王曉凡 謝超 叢敏

內質網是真核細胞質中的封閉管道系統(tǒng)，根據(jù)執(zhí)行不同功能的各種域分為粗面內質網和滑面內質網。粗面內質網執(zhí)行與膜合成和分泌蛋白相關的功能，在具有高分泌能力的細胞中廣泛存在?；鎯荣|網主要負責脂類的合成和運輸。內質網的結構與其功能相適應，不同細胞類型中細胞功能不同，滑面內質網和粗面內質網的相對豐度也會有所差異[1]。

一、內質網應激和未折疊蛋白反應

內質網在細胞中的一個重要作用是維持蛋白質平衡，它轉運機體中約30%的細胞蛋白，這些蛋白質在內質網中獲得適當?shù)恼郫B和構象。一些病理情況可造成內質網蛋白平衡紊亂導致ERS，可能由以下原因引起：1.內質網蛋白穩(wěn)態(tài)調控機制故障，2.錯誤折疊蛋白質的積累，3.蛋白質折疊能力和需求之間的失衡[2]。在內質網中，如果一些蛋白質不能被正確折疊或修飾，它們將在內質網膜上泛素化并隨后降解，這個過程稱為內質網相關的蛋白質降解(ERAD)。當已累積的錯誤折疊蛋白不足以被ERAD消除時，內質網就會激活UPR[3]。作為一個復雜的信號轉導通路，UPR傳遞內質網中蛋白質折疊狀態(tài)的信息，從而增強蛋白質折疊能力，降低未折疊蛋白負荷，如果這些機制都無法恢復內質網穩(wěn)態(tài)，將會誘導細胞凋亡[4]。

哺乳動物體內UPR通過三個內質網跨膜應激傳感器激活：肌醇依賴性激酶1(IRE1)、RNA激活的蛋白激酶樣內質網激酶(PERK)和活化轉錄因子6(ATF6)。在生理條件下，結合免疫球重鏈結合蛋白(BiP)與這些傳感器結合形成穩(wěn)定復合物。一旦UPR發(fā)生，管腔內未折疊或錯誤折疊的蛋白質會競爭性結合BiP，隨后BiP從UPR傳感器IRE1、PERK和ATF6中解離，導致它們的激活[5]。

IRE1是最保守的ERS傳感器，包括IRE1α和IRE1β兩種亞型。其中IRE1α是一種Ⅰ型跨膜蛋白，胞漿區(qū)含有激酶結構域和核酸內切酶(RNase)結構域，經未折疊蛋白信號刺激，內質網管腔結構域發(fā)生二聚化/寡聚化，誘導激活胞質區(qū)RNase結構域[6]。IRE1α的核酸內切酶活性將XBP1(X-box binding protein1)剪切為具有高度轉錄活性的XBP1s(spliced XBP1)，激活UPR[7]。XBP1s促進內質網蛋白折疊、分泌、脂質合成和ERAD[4]。

在ERS激活后，PERK也會形成寡聚體并發(fā)生自身磷酸化，并導致真核細胞翻譯起始因子2α(eIF2α)磷酸化。eIF2α磷酸化會抑制蛋白質翻譯與合成，導致內質網中蛋白質進入減少，因此有時間重新折疊并處理錯誤折疊的蛋白質，此為UPR的重要組成部分，旨在恢復內質網穩(wěn)態(tài)[8]；但它卻增強了激活轉錄因子4(ATF4)的翻譯。ATF4誘導促凋亡因子C/EBP同源蛋白(CHOP)、生長阻滯和DNA損傷誘導蛋白(GADD34)的表達。GADD34能夠使磷酸化的eIF2α去磷酸化，進一步形成PERK下游反應的負反饋調控機制。CHOP在持續(xù)ERS的存在下誘導促凋亡基因的表達[9]。

ATF6是一種含有胞漿cAMP反應元件結合蛋白/ATF堿性亮氨酸拉鏈結構域的跨膜蛋白，包括ATF6α和ATF6β兩種亞型。ATF6α在轉錄調控中起重要作用。ATF6α從內質網轉運到高爾基體后被位點1蛋白酶(S1P)和位點2蛋白酶(S2P)切割，產生的活性胞質ATF6片段遷移到細胞核中調節(jié)基因轉錄[10]。切割后的ATF6α激活UPR靶基因，包括ERAD、磷脂合成，并通過直接結合ERS反應元件協(xié)同轉錄XBP1靶基因[11]。

二、ERS和UPR在脂質代謝中的作用

雖然內質網的主要功能最初被認為是維持內質網的蛋白質內穩(wěn)態(tài)，但它同時也是脂質代謝的主要場所，很多參與脂質代謝的酶都位于內質網。許多研究也表明，UPR在維持代謝和脂質動態(tài)平衡方面起著至關重要的作用。若內質網功能失衡，會導致代謝紊亂，如肥胖、糖尿病、胰島素抵抗和脂質代謝異常等，對人體健康造成極大的威脅[12]。

脂質是細胞結構的一部分，參與細胞內穩(wěn)態(tài)、細胞間通訊和炎癥調節(jié)等基本功能[13]。肝臟通過調節(jié)各種脂質代謝途徑調控脂質平衡，而內質網是肝臟脂質合成的主要細胞器，在維持膜脂成分、肝內和血漿脂質平衡過程中發(fā)揮重要作用[14]。肝臟在生理條件下只經歷短暫的ERS，但當NAFLD發(fā)生時，這種ERS會轉變成慢性刺激。盡管ERS反應最初的目的是恢復細胞內穩(wěn)態(tài)，但慢性刺激誘導的ERS和相關的細胞反應實際上在NAFLD進展過程中會產生有害的后果[3]。IRE1、PERK和ATF6作為內質網中關鍵的傳感器控制脂質生成的質量[15]。

IRE1α可抑制肝臟脂質堆積，維持脂蛋白分泌，是肝臟脂質平衡的關鍵調節(jié)因子[13]。有研究表明，IRE1a通過下調CCAAT/增強子結合蛋白(C/EBP)β、C/EBP δ和過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)以及參與TG合成關鍵酶的表達來調節(jié)脂肪生成，ERS條件下肝細胞Ire1a缺失可導致嚴重的肝臟脂肪變性和血脂異常[16]。也有研究表明，肝細胞特異性Ire1α的缺失并沒有改變TG合成、脂質從頭合成，而是特異性地損害VLDL組裝和分泌。Ire1α的缺失導致蛋白質二硫鍵異構酶表達降低，并進一步降低了微粒體甘油三酯轉移蛋白(MTP)活性，MTP是低密度脂蛋白(VLDL)合成所需的蛋白質，其活性降低最終導致VLDL組裝受損，TG不能被有效運輸?shù)礁瓮舛鸶闻KTG堆積[17]。此外，IRE1α的下游轉錄因子XBP1直接上調脂肪生成相關基因，包括二酰甘油?；D移酶(dgat2)、硬脂酰輔酶A去飽和酶1(scd1)和乙酰輔酶A羧化酶2(acc2)。XBP1缺失會影響脂肪的合成，導致低膽固醇血癥和低甘油三酯血癥[18]。這似乎與IRE1α防止ERS誘導的脂肪變性的研究結果相矛盾。后來的研究表明，XBP1的缺失觸發(fā)了IRE1α的反饋激活以及隨后的RIDD(regulated IRE l-dependent decay)，RIDD誘導一系列編碼脂質代謝功能的胞漿mRNAs降解，從而降低了小鼠血漿的TG和膽固醇[19]。另一方面，有證據(jù)表明，IRE1α的負性調節(jié)因子BAX抑制因子1(BI-1)缺乏會通過過度激活的IRE1α加重NASH，伴隨炎癥小體的激活，肝損傷和炎癥[20]。

PERK通路也對肝臟脂質代謝產生調節(jié)作用。有研究表明，某些抗精神病藥物(如氯氮平)選擇性誘導PERK和eIF2α磷酸化，并進一步激活固醇調節(jié)元件-結合蛋白(SREBP)1c和SREBP-2，導致肝細胞脂質積累[21]。過表達eIF2α特異性去磷酸化酶--GADD34蛋白后，可選擇性破壞eIF2α磷酸化，進而降低此肝細胞特異性GADD34轉基因小鼠的肝糖原水平，并減輕高脂飲食誘導的肝臟脂肪變性[22]。PERK/eIF2α途徑的下游效應子ATF4被敲除后，在高果糖喂養(yǎng)條件下，此基因敲除小鼠肝臟脂質合成基因的表達顯著減少，參與脂肪酸氧化或VLDL-TG生成的蛋白表達并未受顯著影響，因此ATF4缺陷小鼠并未出現(xiàn)高果糖誘導下的肝臟脂肪積累及高甘油三酯血癥[23]。另有研究指出，衣霉素通過PERK-ATF4信號提高肝臟極低密度脂蛋白受體的表達，進一步通過增加脂蛋白向肝臟的運輸引起肝臟脂肪變性[24]。人類免疫缺陷病毒蛋白酶抑制劑(HIV PIs)在抗HIV的同時，產生的副作用之一即為肝臟脂代謝紊亂。小鼠體內外實驗研究表明：在應用HIV PIs誘導產生肝臟脂毒性條件下，CHOP-/-小鼠可通過抑制脂質合成基因的表達減少肝臟脂質累積[25]。因此，CHOP對HIV PIs導致的肝臟脂肪代謝異常和血脂異常發(fā)揮重要作用。

有研究指出ATF6對肝臟脂肪變性發(fā)揮保護作用。ATF6會增強PPARα的轉錄活性，并激活其下游與脂肪酸氧化相關的靶基因。因此，在飲食誘導的胰島素抵抗小鼠中,過表達活性形式的ATF6可促進肝臟脂肪酸氧化，抑制肝脂肪變性，而過表達活性區(qū)域缺失的ATF6則抑制了PPARα下游與脂肪酸氧化相關的基因的表達，進而引起肝臟中脂質累積[26]。也有研究發(fā)現(xiàn)，當喂食高脂飼料時，ATF6-/-小鼠出現(xiàn)了肝臟脂肪變性和葡萄糖耐量異常，并伴隨著SREBP-1c表達的增加。通過調節(jié)ATF6可能有益于肥胖癥患者的肝脂肪變性和胰島素抵抗的治療[27]。

綜上所述，ERS可調控肝臟脂質代謝，同時肝內脂肪沉積還可誘導ERS。肝臟脂質沉積既是ERS產生的原因，也是ERS的結果，二者形成一個正反饋循環(huán)，促進肝臟脂肪變性的發(fā)展。?zcan等利用高脂飲食誘導和遺傳ob/ob肥胖小鼠，對其肝臟和脂肪組織內質網應激標記物進行檢測，結果發(fā)現(xiàn)eIF2的磷酸化水平、PERK磷酸化水平和c-Jun氨基末端激酶(JNK)活性與野生型小鼠相比有所提高，表明肥胖可以誘發(fā)ERS[28]。此外，有研究指出，人原代肝細胞在游離脂肪酸體外刺激培養(yǎng)時，其脂質累積更容易導致ERS而不是氧化應激[29]。目前脂質介導的ERS誘導有兩個主要機制：第一種機制涉及細胞膜流動性的改變和鈣離子穩(wěn)態(tài)的紊亂。脂質超負荷影響膜的構成，膜的流動性以及肌質網Ca2+-ATPase活性發(fā)生改變，從而影響Ca2+穩(wěn)態(tài)，誘發(fā)ERS。此外脂質變化可以獨立于錯誤折疊蛋白的積累影響UPR信號，有證據(jù)表明當刪除UPR的IRE1和PERK腔內錯誤折疊的蛋白質傳感域后，棕櫚酸仍可以激活UPR，這成為脂質誘導ERS的第二種機制[3]。

三、UPR靶向治療NAFLD

由于缺乏治療NAFLD的有效藥物，增加體育鍛煉、控制飲食等改變生活方式的方法仍然是目前在疾病早期減緩疾病進展的有效手段[30]。ERS是NAFLD的致病特征之一，越來越多的實驗證據(jù)表明，靶向UPR信號通路可能為治療NAFLD提供理論依據(jù)。目前在NAFLD治療研究中，靶向UPR的分子主要分為：靶向PERK-eIF2α-ATF4信號、靶向IRE1α信號以及化學伴侶，此外還有一些Bip誘導劑以及CHOP抑制劑在NAFLD中的作用有待進一步探究[13]。成纖維細胞生長因子21(FGF21)在糖脂代謝中發(fā)揮重要作用，重組FGF21可通過抑制eIF2α-ATF4-CHOP信號通路減輕衣霉素誘導的ERS，緩解肝脂肪變性[31]。靶向IRE1α信號的治療策略主要是通過抑制IRE1α的核酸內切酶活性從而抑制XBP1s的產生。在高脂飲食誘導的非酒精性脂肪性肝病小鼠模型中使用IRE1a RNase活性抑制劑：STF-083010或4μ8c可有效阻止肝臟脂肪變性進展為NASH，并改善內質網應激下BI-1-/-小鼠的葡萄糖耐量[20]。化學分子伴侶可通過穩(wěn)定蛋白質折疊中間體來防止蛋白質聚集，促進蛋白質折疊并在體內和體外降低ERS[32]。但是一些化學分子伴侶應用于臨床研究并未得到理想效果，如在使用熊去氧膽酸的隨機試驗中，NASH患者的整體組織學與安慰劑相比未能改善[33]。此外，有研究表明用于治療糖尿病的PPARα/γ雙重激動劑能夠減輕db/db小鼠肝臟和脂肪組織的ERS，增強對胰島素的敏感性[34]。

四.展望

綜上所述，UPR不僅對維持機體蛋白質平衡發(fā)揮重要作用，其對脂質代謝的調節(jié)也開始引起研究者的關注。目前，雖然我們已經對蛋白質的加工折疊機制以及ERS通路有了較為清晰的了解，但仍有很多問題有待進一步研究。由于UPR有三個不同的分支，它們在ERS發(fā)生后的初始激活時間以及持續(xù)時間是不同的，因此需要運用有針對性的ERS誘導劑對三條通路的具體狀態(tài)進行深入了解。此外，當UPR被激活時，許多下游的靶基因也同時受到調控。例如：在蛋白質錯誤折疊的應激條件下，不僅伴侶蛋白和蛋白質修復基因被激活，UPR下游調節(jié)脂質穩(wěn)態(tài)的基因也被激活，內質網中是否存在某種機制調節(jié)各種代謝之間的平衡？細胞中這種平衡調節(jié)的具體機制又是什么？因此，對于內質網應激和脂質代謝之間關系的進一步探究將有助于我們更加清晰地了解疾病發(fā)生發(fā)展過程，從而為臨床治療提供一定的理論依據(jù)。