内质网应激反应对细胞的保护与凋亡作用

1、内质网应激反应对细胞的保护与凋亡作用细胞凋亡是一种生理性和主动性的细胞死亡，主要包括外源性的死亡受体途径、内源性的线粒体损伤途径和近期发现的内质网应激途径。细胞凋亡时，内质网 （ endoplasmic reticulum,ER） 发生扩张，与细胞膜融合。内质网是细胞内重要的细胞器，分为粗面内质网和滑面内质网。内质网不仅是蛋白质合成后折叠、运输的场所，也是细胞内 Ca2 +储存及胆固醇、类固醇和许多脂质合成的主要场所。在多种生理或病理条件下，如蛋白质糖基化的抑制、钙离子的流失及氧化还原状态的改变都会引起未折叠蛋白或错误折叠蛋白在内质网内的堆积，从而损伤内质网的正常生理功能，即为内质网应激 （

2、ER stress,ERS） .在这种条件下，内质网通过激活未折叠蛋白反应 （ unfolded protein re-sponse,UPR） ,暂停早期蛋白质的合成，减少未折叠蛋白或错误折叠蛋白在内质网内的聚集，从而恢复细胞的正常生理功能，保护细胞。但如果内质网应激反应持续进行或无法缓解，信号就会由促生存转向促凋亡，最终引起细胞凋亡。1 ERS 与 UPR 关键性因素1. 1 伴侣蛋白 GRP78葡萄糖调节蛋白 78 （ glucoser egulatedp rotein,GRP78） 为热休克蛋白 70 （ Hsp70） 家族成员1.除位于内质网，GRP78 还被发现位于细胞质、线粒体、细

3、胞核和肿瘤细胞的表面2 -3.作为一种分子伴侣蛋白，GRP78 能够在低氧、低糖、低 Ca2 +等应激状态下大量表达，参与蛋白质的折叠和转运，从而维持内质网的稳态，保护细胞。正常生理情况下，GRP78 在内质网膜上分别与 3种转膜蛋白 （ inositol - requiring kinase/endoribonucle-ase 1,IRE1; protein kinase activated by double - stran-ded RNA （ PKR） - like ER kinase,PERK; activatingtranscriptionfactor 6,ATF6） 的管腔域部分以

4、非共价键的形式结合在一起，使得其处于一种无活性的状态。但当内质网处于应激状态时，错误折叠蛋白和未折叠蛋白就会在内质网内大量堆积，GRP78 与 IRE1、PERK、ATF6 解离，进而结合错误折叠蛋白和未折叠蛋白，一方面将错误折叠蛋白运输回胞质，经 26S 泛素酶降解； 另一方面利用 ATP 水解的能量去加速蛋白质的折叠，使正确折叠后的蛋白质运送到高尔基体，从而促进新生蛋白质的正确折叠和防止错误折叠、未折叠蛋白质的积聚4.而解离后的 IRE1、PERK 和 ATF6 则分别通过各自不同的信号通路引起下游的未折叠蛋白质反应。最终，内质网的生理功能恢复正常，GRP78 与 IRE1、PERK、AT

5、F6 重新结合，活性再次被抑制。1. 2 IRE1α - XBP1 通路IRE1α 为内质网膜型跨膜蛋白，包括 N 端管腔传感器结构域和 C 端胞质效应域，具有丝/ 苏氨酸蛋白激酶和位点特异的核酸内切酶活性。在正常情况下，IRE1α 和 GRP78 结合在一起，处于无活性状态。但当错误折叠蛋白或未折叠蛋白在内质网内大量积累的时候，IRE1α 则与 GRP78 解离，解离后的 IRE1α在膜上发生寡聚化，并且胞质域发生自身磷酸化5.激活的 IRE1α 剪接由 ATF6 诱导表达的 XBP -1 前体mRNA 分子内 26 b

6、p 的内含子，剪切后的 mRNA 发生翻译框转移，编码产生一个 41 ku CREB/ATF 含 b -ZIP 结构域且有活性的转录因子 XBP - 1s （ X - boxbinding protein - 1 splicing）6.XBP - 1 在 UPR 靶基因的启动子区结合 UPR 元件 （ UPRE） 和内质网应激反应元件和 （ ERSE - 和 ERSE - ） ,促进UPR 相关蛋白的表达，以减轻或中止 ERS 反应，从而恢复细胞内环境稳态。除了细胞保护功能外，IRE1α 还能够引起细胞的凋亡7.激 活 的 IRE1,其 胞 浆 的 酶 结 构 域 连 接TRAF2

7、 （ TNF - receptor - associated factor2） ,与 ASK1（ apoptosissignal - regulating kinase 1） 共同形成 IRE1- TRAF2 - ASK1 复合物，从而活化下游的 JNK （ Jun- N - terminal kinase） 和 p38 MAPK （ mitogen - acti-vated protein kinases）8.活化后的 JNK 可从细胞质转移到细胞核中，通过磷酸化激活 c - jun、c - Fos、EIK - 1 等转录因子，调节下游凋亡相关靶基因的表达。另外，JNK 不仅磷酸化 Bcl

8、- 2 抑制其抗凋亡活性，也 可 以 磷 酸 化 Bim、Bax 增 加 其 促 凋 亡 功能9 -11.激活的 p38 MAPK 磷酸化 CHOP,诱导促凋亡基因 Bim 和 DR5 的表达增加，并抑制抗凋亡基因Bcl - 2 的表达，从而引起细胞的凋亡。最近，RIDD（ regulated IRE1 - dependent decay of mRNA） 被发现存在于昆虫 （ 果蝇属） 和哺乳动物 （ 小鼠） 的细胞中，能够选择性的降解编码折叠蛋白的 mRNA,其持续活化能够推动细胞的死亡12 -13.IRE1α 还能够剪切 microRNAs,调控 caspase 家族细胞死亡

9、蛋白酶的表达水平。1. 3 ATF6 通路ATF6 是内质网上 型跨膜蛋白， 属于 ATF /CREB （ ATF / cAMPresponseelement - binding） 转录因子家族成员。哺乳动物细胞一般包括 ATF6α 和ATF6β 两种亚型14,N 端位于细胞质，含 b - ZIP 的转录激活功能域，C 端位于内质网腔内，具有多个应激响应结构域。在正常情况下，ATF6 主要以酶原形式存在于内质网； 而当发生内质网应激时，ATF6 与GRP78 解离，转运到高尔基体，分别在丝氨酸蛋白酶位点 1 （ site -1 protease,SP1） 和非金属蛋白酶位点 2 （ site -2protease,SP2） 处被剪切成只含有 N 端胞质结构域的 50 ku 活性片段。作为转录因子进入细胞核，促进启动子中含有 ERS 元件 （ ERSE - 、ERSE - ） 、UPR 元件 （ UPRE） 和 cAMP 响应元件（ CRE） 的基因转录，提高 ERAD （ ER - associateddegradation） 和 EDEM （