安 琪，徐富剛，王 焱，余 游

(牡丹江醫(yī)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011)

凋亡屬于細(xì)胞的程序性死亡，機(jī)體通過(guò)凋亡維持細(xì)胞群體數(shù)量穩(wěn)態(tài)和正常代謝過(guò)程。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是凋亡的重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，研究表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與高血壓、心肌梗死、心力衰竭等心血管疾病的發(fā)生發(fā)展，本文將就內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心血管疾病的關(guān)系做如下綜述。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核生物中儲(chǔ)存Ca2+和加工蛋白質(zhì)的細(xì)胞器，蛋白質(zhì)在此合成、折疊與修飾。當(dāng)受到應(yīng)激原作用時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)堆積、Ca2+平衡紊亂從而激活未折疊蛋白反應(yīng)和細(xì)胞凋亡信號(hào)通路，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(Endoplasmic reticulum stress，ERS)的發(fā)生。ERS對(duì)于增強(qiáng)細(xì)胞抵抗損傷的能力具有重要意義，對(duì)細(xì)胞存亡也有重要影響[1]。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的病理生理改變

1.1 未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)UPR是指各種原因引起未折疊/錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中聚集，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白轉(zhuǎn)錄增加、其它蛋白翻譯減少、蛋白質(zhì)降解增多的反應(yīng)。UPR通過(guò)減少蛋白質(zhì)合成、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶和折疊酶的轉(zhuǎn)錄激活、啟動(dòng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解 (ERAD)系統(tǒng)等保護(hù)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的細(xì)胞損傷，恢復(fù)細(xì)胞功能。UPR受3個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白調(diào)節(jié)：蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)、激活轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)和肌醇需求酶1(IRE1)[2]。

1.1.1 蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK) PERK是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ⅰ型跨膜蛋白，屬于絲/蘇蛋白激酶。正常情況下，PERK的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)結(jié)合；發(fā)生應(yīng)激時(shí)，由于錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)增多，GRP78與之結(jié)合，解離后的PERK通過(guò)二聚化和自身磷酸化而激活，使真核翻譯起始因子eIF2α發(fā)生磷酸化。磷酸化的 eIF2α抑制mRNA翻譯，減緩或暫停蛋白質(zhì)的合成，從而降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)新蛋白質(zhì)折疊需求的壓力。eIF2α的活化還可以增加激活轉(zhuǎn)錄因子4(ATF4)的合成，后者上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶GRP78、GRP94、鈣網(wǎng)蛋白(CRT)的表達(dá)，對(duì)于維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)起重要作用[3]。

1.1.2 激活轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6) ATF6是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ⅱ型跨膜蛋白，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶和ERAD系統(tǒng)。ATF6有兩種亞型：ATF6α和ATF6β，二者具有不同的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域。當(dāng)錯(cuò)誤折疊蛋白聚集時(shí)，免疫球蛋白結(jié)合蛋白 (Bip)由ATF6α解離，暴露高爾基體定位序列GLS1和GLS2,ATF6α異位至高爾基體內(nèi)并被蛋白酶S1P、S2P裂解。S1P和S2P分別去除ATF6α的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域和跨膜結(jié)構(gòu)域，使之變?yōu)橐粋€(gè)具有50 kDa氨基末端的細(xì)胞質(zhì)片段(ATF6f)。在膜內(nèi)蛋白水解(RIP)作用下，ATF6f轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)元件結(jié)合，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶和UPR調(diào)節(jié)蛋白Bip、x-盒結(jié)合蛋白1 (XBP1) 的表達(dá)。ATF6與XBP1共同增加靶點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄，擴(kuò)大內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，增加蛋白折疊能力，維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)[4]。

1.1.3 肌醇需求酶1(IRE1) IRE1也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ⅰ型跨膜蛋白，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)蛋白激酶和內(nèi)切核糖核酸酶的活性，同時(shí)控制自身表達(dá)。IRE1存在兩種亞型，IRE1α和IRE1β，其中IRE1α存在于幾乎所有組織中。IRE1α胞質(zhì)尾區(qū)有兩個(gè)酶結(jié)構(gòu)域：絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域和內(nèi)切核糖核酸酶結(jié)構(gòu)域。當(dāng)錯(cuò)誤折疊蛋白/未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)聚集時(shí),IRE1α激酶被激活，發(fā)生自磷酸化。IRE1α磷酸化引起的變構(gòu)激活鄰近的核糖核酸酶，IRE1α核糖核酸酶剪除mRNA的26-nt內(nèi)含子，編碼XBP1轉(zhuǎn)錄因子產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)錄因子X(jué)BP1s。XBP1s轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄，擴(kuò)大內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔、改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)[5]。

總之，上述調(diào)節(jié)因子通過(guò)內(nèi)穩(wěn)態(tài)循環(huán)反饋來(lái)緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，若成功減少錯(cuò)誤折疊蛋白/未折疊蛋白數(shù)量，UPR信號(hào)減弱，細(xì)胞存活。

1.2 細(xì)胞凋亡若損傷嚴(yán)重，UPR不能減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)不能及時(shí)恢復(fù)，信號(hào)則由促生存向促凋亡轉(zhuǎn)換，引起細(xì)胞凋亡。凋亡受C/EBP同源蛋白(CHOP)、調(diào)亡蛋白酶12(caspase-12)和IRE1的調(diào)節(jié)。

1.2.1 C/EBP同源蛋白(CHOP) CHOP是CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBP)家族中的一員，正常情況下表達(dá)水平很低，但發(fā)生應(yīng)激時(shí)表達(dá)量明顯增加。CHOP能夠抑制B細(xì)胞淋巴瘤2(Bcl-2)蛋白家族中的抗凋亡成員Bcl-2樣蛋白、上調(diào)促凋亡成員BH3的表達(dá)；調(diào)節(jié)促凋亡蛋白BAX-BAK同源二聚化，使線粒體外膜滲透性增加，導(dǎo)致細(xì)胞色素C的釋放，引發(fā)凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)。CHOP可直接調(diào)控TNF家族成員細(xì)胞表面死亡受體5 (DR5)的轉(zhuǎn)錄，觸發(fā)凋亡蛋白酶8(caspase-8)誘導(dǎo)的凋亡。PERK誘導(dǎo)的CHOP表達(dá)直接上調(diào)生長(zhǎng)停滯及DNA損傷誘導(dǎo)34(GADD34)的轉(zhuǎn)錄,形成輔因子蛋白磷酸酶1復(fù)合物，促進(jìn)磷酸化的eIF2α脫磷酸以及蛋白質(zhì)翻譯。若不能恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，GADD34的上調(diào)則進(jìn)一步促進(jìn)錯(cuò)誤折疊蛋白聚集和活性氧(ROS)的生成，最終引發(fā)凋亡[6]。

1.2.2 凋亡蛋白酶 凋亡蛋白酶(caspase)又稱半胱天冬酶，是對(duì)底物天冬氨酸部位有特異水解作用、其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。正常情況下，caspase以無(wú)活性的酶原或前體(pro-caspase)的形式存在，活化后可水解底物，通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)誘發(fā)凋亡。pro-caspase12位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，可以單獨(dú)存在或與腫瘤壞死因子受體關(guān)聯(lián)因子2(TRAF2)形成復(fù)合物。當(dāng)受到持續(xù)刺激時(shí)，通過(guò)2條途徑誘發(fā)細(xì)胞凋亡。第一，單獨(dú)存在的pro-caspase12轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)，被激活成具有活性的caspase-12，進(jìn)一步激活下游的caspase-9、-3促使細(xì)胞凋亡。第二，TRAF2-procaspase12復(fù)合物解離，TRAF2與IRE1、c-Jun N端激酶(JNK)形成IRE1-JNK-TRAF2復(fù)合物，后者能夠激活凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)酶1(ASK1)，ASK1使JNK發(fā)生磷酸化，引發(fā)細(xì)胞凋亡[7]。

1.2.3 IRE1 IRE1既能夠啟動(dòng)UPR促進(jìn)細(xì)胞存活，也能以IRE1-JNK-TRAF2復(fù)合物的形式引起細(xì)胞凋亡。磷酸化的JNK通過(guò)多種途徑誘導(dǎo)凋亡信號(hào)。JNK異位至線粒體膜，通過(guò)磷酸化和抑制Bcl-2蛋白促進(jìn)細(xì)胞凋亡。JNK還促使Bcl-2相關(guān)X蛋白(BaX)和Bcl-2相關(guān)死亡啟動(dòng)子(BaD)促凋亡蛋白定位于線粒體，破壞線粒體膜，釋放細(xì)胞色素C，激活caspase-9和-3，引起細(xì)胞凋亡?；罨腏NK與線粒體外膜上的SH3同源BTK結(jié)合蛋白(Sab)結(jié)合，使線粒體產(chǎn)生ROS，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。IRE1α/TRAF2結(jié)合物通過(guò)caspase-12 促凋亡信號(hào)通路激活凋亡。受體相互作用絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1 (RIPK1)通過(guò)線粒體膜上的TNF受體1刺激IRE1α介導(dǎo)的JNK激活，RIPK1和IRE1α結(jié)合激活caspase-8,然后繼續(xù)激活caspase-9、-3介導(dǎo)細(xì)胞損傷。IRE1α/TRAF2/ASK1激活核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)信號(hào)途徑。此外，UPR過(guò)程中產(chǎn)生的XBP1s還能增強(qiáng)CHOP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[8]。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心血管疾病

2.1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的炎癥、氧化脂質(zhì)和代謝紊亂等病理因素觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，后者通過(guò)多個(gè)通路影響粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，貫穿病程各個(gè)階段。平滑肌細(xì)胞合成大部分間質(zhì)膠原，對(duì)于斑塊纖維帽的穩(wěn)定起重要作用，心肌組織或周?chē)懿∽儠r(shí)炎癥細(xì)胞(巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等)在損傷區(qū)域聚集，釋放促炎因子白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-6(IL-1、IL-6)與ROS，斑塊受到炎癥因子的水解變得易損，啟動(dòng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[9]。PDI是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶，可促進(jìn)二硫鍵形成，參與蛋白質(zhì)折疊。動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生時(shí)，巨噬細(xì)胞吞噬氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)使PDI功能失活，誘發(fā)ERS。幾個(gè)重要的脂肪生成途徑位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，已證實(shí)XBP1參與磷脂酰膽堿的合成。ERS可激活固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP),誘導(dǎo)膽固醇/脂肪酸合成和攝取相關(guān)基因的表達(dá),引起細(xì)胞內(nèi)膽固醇和脂肪酸堆積,促使脂代謝異常進(jìn)一步惡化,進(jìn)而激活細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑,導(dǎo)致細(xì)胞死亡和不穩(wěn)定斑塊形成[10]。姚樹(shù)桐等研究表明,在巨噬細(xì)胞泡沫化過(guò)程中,輕度氧化低密度脂蛋白呈劑量依賴性誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞內(nèi)ERS,促使ATF6由胞漿向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移,上調(diào)磷酸化IRE1及下游信號(hào)分子X(jué)BP1和GRP78蛋白的表達(dá)[11]。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與高血壓高血壓時(shí)血管緊張素Ⅱ、內(nèi)皮素1的升高及血流剪切力的改變激活NADPH氧化酶誘發(fā)氧化應(yīng)激，產(chǎn)生過(guò)量ROS。ROS攻擊維持蛋白折疊酶活性所必需的游離巰基，氧化修飾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)蛋白質(zhì)，進(jìn)而誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊酶或分子伴侶的功能異常，引起未折疊蛋白的積累，激活UPR及其下游凋亡通路[12]。Kassan M等研究顯示心肌肥厚和纖維化與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)，凋亡導(dǎo)致心肌細(xì)胞的損失是血流動(dòng)力學(xué)超負(fù)荷時(shí)心肌重構(gòu)的重要機(jī)制之一。抑制ERS后參與纖維化形成的I型膠原蛋白、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)表達(dá)降低，心肌細(xì)胞縮小[13]。高血壓時(shí)血管內(nèi)皮功能障礙，內(nèi)皮依賴性收縮和肌原性收縮增強(qiáng)、內(nèi)皮依賴性舒張減弱。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抑制劑?；撬崦撗跄懰?TUDCA)能夠抑制ERS標(biāo)記物Bip、ATF6、CHOP、IRE1、XBP1、PERK和eIF2α的表達(dá)或磷酸化，使用TUDCA治療后的高血壓大鼠收縮壓下降，壓力誘發(fā)的肌原性張力增加、內(nèi)皮依賴性舒張減弱恢復(fù)正常。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能損害胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，使一氧化氮介導(dǎo)的舒張功能受損，激活對(duì)血管起收縮作用的內(nèi)皮素1，使血管由舒張向收縮狀態(tài)轉(zhuǎn)變[14]。

2.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心力衰竭各種病因引起的壓力負(fù)荷會(huì)造成ERS，是心力衰竭發(fā)生的重要分子機(jī)制。主動(dòng)脈弓縮窄術(shù)建立的小鼠心衰模型表明，術(shù)后4周心肌細(xì)胞凋亡數(shù)顯著增加，CHOP表達(dá)升高。血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)是一種血管活性肽，可激活CHOP凋亡途徑。精氨酸加壓素(AVP)通過(guò)增加GRP78表達(dá)、升高eIF2α磷酸化水平、減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+儲(chǔ)備促進(jìn)心臟重構(gòu)[15]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以誘導(dǎo)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)，其中p44/42 MAPK促進(jìn)GRP78的生成，p38 MAPK激活CHOP、NF-κB及環(huán)氧核酶2(COX-2)，二者在轉(zhuǎn)錄水平相互作用，使交感神經(jīng)活躍，激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)[16]。心衰晚期持續(xù)的ERS導(dǎo)致IRE1表達(dá)增加，其內(nèi)切核酸酶活性下降，失去對(duì)XBP1的剪切作用，并靶向作用附著在ER膜結(jié)合核糖體上的mRNA。心肌細(xì)胞內(nèi)跨膜絲氨酸蛋白酶corin的mRNA易受這一過(guò)程影響，corin mRNA的降解導(dǎo)致蛋白合成減少，使利鈉肽前體轉(zhuǎn)化過(guò)程受損，最終導(dǎo)致心肌肥大向收縮性心力衰竭進(jìn)展[17]。臨床研究顯示，心衰患者血清PERK和CHOP較對(duì)照組升高，在494.5-pg/mL水平，PERK預(yù)測(cè)心衰的敏感性為70%、特異性為50%；CHOP可用于預(yù)測(cè)低射血分?jǐn)?shù)心衰患者的住院時(shí)間[18]。

2.4 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心律失常心律失常是由于沖動(dòng)形成或沖動(dòng)傳導(dǎo)異常所引起的心臟頻率和節(jié)律的異常。PERK的激活抑制人類心臟鈉離子通道(Nav1.5)和鉀離子通道(Kv4.3)。心力衰竭發(fā)生時(shí),編碼Nav1.5的α亞基基因(SCN5A)拼接異常,導(dǎo)致mRNA變構(gòu)體縮斷?？s短的mRNA變構(gòu)體翻譯為非功能通道蛋白，下調(diào)Na+通道蛋白表達(dá)，減少Na+內(nèi)流，導(dǎo)致心律失常。Kv4.3通道參與心臟瞬時(shí)外向鉀電流(Ito)，形成動(dòng)作電位復(fù)極化1相。PERK激活可以降低Ito，導(dǎo)致動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間縮短。JNK的激活導(dǎo)致縫隙連接通道減少，動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度降低，縫隙連接重構(gòu)延長(zhǎng)心房傳導(dǎo)時(shí)間，促進(jìn)折返回路形成，引起房性心律失常。MAPK家族的主要成員細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERKs)可引起Ca2+內(nèi)流增加和心肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶(SERCA2)表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致心律失常[19]。劉灝等建立小鼠病毒性心肌炎模型，與正常組相比，心肌炎組發(fā)生室性早搏、短陣性室速，GRP78與ATF4表達(dá)顯著升高[20]。應(yīng)用異丙腎上腺素誘導(dǎo)大鼠心肌損傷，GRP78、CHOP、XBP1基因表達(dá)上調(diào)，ATP鉀通道和心肌鈉通道基因下調(diào)，心電圖QTc明顯延長(zhǎng)，提示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與離子通道表達(dá)和功能改變，是引起心電重構(gòu)的上游原因[21]。

3 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是機(jī)體對(duì)環(huán)境刺激的保護(hù)性防御機(jī)制，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過(guò)UPR減少細(xì)胞損傷、促進(jìn)細(xì)胞存活，但過(guò)度或持久的刺激則引起細(xì)胞功能失調(diào)，觸發(fā)細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激由于其保護(hù)與損傷的雙重作用，具有重要的病理生理意義。針對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在心血管疾病中的作用及干預(yù)措施進(jìn)行研究,或許可以為尋找心血管疾病新的防治靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。