内质网路径细胞凋亡相关因子朱秋霞

1、内质网途径凋亡相关因子，93K7B朱导师：石，内质网是细胞内蛋白质合成的主要场所，也是Ca2的主要储存库。内质网在维持细胞内钙离子的稳定性以及膜蛋白的合成、修饰和折叠中起着关键作用。内质网相关凋亡是另一种新的凋亡方式，不同于受体介导或线粒体介导的DNA损伤。内质网腔内未折叠蛋白或钙失衡的增加导致内质网应激反应信号。内质网和细胞凋亡，(1)内质网应激诱导的细胞凋亡，(2)内质网钙信号和细胞凋亡，(3)参与细胞凋亡的BCL- 2家族，(1)内质网和细胞凋亡，(1)内质网应激诱导的细胞凋亡当机体细胞受到应激物如缺氧、饥饿、钙代谢紊乱、自由基攻击和药物刺激时，内质网应激(ERS)可由内质网腔中未折叠蛋

2、白的增加或钙失衡触发。细胞会产生未折叠的蛋白质反应(UPR)和内质网超载反应(EOR)以减少蛋白质合成和促进正确的蛋白质折叠，但是过度的压力也会激活相应的凋亡分子。1.1未折叠蛋白反应(UPR)和凋亡UPR由一个内质网分子伴侣GRP78/BIP和三个内质网应激受体介导，这三个受体是PerK(PKR样ER激酶)、atf6(活化转录因子6)和ire-1(肌醇需求酶1)。在没有ERs的情况下，PERK、ATF6和IRE-1分别与无活性的分子伴侣grp78/bip结合。在ERs的存在下，未折叠的蛋白质在内质网中积累，这使得grp78/bip从三种跨膜蛋白质中解离，然后从未折叠的蛋白质中解离。解离后的受

3、体蛋白被激活并启动UPR，可保护由内质网引起的细胞损伤并恢复细胞功能，包括暂停早期蛋白合成、内质网伴侣和折叠酶的转录激活、内质网相关去折叠、促进内质网处理积累的错误折叠或未折叠的蛋白，有利于维持细胞的正常功能并使其存活。PERK、ATF6和IRE-1信号不仅可以启动雌激素受体的生存通路，还可以在雌激素受体严重或长期损害雌激素受体功能时启动雌激素受体介导的凋亡信号通路，诱导凋亡以清除受损细胞。雌激素受体可能通过以下途径诱导细胞凋亡：激活和转录CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(chop) gadd153(生长停滞/DNA损伤诱导蛋白153)基因；C-Jun n末端激酶激活途径(JNK)；特异性针

4、对雌激素受体的半胱天冬酶-12的激活。1.1.1 CHOP/GADD153基因转录：的激活1 . 1 . 1 CHOP/gadd 153是内质网应激特异性的转录因子。CHOP属于转录因子CCAAT/增强子结合蛋白(C/EBP)家族，通常与该家族的其他成员形成二聚体。在正常情况下，chop几乎是看不见的。ERS、IRE1、PERK和ATF-6的激活可促进CHOP的产生。当内质网受到压力时，跨膜蛋白IRE1和ATF-6被激活，它们的细胞质部分进入细胞核，与ers反应元件(ERSE)结合，开始CHOP的转录和表达，然后促进凋亡。转录因子ATF4在PERK/elF2下游，可以结合到CHOP启动子的AA

5、RE结构域，并诱导CHOP的表达。此外，PERK/elF2/ATF4是CHOP表达所必需的。McCullough等人证实CHOP表达的增加下调了抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，降低了谷胱甘肽并促进了活性氧介质(ROIs)的产生，从而导致细胞凋亡。1 . 1 . 2 C-JUN氨基酸末端激酶：的激活途径。在应激条件下，激活的IRE1招募C-Jun N-末端激酶(JNK)和肿瘤坏死因子受体相关因子2TRAF2 (traf2)。TRAF2激活凋亡信号调节激酶1 (ask1)并形成IRE-1/TRAF2/ASK1三聚体，然后激活JNK诱导凋亡。1.1.3半胱天冬酶-1.1.3半胱天冬酶-12的激活位于内质

6、网的细胞质表面，并作为前体存在。它只在内质网刺激下激活，从内质网转移到细胞质，对非内质网凋亡刺激没有反应。当内质网应激时，半胱天冬酶-12可通过以下方式激活：IRE1与肿瘤坏死因子受体相关因子-2 (TRAF2)形成复合物，这导致TRAF2与其与半胱天冬酶-12前体的复合物解离并激活半胱天冬酶-12。2.钙依赖性钙蛋白酶激活：钙蛋白酶是一种钙依赖性半胱氨酸蛋白酶。当Ca2从内质网释放到细胞质中时，内质网附近的钙蛋白酶将被激活，其可作用于半胱天冬酶-12以激活并释放到细胞质中。3.胱天蛋白酶-7的内质网移位：内质网使胱天蛋白酶-7迁移到内质网表面，与胱天蛋白酶-12形成复合物并切割前胱天蛋白酶-

7、12。它破坏了细胞膜和半胱天冬酶-12之间的联系，并使其在细胞质中被激活和释放。在激活半胱天冬酶-12后，半胱天冬酶-12通过激活半胱天冬酶-12下游的半胱天冬酶-9，然后激活半胱天冬酶-3，即凋亡的执行分子，导致凋亡。最近的研究表明，caspase-4也参与内质网应激诱导的细胞凋亡。半胱天冬酶-4与半胱天冬酶-l2高度同源，半胱天冬酶-l2主要位于人类内质网中，与半胱天冬酶-L2具有相似的作用。1.2内质网超载反应(EOR)、未折叠蛋白反应(UPR)引起的细胞凋亡可促进蛋白质的正确折叠，内质网中正确折叠蛋白的过度积累可通过激活核因子(NF)- B触发EOR。在ERS过程中，大量膜蛋白沉积在内

8、质网中，B激酶(ikk)抑制剂被激活，导致B抑制剂降解并激活nf- b。虽然已有报道表明，核因子 B激活超氧化物歧化酶、凋亡抑制剂IAP和Bcl-xL家族，具有抗凋亡作用，但核因子 B上调凋亡基因TRAL-1和TRAL-2的死亡受体，导致细胞死亡，内质网应激机制图，(2)内质网钙信号和凋亡。内质网是细胞内蛋白质合成、翻译后修饰和折叠的主要场所，也是钙储存和钙信号转导的主要场所。目前的研究认为，细胞内钙稳态主要由内质网维持。内质网钙流动的机制主要包括：钙主要通过RyR受体诱导的钙释放、三磷酸肌醇(主要通过三磷酸肌醇受体IP3R)诱导的钙释放和肌浆网钙泵对钙的摄取。通过上述调节，我们可以维持内质网

9、中钙离子的动态平衡。内质网钙流动机制图。1内质网应激途径的Ca2和凋亡、病毒感染、组织缺氧、缺血和生长因子剥夺均可引起内质网钙通道的改变，导致内质网腔内钙稳态的改变，钙剥夺或超载，从而影响内质网的功能，损害蛋白质的合成、翻译和折叠，导致蛋白质不重叠和交错。如果内质网不能处理太多不重叠和交错的蛋白质，就会产生内质网应激(ER stress)，内质网应激可以激活凋亡途径。2.Ca2与内质网凋亡有关。当Ca2从内质网释放到细胞质中时，它将激活内质网附近的钙蛋白酶，钙蛋白酶可激活半胱天冬酶-12并将其释放到细胞质中，从而诱导细胞凋亡。钙离子是内质网和线粒体功能之间的关键环节。当内质网应激过程中释放大量

10、钙离子时，线粒体由于其膜电位梯度吸收钙离子，线粒体钙超载被认为是一个重要的凋亡因子。此外，从内质网释放的Ca2+可以通过激活Ca2/钙调神经磷酸酶使凋亡前蛋白Bad去磷酸化，使Bad与其抑制蛋白解离，然后转移到线粒体，刺激细胞色素C的释放，导致细胞凋亡。有许多分子参与了与内质网相关的Ca2的凋亡过程，但最终的结果是细胞凋亡。(3) BCL-2家族参与内质网凋亡，BCL-2家族成员参与内质网凋亡和抗凋亡过程，根据结构和功能可分为三类。2)引发细胞凋亡的BH3单结构域成员主要位于线粒体，而Bik、Bim和Noxa也存在于内质网。3)内质网中也有Bax和Bak。内质网中Bcl-2家族的抗凋亡蛋白可以

11、调节内质网中游离Ca2的浓度，使细胞质中Ca2保持在合适的浓度水平，从而发挥抗凋亡作用。在非应激状态下，内质网膜上的促凋亡蛋白Bax和Bak与抗凋亡蛋白Bcl-2结合而失活。内质网应激激活CHOP蛋白和JNK激酶，二者均可削弱Bcl-2的抗凋亡功能，从而导致内质网膜上Bax和Bak的构象变化和寡聚化，最终导致内质网膜的完整性破坏和钙外流。内质网凋亡与神经系统疾病，内质网以其巨大的膜结构基础，不仅可以通过独特的Ire-1、Caspase-12、钙离子独立诱导细胞凋亡，还可以通过与线粒体等细胞器的通讯调节细胞凋亡，在许多疾病的发生发展中发挥作用。文献报道了内质网应激和心血管疾病，如动脉粥样硬化、心

12、力衰竭、糖尿病和肝病。内质网在一些神经系统疾病的发生和发展中也起着重要的作用。2.1阿尔茨海默病(AD)是一种常见的神经退行性疾病，其显著的病理变化是神经元和突触的丧失，细胞外神经斑块(老年斑)形成含有-淀粉样多肽或蛋白的变性神经元成分。淀粉样蛋白的聚集被认为是阿尔茨海默病发病的核心，内质网固有蛋白早老素控制淀粉样多肽的合成。早老素基因突变是家族性阿尔茨海默病的一个重要特征。早老素的异常表达不仅能增加细胞对Ca2浓度紊乱、氧化应激、缺氧等凋亡刺激的易感性，还能增加对er应激的易感性，下调Grp78参与早期阿尔茨海默病的发生。2.2帕金森病(Pakinsons disease，PD)，衰老、遗传

13、和环境因素是疾病的主要原因，这些因素导致细胞质中-突触核蛋白的错误折叠和聚集，这使得内质网应激有助于未折叠和错误折叠蛋白的正确折叠，从而减少不溶性-突触核蛋白的产生，而过度应激导致多巴胺能神经元的凋亡，从而导致帕金森病的发生。2.3亨廷顿病和朊病毒病，HD是一种常染色体显性和完全显性形式，通过扩增(CAG)n片段遗传。高密度脂蛋白基因编码一种含有聚谷氨酸片段大蛋白质，高密度脂蛋白的聚集可导致氧化应激、雌激素受体和线粒体功能障碍，最终导致细胞死亡。近年来，发现亨廷顿蛋白基因突变影响细胞内钙代谢，并使内质网膜上的IP3受体增敏。朊病毒病，即传染性海绵状脑病(TSE)，其特征在于由于基因突变而在脑中聚集了错误折叠和蛋白酶体抗性的Nguyen病毒蛋白。在TSE脑组织中，胶质反应增加，神经元凋亡广泛出现，脑组织出现海绵状变性。近年来的研究表明，内质网应激可以减弱阮病毒蛋白合成后内质网的移位和修饰，使未修饰的阮病毒蛋白聚集在细胞质中，从而增加阮病毒蛋白的细胞毒性。2.4缺血性脑损伤，缺血容易引起内质网损伤，尤其是在再灌注损伤期间。严重脑缺血引起的缺血缺氧、葡萄糖/营养素缺乏、三磷酸腺苷耗竭、自由基积累和钙稳态破坏可导致内质网功能障碍，引发内质网应激，最终导致细胞凋亡。短暂脑缺血可导致caspase-12激活。随着缺血面积的增加，转录因