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内质网应激与疾病 1 什么是内质网应激2 与内质网应激相关的疾病3 内质网应激的前景 主要内容 内质网应激 介绍 内质网是具有重要生理功能的细胞器 是真核细胞蛋白质合成 钙离子贮存以及脂质生成的主要场所 内质网的功能状态对蛋白质的折叠 成熟及转运至关重要 细胞稳态改变可以干扰内质网功能而引起内质网应激 endoplasmicreticulumstress ERS 内质网应激 定义 内质网应激是内质网功能紊乱时 蛋白质出现错误折叠并与未折叠蛋白在腔内聚集 以及钙平衡紊乱的状态 信号通路 内质网应激主要包括三条信号通路 1 非折叠蛋白反应 2 内质网超负荷反应 3 固醇级联反应 而非折叠蛋白反应是其中研究较多的信号通路 其最终目的是通过减少蛋白质合成 促使蛋白质降解和增加分子伴侣合成帮助蛋白质正确折叠 使细胞的压力减轻 当应激超过适应能力时可损害细胞功能 引起细胞凋亡 内质网应激 发生机制 在真核细胞内质网膜上有三种膜相关蛋白 肌醇依赖酶1 inositolrequiringenzyme1 IRE1 RNA依赖的蛋白激酶样激酶 PKR likeeukaryoticinitiationfactor2 kinase PEPK 和活化转录因子6 activatingtranscriptionfactor6 ATF6 生理状态时 这三种蛋白与免疫球蛋白重链结合蛋白 immunoglobulinheavychainbindingprotein BIP 结合 发生应激时 大量的非折叠蛋白与错误折叠蛋白在内质网腔积聚 BIP转而与上述蛋白结合 导致IRE1 PERK和ATF6的活化 应激通路激活 内质网应激 发生机制 IRE1与BIP分离后发生自我磷酸化及寡聚化 活化后的IRE1剪接X盒结合蛋白1 X boxbindingprotein1 XBP1 mRNA产生有活性的XBP1s XBP1s翻译后作为转录因子进入细胞核内参与分子伴侣 内质网相关蛋白 磷脂的合成及其他相关蛋白的降解和分泌 PERK的活化过程与IRE1类似 PERK活化后可催化真核起始因子2 eukaryoticinitiationfactor2 eIF2 第51位丝氨酸磷酸化 引起活化转录因子4的表达上调 活化转录因子4可以调控氨基酸代谢 细胞氧化还原 抗应激反应及CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白 C EBPhomologousprotein CHOP 的转录 应激状态下 内质网膜上ATF6的N端被剪切 ATF6转移至高尔基体 经过水解酶S1P及S2P水解后成为具有活性的转录因子 ATF6在细胞核内与三种顺式作用元件 内质网应激反应元件 非折叠蛋白反应元件及内质网应激反应元件 结合 诱导包括CHOP在内的基因的表达 相关疾病 研究发现 内质网应激是慢性代谢疾病的重要标志 也是连接免疫系统与代谢系统的桥梁 代谢系统的细胞作为合成代谢活跃的细胞 具有高度发达的内质网 内质网被视为 代谢感受器 与内分泌网络建立了广泛而密切的联系 在营养过剩状态下 内质网发生应激 成为触发代谢疾病的重要因素 下面主要从炎症和细胞凋亡的角度阐述内质网应激的致病机制 相关疾病 一 内质网应激与炎症在炎症反应中 内质网应激涉及C jun氨基末端激酶 JNK 和NF B两条炎症信号通路 1 JNK信号转导通路为丝裂原活化蛋白激酶 MAPK 通路中的一条重要分支 在细胞增殖 生存 死亡及DNA修复代谢中起重要调控作用 缺乏IRE1时 多西紫杉醇诱导的JMK及其下游靶蛋白的活化受到明显抑制 表明IRE1可能在JNK的上游起调控作用 而钙离子发生平稳紊乱而诱导PERK活化时发现 即刻早期基因家族中C jun基因显示出PERK依赖性表达的特征 2 IRE1 PERK及ATF6均可激活NF B信号通路 NF B是由一系列DNA结合蛋白因子组成 与促炎因子的转录密切相关 介导细胞的黏附 免疫及促炎反应等 NF B的活化需要IRE1 与接头蛋白肿瘤坏死因子 受体相关因子2等形成复合体 以小干扰RNA siRNA 阻断IRE1 活性可以抑制肿瘤坏死因子 的表达 此外 ATF6 siRNA处理可抑制蛋白激酶B Akt 磷酸化 Akt磷酸化位于NF B的上游 表明ATF6可通过Akt NF B信号通路激活炎症反应 相关疾病 二 内质网应激与细胞凋亡在细胞凋亡过程中 内质网应激介导凋亡主要通过三条途径 1 CHOP CHOP可由非折叠蛋白反应中 与 通路诱导而表达增强 其下游靶基因包括果蝇同源蛋3 内质网氧化酶1 等 它们又分别通过Akt和三磷酸肌醇受体途径增加促凋亡及氧化蛋白产物 诱导细胞凋亡 2 JNK JNK可以磷酸化B细胞淋巴瘤 白血病2 Bcl 2 蛋白第56位苏氨酸而使其丧失抗凋亡活性 并使细胞内活性氧簇 线粒体电位下降促细胞凋亡 3 半胱天冬氨酸蛋白酶 Caspase 12 Caspase 12可由IRE1通路激活 在凋亡阳性细胞中观察到BIP IRE1 Caspase 12及切割后的Caspase 12表达增加 Caspase 12可以通过细胞色素c非依赖性的途径 激活Caspase 9 剪切前体Caspase 3诱导细胞凋亡 相关疾病 三 内质网应激与2型糖尿病2型糖尿病介绍 胰岛素抵抗 insulinresistance IR 即胰岛素靶组织对胰岛素的敏感性降低 通常指胰岛素介导的葡萄糖利用率下降 是2型糖尿病的重要特征之一 在正常情况下 胰岛素能够激活肌肉 肝脏 脂肪组织中的胰岛素信号通路 使其摄取葡萄糖并转化为糖原或脂肪进行储存 从而达到降低血糖的功能 但在2型糖尿病患者中 胰岛素的这一重要功能受损 外周组织 如肌肉 肝脏 脂肪组织等 对胰岛素敏感性下降 从而直接导致2型糖尿病的发生 三 内质网应激与2型糖尿病传递途径 目前已知胰岛素与胰岛素受体结合后主要通过两条途径将信号下传至效应器 其中之一是经胰岛素受体底物 insulinreceptorsubstrates IRS 和磷脂酰肌醇 3 激酶 phosphoinositide 3 kinase PI3K 的代谢信号通路 另一个通路是经促分裂原活化蛋白激酶 mitogen activatedproteinkinases MAPK 调节基因转录 细胞增殖的生长信号通路 三 内质网应激与2型糖尿病发病机制 目前发现诸多因素均可通过影响两条信号通路而导致肝脏 骨骼肌和脂肪组织的胰岛素抵抗 随着对内质网应激认识的深入 近年来的研究发现ERS可通过影响上述两条信号通路诱导肝脏 肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗的形成 促进2型糖尿病的发生 内质网应激条件下 一些UPR介质能通过激活若干丝氨酸 苏氨酸激酶 包括JNK和IKK 进一步导致IRE 1 TRAF2复合物的形成 间接促进了JNK的磷酸化和激活 JNK有促进胰岛素受体底物丝氨酸的磷酸化和减弱Akt磷酸化的能力 从而抑制胰岛素的信号转导 最终促使炎症细胞的表达和加重胰岛素抵抗 相关疾病 四 内质网应激与帕金森病帕金森病 PD 是中老年常见的中枢神经系统退行性疾病 主要病理特征为选择性黑质多巴胺能神经元缺失及残存神经元呈A 突触核蛋白和泛素染色阳性的胞浆内Lewy小体形成 许多学者认为 ERS不仅可以启动只有保护作用的未折叠蛋白反应 UPR 和ER相关降解 ERAD 还可以触发ERS相关的细胞凋亡 错误折叠的A 突触核蛋白的聚集为帕金森病 PD 发病机制的关键环节 目前已经在PD兔子 小鼠和大鼠模型上发现ERS的存在 也有许多研究应用不同的细胞系和工具药对PD的ERS进行了验证和探讨 在人多巴胺能神经元SH SY5Y上 Conn等使用MPTP后 发现CHOP出现了升高 而对照组中使用传统上认为会造成线粒体损伤的鱼藤酮和细胞氧化应激损伤的6 OHDA并没有引起CHOP的明显变化 提示MPTP所造成的损伤可能与以前所发现的PD的病理生理机制即线粒体损伤和氧化应激相区别 内质网应激应用前景 内质网应激是把双刃剑 它既是细胞维持稳态的生存手段 又是导致细胞功能受损甚至凋亡的重要因素 因此通过阻断不恰当的内质网应激防止或治疗代谢性疾病成为研究的热点 比如胰高血糖素样肽1可以通过抑制CHOP通路及eIF2 去磷酸化提高暴露于内质网应激因子中的 细胞细胞生存率 胰高血糖素样肽1类似物Exendin 4可以通过增加BIP等的表达抵抗脂毒性造成的内质网应激及凋亡 从而保护 细胞 同时通过这一机制可以抑制肝脂肪变性 表明胰高血糖素样肽1类似物通过抑制内质网应激对非酒精性脂肪肝有保护作用 CHOP是内质网应激诱导凋亡的重要蛋白 向肥胖小鼠注射CHOPsiRNA后发现小鼠体重减轻 同时糖耐量改善 胰岛素抵抗改善 目前内质网应激中仍有许多机制尚不明确 随着方法的改进 研究的深入 内质网应激学说将更为完善 有助于系统地揭示代谢疾病发生发展的分子机制 并为临床提供更多的预防途径及治疗靶点 参考文献 丁娇 马向华 沈捷 内质网应激与代谢疾病 江苏医药2012年2月第38卷第3期332 334刘雪岩 杨萍 Ubiquilin在内质网应激中的作用及相关蛋白吉林大学中日联谊医院心血管内科中国老年学杂志 ChineseJournalofGerontology 编辑部邮箱2012年01期193 196钟河江 杨天德 内质网应激与免疫炎症反应的研究进展 重庆医学2012年1月第41卷第2期201 203潘凤英 贾国强 巴晓红 内质网应激与帕金森病的研究进展 临床神经病学杂志2011年第24卷第1期 78 79王志鹏 吴静 景友玲 门秀丽 内质网应激在2型糖尿病胰岛素抵抗中的作用 生理科学进展2012年第43卷第1期 59 61刘畅 王筠 姜丁文 内质网应激在高糖诱导心肌细胞凋亡中的作用 广东医学2012年1月第33卷第1期 59 62 参考文献 聂敏 何建民 冯力 苏文昕 邹斌 内质网应激诱导的细胞凋亡在慢性牙周炎中的作用初探 口腔医学研究2012年2月第28卷第2期 152 154钟宇华 梁华晟 氯沙坦抑制高糖及间歇性高糖诱导INS 1细胞内质网应激作用 中国糖尿病杂志2012年2月第20卷第2期 144 148姜秀萍 陈还珍 祖玉刚 杜西振 吡格列酮对缺血再灌注大鼠心肌细胞内质网应激致凋亡途径的影响 中西医结