上海市實驗學校附屬東灘學校 華東師范大學 浙江農林大學

在真核生物中，翻譯過程通常分成3 個階段，即翻譯的起始、延伸及終止。真核細胞中有幾種翻譯起始的模式，如滑動掃描模型翻譯的起始階段一般分為3步：①當起始密碼子為AUG 時，對應的Met-tRNAi 結合到核糖體小亞基（40 s）上；②核糖體小亞基與模板mRNA 結合，掃描，識別起始密碼子；③核糖體大亞基（60 s）加入，形成80 s 起始復合物，翻譯起始結束，進入延伸階段在真核生物中，至少有10 多種翻譯起始因子（eIFs）參與協助完成翻譯起始，如eIF2，eIF2B 和eIF 4F 等[1]。本文對內質網蛋白應激霉（Protein kinase resouce-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）[1]磷酸化eIF2α 對MuSCs 激活的影響進行綜述。

一、MuSCs

Mauro 等[2]在對青蛙脛前肌進行電鏡研究時發(fā)現，MuSCs 是骨骼肌中具有分化增殖潛能的肌源性干細胞。MuSCs 對骨骼肌受創(chuàng)傷后肌纖維的再生和修復起著重要作用，其一般處于沉默狀態(tài)，但在特定的應激條件下，如負重鍛煉、創(chuàng)傷等，可以被激活進入有絲分裂期、增殖期，并進一步分化融合形成肌管參與骨骼肌的修復[3-4]。肌肉增殖和分化之間保持適當的平衡，對與肌肉修復、再生、內穩(wěn)態(tài)至關重要[5-6]。

二、PERK

（一）ERS

內質網是真核細胞內膜型／分泌型蛋白合成的重要的亞細胞器，是多肽鏈折疊與裝配、蛋白質合成、加工、折疊、運輸和組裝以及脂類、類固醇的合成、細胞內鈣離子儲存和調節(jié)的主要場所，當內質網的微環(huán)境發(fā)生變化時。可導致內質網功能紊亂，使未折疊蛋白和錯誤折疊蛋白在內質網腔內堆積。發(fā)生內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）[7]。為了避免更大程度上的組織壞死.則啟動了一條未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）信號轉導通路[8]。肌肉收縮時會影響內質網應激，骨骼肌中活性氧增加時（運動會影響骨骼肌中活性氧的水平），內質網應激增強[9]。

（二）PERK

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

三、內質網應激在骨骼肌中的功能

ERS 是細胞內一種自我保護性應激機制的體現，與細胞代謝、蛋白質合成與降解、增殖與凋亡、炎癥反應等生理病理活動有密切關系；并且在決定細胞增殖、分化、凋亡等命運上發(fā)揮著重要作用[1,13]。內質網膜上有三種內質網應激的感應蛋白，分別是PERK，ATF6，IRE-l，UPR 時，PERK 的活化導致eIF2 的磷酸化而激活，使其作為eIF2B 的競爭抑制劑，這將從整體上抑制細胞的蛋白質翻譯水平，從而減輕內質網的負擔；據研究，抑制ATF6 信號通路，一方面將會阻礙成肌細胞的凋亡，另一方面將會阻礙肌管的形成，進一步證實內質網應激，保證了胚胎肌肉的正常發(fā)育，是機體正常的生理反應。研究表明，許多營養(yǎng)性刺激、化學、運動等均可引發(fā)內質網應激，進而調控蛋白質合成，影響肌肉含量。

四、eIF2α 對骨骼肌衛(wèi)星細胞的影響

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

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

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

討論

研究發(fā)現運動會引起ERS，而ERS 造成的結果是PERR 使eIF2α 去磷酸化及下游的因子的作用促進細胞的凋亡，eIF2α 在沉默的骨骼肌衛(wèi)星細胞中是以磷酸化的狀態(tài)存在，當骨骼肌衛(wèi)星細胞被激活時，很多實驗證明磷酸化的eIF2α 大量減少。而運動造成骨骼肌衛(wèi)星細胞的激活，從而引起磷酸化的eIF2α 大量減少。

衛(wèi)星細胞激活時會引起PERK 的去磷酸化，運動既能造成內質網應激促進細胞的凋亡，又能使eIF2α 去磷酸化激活衛(wèi)星細胞促進肌細胞的再生，這就產生了矛盾，猜測，可能存在某種機制，調節(jié)PERR 對eIF2α 去磷酸化作用，從而誘導損傷的肌細胞凋亡，并促進肌細胞的再生，彌補損傷的肌肉，保證機體的協調，也有可能與運動的時間有關，在運動后即刻，主要是以內質網應激為主，PERK 發(fā)揮的主要作用是促進損傷的細胞凋亡，一段時間以后，內質網應激經過生理調節(jié)作用，應激慢慢減弱，此時PERK 仍發(fā)揮作用，但此時PERK 的主要作用是使在沉默的骨骼肌衛(wèi)星細胞中大量標的磷酸化的eIF2α 去磷酸化。造成的結果是骨骼肌衛(wèi)星細胞激活，并增殖分化為肌小管，最終形成新的肌纖維。