制，表明IRE1可能在JNK的 上游起調(diào)控作用。而鈣離子發(fā)生

7、平穩(wěn)紊亂而誘導(dǎo) PERK活化時(shí)發(fā)現(xiàn)，即刻早期基因家族中C-jun基 因顯示出PERK依賴性表達(dá)的特征。 (2)IRE1、PERK及ATF6均可激活NF-B信號(hào)通路， NF-B是由一系列DNA結(jié)合蛋白因子組成，與促 炎因子的轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)，介導(dǎo)細(xì)胞的黏附、免疫 及促炎反應(yīng)等。NF-B的活化需要IRE1與接頭蛋 白腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2等形成復(fù)合體， 以小干擾RNA(siRNA)阻斷IRE1活性可以抑制腫 瘤壞死因子的表達(dá)。此外，ATF6siRNA處理可 抑制蛋白激酶B(Akt)磷酸化，Akt磷酸化位于NF- B的上游，表明ATF6可通過AktNF-B信號(hào)通 路激活炎癥反應(yīng)。 相關(guān)疾病 二、內(nèi)質(zhì)

8、網(wǎng)應(yīng)激與細(xì)胞凋亡 在細(xì)胞凋亡過程中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)凋亡 主要通過三條途徑： (1)CHOP：CHOP可由非折疊蛋白反應(yīng)中 與通路誘導(dǎo)而表達(dá)增強(qiáng)， 其下游靶基因包括果蠅同源蛋3、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧 化酶1等，它們又分別通過Akt和三磷酸肌 醇受體途徑增加促凋亡及氧化蛋白產(chǎn)物， 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡； (2)JNK：JNK可以磷酸化B細(xì)胞淋巴瘤 白血病2(Bcl-2)蛋白第56位蘇氨酸而 使其喪失抗凋亡活性，并使細(xì)胞 內(nèi)活性氧簇、線粒體電位下降促細(xì)胞 凋亡； (3)半胱天冬氨酸蛋白酶(Caspase)12： Caspase-12 可由IRE1通路激活，在凋亡陽 性細(xì)胞中觀察到BIP、IRE1、Caspase-12

9、及切割后的Caspase-12表達(dá)增加， Caspase-12可以通過細(xì)胞色素c非依賴性的 途徑，激活Caspase-9，剪切前體 Caspase-3誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 相關(guān)疾病 三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與2型糖尿病 2型糖尿病介紹：胰島素抵抗(insulin resistance, IR)即胰島素靶組織對(duì)胰島素的敏感性降低，通常 指胰島素介導(dǎo)的葡萄糖利用率下降，是2型糖尿病 的重要特征之一。在正常情況下，胰島素能夠激 活肌肉、肝臟、脂肪組織中的胰島素信號(hào)通路， 使其攝取葡萄糖并轉(zhuǎn)化為糖原或脂肪進(jìn)行儲(chǔ)存， 從而達(dá)到降低血糖的功能。但在2型糖尿病患者中， 胰島素的這一重要功能受損，外周組織(如肌肉、 肝臟、脂

10、肪組織等) 對(duì)胰島素敏感性下降，從而直 接導(dǎo)致2型糖尿病的發(fā)生。 三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與2型糖尿病 傳遞途徑：目前已知胰島素與胰島素受體 結(jié)合后主要通過兩條途徑將信號(hào)下傳至效 應(yīng)器，其中之一是經(jīng)胰島素受體底物 ( insulin receptor substrates， IRS) 和磷脂 酰肌醇-3-激酶( phosphoinositide-3-kinase， PI3K) 的代謝信號(hào)通路; 另一個(gè)通路是經(jīng)促 分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK) 調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、 細(xì)胞增殖的生長(zhǎng)信號(hào)通路。 三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與2型糖尿病 發(fā)病機(jī)制：目前發(fā)現(xiàn)諸多因

11、素均可通過影響兩條 信號(hào)通路而導(dǎo)致肝臟、骨骼肌和脂肪組織的胰島 素抵抗。隨著對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激認(rèn)識(shí)的深入，近年來 的研究發(fā)現(xiàn)ERS可通過影響上述兩條信號(hào)通路誘 導(dǎo)肝臟、肌肉和脂肪組織的胰島素抵抗的形成， 促進(jìn)2型糖尿病的發(fā)生。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激條件下，一些 UPR介質(zhì)能通過激活若干絲氨酸-蘇氨酸激酶，包 括JNK和IKK，進(jìn)一步導(dǎo)致IRE-1-TRAF2復(fù)合物 的形成，間接促進(jìn)了JNK的磷酸化和激活， JNK 有促進(jìn)胰島素受體底物絲氨酸的磷酸化和減弱Akt 磷酸化的能力，從而抑制胰島素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，最 終促使炎癥細(xì)胞的表達(dá)和加重胰島素抵抗。 相關(guān)疾病 四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與帕金森病 帕金森病(PD)是中老年常見的中

12、樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾 病, 主要病理特征為選擇性黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元缺失及殘 存神經(jīng)元呈A-突觸核蛋白和泛素染色陽性的胞漿內(nèi)Lew y 小體形成。許多學(xué)者認(rèn)為，ERS不僅可以啟動(dòng)只有保護(hù)作 用的未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)和ER相關(guān)降解(ERAD), 還可以 觸發(fā)ERS相關(guān)的細(xì)胞凋亡。錯(cuò)誤折疊的A-突觸核蛋白的聚 集為帕金森病(PD)發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前已經(jīng)在PD 兔子、小鼠和大鼠模型上發(fā)現(xiàn)ERS的存在，也有許多研究 應(yīng)用不同的細(xì)胞系和工具藥對(duì)PD的ERS進(jìn)行了驗(yàn)證和探 討。在人多巴胺能神經(jīng)元SH-SY5Y上, Conn等使用MPTP 后, 發(fā)現(xiàn)CHOP出現(xiàn)了升高, 而對(duì)照組中使用傳統(tǒng)上認(rèn)為會(huì) 造

13、成線粒體損傷的魚藤酮和細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷的6-OHDA 并沒有引起CHOP的明顯變化, 提示MPTP所造成的損傷可 能與以前所發(fā)現(xiàn)的PD的病理生理機(jī)制即線粒體損傷和氧 化應(yīng)激相區(qū)別。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激應(yīng)用前景 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是把雙刃劍，它既是細(xì)胞維持穩(wěn)態(tài)的生存手段， 又是導(dǎo)致細(xì)胞功能受損甚至凋亡的重要因素，因此通過阻 斷不恰當(dāng)?shù)膬?nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激防止或治療代謝性疾病成為研究的 熱點(diǎn)。比如胰高血糖素樣肽1可以通過抑制CHOP通路及 eIF2去磷酸化提高暴露于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激因子中的細(xì)胞細(xì)胞 生存率。胰高血糖素樣肽1類似物Exendin-4可以通過增加 BIP等的表達(dá)抵抗脂毒性造成的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及凋亡，從而 保護(hù)細(xì)胞，同時(shí)通

14、過這一機(jī)制可以抑制肝脂肪變性，表 明胰高血糖素樣肽1類似物通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對(duì)非酒精 性脂肪肝有保護(hù)作用。CHOP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)凋亡的重 要蛋白，向肥胖小鼠注射CHOP siRNA后發(fā)現(xiàn)小鼠體重減 輕，同時(shí)糖耐量改善，胰島素抵抗改善。目前內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 中仍有許多機(jī)制尚不明確，隨著方法的改進(jìn)、研究的深入， 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激學(xué)說將更為完善，有助于系統(tǒng)地揭示代謝疾病 發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制，并為臨床提供更多的預(yù)防途徑及治 療靶點(diǎn)。 參考文獻(xiàn) 丁嬌; 馬向華; 沈捷;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與代謝疾??；江蘇醫(yī)藥 2012年2月第38卷第3期 332-334 劉雪巖; 楊萍;Ubiquilin在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中的作用及相關(guān)蛋 白

15、吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院心血管內(nèi)科 中國(guó)老年學(xué)雜志, Chinese Journal of Gerontology, 編輯部郵箱 2012年 01期 193-196 鐘河江；楊天德；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與免疫炎癥反應(yīng)的研究進(jìn) 展；重慶醫(yī)學(xué)2012年1月第41卷第2期 201-203 潘鳳英, 賈國(guó)強(qiáng), 巴曉紅；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與帕金森病的研究 進(jìn)展；臨床神經(jīng)病學(xué)雜志2011年第24卷第1期；78-79 王志鵬；吳靜；景友玲；門秀麗；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在2型糖 尿病胰島素抵抗中的作用；生理科學(xué)進(jìn)展2012年第43卷 第1期；59-61 劉暢，王筠，姜丁文；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在高糖誘導(dǎo)心肌細(xì)胞 凋亡中的作用；廣東醫(yī)學(xué)2012年1月第33卷第1期；59- 62 參考文獻(xiàn) 聶敏，何建民，馮力，蘇文昕，鄒斌；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的 細(xì)胞凋亡在慢性牙周炎中的作用初探；口腔醫(yī)學(xué)研究2012 年2月第28卷第2期；152-154 鐘宇華，梁華晟；氯沙坦抑制高糖及間歇性高糖誘導(dǎo)INS- 1細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作用；中國(guó)糖尿病雜志2012年2月第20卷 第2期；144-148 姜秀萍，陳還珍，祖玉剛，杜