陳順宏，黃漢飛，林杰，曾仲

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，云南 昆明 650032 )

人參皂苷亦稱人參皂甙，是從傳統(tǒng)中藥人參屬的根中提取的有效成分[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究顯示，人參皂苷具有多重藥效，如抗腫瘤、抗炎、抗疲勞以及鎮(zhèn)痛等。由于成分的多樣性，其具體作用靶點(diǎn)也有所差別。本文就近年來人參皂苷在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路中的作用及研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以進(jìn)一步促進(jìn)人參皂苷在具體疾病中的應(yīng)用及臨床推廣。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)是細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞器，是蛋白質(zhì)折疊、組裝的重要場所。當(dāng)細(xì)胞受到缺氧、缺糖等刺激時(shí)會(huì)引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)未折疊蛋白和錯(cuò)誤折疊蛋白聚集，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能變化，稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)，大量未折疊和(或)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)和葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)，也稱結(jié)合免疫球蛋白(Bip)結(jié)合，從而促進(jìn)蛋白的折疊或者降解。同時(shí)GRP78的解離激發(fā)未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)，一方面抑制蛋白質(zhì)的新合成，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負(fù)荷，另一方面能促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)伴侶蛋白的合成，從而促進(jìn)其功能的恢復(fù)。UPR信號(hào)是由三個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜傳感器觸發(fā)的：蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)，活化轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)和需肌醇酶1(IRE1)[2]。正常情況下，這些蛋白與GRP78結(jié)合而處于失活狀態(tài)，當(dāng)未折疊蛋白聚集后與GRP78結(jié)合，導(dǎo)致GRP78的解離而被激活。PERK，ATF6和IRE1三條通路的激活將調(diào)節(jié)下游多種基因的轉(zhuǎn)錄以重建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)[3]。

1.1 IRE1通路

IRE1是一種保守的壓力傳感器，在哺乳動(dòng)物擁有IRE1α和IRE1β兩個(gè)亞型。IRE1α是一種廣泛表達(dá)的跨膜蛋白，由于其絲氨酸/蘇氨酸激酶區(qū)和胞質(zhì)側(cè)尾端的內(nèi)切核糖核酸酶結(jié)構(gòu)而具有雙酶活性。通過其內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔側(cè)N端結(jié)構(gòu)域感受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。與GRP78解離后，IRE1α二聚化并刺激自身磷酸化，誘導(dǎo)構(gòu)象變化而激活核糖核酸酶域[4]。編碼X盒結(jié)合蛋白1(XBP1)的mRNA是IRE1α核糖核酸酶的直接靶目標(biāo)，IRE1α通過剪切和tRNA連接酶RTCB作用產(chǎn)生稱為剪接的XBP1(XBP1s)[2]，XBP1s mRNA的翻譯產(chǎn)生了一種有效的XBP1轉(zhuǎn)錄因子，這種轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的表達(dá)，反過來調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的折疊、分泌、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白質(zhì)降解(ERAD)和脂質(zhì)合成等多種生物活動(dòng)。IRE1的激活還可以導(dǎo)致下游的氨基末端激酶(C-JNK)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特有的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶12(Caspase 12)的活化，從而導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡。除了對XBP1的影響，在持續(xù)的ERS條件下，IRE1可以促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)附近的mRNA降解，這些mRNA被認(rèn)為表現(xiàn)出類似于XBP1的莖環(huán)識(shí)別基序，其機(jī)制被稱為IRE依賴的mRNA降解。

1.2 PERK通路

PERK是一種跨膜蛋白，具有N端壓力傳感結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域。GRP78解離后，PERK自身磷酸化而激活其激酶結(jié)構(gòu)域，激活的PERK主要底物是真核翻譯起始因子2α(eIF2α)。經(jīng)PERK磷酸化激活的eIF2α通過阻止80 s核糖體的組裝暫停mRNA的翻譯，從而導(dǎo)致新合成蛋白質(zhì)下降，緩解蛋白質(zhì)過載。但PERK導(dǎo)致的eIF2α磷酸化能促進(jìn)一些在5′區(qū)域有上游開放閱讀框的mRNA，如活化轉(zhuǎn)錄因子4(ATF4)的翻譯。ATF4是結(jié)合cAMP反應(yīng)元件的C/EBP轉(zhuǎn)錄因子家族的轉(zhuǎn)錄因子，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激條件下被強(qiáng)誘導(dǎo)，可以使蛋白折疊、自噬、氧化還原穩(wěn)態(tài)、氨基酸代謝和凋亡等相關(guān)的UPR靶基因發(fā)生轉(zhuǎn)錄。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中，高表達(dá)的ATF4上調(diào)生長抑制DNA損傷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子，如C/EBP同源蛋白(CHOP)，也稱生長抑制DNA損傷153基因(GADD 153)以及GADD 34的表達(dá)。CHOP高表達(dá)能抑制抗凋亡基因的表達(dá)，激活促凋亡基因[5]。GADD 34則參與了磷酸化eIF2a蛋白的去磷酸化作用，從而能使蛋白質(zhì)的合成中斷得以恢復(fù)，形成負(fù)反饋調(diào)節(jié)。

1.3 ATF6通路

ATF6是一種在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被合成為非活性前體，具有兩個(gè)被BiP結(jié)合屏蔽的高爾基體定位信號(hào)的跨膜蛋白，含有一個(gè)胞質(zhì)bZip轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)域。在哺乳動(dòng)物ATF6有ATF 6α和ATF 6β兩種亞型。ATF6與BiP解離后，定位于高爾基體，在高爾基體被蛋白裂解酶S1P和S2P剪切，被剪切的活性片斷進(jìn)入胞核，成為轉(zhuǎn)錄因子遷移到核誘導(dǎo)編碼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶蛋白如GRP78，GRP94，CHOP，XBP1的表達(dá)[6]。如果慢性或急性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激過強(qiáng)，適應(yīng)UPR無法恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，則進(jìn)入導(dǎo)致細(xì)胞死亡的“終末UPR”，通過活性氧(ROS)產(chǎn)生、促凋亡的BCL-2家族成員上調(diào)，持續(xù)的ER鈣釋放，micro RNA調(diào)節(jié)等途徑誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。UPR在正常細(xì)胞生長和應(yīng)激條件下有重要作用，總的來說這些作用包括：誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯在G1/S階段；抑制蛋白質(zhì)合成，以防止進(jìn)一步的蛋白質(zhì)聚集和積累對細(xì)胞造成的損傷加重；上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位蛋白如GRP78，GRP94鈣聯(lián)蛋白和鈣網(wǎng)蛋白等的表達(dá)以提高內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對聚集蛋白的處理能力；激活ERAD減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負(fù)荷；當(dāng)ERS嚴(yán)重或狀態(tài)持續(xù)存在時(shí)，UPR促進(jìn)ERS相關(guān)凋亡通路，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

2 人參皂苷

根據(jù)人參皂苷中甾體結(jié)構(gòu)和羥基(糖基)的數(shù)量，可將其分為擬人參皂苷元、原人參二醇類(PPD)、原人參三醇類(PPT)和齊墩果酸[6]。其中常見的PPD包括Rb1，Rb2，Rb3，Rc，Rd，Rg3，Rh2，Rs1，Rk1；PPT包括Re，Rf，Rg1，Rg2，Rh1等。不同類型的皂苷成分在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路中可以發(fā)揮有效作用，從而影響疾病發(fā)生發(fā)展，總體來說其作用包括：促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生，增加癌細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮抗腫瘤作用；抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激強(qiáng)度，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的正常細(xì)胞的死亡，從而保護(hù)器官。

2.1 人參皂苷通過促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡，發(fā)揮抗腫瘤作用

腫瘤因?yàn)槠渖L迅速等特點(diǎn)常常導(dǎo)致腫瘤處于缺氧、營養(yǎng)缺乏和酸性廢物積累等環(huán)境，腫瘤微環(huán)境的特殊性能有效激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，因此癌細(xì)胞整體處于一種相對較強(qiáng)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)。正常細(xì)胞過強(qiáng)的UPR啟動(dòng)可導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而在腫瘤微環(huán)境中，癌細(xì)胞則進(jìn)化UPR以緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，作為生存策略。同時(shí)UPR在癌癥對化療或放療的耐藥產(chǎn)生中發(fā)揮重要作用[7]。但如果內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激持續(xù)存在或加重，癌細(xì)胞無法通過UPR重建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激則從促生存狀態(tài)轉(zhuǎn)為促凋亡狀態(tài)。促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激啟動(dòng)凋亡通路可能是一種抗腫瘤活性的治療策略。多種人參皂苷成分可以通過促進(jìn)癌細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而發(fā)揮抗腫瘤作用。人參皂苷復(fù)合物K(CK)并非天然人參皂苷，是其他二醇型人參皂苷在腸道細(xì)菌中的代謝產(chǎn)物。人參皂苷CK能激活未折疊蛋白中PERK，IRE1和ATF6三條信號(hào)通路，上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的相關(guān)蛋白(GRP78，p-PERK，p-IRE1，p-eIF2α，p-JNK，caspase4，CHOP)的表達(dá)，從而抑制人肝癌細(xì)胞HepG2及SMMC-7721的增殖，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作用，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[8]。人參皂苷PPD可以通過磷酸化PERK，eIF2α，剪接XBP1 mRNA，ATF6，激活UPR，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡[9]。人參皂苷Rg3則被證明對多種癌細(xì)胞有抗腫瘤療效，包括乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌、黑色素瘤等多種腫瘤中發(fā)揮作用[10-12]。也有研究發(fā)現(xiàn)[13]，Rg3在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)均可以抑制膽囊癌細(xì)胞的增殖和存活。最近研究進(jìn)一步證明[14]，Rg3是通過激活膽囊癌細(xì)胞系中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的PERK途徑誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。另一方面，Rg3可通過CHOP蛋白介導(dǎo)人肝癌細(xì)胞死亡受體5(DR 5)的上調(diào)，使細(xì)胞對TRAIL介導(dǎo)的凋亡敏感，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[15]。人參皂苷Rh2則可以上調(diào)ATF4，CHOP和caspase-4的表達(dá)，以劑量依賴性誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞凋亡，抑制癌細(xì)胞增殖[16]。

2.2 人參皂苷通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑抑制細(xì)胞凋亡，發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用

在正常細(xì)胞中，營養(yǎng)缺乏、缺氧、氧化應(yīng)激及脂肪酸堆積等都可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，過強(qiáng)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以造成細(xì)胞凋亡，影響器官正常功能，降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的凋亡則可以減輕器官損傷。肝臟作為代謝的主要器官，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以損傷其胰島素信號(hào)通路，使糖尿病病情加重。Ponnuraj等[17]發(fā)現(xiàn)，人參皂苷RK1+RK5的混合物通過調(diào)節(jié)胰島素樣生長因子2受體、CHOP和C/EBP基因的表達(dá)，能有效增加葡萄糖攝取，改善胰島素抵抗。人參皂苷Rg1則能夠抑制c-JUN氨基末端激酶(JNK)的磷酸化而減弱心肌細(xì)胞缺血再灌注損傷，保護(hù)心肌細(xì)胞[18]。在阿爾茲海默癥大鼠模型中，Rg1通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的JNK凋亡通路發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[19]。也有研究表明Rg1可以通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激減輕單側(cè)輸尿管梗阻模型中腎間質(zhì)的纖維化，發(fā)揮腎臟保護(hù)作用[20]。除此之外，Rg1對多種肝臟疾病也有治療作用。自由脂肪酸的聚集將會(huì)引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過誘導(dǎo)炎癥、細(xì)胞凋亡，與胰島素抵抗、肥胖、糖尿病和肝癌相關(guān)聯(lián)。非酒精性肝炎患者CHOP，Caspase-12，GRP78的升高也說明了非酒精性脂肪肝與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的相關(guān)性。Rg1可以通過活化NF-κβ途徑的核因子κ-輕鏈增強(qiáng)子和酒精性肝炎中炎性體激活來抑制炎癥反應(yīng)，同時(shí)可以降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白，對非酒精性肝病發(fā)揮治療作用[21]；另一方面，Rg1預(yù)防用藥可能通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)信號(hào)分子，改善肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激進(jìn)而減輕肝細(xì)胞凋亡，從而抑制CCl4誘導(dǎo)的小鼠急性肝衰竭的炎癥反應(yīng)[22]。

西洋參皂苷(PQS)是西洋參的主要活性成分，主要含有人參皂苷Re，Rb2，Rd，Rb1，Rg1，Rb3。研究發(fā)現(xiàn)，PQS可通過抑制PERK-eIF2α-ATF4-CHOP途徑，阻止甘油三酯(TG)引起的心肌細(xì)胞凋亡[23]，此外，PQS通過抑制CHOP誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)急性心肌梗死后左心室重構(gòu)[24]，同時(shí)PQS也可以通過對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的抑制，減少細(xì)胞凋亡和神經(jīng)突的損傷，改善大鼠脊髓損傷模型的功能恢復(fù)[25]。研究證明[26]，ASK1/JNK/P38MAPK通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡中有重要作用，抑制ASK1信號(hào)通路可減少細(xì)胞凋亡。人參皂苷Rd通過抑制ASK1-JNK通路，可以阻止大鼠脊髓缺血再灌注損傷后的神經(jīng)元凋亡。人參皂苷Rb1則可以通過下調(diào)p-JNK水平來發(fā)揮脊髓保護(hù)作用[27]，并且可以抑制H2O2誘導(dǎo)的大鼠PC12細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，降低GRP78，抑制caspase12的活化[28]。

3 總結(jié)與展望

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與多種疾病的發(fā)生發(fā)展、腫瘤的環(huán)境適應(yīng)及耐藥性等相關(guān)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路可以作為許多藥物的作用靶點(diǎn)，通過抑制正常細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，或者促進(jìn)腫瘤細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的強(qiáng)度，能有效減少細(xì)胞凋亡，或者加速腫瘤細(xì)胞的死亡，從而發(fā)揮疾病治療和抗腫瘤作用。人參具有良好的醫(yī)用及藥用價(jià)值，其中的有效成分人參皂苷具有多種結(jié)構(gòu)，各種結(jié)構(gòu)在作用方面有差異，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中有不同的作用靶點(diǎn)，可以通過促進(jìn)或者抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，發(fā)揮不同的作用，通過研究其具體作用靶點(diǎn)，能進(jìn)一步了解其作用機(jī)制，并為臨床用藥提供了依據(jù)。