， ，，

心力衰竭(heart failure，HF)是由于心臟結(jié)構(gòu)和功能異常而導(dǎo)致心室充盈障礙或射血減少的復(fù)雜臨床綜合征，是各種心血管疾病晚期共有的終末器官損害，正在成為21世紀最重要的心血管病癥。對心力衰竭機制的研究一直是心血管領(lǐng)域的研究熱點。以往的研究提出了多種機制，包括：β-腎上腺素能受體信號傳導(dǎo)脫敏，心肌細胞興奮-收縮耦連調(diào)節(jié)異常，細胞骨架蛋白、肌球蛋白同種型開關(guān)和能量利用功能障礙導(dǎo)致心肌細胞收縮功能喪失[1]，以及炎癥介導(dǎo)的心肌細胞損傷等[2]。越來越多的研究證實心肌細胞凋亡引起心臟可逆的收縮功能障礙，可介導(dǎo)心力衰竭的起始、維持和進展，在心力衰竭中起關(guān)鍵作用[3]。心肌細胞是一種終末分化細胞，若心肌細胞不斷死亡丟失，則意味著心臟泵血功能的下降，即導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展，從代償走向失代償?shù)霓D(zhuǎn)折點[4]。

目前認為參與細胞凋亡的途徑有3條：外源性死亡受體途徑、內(nèi)源性線粒體途徑和內(nèi)源性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑[5]。近年來，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑的細胞凋亡越來越受到重視[1]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞中具有重要生理功能的細胞器，可參與蛋白質(zhì)合成與修飾、類固醇物質(zhì)的代謝及細胞內(nèi)Ca2+的調(diào)節(jié)。同時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)又是細胞應(yīng)對缺血缺氧等損傷的首要細胞器，其正常穩(wěn)態(tài)的破壞引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)，ERS常早于并可進一步誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄水平上的核反應(yīng)和代謝水平上的線粒體反應(yīng)[6]，過度的ERS最終導(dǎo)致細胞凋亡并參與不同疾病的發(fā)生發(fā)展[5]。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

1.1 未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR) 細胞應(yīng)激導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未/錯誤折疊蛋白聚集，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)失衡，導(dǎo)致一種高度保守的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，即未折疊蛋白反應(yīng)，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白合成，增強受損或錯誤折疊蛋白的降解，并在轉(zhuǎn)錄水平選擇性誘導(dǎo)保護性蛋白的表達，增強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白折疊能力，調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白合成穩(wěn)態(tài)[5]。

此過程由3種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜受體蛋白介導(dǎo)：蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like ER kinase，PERK)、肌醇需要酶(inositol requiring kinase 1，IRE1)和活化轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6，ATF6)。在正常的無應(yīng)激細胞中，三者在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)側(cè)與葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(Glucose-regulated protein 78/Binding protein，GRP78/Bip)結(jié)合而處于無活性狀態(tài)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)未/錯誤折疊蛋白的聚集使GRP78從這3種蛋白解離與未/錯誤折疊蛋白結(jié)合以協(xié)助其正確折疊。GRP78的解離使PERK、IRE1和ATF6活化，進而觸發(fā)UPR反應(yīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的下游反應(yīng)。

PERK通過寡聚化和磷酸化激活，磷酸化真核細胞翻譯起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2，elF2α)，使eIF2不能再被重復(fù)利用，造成真核細胞蛋白質(zhì)翻譯啟動和合成降低，新蛋白合成減少，以減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負荷。PERK激活和eIF2磷酸化最終導(dǎo)致：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)折疊負擔(dān)降低；誘導(dǎo)eIF2磷酸化依賴性ERS基因的表達；促進細胞存活[5]。

IRE1是含有位點特異的RNA內(nèi)切酶活性的Ser/Thr受體蛋白激酶，受GRP78負調(diào)節(jié)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)異常和未折疊的蛋白質(zhì)積累引起GRP78從IRE1解離，使IRE1發(fā)生寡聚化和磷酸化激活，從而觸發(fā)其RNA內(nèi)切酶活性[7]。IRE1切割X-盒結(jié)合蛋白-1(X-box binding protein 1，XBP1)mRNA前體，切除26bp的序列，導(dǎo)致翻譯移碼，產(chǎn)生54 kD大小的加工后XBP1蛋白，結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)元件(endoplasmic reticulum stress element，ERSE)的啟動子區(qū)，上調(diào)ERS相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄以增強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，有助于挽救受損的細胞[8]。IRE1信號可影響UPR期間的細胞命運。ERS初始階段，IRE1信號途徑激活，產(chǎn)生細胞保護作用；持續(xù)的ERS使IRE1活性減弱，細胞凋亡途徑激活，誘發(fā)細胞凋亡[9]。定位在線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜(mitochondrion-associated ER membrane，MAM)的Sigma-1受體(sigma-1 receptor，Sig-1R)可以調(diào)節(jié)IRE1活性。當(dāng)細胞處于ERS時，Sig-1R從GRP78解離，直接且優(yōu)先地通過MAM與IRE1的單體形式結(jié)合，防止IRE1經(jīng)蛋白酶體降解，通過增強IRE1穩(wěn)定性減弱ERS損傷。另外，線粒體來源的氧化應(yīng)激會通過Sig-1R-IRE1-XBP1信號傳導(dǎo)通路經(jīng)MAM傳遞到細胞核，在細胞生存中發(fā)揮重要作用。而且，Sig-1R的過度表達可以抑制ERS誘導(dǎo)的PERK和ATF6的激活[10]，在應(yīng)激細胞的存活中發(fā)揮重要作用。

ATF6是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜轉(zhuǎn)錄因子，屬于堿性亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper，b ZIP)轉(zhuǎn)錄因子家族。正常情況下，ATF6存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，其內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔區(qū)的結(jié)構(gòu)域與GRP78結(jié)合；在應(yīng)激條件下，ATF6從GRP78解離出來[11]。從GRP78解離后，ATF6進入外殼蛋白復(fù)合物Ⅱ(coat protein complex Ⅱ，COPⅡ)囊泡，并靶向轉(zhuǎn)運到高爾基體，在那里ATF6被位點-1蛋白酶(Site-1 protease，S1P)和位點-2蛋白酶(Site-2 protease，S2P)切割，水解釋放其氨基末端部分，并遷移至細胞核，通過結(jié)合UPR應(yīng)答基因啟動子中的ERSE并觸發(fā)ERS誘導(dǎo)的靶基因(如XBP1)及蛋白質(zhì)折疊所需要的各種酶類的表達[12-13]。

1.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)凋亡通路 盡管UPR主要是促生存反應(yīng)，但在持久或嚴重ERS未能解除，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)不能重建的情況下，細胞以UPR依賴性或非依賴性方式開始凋亡[9]。目前已經(jīng)明確的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)凋亡通路有三條。

1.2.1 CHOP/GADD153基因的激活轉(zhuǎn)錄通路 轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強子結(jié)合蛋白(C/EBP)同源蛋白(C/EBP homologous protein，CHOP)，又稱生長停滯及DNA損傷誘導(dǎo)基因(growth arrestand DNA damage inducible gene 153，GADD153)，在正常生理狀態(tài)下基本檢測不到，但在ERS時，被顯著誘導(dǎo)表達。該通路通過下調(diào)Bcl-2表達、耗竭谷胱甘肽、促進活性氧產(chǎn)生等導(dǎo)致細胞凋亡，以清除無法恢復(fù)正常功能的受損細胞。研究證實UPR中主要轉(zhuǎn)錄因子ATF4，ATF6和XBP-1等都可以結(jié)合CHOP基因啟動子位點，誘導(dǎo)CHOP基因的轉(zhuǎn)錄。在主動脈弓縮窄(transverse aortic constriction，TAC)模型小鼠中，術(shù)后4周心臟組織TUNEL檢測(transferase-mediated dUTP nick-end labeling，端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP缺口末端標記)發(fā)現(xiàn)，TUNEL陽性的凋亡心肌細胞數(shù)量顯著增加，同時CHOP被顯著誘導(dǎo)表達，說明CHOP在主動脈縮窄模型小鼠的心肌細胞凋亡中起著重要作用[14]。

1.2.2 JNK的激活通路 c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)又稱為應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase，SAPK)，是絲裂素活化蛋白激酶(mitogen-activated-protein-kinases，MAPK)家族的一員。在應(yīng)激狀態(tài)下，IRE1激活，募集銜接分子腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)受體相關(guān)因子2(TNF receptor-associated factor 2，TRAF2)和凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1)，然后形成IRE1-JNK-TRAF2-ASK1復(fù)合物，使ASK1激酶活化，并導(dǎo)致JNK促凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化，將信號傳遞給胞核內(nèi)的組分，最終通過核轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)控細胞的表達[15]。面對過度的ERS，通過激活包括p38MAPK，JNK和IKK(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase)的幾種激酶引發(fā)報警階段，隨后導(dǎo)致核轉(zhuǎn)錄因子kappa B(nuclear factor kappa B，NF-κB)核易位，最終上調(diào)促凋亡轉(zhuǎn)錄因子CHOP以及在嚙齒動物中半胱氨酸蛋白酶-12(cysteine-aspartic acid protease-12，caspase-12)水解裂解，誘導(dǎo)細胞凋亡。

1.2.3 Caspase-12的激活通路 Caspase-12存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，只被ERS所活化。胞漿中Ca2+濃度升高導(dǎo)致鈣蛋白酶激活并轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，鈣蛋白酶切割procaspase-12使其活化成caspase-12[16]。活化的caspase-12可以啟動正反饋回路，通過激活caspase-9，導(dǎo)致下游caspase-3的活化，引發(fā)一系列級聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)細胞凋亡[5，17]。除了通過caspase-3引發(fā)細胞凋亡外，活化的caspase-12易位于細胞核，可直接引發(fā)凋亡事件[18]。人類caspase-12基因可以轉(zhuǎn)錄成mRNA，但是由于基因被終止密碼子中斷，因此不會產(chǎn)生成熟的caspase-12蛋白，人類caspase-12在ERS誘導(dǎo)的凋亡中似乎不起作用[19]。而人類的caspase-4與嚙齒動物的caspase-12最接近，它可能會發(fā)揮與嚙齒類動物體內(nèi)的caspase-12相同的作用[19-20]。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心力衰竭

心臟中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通常被稱為肌漿網(wǎng)(sacoplasmic reticulum，SR)，含有高密度的Ca2+-ATP酶，用以維持心肌細胞收縮所必需的肌漿網(wǎng)最佳的鈣水平。其正常穩(wěn)態(tài)的破壞引發(fā)ERS及相關(guān)的細胞凋亡，參與多種心血管疾病發(fā)生，是影響心力衰竭發(fā)生發(fā)展的重要因素。在培養(yǎng)的大鼠心肌細胞，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+的耗竭誘發(fā)ERS，促進ATF6從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到細胞核易位，激活Ca2+-ATP酶-2(sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA2)的啟動子，最終導(dǎo)致SERCA2蛋白水平增加，證明心肌細胞存在ERS[21]。研究發(fā)現(xiàn)GRP78的mRNA水平在BNP水平升高的心力衰竭病人心臟中顯著增加[22]。另外，臨床研究和動物實驗均證實在心力衰竭心臟中和心肌細胞肥大模型存在ERS[14]。

適度的ERS使細胞適應(yīng)環(huán)境的改變，重新恢復(fù)正常的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，避免心力衰竭的發(fā)生；持續(xù)而嚴重的ERS則觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)細胞凋亡，造成心肌由代償轉(zhuǎn)向衰竭，是心力衰竭發(fā)生的重要分子機制[9]。

2.1 適度的ERS防止心力衰竭的發(fā)生發(fā)展 ERS信號通路及其誘導(dǎo)的蛋白具有細胞保護作用。GRP78是UPR的主要調(diào)節(jié)分子，GRP78的誘導(dǎo)表達是緩解ERS、維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能和保護細胞免于損傷所必需的。GRP78通過結(jié)合到新生蛋白暴露的疏水性殘基上，確保蛋白質(zhì)正確折疊并防止蛋白質(zhì)聚集。在ERS發(fā)生時，GRP78被誘導(dǎo)表達，同時具有抗細胞凋亡的作用[23]；GRP78的表達增加可增加心肌細胞對缺氧的耐受性，保護心肌細胞免于損傷[24]。PERK作為ERS感應(yīng)分子，通過減輕ERS損傷，增加SERCA2a活性，抑制心肌細胞凋亡，在防止心力衰竭進展中發(fā)揮重要作用[25]。在PERK基因敲除合并心力衰竭的小鼠模型上，發(fā)現(xiàn)心臟組織中PERK活性抑制加劇了充血性心力衰竭和肺重塑的發(fā)展。另有研究表明，ERS增加缺血心臟心肌細胞中腦星形膠質(zhì)細胞衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子(mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor，MANF)的表達。MANF具有保護心肌細胞免受缺血性損傷，抗心肌肥大，避免心力衰竭發(fā)生的作用[26]。血小板反應(yīng)蛋白4(thrombospondin4，Thbs4)作為ERS反應(yīng)的效應(yīng)分子，通過活化ATF6α，增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中質(zhì)量控制蛋白的表達，更有助于其產(chǎn)生復(fù)雜的保護性分子伴侶，發(fā)揮保護心肌細胞的作用[27]。

2.2 過度的ERS引發(fā)心力衰竭 持續(xù)而嚴重的ERS促進細胞凋亡，引發(fā)心力衰竭[28]。小鼠主動脈弓縮窄模型的研究表明，模型術(shù)后1周和4周的小鼠心臟分別發(fā)生心肌肥大和心力衰竭，并且ERS標志分子在心臟表達顯著增加。同時在主動脈弓縮窄術(shù)后4周的小鼠心臟進行TUNEL檢測，發(fā)現(xiàn)TUNEL陽性的凋亡心肌細胞數(shù)量顯著增加，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特異的凋亡分子CHOP的表達。表明模型小鼠的壓力負荷誘導(dǎo)了ERS促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑細胞凋亡，是心力衰竭發(fā)生的重要分子機制[14]。在自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rats，SHRs)舒張性心力衰竭的動物模型研究發(fā)現(xiàn)，GRP78和caspase-12在心肌細胞表達上調(diào)，并且ERS誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡參與了模型大鼠高血壓引起的舒張性心力衰竭[29]。晚期人類衰竭心臟中持續(xù)的ERS導(dǎo)致IRE1表達增加，其內(nèi)切核酸酶活性的特異性下降，失去對XBP1的特異性剪切作用，并靶向作用在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合核糖體的mRNA上。corin (一種由心肌細胞表達的跨膜絲氨酸蛋白酶，參與利鈉肽前肽加工)的mRNA對這一過程很敏感。Corin mRNA的降解，導(dǎo)致其蛋白合成減少，使利鈉肽前體原轉(zhuǎn)化過程受損，介導(dǎo)心肌肥大向收縮性心力衰竭的進展[22]。表明ERS亦與心力衰竭的進展相關(guān)。

過度的ERS可以導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species，ROS)增多，從而引發(fā)心力衰竭病人的心律失常并發(fā)癥[30]。已有的研究證明，心律失常是心力衰竭的主要死因。氧化及代謝應(yīng)激使線粒體產(chǎn)生大量ROS，ROS可以傳播到近端內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，抑制SERCA并刺激Ⅱ型蘭尼堿受體(ryanodine receptor 2，RyR2)，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Ca2+釋放。ERS和線粒體應(yīng)激又反過來引發(fā)改變離子通道功能的信號級聯(lián)反應(yīng)并促進電生理和結(jié)構(gòu)重塑，最終引發(fā)心律失常。因此，通過在ERS階段對心力衰竭進行早期干預(yù)，降低心律失常并發(fā)癥的發(fā)生。

抑制過度的ERS可以保護受損的心肌細胞，治療心力衰竭。SERCA2a通過將胞質(zhì)Ca2+泵入肌漿網(wǎng)，在維持細胞內(nèi)Ca2+內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起重要作用。而SERCA2a活性的降低導(dǎo)致細胞內(nèi)Ca2+超載，從而誘發(fā)ERS，是心力衰竭發(fā)生的重要機制。研究發(fā)現(xiàn)在體動物進行人細胞色素P450基因CYP2J2過表達或體外心肌細胞給予環(huán)十二碳烯酸(epoxyeicosatrienoic acids，EET)干預(yù)，可通過恢復(fù)SERCA2a的表達和功能，明顯減輕細胞內(nèi)Ca2+過載與ERS，治療心力衰竭[31]。阿托伐他汀通過下調(diào)心肌梗死后心力衰竭大鼠心肌細胞中GRP78，caspase-12和CHOP表達，抑制ERS的激活及心肌細胞的凋亡，發(fā)揮心肌細胞保護作用[32]。心力衰竭會導(dǎo)致心肌細胞中NF-κB中p65亞單位的活化，造成心肌細胞的ERS從適應(yīng)階段轉(zhuǎn)向凋亡[28]。NF-κBp65活化的衰減伴隨著GRP 78和GRB 94的持續(xù)表達使ER具有更大的蛋白折疊能力；抑制NF-κB的表達會抑制CHOP，減少procaspase-12的活化，并阻止JNK1/2磷酸化和凋亡。因此，心臟中p65的靶向阻斷可能是保持對ERS的適應(yīng)性反應(yīng)，并改善重塑心臟中的肌細胞損傷的一種有用治療策略。高濃度的激活素A激活JNK信號通路，可通過ERS途徑誘導(dǎo)心肌細胞凋亡，造成心力衰竭。而卵泡抑素的表達上調(diào)可以拮抗激活素A的表達，維持心肌梗死后激活素A-卵泡抑素的平衡，減弱由激活素A誘導(dǎo)的ERS及其心肌細胞凋亡，延緩心力衰竭進程[33]。

3 結(jié) 語

ERS是細胞自身的一種保護性反應(yīng)，適度的ERS有利于心肌細胞代償，持續(xù)而嚴重的ERS則觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)細胞凋亡，造成心肌由代償轉(zhuǎn)向衰竭，在心力衰竭發(fā)生發(fā)展中有重要意義。對ERS和心力衰竭之間關(guān)系的理解，有利于從ERS入手，發(fā)現(xiàn)預(yù)防和治療心力衰竭的新靶點。