王 芳 張小楠 楊成君 許會靜 (吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室，吉林 長春 3002)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)環(huán)境的穩(wěn)定是實現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能的基本條件。但很多因素可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能的內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，形成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)，比如在一系列生化、生理、病理刺激下可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣損耗、糖基化改變、營養(yǎng)損失、氧化應(yīng)激、DNA損傷和能量波動等，這些都能阻斷蛋白折疊進(jìn)程從而導(dǎo)致ERS〔1〕。眾多研究表明許多疾病的發(fā)病機(jī)制都與ERS有關(guān)，其中神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病等領(lǐng)域?qū)ζ溲芯枯^深，近來有研究發(fā)現(xiàn)ERS參與蛋白尿所致的腎臟損傷。蛋白尿不僅是腎病的標(biāo)志，也是腎疾病進(jìn)行性加重的主要危險因素。因此對該途徑的研究可為治療腎病提供新的治療靶點(diǎn)。

1 ERS與未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)

ERS是一種保護(hù)性細(xì)胞反應(yīng)，適度的應(yīng)激可以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，比如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)/Bip的表達(dá)就有細(xì)胞保護(hù)作用，因為近三分之一新合成的蛋白在分子伴侶和催化劑的協(xié)助下被運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行折疊與組裝〔2〕。為了確保蛋白折疊的精確性，并解決未折疊或錯誤折疊蛋白的累積，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中形成一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來正確折疊蛋白，不正確的蛋白折疊可導(dǎo)致錯誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)蓄積而引發(fā)ERS，在真核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一套復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，統(tǒng)稱為UPR，以緩解ERS。UPR有三個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，分別由三個跨膜蛋白絲氨酸蛋白激酶(PERK)、Ⅱ型跨膜蛋白(ATF6)和I內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜Ⅰ型跨膜蛋白(RE1)在其轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上進(jìn)行介導(dǎo)。

1.1 PERK介導(dǎo)的信號通路 PERK是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ⅰ型跨膜蛋白，屬絲/蘇氨酸蛋白激酶。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，ERS分子PERK通過自身聚合反應(yīng)和磷酸化反應(yīng)啟動應(yīng)答〔3〕?；罨腜ERK使翻譯起始因子eIF2磷酸化，導(dǎo)致翻譯減弱，是因為減少了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)工作量通過阻斷新合成的蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并降低了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對新生蛋白質(zhì)折疊需求的壓力。磷酸化的eIF2促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子GADD153(也稱CHOP)的表達(dá)，有研究表明CHOP過表達(dá)能夠?qū)е录?xì)胞凋亡〔4〕。

1.2 ATF6介導(dǎo)的信號通路 真核細(xì)胞內(nèi)ATF6是Ⅱ型跨膜蛋白。在非應(yīng)激細(xì)胞中，ATF6通過與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的交互作用而處于不活化的狀態(tài)，而發(fā)生ERS時蛋白質(zhì)活化水解，水解后促進(jìn)X盒結(jié)合蛋白1(XBP1)和Bip等基因轉(zhuǎn)錄〔5〕。ATF6的蛋白水解作用是依賴于介導(dǎo)固醇調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子SREBP1和SREBP2〔6〕。UPR也活化ATF6，活化的ATF6像自噬一樣維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。但是，如果刺激因素持續(xù)存在或強(qiáng)度過大，PERK和IRE1將誘導(dǎo)凋亡通路分子的表達(dá)。

1.3 IRE1介導(dǎo)的信號通路 在哺乳動物細(xì)胞中IRE1是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜I型跨膜蛋白，有α、β兩種亞型，不同于酵母，IRE1介導(dǎo)的信號通路只是部分ERS基因表達(dá)〔7〕。IRE1的胞質(zhì)區(qū)域含有蛋白激酶區(qū)，并具有核糖核酸內(nèi)切酶活性，當(dāng)未折疊蛋白蓄積時，IRE1發(fā)生寡聚化，并觸發(fā)其自身磷酸化作用，依次激活其獨(dú)特的效應(yīng)子功能。IRE1導(dǎo)致X-盒結(jié)合蛋白1(XBP-1)mRNA的剪接，此剪接作用控制了 XBP-1蛋白的表達(dá)〔8〕。翻譯后，XBP1轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，在此激活UPR靶基因。生理學(xué)上ERS活化通過IRE1和XBP-1介導(dǎo)的信號通路不僅上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶GRP78蛋白表達(dá)，而且誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白的降解。

2 ERS與腎臟疾病

ERS在腎臟病理生理學(xué)中的研究是一個相對較新的領(lǐng)域。在動物實驗或細(xì)胞培養(yǎng)中，ERS作為一種誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制發(fā)生于足細(xì)胞或腎小管上皮細(xì)胞〔9〕。之前的研究顯示ERS與神經(jīng)元細(xì)胞損傷和胰腺細(xì)胞的凋亡之間有密切的聯(lián)系。同時也有學(xué)者進(jìn)行研究UPR和人工培養(yǎng)的腎細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)。如ERS可以通過體外培養(yǎng)足細(xì)胞和在嚙齒類動物模型中堆積蛋白質(zhì)形成，通過誘導(dǎo)腎小球上皮細(xì)胞損傷或?qū)⒛I近端小管細(xì)胞置于高濃度白蛋白環(huán)境中來引起細(xì)胞凋亡〔10〕。

2.1 ERS參與蛋白尿致腎小球硬化過程 足細(xì)胞是腎臟固有細(xì)胞，高度分化，在腎小球選擇透過性作用中非常重要，很難通過有絲分裂來恢復(fù)已造成的損傷。足細(xì)胞損傷可引起能量代謝異常引起的ERS，當(dāng)損傷持續(xù)或進(jìn)一步加重時，應(yīng)激和修復(fù)機(jī)制失衡，凋亡相關(guān)基因激活，足細(xì)胞走向必然死亡的命運(yùn)〔11〕。研究表明當(dāng)足細(xì)胞發(fā)生蛋白尿時，CD2相關(guān)蛋白(CD2AP)表達(dá)下調(diào)而激活ERS以致最終引起足細(xì)胞凋亡;同時，轉(zhuǎn)染CD2AP載體到足細(xì)胞將上調(diào)CD2AP，下調(diào)GRP78和半胱氨酶蛋白酶(caspase12)的表達(dá)從而減少細(xì)胞凋亡〔12〕。另一研究表明白蛋白增加足細(xì)胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白GRP78的表達(dá)，導(dǎo)致caspase12激活，從而引起細(xì)胞凋亡，并且說明這一過程是通過激活瞬時受體電位陽離子通道蛋白(TRPC6)介導(dǎo)的Ca2+聚集引發(fā)的〔13〕。

2.2 ERS參與蛋白尿致腎小管損傷過程 腎小管腔蛋白水平增高，可誘導(dǎo)小管上皮細(xì)胞釋放各種趨化因子、炎性因子及細(xì)胞外基質(zhì)，如內(nèi)皮素1(ET1)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)、RANTES、IL8、TGFβ等，導(dǎo)致小管上皮細(xì)胞損傷、小管間質(zhì)炎癥反應(yīng)及纖維化，促使腎疾病向終末腎功能衰竭(end-stage renal failure)過渡〔14〕。但是，上述研究結(jié)果只是集中于尿蛋白本身作為信號分子所起的作用，事實上，蛋白尿在進(jìn)行性腎損傷過程中所起作用遠(yuǎn)不只如此。腎病狀態(tài)下，大量蛋白尿可以誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡以及腎小管萎縮〔15〕。研究證明，蛋白尿可誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞ERS反應(yīng)，并以PERK-CHOP依賴方式誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡〔16〕。又一研究證明，在腎小管上皮細(xì)胞中，白蛋白引起B(yǎng)ip和ORP150的表達(dá)以及細(xì)胞凋亡。而且，這兩種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶在蛋白尿PAN模型的腎小管上皮細(xì)胞中也表達(dá)上調(diào)(造模第3周)以及引起細(xì)胞凋亡的增加〔17〕。

3 展望

近年來大量實驗證明ERS參與了腎損傷過程，可能是腎損傷發(fā)生和發(fā)展的重要機(jī)制。這些研究證明了ERS在腎病中的作用機(jī)制以及確認(rèn)了之前未被認(rèn)可的機(jī)制。這些結(jié)果能使人們更有信心去努力尋找ERS方面的潛在治療策略。因此，深入研究ERS的作用及分子機(jī)制，可為臨床治療蛋白尿提供新的理論依據(jù)。

1 Balasubramanyam M，Lenin R，Monickaraj F.Endoplasmic reticulum stress in diabetes:new insights of clinical relevance〔J〕.Indian J Clin Biochem，2010;25(2):111-8.

2 Gething MJ，Sambrook J.Protein folding in the cell〔J〕.Nature，1992;355(6355):33-45.

3 Schroder M，Kaufman RJ.The mammalian unfolded protein response〔J〕.Ann Rev Biochem，2005;74:739-89.

4 McCullough KD，Martindale JL，Klotz LO，et al.Gadd153 sensitizes cells to endoplasmic reticulum stress by down-regulating Bcl2 and perturbing the cellular redox state〔J〕.Mol Cell Biol，2001;21(4):1249-59.

5 Shen J，Chen X，Hendershot L，et al.ER stress regulation of ATF6 localization by dissociation of BiP/GRP78 binding and unmasking of Golgi localization signals〔J〕.Dev Cell，2002;3(1):99-111.

6 Barbaro G，Iacobellis G.Metabolic syndrome associated with HIV and highly active antiretroviral therapy〔J〕.Curr Diab Rep，2009;9(1):37-42.

7 Greenwood RH，Mahler RF，Hales CN.Improvement in insulin secretion in diabetes after diazoxide〔J〕.Lancet，1976;1(7957):444-7.

8 Sargsyan E，Ortsater H，Thorn K，et al.Diazoxide-induced beta-cell rest reduces endoplasmic reticulum stress in lipotoxic beta-cells〔J〕.J Endocrinol，2008;199(1):41-50.

9 Bijian K，Cybulsky AV.Stress proteins in glomerular epithelial cell injury〔J〕.Contrib Nephrol，2005;148:8-20.

10 Lindenmeyer MT，Rastaldi MP，Ikehata M，et al.Proteinuria and hyperglycemia induce endoplasmic reticulum stress〔J〕.J Am Soc Nephrol，2008;19(11):2225-36.

11 李衛(wèi)國，李宇寧.足細(xì)胞對損傷的反應(yīng)〔J〕.臨床兒科雜志，2012;30(11):1091-4.

12 He F，Chen S，Wang H.et al.Regulation of CD2-associated protein influences podocyte endoplasmic reticulum stress-mediated apoptosis induced by albumin overload〔J〕.Gene，2011;484(1-2):18-25.

13 Chen S，He FF，Wang H，et al.Calcium entry via TRPC6 mediates albumin overload-induced endoplasmic reticulum stress and apoptosis in podocytes〔J〕.Cell Calcium，2011;50(6):523-9.

14 Baines RJ，Brunskill NJ.Tubular toxicity of proteinuria〔J〕.Nat Rev Nephrol，2011;7(3):177-80.

15 Li X，Pabla N，Wei Q，et al.PKC-delta promotes renal tubular cell apoptosis associated with proteinuria〔J〕.J Am Soc Nephrol，2010;21(7):1115-24.

16 Wu X，He Y，Jing Y，et al.Albumin overload induces apoptosis in renal tubular epithelial cells through a CHOP-dependent pathway 〔J〕.OMICS，2010;14(1):61-73.

17 Ohse T，Inagi R，Tanaka T，et al.Albumn induces endoplasmic reticulum stress and apoptosis in renal proximal tubular cells〔J〕.Kidney Int，2006;70(8):1447-55.