龐欣欣 彭紫凝 邢玉鳳 張雅歌 石秀杰 韓佳瑞

450002 鄭州，河南省中醫(yī)院(河南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院)腎病科(龐欣欣，韓佳瑞)；450046 鄭州，河南中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院(彭紫凝，邢玉鳳，張雅歌，石秀杰，韓佳瑞)

糖尿病腎病(diabetic kidney disease，DKD)是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥之一，是導(dǎo)致ESRD的重要原因，大約35%～40%的1型或2型糖尿病患者會(huì)發(fā)展為DKD[1]。DKD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前尚不完全清楚，仍需進(jìn)一步深入研究其發(fā)病機(jī)制[2]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)在DKD發(fā)病及進(jìn)展中被證實(shí)占有重要地位[3]。ERS指因某些病理因素導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)環(huán)境穩(wěn)態(tài)被打亂的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境狀態(tài)，其中未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein reaction，UPR)是目前研究最為廣泛的一種ERS[4]。在UPR中，有3種反應(yīng)感受蛋白起主導(dǎo)作用，其中就包括蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)。

PERK是URP發(fā)生時(shí)最先被活化的跨膜蛋白[5]。PERK可以通過磷酸化真核細(xì)胞起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2α，eIF2α)，并通過活化轉(zhuǎn)錄活化因子4(activating transcription factor 4，ATF4)，直接或間接促進(jìn)下游促生存蛋白和促死亡蛋白的表達(dá)。PERK信號(hào)通路參與細(xì)胞內(nèi)多種生命活動(dòng)過程，在DKD發(fā)病以及進(jìn)展中可能發(fā)揮重要作用[6]。本文對(duì)PERK通路在DKD發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、PERK通路的生物學(xué)特征及功能

PERK是位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一種ERS跨膜感受蛋白，具有絲氨酸蛋白激酶的活性。在ERS未發(fā)生時(shí)，PERK作為與葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein 78，GRP78)結(jié)合的非活性單體存在，固定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，具有較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[7]。ERS發(fā)生時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)大量的UPR與GRP78蛋白結(jié)合，使PERK和GRP78蛋白的結(jié)合率降低，激活PERK通路。PERK與GRP78蛋白解離后，PERK發(fā)生二聚化，并自磷酸化，激活激酶域[8]，活化的PERK可以磷酸化eIF2α，抑制蛋白質(zhì)合成，繼而可以恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)或促進(jìn)細(xì)胞凋亡，激活轉(zhuǎn)錄因子ATF4，在細(xì)胞內(nèi)多種生命活動(dòng)過程中起著關(guān)鍵作用。

一方面，在輕度激活的PERK通路中，ATF4上調(diào)誘導(dǎo)磷酸化eIF2α的下游靶點(diǎn)-生長停滯與DNA損害可誘導(dǎo)基因34(growth arrest and DNA damage inducible protein 34，GADD34)磷酸酶的活性，GADD34表達(dá)可以通過去磷酸化eIF2α負(fù)反饋調(diào)節(jié)PERK通路，提高蛋白質(zhì)折疊能力，促進(jìn)PERK與GRP78蛋白結(jié)合，減輕ERS。與此同時(shí)，ATF4可以進(jìn)一步激活自噬、抗氧化反應(yīng)、氨基酸的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)細(xì)胞生存[9]。另一方面，當(dāng)PERK通路被持續(xù)激活時(shí)，ATF4水平持續(xù)上調(diào)，不僅激活GADD34，還能促進(jìn)C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein，CHOP)基因的表達(dá)，其表達(dá)活化了細(xì)胞凋亡途徑[10]。在此過程中，ATF4-CHOP異二聚體啟動(dòng)修復(fù)mRNA翻譯，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成增加，促進(jìn)氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡[9]。

PERK通路參與機(jī)體對(duì)應(yīng)激因素的反應(yīng)過程，可通過PERK通路不同部位的特異性調(diào)節(jié)，干預(yù)細(xì)胞存活或死亡。例如，PERK直接抑制劑GSK 2656157可以抑制PERK蛋白的表達(dá)，調(diào)節(jié)PERK通路參與的各種應(yīng)激反應(yīng)[11]。ERS抑制劑4PBA可以干預(yù)細(xì)胞eIF2α磷酸化，下調(diào)CHOP蛋白表達(dá)，參與整體調(diào)控PERK通路[12]。綜合應(yīng)激反應(yīng)抑制劑ISRIB，可以通過抑制雌激素受體，來抑制ATF4的表達(dá)，調(diào)節(jié)PERK通路，阻斷UPR激活[13]。Guanabenz和Sephin1可以選擇性地抑制體內(nèi)蛋白磷酸酶1的亞基，作用于GADD34使eIF2α持久磷酸化，參與PERK通路的調(diào)節(jié)[14]。選擇性CHOP激動(dòng)劑Sulfonamidebenzamides可以上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子CHOP的mRNA表達(dá)，參與調(diào)控PERK通路等[15]，以上都可能通過精細(xì)調(diào)節(jié)PERK通路來干預(yù)細(xì)胞的存活或死亡。

二、PERK通路與DKD發(fā)病機(jī)制

在DKD中，多種因素如糖脂代謝紊亂、炎癥、晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end-products，AGEs)、血管緊張素Ⅱ(AngiotensinⅡ，AngⅡ)等均可以導(dǎo)致ERS的發(fā)生，誘導(dǎo)UPR反應(yīng)，進(jìn)而激活PERK通路[16]。適度的PERK通路激活能夠通過促進(jìn)ATF4形成，激活GADD34，緩解PERK自磷酸化，參與機(jī)體穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。但過度激活可破壞PERK通路平衡，增加 ATF4產(chǎn)生，上調(diào)CHOP蛋白表達(dá)，促進(jìn)炎癥因子、活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)、Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl-2-associated X protein，Bax)形成，進(jìn)而誘導(dǎo)足細(xì)胞損傷或凋亡，促進(jìn)膠原沉積等，加重DKD。同時(shí)PERK通路的過度激活，還可通過ATF4抑制細(xì)胞自噬功能，加重DKD進(jìn)展[9]。(圖1)

注：AGEs：晚期糖基化終產(chǎn)物；Ang Ⅱ：血管緊張素Ⅱ；GRP78：葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78；ERS：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；eIF2α：真核細(xì)胞起始因子2α；ATF4：轉(zhuǎn)錄活化因子4；ROS：活性氧自由基；GADD34：生長停滯與DNA損害可誘導(dǎo)基因34；Bax：Bcl-2相關(guān)X蛋白；CHOP：C/EBP同源蛋白；DKD：糖尿病腎?。籊SK 2656157為PERK抑制劑；ISRIB為ATF4抑制劑；Sulfonamidebenzamides為CHOP激動(dòng)劑；Guanabenz、Sephin1為GADD34抑制劑。圖1 PERK通路與DKD發(fā)病機(jī)制

1.PERK通路與細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是一種可由多種途徑誘發(fā)的細(xì)胞程序性死亡，與DKD腎臟損害密切相關(guān)。不少研究證實(shí)了PERK通路參與調(diào)控DKD細(xì)胞凋亡的發(fā)生[17]，抑制PERK通路可以保護(hù)細(xì)胞，阻止細(xì)胞凋亡。Chen等[18]研究發(fā)現(xiàn)PERK通路的激活參與DKD足細(xì)胞凋亡的過程，黃芪甲苷Ⅳ可以通過下調(diào)PERK-ATF4-CHOP通路來阻止ERS誘導(dǎo)的足細(xì)胞凋亡。Huang等[19]研究證實(shí)抑制PERK通路可以阻止腎小管上皮細(xì)胞凋亡，在DKD小鼠中，羥甲基戊二酰輔酶A還原酶降解蛋白1過表達(dá)可以降低磷酸化eIF2α的表達(dá)，抑制PERK通路，阻止了腎小管上皮細(xì)胞凋亡。

但是，也有研究發(fā)現(xiàn)阻斷PERK通路可能會(huì)促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Ji等[20]研究表明，在ERS發(fā)生時(shí)，PERK在人骨肉瘤細(xì)胞中高表達(dá)，敲除PERK導(dǎo)致細(xì)胞中GRP78蛋白增加，磷酸化eIF2α水平上升，促進(jìn)CHOP蛋白的表達(dá)和上調(diào)caspase-3蛋白水平，導(dǎo)致人骨肉瘤細(xì)胞凋亡，表明阻斷PERK通路可以促進(jìn)人骨肉瘤細(xì)胞凋亡。但在DKD中，目前普遍認(rèn)為PERK通路發(fā)揮促凋亡作用，尚未有文獻(xiàn)在DKD中報(bào)道PERK通路能抑制細(xì)胞凋亡，阻斷PERK通路導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡可能是DKD的治療靶點(diǎn)。

2.PERK通路與炎癥 炎癥在DKD的發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用[21]。不少研究證實(shí)下調(diào)PERK通路可以抑制炎癥。Hu等[22]認(rèn)為，DKD中有大量炎癥因子或促炎因子，刺激ERS發(fā)生，PERK通路在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔被激活，PERK蛋白表達(dá)上調(diào)，磷酸化eIF2α水平上升，連接蛋白43表達(dá)下調(diào)，繼而腎功能下降，一種大黃酸和L-精氨酸合成的新化合物可以通過抑制PERK蛋白表達(dá)，下調(diào)PERK-eIF2α通路，減弱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，上調(diào)連接蛋白43表達(dá)，繼而減少DKD中的促炎因子，減緩DKD發(fā)病進(jìn)展。Chen等[23]認(rèn)為，PERK通路參與了DKD的炎癥進(jìn)程，在DKD中，AGEs進(jìn)一步促進(jìn)GRP78蛋白表達(dá)上調(diào)，PERK磷酸化，炎癥因子白介素-6(interleukin-6，IL-6)等因子增加，牡丹皮萜苷類成分可以下調(diào)GRP78蛋白和磷酸化PERK表達(dá)，抑制PERK通路，減少IL-6等相關(guān)炎癥因子，減弱DKD中ERS相關(guān)炎癥。

然而，阻斷PERK通路也可能加重DKD的炎癥反應(yīng)。Guthrie等[24]研究發(fā)現(xiàn)，PERK通路在炎癥中具有雙重調(diào)節(jié)作用，一方面PERK抑制劑作用于星形膠質(zhì)細(xì)胞，證實(shí)PERK抑制劑可以下調(diào)PERK通路中ATF4和CHOP的表達(dá)，導(dǎo)致ERS 誘導(dǎo)的炎癥因子IL-6、趨化因子2(chemokine 2，CCL2)和 CCL20減少，另一方面，完全敲除PERK后阻斷了依賴性UPR反應(yīng)，減少ERS誘導(dǎo)的IL-6表達(dá)，但是沒有減少ATF4和CHOP蛋白的表達(dá)，反而加重了炎癥反應(yīng)，為研究阻斷PERK通路可促進(jìn)DKD炎癥反應(yīng)提供理論依據(jù)。但目前來看，PERK通路抑制炎癥的研究較少，而PERK通路激活促進(jìn)DKD的炎癥機(jī)制已被較多研究證實(shí)。我們推測，在DKD中，各種因素導(dǎo)致的持續(xù)ERS使得PEKR通路的激活可能是DKD作為免疫炎癥性疾病的重要病因。

3.PERK通路與氧化應(yīng)激 ROS是需氧細(xì)胞在代謝過程中產(chǎn)生的一系列活性氧集簇，ROS廣泛存在于DKD患者中，ROS產(chǎn)生同時(shí)抗氧化物質(zhì)減少，造成腎組織的氧化應(yīng)激狀態(tài)[25]，在DKD發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。大量研究證實(shí)，抑制PERK通路可以減弱氧化應(yīng)激。Cao等[26]研究表明，在DKD中，ERS發(fā)生促進(jìn)ROS產(chǎn)生，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制劑熊去氧膽酸(ursodeoxycholic acid，UDCA)抑制腎小球和腎小管中GRP78蛋白的表達(dá)，并進(jìn)一步下調(diào)磷酸化PERK和CHOP蛋白的表達(dá)，因此UDCA可以抑制PERK通路并減少高糖誘導(dǎo)下足細(xì)胞產(chǎn)生的ROS，減弱ERS誘發(fā)的氧化應(yīng)激，延緩DKD進(jìn)展。林浩飛等[27]認(rèn)為，PERK通路影響細(xì)胞氧化應(yīng)激，十溴聯(lián)苯醚誘導(dǎo)的小鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞中，GRP78蛋白和PERK表達(dá)上調(diào)，CHOP蛋白和Bcl-2升高，PERK通路激活，氧化指標(biāo)超氧化物歧化酶顯著降低，一氧化氮和丙二醛升高，表明氧化應(yīng)激水平上調(diào)，證實(shí)PERK通路參與細(xì)胞中氧化應(yīng)激，抑制PERK通路可以減緩細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激。Verfaillie等[28]研究證實(shí)，在ROS介導(dǎo)的ERS過程中，PERK通路通過維持促凋亡CHOP蛋白的水平和促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之間ROS信號(hào)的傳播而促進(jìn)細(xì)胞死亡，因此在PERK減少的細(xì)胞中CHOP蛋白表達(dá)降低，細(xì)胞凋亡減弱，同時(shí)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的線粒體損傷減弱，這表明抑制PERK通路能夠減緩細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激，進(jìn)而阻止細(xì)胞損傷。也有研究發(fā)現(xiàn)，低劑量ERS誘導(dǎo)劑TM可以激活適度的ERS發(fā)生，激活PERK通路來減輕糖尿病心臟缺血/再灌注損傷[29]。說明PERK通路在DKD氧化應(yīng)激損傷的雙面性。大多數(shù)研究表明，在DKD中PERK通路可以促進(jìn)ROS產(chǎn)生，抑制PERK通路可以減弱氧化應(yīng)激，緩解DKD。

4.PERK通路與自噬 自噬是發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)的一種適應(yīng)性改變的分解代謝過程[30]。在DKD發(fā)病過程中，自噬與多種細(xì)胞損傷有關(guān)[31]。目前多數(shù)研究表明，抑制PERK通路可以促進(jìn)細(xì)胞自噬。Fang等[32]研究表明，PERK通路的激活參與調(diào)節(jié)DKD中的自噬，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抑制劑可以通過下調(diào)PERK通路，減緩eIF2α磷酸化，下調(diào)促凋亡的CHOP基因的表達(dá)，增加自噬相關(guān)蛋白表達(dá)以恢復(fù)DKD中受損的自噬功能。Chiang等[12]研究證實(shí)，AGEs能夠誘導(dǎo)DKD系膜細(xì)胞ERS發(fā)生，進(jìn)一步激活eIF2α的磷酸化，上調(diào)GRP78、ATF4和CHOP蛋白表達(dá)，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激阻斷劑4-苯基丁酸通過下調(diào)PERK-ATF4-CHOP通路來激活自噬，進(jìn)而阻止了細(xì)胞凋亡，因此，抑制PERK通路可以刺激自噬保護(hù)細(xì)胞，緩解DKD進(jìn)展。

阻斷PERK通路也有可能抑制細(xì)胞自噬。Wang等[33]研究發(fā)現(xiàn)，PERK通路可以調(diào)控自噬激活，如腎臟近曲小管細(xì)胞在鉛誘導(dǎo)下發(fā)生ERS，促使PERK磷酸化繼而激發(fā)eIF2α-ATF4 -CHOP通路，激活PERK通路，顯著抑制細(xì)胞中自噬通量，促進(jìn)鉛誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，從而產(chǎn)生腎毒性，而敲除PERK阻斷PERK通路后，自噬標(biāo)記蛋白水平和自噬小體積累明顯降低，因此阻斷PERK通路會(huì)損傷細(xì)胞自噬進(jìn)而導(dǎo)致腎毒性。鐘申熹等[34]研究認(rèn)為，以PERK通路抑制劑預(yù)處理人骨肉瘤細(xì)胞后行光動(dòng)力療法處理，PERK通路受到阻滯，下游信號(hào)分子ATF4表達(dá)降低，同時(shí)自噬相關(guān)蛋白表達(dá)降低，自噬活性受到抑制。這些研究為阻斷PERK通路導(dǎo)致自噬抑制進(jìn)而加重DKD進(jìn)展提供了理論依據(jù)。就目前研究，PERK通路激活抑制DKD的自噬已被證實(shí)。我們推測，在DKD中，持續(xù)ERS發(fā)生而激活PEKR通路可能導(dǎo)致DKD自噬功能被抑制或喪失，進(jìn)而促進(jìn)疾病發(fā)生。阻斷PERK通路能否抑制自噬進(jìn)而加重DKD仍缺乏文獻(xiàn)報(bào)道，尚有待進(jìn)一步研究。

5.PERK通路與血管緊張素Ⅱ AngⅡ在DKD發(fā)展中起到中心作用[35-36]。適度下調(diào)PERK通路減少AngⅡ的產(chǎn)生，減緩DKD進(jìn)展，呂振嶸等[37]研究表明，AngⅡ可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞的PERK、eIF2α和CHOP蛋白表達(dá)升高，細(xì)胞中ERS激活PERK-eIF2α通路進(jìn)一步參與AngⅡ誘導(dǎo)心肌細(xì)胞的肥大過程，并且促進(jìn)CHOP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑，因此PERK通路參與AngⅡ誘導(dǎo)的細(xì)胞損害。Liu等[38]研究表明，血管緊張素I型受體阻滯劑可抑制AngⅡ介導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)合成，特異性VEGF受體抑制劑SU5416可以下調(diào)磷酸化VEGF受體和磷酸化PERK的表達(dá)，可以通過下調(diào)PERK通路，抑制VEGF來影響AngⅡ，保護(hù)足細(xì)胞，治療DKD。Ha等[39]研究證實(shí)，AngⅡ可以通過增加磷酸化PERK和ATF4蛋白，激活PERK通路，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上PERK-eIF2α-ATF4通路上調(diào)，導(dǎo)致足細(xì)胞損傷。所以在DKD中，PERK通路不僅可以調(diào)節(jié)AngⅡ的生成，而且參與AngⅡ的致病機(jī)制。以上研究表明，可以通過下調(diào)PERK通路來抑制ERS，減少AngⅡ的產(chǎn)生，緩解DKD。

6.PERK通路與其他 PERK通路可能通過影響多種因素，參與DKD的發(fā)病以及進(jìn)展。Park等[40]研究證實(shí)，在DKD中，PRMT1表達(dá)誘導(dǎo)促進(jìn)PERK通路上調(diào)，激活磷酸化eIF2α，促使CHOP蛋白表達(dá)，所以下調(diào)PERK通路可以抑制PRMT1的表達(dá)，阻止在DKD中ERS誘導(dǎo)的系膜細(xì)胞凋亡，緩解DKD。Pei等[41]研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食能通過PERK通路加重小鼠胰島素抵抗。Bao等[42]研究發(fā)現(xiàn)PERK通路參與了高糖誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化過程。

從ERS的功能角度來看，適度的激活PERK通路可以發(fā)揮保護(hù)作用，而過強(qiáng)或者長時(shí)間的激活可能加重?fù)p傷。但是，由于PERK通路的機(jī)制和功能復(fù)雜性，研究結(jié)果尚不完全一致。一些研究在其他疾病模型中證實(shí)了PERK通路的保護(hù)作用，但在DKD中，多數(shù)研究認(rèn)為PERK通路的激活可以通過誘導(dǎo)凋亡、促進(jìn)炎癥、抑制自噬、促進(jìn)氧化應(yīng)激損傷等機(jī)制發(fā)揮致病作用，阻斷PERK通路引起的各種損傷機(jī)制已被證明是不少新型DKD治療藥物的潛在機(jī)制。

三、結(jié)語

綜上所述，已有大量研究表明，PERK通路可以調(diào)控細(xì)胞凋亡、炎癥、氧化應(yīng)激、自噬、AngⅡ等，在DKD的發(fā)病和進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[36，43]。未來研究可以通過(1)直接促使藥物作用于腎臟細(xì)胞中PERK通路，使PERK通路下調(diào)保護(hù)細(xì)胞，延緩DKD發(fā)??；(2)反向利用藥物，尋找合適的藥物阻斷對(duì)腎臟有損害的細(xì)胞中PERK通路，以此來減少對(duì)腎臟有損害的細(xì)胞，達(dá)到治療DKD的目的；(3)可以通過藥物特異性作用于PERK通路的上游或下游分子，如PERK通路的抑制劑ISRIB等等，抑制ATF4調(diào)控PERK通路在DKD中的作用，進(jìn)而阻止DKD進(jìn)程。簡而言之，對(duì)PERK通路的精細(xì)調(diào)控，可以有效防治DKD。我們可以更進(jìn)一步的挖掘PERK通路在DKD中的作用，為DKD的防治提供更有效的治療靶點(diǎn)。