内质网应激与细胞凋亡

内质网应激与细胞凋亡

【摘要】死亡受体活化和线粒体损伤是两条经典的介导细胞凋亡信号传导通路，近来研究发现过度内质网应激可启动细胞凋亡，是一条新的细胞凋亡信号传导通路，这一信号传导通路包括非折叠蛋白反应和钙离子起始信号等机制，内质网应激可特异性激活Caspase一12，Caspase一12裂解CaSpase一3等下游效应蛋白酶，最终导致细胞凋亡。

【关键词】内质网；细胞凋亡；Caspase一12

内质网(endoplasmic reticulum ，ER)是真核细胞中蛋白质翻译合成和细胞内钙离子的储存场所，对细胞应激反应起调节作用。内质网应激可由多种原因引起，如缺氧、饥饿、钙离子平衡失调、自由基侵袭及药物。这些刺激引起从内质网到胞浆和胞核的信号传导，最终导致对存活的适应或凋亡。许多疾病的发病机制都与内质网应激引起的凋亡有关，如阿尔茨海默病、帕金森氏病等神经变性性疾病，糖尿病，外伤性脑损伤，扑热息痛引起的肾小管损伤。在肝脏疾病方面，非酒精性脂肪肝、胆汁淤积和酒精性肝病，乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒感染等的发病机制均与内质网应激引起的损伤有关。

1．内质网应激启动细胞凋亡的机制

内质网介导细胞凋亡至少包括两种机制，分为非折叠蛋白反应(unfolded protein reaction，UPR)和钙离子起始信号(calcium signaling) 。

1．1 非折叠蛋白反应

蛋白在内质网腔形成空间结构由许多分子伴侣蛋白协助，包括Bip／Grp78和Grp94及折叠酶类，如蛋白二硫异构酶和肽基脯氨酰逆转录异构酶。非折叠蛋白在内质网沉积，信号通过内质网膜传到人细胞核和胞浆，效应蛋白上调编码Bip／Grp78和Grp94等内质网伴侣蛋白基因转录，并广泛减少蛋白翻译，以利于内质网蛋白折叠形成，减少非折叠蛋白在内质网沉积和聚集，使细胞能够耐受及生存，这一针对内质网应激的反应称为非折叠蛋白反应。

真核细胞有三种不同的机制处理内质网非折叠蛋白沉积：内质网伴侣蛋白基因转录的上调；蛋白质翻译减少；非折叠蛋白由内质网移入胞浆并被降解。非折叠蛋白反应是细胞对抗内质网应激的自身保护机制，即使在正常生长状况下，新合成蛋白的非折叠和错误折叠也可发生，在真核细胞，它可发生于不同的亚细胞结构，如胞浆、线粒体和过氧化物酶体，发生于内质网可引起机体的病理状态。非折叠蛋白反应导致非折叠蛋白与内质网伴侣蛋白Bip／Grp78结合，竞争性干扰Bip／Grp78与跨膜丝氨酸／苏氨酸激酶一Irel—a的相互作用。Irels可传导不同类型的信号：一个是细胞存活信号，另一个是死亡受体相关因子2(TRAf2)介导的死亡信号。被激活后，lrel—a可招募胞浆调节蛋白TRA V2，它依次招募、激活邻近的c—Jun N端激酶(JNK又称应激活化蛋白激酶SAPK，能通过磷酸化使凋亡抑制蛋白Bcl—xL失活)途径的成分，现已证实JNK与细胞凋亡有关。

c—Jun N端的抑制激酶(JIK)是Irel—a的结合伴侣，哺乳动物细胞JIK有结合lrel和TRAF2的能力。JIK通过对Irels—TRAF2复合物形成的修饰，来调节由内质网蛋白折叠扰乱引起的信号传导。Irel—a同源物IreI一8具有核糖核酸酶活性，能切割28S rRNA，抑制蛋白翻译。Irel—a／Irel一8基因双敲除的细胞仍可发生穿过内质网膜的信号传导，表明在哺乳动物细胞内质网伴侣蛋白转录的调节涉及多条信号途径。

除了对l—a和Irel一8的影响，内质网应激也激活另外两个内质网穿膜蛋白：PERK(RNA激活蛋白激酶的内质网类似激酶)和ATF6(激活作用转录因子)。与Irel相似，PERK在非折叠蛋白反应期间也发生低聚化和反向自身磷酸化。活化的PERK磷酸化共同的翻译起始因子eIF2．a，结果使所有蛋白的合成下调。内质网应激使A TF6裂解，ATF6是Ⅱ型穿膜蛋白，在非内质网应激状态下ATF6主要以酶原形式(P9o )存在于内质网。活化后其胞浆区域可移位到细胞核，起亮氨酸拉链转录因子的作用。A TF6引起内质网应激元件基因启动子区域激活，这些基因包括提高蛋白在内质网腔折叠的蛋白，如Bip／Grp78和钙网膜蛋白等伴侣蛋白及CHOP／GADD153(生长停滞及DNA 损伤基因，gene for gro~h arrest andDNA damage)。CHOP由内质网应激诱导并在生长停止和细胞死亡中起作用，Ire1．a和Ire1．8，ATF6及PERK的活化均可对CHOP产生诱导，CHOP的激活是内质网应激反应的直接结果。CHOP／GADD153可降低Bc1．2表达，使细胞谷胱甘肽耗竭引起细胞凋亡，但CHOP下游的级联尚未证实。哺乳动物细胞针对内质网应激还可激活内质网超负荷反应(ER Overload Response，EOR)，当大量膜蛋白在内质网沉积，核因子NFkB被活化，最终产生对前炎性蛋白及干扰素、白介素等细胞因子的诱导。这一反应可能与细胞抗病毒感染的保护有关。许多破坏蛋白折叠的刺激，如衣霉素、钙离子载体等对UPR和EOR都可激活，这两条途径的内质网应激反应有不同也有重叠。EOR因膜蛋白在内质网沉积引起，其通过NFkB的信号传导与UPR通过Grp的信号传导不同。

1．2 钙离子信号

钙离子可作为促有丝分裂或促凋亡信使发挥作用，取决于它的位置、胞浆浓度等，所有非肌肉细胞钙离子的

储存、释放和摄取都受内质网调节。细胞内钙离子浓度通过钙离子通道，钙离子结合蛋白及与内质网和其它胞内区的结合等复合作用来调节。钙离子在内质网游离存在或以结合于钙网膜蛋白、钙联蛋白等腔内蛋白的形式存在。钙离子通过肌浆／内质网钙离子ATP酶(SERCA)从胞浆中摄入，通过肌醇．1，4，5．三磷酸受体(InsP3R)／钙离子通道或ryanodine recepter／钙离子通道释放。内质网钙离子稳态的破坏可引起细胞凋亡，毒胡萝b素通过抑制SERCA而引起细胞凋亡。内质网的UPR和钙离子信号之间存在串扰(crosstalk)，如钙网膜蛋白(calreticulin)是内质网腔的主要钙离子结合伴侣蛋白，可通过控制SERCA和InsP3R的活性而调节钙离子水平，它同时也是UPR诱导的糖蛋白结合伴侣蛋白，其过表达可导致对凋亡的敏感性增JJ1][6J。

2．内质网与线粒体介导凋亡信号通路之间的串扰

过度内质网应激也可能涉及线粒体及细胞色素c的协同作用而使Caspase激活和细胞凋亡。内质网~e3／Ca2通道的开放影响线粒体钙离子的平衡，~P3／Ca2 通道又是Caspase．3的作用靶标之一。对HeLa细胞的研究发现内质网腔钙网膜蛋白水平在调节细胞对药物诱导凋亡的敏感性上起重要作用，其过多表达导致细胞对毒胡萝b素和星形孢菌素的敏感性增加，并与细胞色素C(Cyt．C)从线粒体释放增加有关。钙网膜蛋白缺乏的细胞可明显抗凋亡，这与Cyt．C从线粒体释放减少和Caspase．3的低水平活化有关，但不能除外钙网膜蛋白作用于其特异的底物，而底物也在调节细胞凋亡敏感性上起作用。Cyt．C释放和效应Caspase的活化可被Bc1．2家族抗凋亡成员如Bc1．2或Bc1．XI．所阻断。用内质网应激诱导剂布雷菲尔德菌素A(BFA)或衣霉素处理Rat 6胚胎成纤维细胞，均在效应Caspase．3活化之前或同时引起Cyt．C释放，其Cyt．C的释放，不仅可被野生型Bc1．2阻断，而且针对内质网的突变型Bc1．2(Bc1．2／cb5)也可对其阻断，并不需要与线粒体结合来发挥Cyt．C释放的抑制作用，这种串扰是~Caspase依赖性的，机制有待阐明。

3．Caspase-12与内质网应激介导的细胞凋亡

内质网应激介导细胞凋亡调节的一个主要因素是Caspase．12。它在小鼠组织中广泛存在，肌肉、肝脏和肾脏中高表达，但也有报道其在小鼠脑及肝组织中表达极低，而在肺、脾中高表达。它位于内质网的胞浆面，被过度内质网应激活化，这些应激包括内质网钙离子平衡的破坏，内质网过多的蛋白沉积，非内质网应激介导的凋亡无Caspase．12活化。Caspase．12缺陷细胞，较有Caspase．12表达的细胞对内质网应激介导的凋亡有更强抵抗，而对非内质网应激介导的凋亡，二者敏感性相似。表明Caspase一12与内质网应激介导凋亡的机制有关，而与非内质网应激介导的凋亡无关。应用BFA或衣霉素可触发Caspase一12活化，但最强的活化刺激是应用毒胡萝卜素或钙离子载体。Caspase-12酶原激活为Caspase一12特异地由内质网损伤引起，重组Caspase一12切割并激活Caspase 一9酶原，活性Caspase一12需与另外内质网应激分子协同使Caspase一9激活，活化的Caspase一9裂解Caspase 一3酶原等效应Caspase，效应Caspase切割多ADP聚合酶(PAfuP)和多种其它细胞内的底物，最终导致细胞凋亡。Caspase一12对Caspase一9的激活不依赖线粒体凋亡途径成分Apaf-1和细胞色素C。Caspase：12和Caspase一9的突变及Caspase一9的肽抑制剂(LEHD．)均可阻断这一凋亡反应。内质网应激触发了一个包括Caspase一12，9，3而非Cyt—C依赖的特异级联反应。

4．Cxtspase一12的活化机制

内质网应激可能通过需钙蛋白酶对原Caspase—l2裂解或通过Grp78／C￡Lsp￡Lse一7复合物介导的机制而使C￡Lsp￡Lse一12激活。需钙蛋白酶(calpain)与Caspase是调节细胞病理性死亡两个重要半胱氨酸蛋白酶家族，cMpMn是一个胞浆钙离子激活的中性半胱氨酸内肽酶，在动物细胞广泛分布。最具特征的是两个广泛分布的calpain 同功酶，u—r和m—calpain。m—calpain可能与Cas—pase一12酶原活化有关，Caspase一12上两个主要的cal —pain切割位点T132／A133和K158／T159均位于原域和大亚基之间。在培养的神经胶质细胞，氧和糖缺乏(OCD)类似于体内的缺血环境，可引发内质网应激反应，Caspase一12被裂解成许多～35kDa的片段。应用calpain抑制剂(E64或MDL28170)可抑制OGD引起的Caspase．12裂解，表明OGD引起的Caspase一12活化是由cMpmn介导。也有研究提示需钙蛋白酶可通过灭活Caspase一9，3而作为Caspase活化过程的负性调节因素。内质网应激不仅诱导Caspase 12的表达，也引起胞质Caspase一7移位于内质网表面。Caspase一7可能是Caspase一12的上游调节物。Rao等|16]报道内质网应激导致Grp78一前Caspase一12一前Caspase一7复合物的形成，过度应激最终使这一多聚复合物分裂，释放活性Caspase一12。Caspase一7对Caspase一12活化可能也需要其它内质网应激成分来调节。活化Caspase一7在94位Asp和341位Asp处切割Caspase一12酶原，产生活性Caspase一12。这两位点与需钙蛋白酶切割位点不同。Calpain或Caspase一7对Caspase一12原域的切割可能以某种方式破坏了膜与Caspase一12的联系，导致Caspase一12活化。Caspase-12激活物还有Irel TR．~2复合物，在UPR过程，Irel —a招募TRAF-2，其复合物促使Caspase一12酶原聚集和活化。

5．Caspase．12研究的意义

凋亡对机体正常发育和组织平衡很重要，但凋亡过多或过少都会引起疾病。Caspase是正常细胞程序化死亡和损伤依赖性凋亡的关键介质，在正常细胞作为一种基本成分表达，并与其抑制剂共存，以防意外激活而引起细胞损伤。作为治疗的靶标，Caspase一12有很好的安全性，因为Caspase一12基因敲除小鼠模型无明显发育或行为缺陷，肿瘤发生率正常。Caspase一12可能对正常发育或肿瘤形成并不重要，因此Caspase一12是较理想的抗凋亡治疗靶标。

关于人类Caspase一12的功能还存在着不同观点和争议，但许多研究表明在人类细胞有Cas—pase一12存在，并与内质网应激介导的凋亡有关。由于内质网应激在肝脏损伤中起重要作用，并且肝脏中Caspase一12高表达，针对Caspase一12的调节，可能在肝脏疾病的治疗中发挥重要作用。

内质网应激与心血管疾病

内质网应激与心血管疾病 摘要：应激是心血管疾病发生的机理之一，内质网应激是亚细胞器水平的应激。内质网内钙稳态失衡，错误折叠蛋白质聚集等都可引起内质网应激。研究发现内 质网应激参与动脉粥样硬化的形成；同时还介导组织缺血再灌注时的细胞损伤和 细胞死亡；预先诱发内质网应激可以通过改善再灌注损伤时细胞钙超载保护心肌 细胞。 关键词：内质网应激；细胞凋亡；心血管疾病 前言：内质网（endoplasmicreticulum，ER）是真核细胞蛋白质合成折叠、脂质合成以及 细胞内钙储存的亚细胞器，也是调节细胞应激与凋亡的重要场所。很多病理生理刺激，如氧 化应激、缺血缺氧、钙稳态紊乱及病毒感染等，能够引起内质网腔内未折叠与错误折叠蛋白 蓄积以及Ca2+平衡紊乱，称为内质网应激（endoplasmicreticulumstress，ERS）。适度的ERS 是一种保护性细胞机制，可通过促进内质网处理未折叠及错误折叠蛋白等降低损伤；持久或 严重的ERS可引起细胞凋亡。根据诱发ERS的原因不同，ERS可分为3种类型：未折叠/误折 叠蛋白在内质网内蓄积激发的未折叠蛋白反应（unfoldedproteinresponse，UPR），过多表达 的蛋白质经ER膜转运（如病毒感染产生大量病毒糖蛋白）激发的内质网过负荷反应，以及 ER膜上固醇剥夺激活的固醇级联反应。UPR是介导ERS的最重要的信号机制。ERS与很多心 血管疾病如动脉粥样硬化、缺血性心脏病、心肌肥大及心力衰竭等有关。 一、内质网应激反应的途径 内质网是一个动态的膜性细胞器，具有多种功能，包括：蛋白质的合成、修饰、折叠和 亚基的组合；类固醇合成；脂质合成；糖原合成；钙的储存以及钙稳态的维持等。感染性因素，环境中的毒性物质，不利的代谢条件以及蛋白质糖基化障碍、二硫键生成减少，蛋白质 从内质网到高尔基体的转运障碍，错误折叠蛋白的表达，内质网腔内的钙损耗等都可以干扰 内质网的功能，破坏内质网稳态，引发内质网应激。细胞为了生存产生针对内质网应激的反应，称内质网应激反应，迄今为止，至少已发现了四种功能上相互独立的反应途径。 1.1蛋白质生物合成的早期暂时性减缓： 蛋白质的不正确折叠引发的内质网应激反应称未折叠蛋白反应（unfoldedprote in response，UPR），在哺乳动物细胞中由三种内质网感应蛋白介导，即IRE-1 （type-I ER transmembrane prote in kinase），ATF-6 （activating transcription factor 6）和PERK（panc reatic eIF-2 kinase，pancreatic ER kinase）。此三种感应蛋白在未发生应激时都以无活性的状 态与GPR78 （glucose-regu-lated prote in78）/ B iP （immunoglobulin-binding prote in）结合。 未折叠蛋白的积聚使GRP78 / B ip与三种感应蛋白分离，引起它们的激活。其中PERK 自身聚合、自我磷酸化激活，将e IF-2α（α subunit of eukaryotic translation initiation factor 2）的 Ser51磷酸化，使之不能结合GTP，阻止了起始蛋氨酸..RNA与核糖体的结合，无法进行翻译 起始。这种保护性机制很快阻止了新生蛋白向内质网腔的转运，抑制了内质网的负荷过重。 2 某些基因的活化： 编码参与内质网蛋白质的折叠、转运、分泌、降解的基因在内质网应激时诱导表达，其 中包括内质网应激反应的标志性蛋白GRP78 / B ip。GRP78 / B ip是热休克蛋白家族H SP70的 成员之一，主要参与内质网中蛋白质的重新折叠和装配。 研究发现：内质网应激时诱导基因表达的通路有3条。 IRE-1是应激激活的有内切酶活性的内质网跨膜蛋白激酶，作为核酸内切酶对XBP-1 （X-box binding prote in 1）mR-NA进行选择性剪接，去除26bp的内含子序列，导致蛋白翻译移码，产生XBP..1 蛋白，转录活化含有上游ERSE （ERstress response e lement or the unfolded prote in response e lement（UPRE ））元件的基因。[1] ATF-6在内质网应激发生后，从内质网膜转移到高尔基体，其反式激活结构域被特异蛋白 酶（specific proteases ）S1P和S2P从膜上水解下来，转移到胞核中，与ERSE 相互作用，激 活许多内质网应激反应蛋白的转录，包括GRP78 / B ip，CHOP（C /EBP homologous prote in）/ GADD153 （grow tharrestand DNA-dam ag e-induc ib le gene 153），XBP-1，ERp72 （ERprote in72）和H erp （H cy-induced ER prote in）。S1P和S2P同时识别、裂解、激活SREBPs

内质网应激的信号通路及其与细胞凋亡相关疾病关系的研究进展

山东医药2019年第59卷第17期 内质网应激的信号通路及其与细胞凋亡 相关疾病关系的研究进展 叶勇1，赵海霞2,张长城2 （1三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌443000；2三峡大学医学院） 摘要:细胞凋亡是指生理性或者病理性因素触发细胞内预存的死亡程序，内质网应激（ERS）在细胞凋亡过程中发挥着重要作用。氧化应激、Ca"稳态失衡及缺氧等可引起蛋白质在内质网内的折叠受到抑制,促使未折叠蛋白聚集，引起ERS,激活未折叠蛋白反应，若此反应持续存在，则可诱发细胞凋亡。ERS包括PERK、IRE1、ATF6三条经典的信号通路，由PERK介导的信号通路能快速减少蛋白质的合成，减轻内质网的负荷；IRE1和ATF6介导的信号通路能增加内质网分子伴侣蛋白的合成，增加内质网蛋白的折叠、转运和降解的能力，减轻内质网的负荷。 ERS参与了心肌缺血再灌注损伤、衰老、骨质疏松、肝硬化、肿瘤等疾病的发生发展男十对ERS进行干预有望成为治疗凋亡相关疾病的重要靶点。 关键词：内质网应激;细胞凋亡;凋亡相关疾病 doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2019.17.028 中图分类号:R329.2文献标志码:A文章编号：1002-266X（2019）174098-04 细胞凋亡又称为程序性死亡，是指生理性或者病理性因素触发细胞内预存的死亡程序,导致细胞自主有序的死亡。与坏死不同，凋亡是主动过程，涉及一系列信号通路的激活与调控，与细胞增殖共同 维持体内细胞数量的动态平衡。研究表明，内质网 应激（ERS）、线粒体通路、死亡受体通路及氧化应激等均参与了细胞凋亡的发生发展，其中ERS是目前的研究热点［1>2］o内质网是由细胞内膜构成的封闭网状管道系统，是真核细胞内重要的细胞器,主要负 通信作者：张长城(E-mail:greatwall@https://www.sodocs.net/doc/6613104524.html,) [21]Su V,Lau AF.Connexins:Mechanisms regulating protein levels and intercellular communication[J].FEBS Lett,2014,88(8): 1212-1220. [22]Liu P,Xia L,Zhang WL,et al.Identification of serum microR- NAs as diagnostic and prognostic biomarkers for acute pancreatitis [J].Pancreatology,2014,14(3)：159-166. [23]Bi Y,Wang G,Liu X,et al.Low-after-high glucose down-regula- ted Cx43in H9c2cells by autophagy activation via cross-regulation by the PI3K/Akt/mTOR and MEK/ERK(1/2)signal pathways [J].Endocrine,2017,56(2)：336-345. [24]李靖华，张涛，张胜逆，等.水通道蛋白-1及核因子k B在大鼠 重症急性胰腺炎肺损伤中的表达及意义[J].中华消化外科杂 志,2016,15(8)：830-835. [25]刘多谋，黄鹤光,周武汉，等.白细胞介素-1|3对人脐静脉内皮 细胞结构及水通道蛋白-1的影响[].中华肝胆外科杂志， 2014,20(2)：142-145.责分泌型蛋白和膜蛋白的合成、折叠、修饰及运输,同时也是细胞内Ca2+的主要储存库。在某些生理和病理条件下（如氧化应激、Ca2+稳态失衡及缺氧等）可引起蛋白质在内质网内的折叠受到抑制，促使未折叠蛋白聚集，激活未折叠蛋白反应，引起ERS o ERS包括未折叠蛋白反应、内质网相关性死亡和整合应激反应三个相互联系的动态过程，其中未折叠蛋白反应起重要作用［］。一定程度的ERS 有利于激活细胞的保护性适应机制，而ERS过强或持续时间过长，导致内质网的内稳态严重失衡，无法修复，则引起细胞凋亡［,］。因此，受损细胞往往会 [26]Zhang Z,Chen Z,Song Y,et al.Expression of aquaporin5in- creases proliferation and metastasis potential of lung cancer[J].J Pathol,2010,221(2)：210-220. [27]Cao C,Sun Y,Healey S,et al.EGFR-mediated expression of aquaporin-3is involved in human skin fibroblast migration[J]. Biochem J,2006,400(2)：225-234. [28]Crockett SD,Wani S,Gardner TB,et al.American gastroenter- ological association institute guideline on initial management of a-cute pancreatitis[J].Gastroenterology,2018,154(4):1096-1101. [29]陈康部?乌司他汀治疗急性重症胰腺炎疗效观察[]?中国误 诊学杂志,011,1(30)：7353-7353. [30]Xie Z,Chan E,Long LM,et al.High dose intravenous immuno- globulin therapy of the Systemic Capillary Leak Syndrome( Clark-son disease)J] .Am J Med,2015,128(1)：91-95. (收稿日期：2019-01-21) 98

内质网应激

内质网应激 庄娟（江苏省淮阴师范学院生命科学学院淮安223300） 摘要内质网是真核细胞内蛋白质合成的重要场所，只有正确折叠的蛋白质才能够在内质网驻留或转运至高尔基体。如果蛋白质合成过多或不能正确折叠与运输，内质网内就会累积大量蛋白质，造成内质网应激，引发未折叠蛋白质反应。未折叠蛋白质反应主要与内质网感受器蛋白介导的信号通路有关。 关键词内质网应激未折叠蛋白质反应内质网感受器 内质网（endoplasmic reticulum，ER）是真核细胞内蛋白质合成、脂质生成和钙离子贮存的主要场所。多种蛋白需要在内质网中折叠、组装、加工、包装及向高尔基体转运，这是一个需要细胞精确调控的过程。ER 含有一种免疫球蛋白结合蛋白（immunoglobulin－bind-ing protein，BIP）和蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI），可以帮助与促进蛋白质的正确折叠。不能正确折叠的畸形肽链或未组装成寡聚体的蛋白质亚单位，无论是在内质网腔内还是在内质网膜上，一般不能进入高尔基体，主要通过泛素依赖性降解途径被蛋白酶体所降解。当内质网中未折叠或错误折叠蛋白累积，就会造成内质网应激，引发未折叠蛋白质反应（unfolded protein response，UPR）。 1内质网应激 内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）是指细胞受到内外因素的刺激时，内质网形态、功能的平衡状态受到破坏后发生分子生化的改变，蛋白质加工运输受阻，内质网内累积大量未折叠或错误折叠的蛋白质，细胞会采取相应的应答措施，缓解内质网压力，促进内质网正常功能的恢复［1］。引发ERS的因素很多，缺血低氧、葡萄糖或营养物匮乏、钙离子紊乱等可造成急性应激损伤；而病毒感染、分子伴侣或其底物的基因突变等能引发慢性应激损伤。 根据诱发原因，可将ERS分为以下3种类型：①未折叠或者错误折叠蛋白质在内质网腔内蓄积引发的UPR；②正确折叠的蛋白质在内质网腔内过度蓄积激活细胞核因子κB（NF－κB）引发的内质网过度负荷反应（ER over－load response，EOR）；③胆固醇缺乏引发的固醇调节元件结合蛋白质（sterol regulatory element binding protein，SREBP）通路调节的反应。 ERS是细胞对内质网蛋白累积的一种适应性应答方式，细胞通过减少蛋白质合成，促进蛋白质降解，增加帮助蛋白质折叠的分子伴侣等方式缓解内质网压力［2］。但ERS过强或持续时间过长，超过细胞自身的调节能力，就会伤害细胞，引起细胞代谢紊乱［3］和凋亡［1］等。 2未折叠蛋白质反应 目前对UPR的机制研究较为深入。如果新合成的蛋白质在N末端糖基化、二硫键形成以及蛋白质由内质网向高尔基体转运等过程受阻时，未折叠或错误折叠的新合成蛋白质就会在内质网中大量堆积，细胞就会启动UPR［2］。UPR与内质网膜上的跨膜蛋白PERK（PKR－like ER1kinase）、IRE1（inositol requiring enzyme1）和ATF6（activating transcription factor－6）介导的信号通路有关［4，5］，这三种膜蛋白也被称为内质网感受器（ER stress sensors）［2］。 2．1内质网感受器蛋白的激活BIP（immunoglobulin －binding protein）是ER腔内的一种分子伴侣，为热休克蛋白70（heat shock protein of70kDa，HSP70）家族成员，又称为葡萄糖调节蛋白78（glucose－regulated pro-tein of78kDa，GRP78），由N端的ATP酶结构域和C 端的待折叠蛋白结合结构域组成，从酵母到高等哺乳动物高度保守。BIP能结合未折叠蛋白质富含疏水氨基酸区域，利用ATP水解释放能量帮助蛋白质折叠，并阻止未折叠、错误折叠的蛋白质聚集。非应激状态时GRP78/BIP与PERK、IRE1及ATF6这三种感受器的ER腔部分结合在一起，此情况下感受器蛋白没有活性。当ER内蛋白聚集，内质网处于应激状态时，与未折叠蛋白结合能力较强的BIP就解离释放到ER腔内，执行蛋白质折叠功能。此时内质网感受器被激活，产生PERK－eIF2α、IRE1－XBP1s和ATF6－ERSE三条主要的信号通路，进行UPR［2，6］。内质网应激条件下，BIP/GRP78表达上调明显，因而BIP/GRP78的诱导表达可作为ERS和UPR的激活标志［7］。 2．2信号通路PERK－eIF2α的应答反应PERK是内质网单次跨膜蛋白，胞质区有激酶结构域。内质网应激时，与BIP/GRP78解偶联的PERK蛋白形成同源二聚体，胞质区结构域自身磷酸化被激活，与真核生物起始因子2（eukaryotic initiation factor2，eIF2）的α亚单位（eIF2α）结合并促使eIF2α上的N端第51位丝氨酸磷酸化。磷酸化的eIF2a蛋白能抑制翻译起始复合物中GDP与GTP的交换，阻断了翻译起始复合物eIF2－GTP－tRNAMet的组装，从而抑制蛋白质的翻译与合成，减少新生蛋白质向内质网的内流，减少未折叠蛋

内质网应激

2.2 内质网应激 2.2.1 内质网及内质网应激概述 内质网（endoplasmic reticulum，ER）是哺乳动物细胞中一种重要的细胞器，其膜结构占细胞内膜的二分之一，是细胞内其它膜性细胞器的重要来源，在内膜系统中占有中心地位。ER 的功能包括：①ER 是细胞的钙储存库，内质网的钙离子浓度高达 5.0mmol/L，而胞浆中为 0.1ummol/L。并能调节维持细胞内钙平衡。②ER 是分泌性蛋白和膜蛋白的合成、折叠、运输以及修饰的场所。ER 通过内部质量调控机制筛选出正确折叠的蛋白质，并将其运至高尔基体，将未折叠或错误折叠的蛋白质扣留以进一步完成折叠或进行降解处理。③ER 还参与固醇激素的合成及糖类和脂类代谢，内质网膜上含有固醇调节元件结合蛋白，对固醇和脂质合成起调节作用。 ER对影响细胞内能量水平、氧化状态或钙离子浓度异常的应激极度敏感。当细胞受到某些打击（如缺氧、药物毒性等）后，内质网腔内氧化环境被破坏，钙代谢失调，ER功能发生紊乱，突变蛋白质产生或者蛋白质二硫键不能形成，引起未折叠蛋白或错误折叠蛋白在内质网腔内积聚以及钙平衡失调的状态，即内质网应激（endoplasmic reticulumstress，ERS）。内质网巨大的膜结构为细胞内活性物质的反应提供了一个广阔的平台，在许多信号调控中起到关键作用。最近的研究表明，内质网是细胞凋亡调节中的重要环节[39]。ERS可以介导与死亡受体和线粒体途径不同的一条新的凋亡通路。当细胞遭到毒性药物、感染、缺氧等刺激时，内质网腔未折叠蛋白增多和细胞内钙离子超载，引起caspase 12活化，继而激活下游的caspase，导致细胞凋亡。早期的ERS是机体自身代偿的 过程，对细胞具有保护作用；如果这种失衡超过了机体自身调节的能力，最终的结局将是细胞的死亡。ERS的确切机制目前尚不明确。深入研究ER及ERS，对于完善细胞损伤和凋亡理博具有重要意义，有助于进一步认识疾病发生发展的机制，为临床疾病预防和治疗提供新的理博依据。 2.2.2 内质网应激的信号通路 ER 内环境的稳态一旦被打破，将激活一系列的级联反应通路，包括PERK/eIF2α通路、IRE1/XBP1 通路及 ATF6 介导的通路。内质网应激激活的信号通路主要有[40]：①未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）；

内质网应激调节的凋亡信号通路研究进展

CJCM 中医临床研究 2017年第9卷第5期 -147- 内质网应激调节的凋亡信号通路研究进展 A research of signaling pathways about apoptosis by ERS 戴婷婷1*程卉2苏婧婧2（1.安徽中医药大学，安徽合肥，230038；2.安徽中医药大学省部共建新安医学重点实验室，安徽合肥，230038）中图分类号：R331.3+8文献标识码：A文章编号：1674-7860（2017）05-0147-02 【摘要】内质网（ER）是细胞内具有重要功能的细胞器，广泛存在于真核细胞中，是蛋白质折叠、组装的重要场所。当内质网损伤引起内质网应激（ERS）时，细胞就会启动未折叠蛋白反应（UPR），缓解内质网应激对细胞造成的损伤。但持续、剧烈的内质网应激就会诱导细胞发生凋亡，清除受损细胞。内质网应激介导一系列凋亡信号通路，本文主要介绍了这些由内质网应激所介导的凋亡信号通路。 【关键词】内质网应激；细胞凋亡；凋亡信号通路 【Abstract】ER is an important organelles in the cell. It is widely found in eukaryotic cells and is an important place for protein folding and assembling. When ERS is caused by damaging ER, the UPR is activated to relieve damage to the cells caused by ERS. But sustained, intensive ERS can induce cell apoptosis and remove damaged cells. The signaling pathways about apoptosis by ERS was introduced. 【Keywords】Endoplasmic reticulum stress; Apoptosis; Signaling pathway about apoptosis doi:10.3969/j.issn.1674-7860.2017.05.076 细胞凋亡是细胞产生的一种程序性死亡过程，是细胞受损后积极主动发生的一种应对机体损伤的生理过程。细胞内经典的凋亡途径主要有死亡受体活化和线粒体途径，内质网应激介导的凋亡途径是近年来发现的新的凋亡途径。 内质网（ER）是细胞内由精细的膜系统组成的细胞器，是细胞内一些大分子物质如蛋白质和脂质合成的场所，可以调节胞内蛋白质的折叠和转运，同时也是细胞内钙离子水平调节的重要场所。蛋白质经过特定的信号路径在内质网内进行折叠、聚集和转运，维持着细胞内环境物质水平的动态平衡。蛋白质的折叠、聚集和转运过程又需要一系列内质网内环境的平衡因子，如糖基转化酶、适当的钙离子水平和氧化环境，但当外界的一些刺激扰乱内质网中这些平衡因子时就会中断蛋白质合成信号，造成内质网内未折叠蛋白或错误折叠蛋白的聚集，扰乱内质网稳态，最终导致内质网应激（ERS）[1]。此时，细胞就会启动未折叠蛋白反应（UPR）以应对内质网应激对细胞造成的损害。UPR的启动有利于暂缓ER内未折叠蛋白反应以及清除错误折叠蛋白反应。 1UPR反应 UPR主要包括三条蛋白信号转导通路：PERK-eIF2A信号通路、IRE1-XBP1信号通路和ATF6信号通路。PERK （the dsRNA-activated protein kinase （PKR）-like ER kinase）、IRE-1 （Inositol- Requiring Enzyme 1）和ATF6 （Activating Transcrip-tion Factor 6）是内质网上的三种跨膜蛋白。在正常条件下，这三种跨膜蛋白与内质网分子伴侣GRP78 （Glucose-Regulated Protein of 78kDa）结合，处于无活性状态，而在应激条件下，这三种蛋白与GRP78分离而处于激活状态。激活的PERK磷酸化抑制翻译起始因子eIF2α（eukaryotic translation Initiation Factor 2α），抑制蛋白质的合成；激活的IRE-1剪切XBP-1（X box-binding Protein）的mRNA，编码XBP-1；ATF6与GRP78分离后被高尔基体中的蛋白酶S1P和S2P降解，降解后的IRE-1调节内质网应激特异基因的表达[2]。内质网应激时，UPR通过上述三条激活的信号通路减少内质网内未折叠蛋白或错误折叠蛋白的聚集，减轻累积的蛋白质对细胞造成的损害，恢复内质网的稳态，使应激细胞得以存活。但持续剧烈的ERS发生时就会使UPR的促生存模式转向促凋亡模式。 2ERS介导的凋亡信号通路 ERS初期，UPR启动的PERK、IRE1和ATF6三条信号通路激活细胞的促生存模式，使细胞在应激状态下具有恢复正常的能力。但长时间剧烈的ERS则会促使这三条信号通路诱发促凋亡信号通路。 2.1 CHOP凋亡信号通路 GADD153/CHOP （Growth Arrest and DNA-damage-inducible Gene 153 或 C/EBP-homologous Protein）属于C/EBP 转录因子家族的成员。CHOP是内质网应激发生凋亡的标志性基因，参与内质网应激调节的凋亡并且CHOP基因表达缺陷的细胞显著地减少内质网应激诱导的细胞死亡。内质网应激发挥的促生存功能和促凋亡功能主要受GRP78和CHOP两种因子调节，内质网应激发挥其促生存模式时，GRP78含量占主导地位，抑制CHOP的转录表[3]。当内质网应激持续激烈发生时，CHOP基因转录被UPR三条通路大量激活，其中，

二甲双胍对大鼠脊髓损伤后内质网应激和细胞凋亡的影响

— 161 —CHINESE JOURNAL OF ANATOMY V ol.42 No.2 2019 解剖学杂志 2019年第42卷第2期二甲双胍对大鼠脊髓损伤后内质网应激和细胞凋亡的影响* 郭卫东1，2 李 刚3 范仲凯1△ （1 锦州医科大学附属第一医院骨科， 锦州 121001；2 空军军医大学唐都医院骨科， 西安 710000； 3 同济大学附属上海第十人民医院骨科， 上海 200072） 摘要 目的：研究二甲双胍（MET ）对大鼠脊髓损伤（SCI ）后内质网应激（ERS ）和细胞凋亡的影响，探讨二 甲双胍对SCI 的保护作用及机制。方法： 成年雌性SD 大鼠随机分为3组，分别是假手术组（Sham 组）、单纯脊髓损伤组（SCI 组）和二甲双胍干预组（MET 组）。采用Allen 方法制备大鼠SCI 模型，MET 组和SCI 组大鼠建模后，立即腹腔注射MET （50 mg ·kg -1·d -1）或等量生理盐水，连续处理7天后，取脊髓组织，用实时定量PCR 检测各组脊髓组织中葡萄糖调节蛋白78 （ GRP78），CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白（CHOP ） 和半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-12（caspase-12）的mRNA 水平，免疫印迹检测各组脊髓组织中GRP78、CHOP 、caspase-12和active caspase-3的蛋白水平，免疫荧光染色检测各组脊髓组织中GRP78、CHOP 和caspase-12的蛋白水平，TUNEL 染色法检测各组脊髓组织中细胞凋亡水平，BBB 评分检测大鼠SCI 后运动功能情况。结果：与Sham 组相比，SCI 组中GRP78、CHOP 和caspase-12的mRNA 和蛋白水平明显升高，active caspase-3蛋白表达和细胞凋亡数目明显增加，BBB 评分明显降低；与SCI 组相比，MET 组中GRP78、CHOP 和caspase-12的mRNA 和蛋白水平明显降低，active caspase-3蛋白表达和细胞凋亡数目明显减少，BBB 运动评分明显升高。结论：二甲双胍可以抑制大鼠SCI 后细胞凋亡，促进后肢运动功能恢复，其机制可能与抑制ERS 有关。 关键词 脊髓损伤；二甲双胍；内质网应激；细胞凋亡；大鼠 Effects of metformin on endoplasmic reticulum stress and apoptosis after spinal cord injury in rats * Guo Weidong 1， 2， Li Gang 3， Fan Zhongkai 1△ （1. Department of Orthopedics ， First Affiliated Hospital of Jinzhou Medical College ， Jinzhou 121001； 2. Department of Orthopedics ， Tangdu Hospital of Fourth Military Medical University ， Xi'an 710000； 3. Department of Orthopedic ， No.10 Affiliated Shanghai People's Hospital of Tongji University ， Shanghai 200072， China ）Abstract Objective ： To detect the effects of metformin (MET) on ER stress and apoptosis after spinal cord injury (SCI) in rats. Methods ：Adult female SD rats were randomly divided into three groups ： sham group (Sham group)， spinal cord injury group (SCI group) and MET intervention group (50 mg/kg/day). SCI rat model was established at T10 section by Allen's weight drop method. Spinal cord tissues were harvested 7 days after spinal cord injury. Real-time quantitative PCR was used to detect the expressions of GRP78， CHOP ， and caspase-12 mRNA. The expression of GRP78， CHOP ， caspase-12， and active caspase-3 was detected by Western blotting and immunofluorescence labeling technique. The fluorescent TUNEL staining was used to detect apoptosis. The BBB score was used to detect the recovery of hindlimb motor function in rats. Results ：Compared with sham group ， the mRNA and protein levels of GRP78， CHOP ， and caspase-12 were significantly increased and so were the protein levels of active caspase-3 and the number of apoptosic cells ， while the BBB scores were decreased significantly in SCI group. Compared with SCI group ， the mRNA and protein levels GRP78， CHOP ， and caspase-12， and the protein levels of active caspase-3 were significantly reduced ， and the apoptosis had the same trend ； however ， BBB scores were increased significantly in MET group. Conclusion ： Metformin may inhibit the apoptosis ， and promote the recovery of hindlimb motor function by inhibiting endoplasmic reticulum stress after spinal cord injury in rats. Key words spinal cord injury ； metformin ； endoplasmic reticulum stress ； apoptosis ； rat * 辽宁省自然科学基金（201602277）；辽宁省高等学校优秀人才支持计 划项目（LJQ2014091） 第1作者 E-mail ：guoweidonggwd@https://www.sodocs.net/doc/6613104524.html, △ 通信作者，E-mail ：fanzk_ln@https://www.sodocs.net/doc/6613104524.html, 收稿日期：2018-10-08；修回日期：2019-01-12doi ： 10.3969/j.issn.1001-1633.2019.02.012·论?著· 脊髓损伤（spinal cord injury ，SCI ） 是脊柱外科常见疾病，由于人们尚未透彻地认识到SCI 的机 制，导致至今仍未发现治疗SCI 的特效药物。大量

内质网应激-综述

浅谈内质网生理和病理 潘巍①，胡刚① （①南京医科大学，神经药理学系江苏南京210029） 摘要：内质网是蛋白质合成和加工的场所，是细胞“最大的工厂”。作为细胞内最主要的Ca++库，内质网还参与了各种细胞信号的处理。由此可见内质网是细胞内最重要的细胞器之一，内质网功能的紊乱对于细胞来说致死性的，特别是蛋白质合成旺盛的细胞类型，如腺细胞和神经元。内质网的正常的生理功能与细胞内[Ca++]以及氧化还原状态密切相关，而细胞内[Ca++]和局部的氧化还原状态亦是交互影响的，任何一个条件的改变均能导致内质网结构或功能的异常，即内质网病理，主要的特征是内质网应激反应（ER Stress Response）的启动。内质网应激是细胞重要的防御机制，原核生物和真核生物均存在而且相似，进化上非常保守。氧化应激也是细胞信号转导系统和重要的防御机制，与内质网应激有着千丝万缕的联系，两者均对整个细胞的生理及病理有重要的“贡献”。 关键词：内质网应激（Endoplasmic Reticulum Stress, ER Stress）；粗面内质网（rough ER）滑面内质网（smooth ER）；钙库操纵型通道(Store Operated Channel, SOC) ；ryanodine 受体(RYR)；InsP3受体(InsP3R)；Ca++引起的Ca++释放（CICR）；伴侣蛋白（chaperone）；钙网织蛋白（calreticulin）；钙联接蛋白（calnexin）；GRP78/BiP；肌浆（内质）网Ca++-ATP酶（SERCA）；NADPH氧化酶（NADPH oxidase）；未折叠蛋白反应（unfolded-protein response, UPR）；内质网相关性降解（ER associated degradation, ERAD）；内质网过载反应（ER overload response, EOR）；PERK（PKR-like ER kinase;）；Ire（inositol regulating）；ATF（activating transcription factor）；CHOP（C/EBP