内质网应激与溃疡性结肠炎

　　内质网应激与溃疡性结肠炎

　　梁君崔梅花

　　摘要：内质网应激(ERS)是各种原因引起的错误折叠或未折叠蛋白质在内质网腔中聚集导致的稳态失 衡，介导KRS的通路有3条，通路起始蛋白分别为肌醇需求激酶1 (IRK1)、蛋白激酶R样内质网激酶 (PERK)和活化转录因子6(ATF6)。大量研究发现ERS在溃疡性结肠炎(UC)的发病中起着重要的作用。 该文就ERS与UC关系的相关研究进展作一综述。

　　关键词：内质网应激;溃疡性结肠炎;未折叠蛋白反应;细胞凋亡 DOI： 10. 3%9/j. issn. 1673-534X. 2016. 03. 001

　　溃疡性结肠炎(UC)属于炎症性肠病(IBI))的 一种，是一种慢性非特异性的肠道炎性疾病。其发 病机制尚未完全清楚，但近年来越来越多的研究发 现内质网应激(EKS)与UC的发生发展有着密切的 关系。

　　内质网是真核生物细胞内重要的细胞器，其在蛋 白质的合成、加工、转运，脂质的合成，钙离子(Ca2 + ) 的储存及释放中起電要的作用。ERS是指细胞处于 缺氧、氧化应激、药物、毒素、营养物质缺乏等环境中 时，未折叠或错误折叠的蛋白质在内质网腔中聚集， Ca2+储存释放平衡失调，脂质代谢合成紊乱的状态。 只有折叠成功的蛋白质才能被运送至高尔基体，错误 折膂的蛋内质会进入内质网相关性降解作用 (KRAI))或进人自噃作用[1]。在真核细胞中，ERS吋 通过末折叠蛋内反应(UPR)，促进错误折叠或未折叠 的蛋内质正确折叠及分泌，暂停¥-期蛋d质的翻澤合 成，以利于细胞生理功能的恢复[2]。过度和延长的 KRS反应会通过涉及依赖或不依赖线粒体的凋亡通 路终导致细胞死亡[3]。

　　UPR有3条内质网跨膜感受蛋白起始通路.分 别是肌醇需求激酶1 (IRK1)、蛋白激酶R样内质网 激酶(PERK)、活化转录因子6 (ATF6)，每种感受 蛋白的腔内域都对内质网中未折叠和错误折叠的 蛋白水平作出反应。当细胞处于稳态时，这3种应 激感受蛋白都与葡萄糖调节蛋白78(GRP78)又称 免疫球蛋白重链结合蛋白(Bip)结合W。而EKS 时，这3种感受器与GRP78解离并去结合错g折叠的蛋白，使得1RE1、PERK和ATF6通路激活。

　　1 IRK丨/XB丨> 1介导的ERS信号通路

　　IRK1是UPR中进化保守的分支。它是I 类跨膜蛋内，在细胞基质部分有丝氨酸/苏氨酸激 酶区域和内切核糖核酸酶K域。在哺乳动物中有 两种IRE1同源物：IRE1 a在体内有广泛表达，而 IKElp主要表达于肠道和呼吸道表。在感受错 误折叠的蛋内时，1RE1自动磷酸化形成二聚体，激 活凡内切核酸酶区域，通过非传统的剪切形式，使X 盒结合蛋内l(Xi3Pl)mRNA上26 m序列剪切后， 导致框移和产生XBP1, XBP1和ATF6协同作为 UPK靶基W有效的反式激活因子[5]。在所有细胞 类哨中，XBP1参与基本维持内质网功能的核心组 基因的转录，而在组织和条件特定时这种情况有显 著不丨。小肠f:皮细胞XBP1会导致ERS产生 自发性肠炎、潘氏细胞缺失和杯状细胞减少。而对 于XBP1的结肠，虽不会与小肠一样产生自发，肠 炎，但以4. 5%葡聚糖硫酸钠(DSS)自由饮水方式 诱导C57BL/6J小鼠结肠炎时，XBPr小鼠发生的 消瘦和直肠出血比XBP1+ 小鼠更严重，组织学上 前者也比后者呈现出更大范围的黏膜糜烂、水肿和 炎性细胞浸润，而XBPr小鼠则有介于两者之间 的表现型[2]。Bogaert等W的研究表明，肠.h皮细胞 额外表达的IRE1卩等位基因双敲除(1RK1卩)时会 导致ERS发生，ERS标志性蛋白GRP78表达水平 升高。R当用I)SS i秀导小鼠结肠炎模塑时， IRElp小鼠出现结肠炎症状要比1RE1卩+及野生 铟小鼠早3～5 d。此外，延长的ERS会导致进一步 的IRE1内切核糖核酸酶机制，即调节IRE1依赖性 衰减(KII)D)。RIDD导致内质网相关的IRK1 mRNA选择件降解，因此减少了内质网翻译的 压力「6]。

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　　2 ATF6介导的ERS信号通路

　　ATF6是II型内质网跨膜蛋白，在N端有 CREB/ATF碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子区 域。在生理状况下，ATF6主要以酶原形式(ATF6 p9())存在于内质网，当未折叠蛋白在内质网中积聚 时，ATF6与Bip分离，移位至高尔基体，然后在高 尔基体S1P和S2P蛋白酶的作用下产生细胞质片 段即ATF6 p5(KATF6D，后者迁移至细胞核以激 活基因表达。定位在内质网的bZIP转录因子从内 质网移位至高尔基体去裂解以产生功能形式的过 程被称为受控膜内蛋白水解(RIP)。哺乳动物有两 种 ATF6 同源型，g|] ATF6a 和 ATF6p〔1]。ATF6a 在很多种类的细胞中都是潜在的转录激活因子，如 转录激活Bip、GRP94和p5«IPK。在用3% DSS诱 导C57BL/6J小鼠结肠炎时，ATF6a7小鼠的结肠炎 症状比野生型小鼠更严重，且ATF6"小鼠的肠上 皮细胞ERS凋亡通路被激活W。Negroni等M的临 床研究表明，与对照组相比，UC患者肠道炎性反应 区域的ATF6表达有显著升高。Bogaert等W研究 了 ATF6通路的靶基因PDIA4在转录水平和蛋白 水平的激活情况，UC患者结肠活检样本的检测结 果显示，PDIA4的表达量是对照组的2. 1倍。

　　3 PERK/eIF2a/ATF4/CHOP 介导的 ERS 信号通路

　　IRE1依赖的信号通路与ATF6激活所致的效 应一致，都是促使定位于内质网h的分子伴侣的表 达升高，促进内质网中正确的蛋白折叠w。而 P'ERK磷酸化激活后，则通过影响真核翻译起始因 子2a(eIF2a)的磷酸化来阻止蛋白质的翻译「%。 PERK属于I类内质网跨膜蛋白，它有一个胞质内 丝氨酸/苏氨酸激酶区域。在感受ERS时，PERK 通过二聚化及自动磷酸化导致自身激活。通过使 eIF2a亚基第51位的丝氨酸磷酸化,使蛋白翻译减 少以减轻内质网的负担[5]。PERK介导的eIF2a磷 酸化可选择性介导转录激活因子4 (ATF4)的 mRNA表达水平升高，ATF4是一个相对分子质量 为39 000的bZIP转录因子，其5'端非翻译区上游 开放阅读框(u()RF)能摆脱elF2a导致的翻译减轻 的状态[11]。ATF4还诱导编码内质网分子伴侣的 基因转录，包括Bip和GRP94; UPR相关的转录因 子，包括XBP1和ERS时ATF6从内质网向高尔基 体转移所需要的细胞内转运机制相关因子[5]。 ATF4通过诱导氨基酸的生物合成和转运，促进抗 氧化应激反应，刺激自噬基因的表达以促进细胞稳 态。eIF2a磷酸化后也能激活ATF4下游的转录靶点C/EBP同源蛋白l(KCHOP-lO)的表达。CHOP 也称为GADI)153，CH()P的诱导表明应激的细胞 进人了搁亡阶段。ERS的3条通路都能诱导 CHOP激活，而ATF4被认为是主要诱导CHOP转 录的因子[12]。此外，CHOP被eIF2a磷酸化后的调 节与被ATF4导致的CHOP翻译增加有相似的机 制[13]。反之，CHOP通过诱导GADD34促进eIF2a 的去磷酸化，使得eIF2a磷酸化介导的翻译作用被 削弱，导致过量蛋白在内质网中积聚而促进 凋亡[14]。

　　在UC中，对ERS的综合分析表明IRE1和 ATF6通路的强烈激活与PERK/eIF2a通路的微弱 抑制有关D5]。有研究观察到非活动期的UC患者 的结肠黏膜中eIF2a磷酸化的显著降低与GADD34 的过表达有关，后者是eIF2a去磷酸化负反馈环的 效应器。PERK/eIF2a通路药理学的恢复可能为 UC的治疗带来新方向，治疗目标由黏膜组织治愈 转为黏膜分子水平的治愈[w]。

　　4 ERS相关凋亡通路

　　除CHOP凋亡通路以外，天冬氨酸特异性半胱 氨酸蛋白酶(caspase)通路和eJUN氨基端激酶 (JNK)通路也是ERS诱导的细胞凋亡通路[17]。其 中，caspase^U是caspase亚家族成员，定位于内质 网膜的胞质侧，在ERS时被激活CaSpaSe~12 缺陷的细胞能抵抗ERS，表明caspasel2在ERS引 起的凋亡中起重要的作用[17]。的实验 结果表明，caspase-11 /caspase-1 /白细胞介素-1 (IL-1卩)通路与依赖CHOP的DSS诱导的小鼠结肠 炎恶化有关。

　　ERS也诱导JNK的磷酸化，_JNK是应激激活 的蛋白激酶家族成员。ERS时被激活的IRE1，其 胞质的酶结构域连接接头分子肿瘤坏死因子 (TNF)受体相关因子2(TRAF2)与凋亡信号调节 激酶l(ASKl)共同形成IRE1-TRAF2-ASK1复合 物，从而激活〗NK「17]。JNK激活后通过直接磷酸 化线粒体蛋白(包括P细胞淋巴瘤Bcl-2家族的成 员)而促凋亡。3£〇^1^等[21]通过体内(小鼠)和体外 (Caco-2细胞)研究证明了 DSS诱导JNK的迅速激 活，而抑制或敲除JNK2会减轻DSS诱导的上皮细 胞紧密连接的破坏和屏障的功能失调。

　　5 ERS干预药物

　　化学分子伴侣4-苯丁酸钠(4-PBA)和牛磺熊去 氧胆酸(TUDCA)是美国食品药品监督管理局 (FDA)允许使用的活性小分子。PBA作为氨清除剂在临床上治疗尿素循环障碍，也在临床试验中用 于治疗地中海贫血和囊肿性纤维化;TUDCA是内 源性胆汁酸的衍生物，可保护肝脏，在临床上用于 胆汁淤积性肝病的治疗[7]。此两种药物的功能是在 体内和体外均能通过介导稳定蛋白折叠、阻止蛋白 积聚来减轻ERS[7]。Ozcan等[22]用DSS诱导小鼠 结肠炎后，分别以4-PBA和TUDCA灌胃，发现两 者在大体观察、镜下表现、结肠长度变化和ERS分 子水平h都有明显的干预效果。

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　　6结语

　　ERS时的UPR对于维持肠道平衡非常重要， 但过强或过久的ERS会导致细胞功能失调、凋亡而 对机体造成损害。ERS相关的基因损伤会导致 UC，此外环境、微生物和饮食等因素对UC影响的 研究也在进行中，以期为寻找UC治疗的靶点提供 更多新思路。

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