王菊 張龍舉

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成、運輸、修飾的主要場所，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的正常功能對細(xì)胞具有重要的意義。許多異常環(huán)境均會干擾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，近年來，有關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與腫瘤發(fā)病相關(guān)性也成為研究的熱點之一。肺癌是世界上發(fā)病率和死亡率最高的腫瘤，嚴(yán)重影響著人們的健康，本文就內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在肺癌發(fā)病中的作用進(jìn)行綜述。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)概述

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)是真核細(xì)胞內(nèi)最大的膜網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其膜占細(xì)胞總膜的一半以上。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可分為粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rough endoplasmic reticulum stress，RER)和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smooth endoplasmic reticulum stress，SER)。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上富含核糖體，主要負(fù)責(zé)加工蛋白質(zhì)，越是功能活躍的細(xì)胞粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)越發(fā)達(dá)；滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要具有解毒功能。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

蛋白質(zhì)代謝是生命活動的基本過程，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成和加工的場所，是細(xì)胞“最大的加工廠”，可精確控制蛋白質(zhì)運輸全過程，還可處理細(xì)胞信號，它的正常功能對細(xì)胞至關(guān)重要[1]。許多異常狀態(tài)，如葡萄糖饑餓、細(xì)胞內(nèi)鈣異常、糖基化修飾紊亂、氧化還原紊亂、缺乏分子伴侶或細(xì)胞能量、蛋白質(zhì)變異和二硫鍵減少等，都會干擾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ER stress)從而影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的正確折疊，激活未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)[2]。未折疊蛋白反應(yīng)是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)超載所引起，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的經(jīng)典信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[2-3]。多項研究表明，UPR與多種疾病發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，如肝臟疾病、肺部疾病、心血管系統(tǒng)疾病、糖尿病、神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變、慢性炎癥以及腫瘤[4-6]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在肺癌中的作用

肺癌是世界上最常見的惡性腫瘤，嚴(yán)重威脅人類生命健康。腫瘤細(xì)胞常處于缺血、低氧、營養(yǎng)物質(zhì)不足等惡劣的條件下，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊或錯誤折疊蛋白積聚引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，使腫瘤細(xì)胞耐受外界異常環(huán)境；通常內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激啟動未折疊蛋白反應(yīng)以細(xì)胞恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，但持續(xù)嚴(yán)重的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。目前研究表明，多種天然植物化合物具有抗癌作用，且大多數(shù)通過誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)揮作用[7-8]。其作用可通過激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的三條通路或者激活單條分支通路。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可引起三種不同反應(yīng)，即未折疊蛋白反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超負(fù)荷反應(yīng)(endoplasmic reticulum-overload response，EOR)和固醇調(diào)節(jié)級聯(lián)反應(yīng)。前兩者均可由未折疊或錯誤折疊蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蓄積所致，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超載反應(yīng)還可由正常蛋白異常積聚引起。甾醇級聯(lián)調(diào)節(jié)反應(yīng)是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面合成的膽固醇損耗竭所致。UPR是研究最廣泛的途徑。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)非應(yīng)激狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的GRP78與三種跨膜蛋白結(jié)合，即活化轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor，ATF6)、蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase1ike ER kinase，PERK) 以及肌醇需求酶1( inositol requiring enzyme 1，IRE1)。當(dāng)異常環(huán)境刺激細(xì)胞誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，GRP78與三者分離并激活，誘導(dǎo)相應(yīng)的靶基因，引起一系列生理病理反應(yīng)。

一、PERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在肺癌中的作用

當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處于應(yīng)激狀態(tài)時，PERK與BIP/GRP78分離，分離的PERK蛋白形成同源二聚體并自身磷酸化激活，與真核生物起始因子2( eukaryotic initiation factor 2，eIF2) 結(jié)合并使 eIF2α磷酸化。磷酸化eIF2α可促進(jìn)轉(zhuǎn)錄激活因4( activating transcription factor 4，ATF4) 的mRNA表達(dá)升高， PERK也會激活CCAAT增強子結(jié)合蛋白( C/EBP homologous protein，CHOP) 和細(xì)胞生長抑制與DNA損傷誘導(dǎo)基因( growth-arrest and DNA damage-inducial gene 34，GADD34) 等蛋白的表達(dá)[9]，引起一系列生理過程。

多項研究表明，PERK通路在肺癌中具有多種作用。Zhu Jie[10]等的研究中，甘草次酸(GA)以劑量-時間依賴方式抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖，伴有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白GRP78、PERK表達(dá)水平增加，使肺癌細(xì)胞阻滯在G0/G1期，但未誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，提示其誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制細(xì)胞增殖，機制可能是激活PERK分支通路。另外，Xie Wenyue[11]等的研究中發(fā)現(xiàn)酸性環(huán)境通過ROS依賴方式誘導(dǎo)未折疊蛋白反應(yīng)并激活自噬，對肺癌細(xì)胞具有保護作用，伴隨著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白GRP78、PERK、IRE1以及XBP1蛋白水平的增加。然而，Zhang Qicheng[12]等的研究提出，異硫氰酸芐酯誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，通過上調(diào)PERK、eIF2α以及鈣離子水平，激活自噬增強其對肺癌細(xì)胞的生長抑制作用。腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)是一種有潛力的抗癌藥物，大多數(shù)癌癥對其誘導(dǎo)的凋亡具有耐藥性，但Kim Eun Ok[13]等的研究中發(fā)現(xiàn)丹參酮IIA分別通過選擇性激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中PERK/ATF4通路，上調(diào)DR5和CHOP而增加TRAIL誘導(dǎo)的肺癌細(xì)胞死亡，提示丹參酮IIA作為增敏劑可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激PERK/ATF4通路發(fā)揮抑制作用。Kim Ju Yeon[14]等人的研究中，提出β-不飽和苦鬼臼脂素(β-apopicropodophyllin，APP)有望成為一種新型的抗癌藥物，其對A549、NCI-H1299、NCI-460細(xì)胞具有抑制增殖的作用，通過上調(diào)BiP、 磷酸化PERK、磷酸化eIF2α、CHOP 以及 ATF4蛋白表達(dá)水平，表明其抗癌活性也通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑所發(fā)揮。此外，Di Shouyin[15]等人提出，Butein以劑量依賴的方式降低了NSCLC細(xì)胞的活力，抑制NSCLC細(xì)胞增殖，同時降低了A549和PC-9細(xì)胞的粘附能力、遷移能力和侵襲能力，誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞阻滯于G2/M期，促進(jìn)細(xì)胞凋亡；此外，Butein處理明顯上調(diào)了PERK、eIF2α、ATF4、CHOP以及ROS的表達(dá)，同時IRE1α和XBP1的表達(dá)略有增加，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可削弱Butein的促凋亡作用。過氧化物酶體增殖物激活受體γ亞型(PPARγ)起到強大的抗癌作用，抑制腫瘤的生長。Kim Tae Woo[16]等人研究發(fā)現(xiàn)PPZ023(一種新型的PPARγ配體)降低NSCLC細(xì)胞活力，通過PERK -eif2α-CHOP軸在NSCLC細(xì)胞裂解液和外泌體中引起細(xì)胞死亡，而沉默PERK和CHOP可顯著阻斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

PERK是未折疊蛋白反應(yīng)的經(jīng)典通路，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)揮作用的必須通路，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的生理過程均涉及激活PERK通路。CHOP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)凋亡的一個關(guān)鍵分子，也是發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時的一個特異轉(zhuǎn)錄因子。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激三條通路均可誘導(dǎo)CHOP，但PERK-eIF2α-ATF4是誘導(dǎo)CHOP所必需的[17-18]。

二、IRE1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在肺癌中的作用

在生理條件下，IRE1α與GRP78結(jié)合處于失活狀態(tài)，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，IRE1α與GRP78分離，IRE1α二聚化并自磷酸化，通過其RNase活性和其激酶活性激活多個下游細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。 IRE1α激活后可剪切XBP1 mRNA形成產(chǎn)生一個全新的剪接mRNA。切割后的 XBP1 mRNA翻譯出具有活性的XBP1蛋白質(zhì)，增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊蛋白質(zhì)的能力以適應(yīng)壓力狀態(tài)[19-20]。強烈刺激時，IRE1α也會激活受調(diào)控的IRE1依賴性衰減(IRE1-dependent decay, RIDD)以及caspase4或caspase12、ASK1和JNK誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[21-22]。

IRE1是哺乳動物中最保守的未折疊蛋白反應(yīng)通路，最先在酵母菌中發(fā)現(xiàn)。Drogat Benjamin[23]等人的研究中發(fā)現(xiàn)，IRE1可在低糖、低氧環(huán)境中上調(diào)血管生成因子的表達(dá)，促進(jìn)肺癌A549、U87、C6等細(xì)胞存活，IRE1α缺失的細(xì)胞可以抑制低糖低氧引起的 VEGF-A的分泌，使腫瘤血管新生能力降低，抑制腫瘤生長。另外，Hung Jen Yu[24]等人的研究發(fā)現(xiàn)天然化合物倍半萜內(nèi)酯去氫木香內(nèi)酯(DHE)可抑制人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞A549、NCI-H460和NCI-H52細(xì)胞的增殖，伴隨PERK磷酸化、IRE1、CHOP上調(diào)， XBP-1 mRNA剪接，以及IRE1 miRNA轉(zhuǎn)染抑制DHE介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。此外，Joo HyeEun[25]等人研究發(fā)現(xiàn)，Arjunic acid對非小細(xì)胞肺癌A549和H460細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，顯著增加G1細(xì)胞的數(shù)量，通過激活Bax和c-JNK磷酸化，并上調(diào)IRE1α、ATF4、p-eIF2α和 CHOP的表達(dá)。相反，JNK抑制劑SP600125阻斷了Arjunic acid誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性和IRE1和CHOP上調(diào)。表明arjunic acid抗癌活性依賴于JNK介導(dǎo)的IRE1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、。而樓招歡[26]等人研究表明，丹參二萜醌以濃度依賴地促進(jìn)肺癌細(xì)胞凋亡，上調(diào)Bip，TRAF2蛋白表達(dá)，也上調(diào) Bax、IRE1α、caspase-12的表達(dá)水平。提示丹參二萜醌抗肺癌作用與活化ERS介導(dǎo)的IRE1α/caspase-12 凋亡通路有關(guān)。然而，Tavernier Quentin[27]等人發(fā)現(xiàn)在NSCLC患者中sXBP1 mRNA轉(zhuǎn)錄水平與腫瘤的大小、程度和腫瘤的分期呈正相關(guān)，表明IRE1-XBP1軸的活性與腫瘤的生長平行增加，提示腫瘤內(nèi)XBP1 mRNA的IRE1剪接活性可能影響腫瘤表型，影響腫瘤的侵襲性和預(yù)后。且在NSCLC患者中IRE1-sXBP1軸可調(diào)控EMT轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，這表明IRE1-sXBP1軸可能參與了NSCLC的部分EMT過程，即IRE1下游信號可以作為部分EMT計劃的調(diào)節(jié)因子。

Caspase-12是caspase家族(天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶家族)的一員，多項研究表明，caspase-12是獨立于線粒體凋亡途徑、死亡受體介導(dǎo)的凋亡途徑的第三大凋亡途徑，且是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激特有的凋亡途徑。IRE1是誘導(dǎo)caspase-12促發(fā)凋亡的必要途徑，因此，IRE1對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)控細(xì)胞凋亡非常重要，在抗癌治療中有重要開發(fā)意義。

三、ATF6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在肺癌中的作用

ATF6的C端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，具有多個GRP78結(jié)合位點和兩個高爾基體定位信號。在非應(yīng)激情況下，ATF6α的C端與GRP78結(jié)合，使其停留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。當(dāng)發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，GRP78從ATF6α上解離并促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊。釋放出ATF6α轉(zhuǎn)移到高爾基體，由高爾基體蛋白酶(S1P、S2P)對其進(jìn)行剪切，產(chǎn)生活化的 ATF6α，活化的ATF6α移位至細(xì)胞核激活URP靶基因的啟動子[28]。ATF6 可以調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，如激活CHOP的轉(zhuǎn)錄以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和激活未剪接的X盒結(jié)合蛋白( X-box binding protein1，XBP1) 的表達(dá)，從而與 IRE1α通路進(jìn)行聯(lián)系。

ATF6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中的重要的一條分支通路。劉啟歐[29]等人提出，益氣除痰方可抑制肺癌A549細(xì)胞生長，與順鉑聯(lián)用能起到增效作用，其機制可能是通過下調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)蛋白ATF6、XBP1蛋白的水平，提示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激ATF6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路具有促進(jìn)肺癌細(xì)胞生長的作用。布雷菲德菌素 A (Brefeldin A，BFA)是真菌產(chǎn)生的一種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，具有抗菌、抗癌等多種活性。耿娜娜[30]等人則表明Brefeldin A聯(lián)合順鉑明顯抑制肺癌GLC-82細(xì)胞的增殖，伴隨著GRP94、ATF6蛋白表達(dá)水平的增高。另外，Ogata Sho[31]等的研究認(rèn)為ATF6、GRP78蛋白水平從低級別到高級別非典型腺瘤性增生(AAH)再到肺腺癌(ACA)逐漸增加，同時ATF6蛋白和XBP1蛋白的細(xì)胞質(zhì)IHC染色從低級別到高級別AAH，再到ASA均顯著升高，且ATF6蛋白核表達(dá)的細(xì)胞數(shù)在ACA組高于低級別AAH組。因此，有理由認(rèn)為ATF6蛋白的激活發(fā)生在ACA的發(fā)展過程中，并與肺腺瘤-癌序列的進(jìn)展平行。此外，ATF6蛋白的核表達(dá)可能是鑒別非典型腺瘤樣增生和反應(yīng)性增殖的有用工具。具有靜息樣表型的慢周期癌細(xì)胞(SCCs)被認(rèn)為是導(dǎo)致癌癥復(fù)發(fā)和進(jìn)展的重要原因。此外，Cho Jaebeom[32-33]等研究表明在建立化療后殘留的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞具有SCCs特征的模型中， ATF6可誘導(dǎo)表皮生長因子(EGF)上調(diào)，促進(jìn)血管形成，刺激肺癌細(xì)胞遷移和形態(tài)變化，從而引起腫瘤復(fù)發(fā)，相反拮抗ATF6可有效抑制SCCs介導(dǎo)的這些作用，抑制化療后腫瘤復(fù)發(fā)。這些結(jié)果表明，SCCs中的ATF6-EGF信號軸能夠觸發(fā)化療后殘留腫瘤的血管生成開關(guān)，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)。表明ATF6通路在肺癌的轉(zhuǎn)化、復(fù)發(fā)中具有重要作用。

未折疊蛋白反應(yīng)的三條通路并不是獨立存在的，而是相互依賴、相互聯(lián)系的，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理病理過程。由于腫瘤細(xì)胞的特異性，常處于應(yīng)激狀態(tài)，因此內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能是抗癌的新興途徑。且越來越多研究表明，植物提取物及中藥復(fù)方制劑在抗癌方面逐漸嶄露頭角，通常在腫瘤治療中起著增效減毒的作用，其抗癌活性常與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)。

綜上所述，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激條件下，GRP78表達(dá)上調(diào)明顯，可作為 ERS 和 UPR 的激活標(biāo)志。同時，CHOP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)凋亡的一個關(guān)鍵分子，也是發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時的一個標(biāo)志分子。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激程度溫和，細(xì)胞具有處理耐受異常刺激的能力，PERK激活eIF2抑制蛋白質(zhì)翻譯，ATF6剪切XBP1增加蛋白質(zhì)折疊能力，IRE1活化增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)靶基因轉(zhuǎn)錄水平，這些反應(yīng)使細(xì)胞得以恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)刺激超過細(xì)胞處理能力時，PERK激活eIF2進(jìn)而激活A(yù)TF4，ATF6剪切XBP1， IRE1激活RIDD、ASK1和JNK，最終激活CHOP、Bax，下調(diào)Bcl-2，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

結(jié)語與展望

肺癌是世界上最常見的惡性腫瘤，2018年，全球約有209萬人罹患肺癌，近180萬人死于肺癌[34-35]。在我國，肺癌是男性發(fā)病率和死亡率首位的腫瘤；是女性發(fā)病率第二位和死亡率首位的腫瘤[36]。因此，肺癌的防治成為世界重要的熱門研究課題。盡管肺癌的治療手段發(fā)展日益進(jìn)展，但由于肺癌明確診斷時期晚、耐藥性發(fā)展快以及復(fù)發(fā)率高，明確肺癌的發(fā)生、發(fā)展機制及制定治療策略仍然是亟待解決的問題。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)肩負(fù)著維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的使命，在生理條件下，ER 腔內(nèi)分子伴侶幫助新合成的天然蛋白質(zhì)的正確折疊，質(zhì)量控制系統(tǒng)識別錯誤折疊的蛋白質(zhì)，通過蛋白酶體、溶酶體和自噬途徑降解錯誤折疊蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的各分支通路均對肺癌的發(fā)生、發(fā)展具有一定的作用，研究表明調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對肺癌的生長、遷移、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)具有很大作用。且目前越來越多研究許多發(fā)現(xiàn)天然化合物具有通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)揮出良好抗癌活性，可能成為抗肺癌的潛力藥物。因此，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有望成為非小細(xì)胞肺癌治療的一個新靶點，為臨床開發(fā)新的抗癌藥物提供了新的依據(jù)。