心力衰竭发病中的内质网应激机制
5页1、心力衰竭发病中的内质网应激机制北京大学医学部 生理与病理生理学系作者:刘秀华 文章号:W031666心力衰竭是在长期、慢性神经内分泌和细胞因子系统激活引起心肌重塑的基础上出现的重要心血管系统病理过程,是心血管疾病晚期共有的终末器官损害,疗效差,死亡率高,是临床上亟待解决的重大问题。防止和延缓心肌重塑的发展是心力衰竭治疗的根本策略。钙稳态失衡、蛋白质合成改变和细胞凋亡是影响心肌重塑发生、发展和转归的重要因素,因而也是心力衰竭进展和预后主要的影响因素。内质网(endoplasmic reticulum, ER)是调控细胞钙稳态、蛋白质合成和细胞凋亡的重要亚细胞器,还调控脂质和胆固醇合成、钙稳态、细胞凋亡等细胞基本生命活动。内质网通过启动并整合细胞核、线粒体和高尔基体等亚细胞器反应,决定肥大心肌细胞的转归:恢复自稳态和修复损伤发挥代偿作用,或损伤加重乃至死亡,以致出现心力衰竭。ERS 常早于、并可进一步诱导基因转录水平上的核反应和代谢水平上的线粒体反应。适度的内质网应激有利于心肌细胞代偿,持续而严重的内质网应激则触发内质网相关细胞凋亡,造成肥大心肌由代偿转向衰竭,是心力衰竭发生的重要分子机制
2、。 1 心肌细胞的内质网应激反应 心肌细胞的内质网系统非常发达,通常被称为肌浆网(sacoplasmic reticulum, SR)。肌浆网,心肌细胞内肌浆网沿肌原纤维排列,并通过 T 管与心肌细胞膜联系。心肌细胞的肌浆网主要由包绕肌丝的网状纵形小管(longitudinal SR, L-SR)、参与形成三联管的终末池(Junctional SR, J-SR)和位于肌节 I 带的特化非终末池(specialized non-junctional SR)三部分组成。肌浆网理化环境改变和肌浆网过负荷等因素均可以导致未折叠/误折叠蛋白聚集和钙稳态失衡等内质网功能紊乱状态,即内质网应激。其中理化性因素的改变主要是细胞营养物质如氨基酸、葡萄糖和脂类的剥夺和高血糖、高同型半胱氨酸血症、缺血(氧)和毒性物质(如重金属)等。而肌浆网过负荷主要包括未/误折叠蛋白质增加和钙浓度改变,如肌浆网内误折叠蛋白聚集,或突变蛋白、未组装蛋白多肽的表达和正常蛋白质的过表达和肌浆网 Ca2+超载或耗竭。内质网应激反应(ER stress response)主要包括未折叠蛋白反应(unfolded protein re
3、sponse,UPR)、内质网过负荷反应(ER overload response,EOR)和类固醇调节级联反应三类。其中 EOR 发生于过多的膜蛋白通过 ER 的转运时,主要见于病毒感染产生大量病毒糖蛋白时,此时 ER 发出信号活化转录因子NF-B 以诱导免疫与促炎反应基因如干扰素和细胞因子表达。类固醇调节级联反应主要发生于ER 膜上固醇剥夺时,引起类固醇合成基因的转录5。而未折叠蛋白反应是研究最为充分的一类内质网应激反应,与心力衰竭的发病密切相关。UPR 主要表现为蛋白质合成的暂停和肌浆网功能相关蛋白的上调,旨在调节肌浆网蛋白质合成稳态。 1.1 UPR 时蛋白质合成暂停及其信号途径 UPR 时细胞首先出现蛋白合成暂停,其调控发生在蛋白合成起始阶段,由 PERK(PKR like ER kinase)途径介导,旨在减少未折叠蛋白/错误折叠蛋白在 ER 沉积和聚集。PERK 属 I 型 ER 跨膜蛋白,具有感受器和效应器两个功能域,前者位于 ER 腔面的氨基端,可以感受未折叠蛋白/错误折叠蛋白聚集信息,后者位于 ER 膜胞浆侧的羧基端,具有蛋白激酶活性,也可以由膜上寡聚化而激活7。正
4、常状态下,与 GRP78 结合的 PERK 以无活性复合物存在;ER 内聚集未折叠蛋白或误折叠蛋白与 GRP78 结合后,暴露 PERK,使其寡聚化并活化,进而磷酸化真核细胞翻译起始因子 2(eukaryotic initiation factor 2,eIF2),从而减少蛋白合成8。eIF2 蛋白包含 、 和 等 3 个亚基,生理状态下,eIF2 与 GTP 结合募集起始子蛋氨酰(methionyl)tRNA 到 40S小亚基核蛋白体上,形成活性较低的 eIF2小亚基核蛋白复合体,后者识别并结合 mRNA,再装配成具有蛋白质合成功能的核蛋白复合体,随后 GTP 被降解,形成 GDP 结合型 eIF2,后者经 eIF2 作用重新形成 GTP 结合型 eIF2 蛋白,进入下一轮核蛋白复合体组装与启动。内质网应激时,PERK 磷酸化 eIF2 蛋白的第 51 位丝氨酸,使 eIF2 无法由 GDP 型向 GTP 型转换,因此 eIF2 不能再被重复利用,造成真核细胞蛋白质翻译启动和合成降低,新蛋白合成减少。 1.2 内质网功能蛋白合成上调及其信号途径 UPR 还诱导内质网与蛋白质合成、折叠
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