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内质网应激与细胞凋亡【摘要】死亡受体活化和线粒体损伤是两条经典的介导细胞凋亡信号传导通路，近来研究发现过度内质网应激可 启动细胞凋亡，是一条新的细胞凋亡信号传导通路，这一信号传导通路包括非折叠蛋白反应和钙离子起始信号等 机制，内质网应激可特异性激活Caspase 一 12，Caspase 一 12裂解CaSpase 一 3等下游效应蛋白酶，最终导致细 胞凋亡关键词】内质网；细胞凋亡；Caspase — 12内质网(endoplasmic reticulum，ER)是真核细胞中蛋白质翻译合成和细胞内钙离子的储存场所，对细胞应激反 应起调节作用内质网应激可由多种原因引起，如缺氧、饥饿、钙离子平衡失调、自由基侵袭及药物这些刺激 引起从内质网到胞浆和胞核的信号传导，最终导致对存活的适应或凋亡许多疾病的发病机制都与内质网应激引 起的凋亡有关，如阿尔茨海默病、帕金森氏病等神经变性性疾病，糖尿病，外伤性脑损伤，扑热息痛引起的肾小 管损伤在肝脏疾病方面，非酒精性脂肪肝、胆汁淤积和酒精性肝病，乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒感染等的发 病机制均与内质网应激引起的损伤有关1 .内质网应激启动细胞凋亡的机制内质网介导细胞凋亡至少包括两种机制，分为非折叠蛋白反应(unfolded protein reaction，UPR)和钙离子起始信号 (calcium signaling)。

1.1 非折叠蛋白反应蛋白在内质网腔形成空间结构由许多分子伴侣蛋白协助，包括Bip / Grp78和Grp94及折叠酶类，如蛋白二硫 异构酶和肽基脯氨酰逆转录异构酶非折叠蛋白在内质网沉积，信号通过内质网膜传到人细胞核和胞浆，效应蛋 白上调编码Bip/Grp78和Grp94等内质网伴侣蛋白基因转录，并广泛减少蛋白翻译，以利于内质网蛋白折叠形成， 减少非折叠蛋白在内质网沉积和聚集，使细胞能够耐受及生存，这一针对内质网应激的反应称为非折叠蛋白反应 真核细胞有三种不同的机制处理内质网非折叠蛋白沉积：内质网伴侣蛋白基因转录的上调；蛋白质翻译减少; 非折叠蛋白由内质网移入胞浆并被降解非折叠蛋白反应是细胞对抗内质网应激的自身保护机制，即使在正常生 长状况下，新合成蛋白的非折叠和错误折叠也可发生，在真核细胞，它可发生于不同的亚细胞结构，如胞浆、线 粒体和过氧化物酶体，发生于内质网可引起机体的病理状态非折叠蛋白反应导致非折叠蛋白与内质网伴侣蛋白 Bip / Grp78结合，竞争性干扰Bip / Grp78与跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶一 Irel—a的相互作用Irels可传导不同类 型的信号：一个是细胞存活信号，另一个是死亡受体相关因子2(TRAf2)介导的死亡信号。

被激活后，lrel—a可招 募胞浆调节蛋白TRAV2，它依次招募、激活邻近的c—Jun N端激酶(JNK又称应激活化蛋白激酶SAPK，能通过 磷酸化使凋亡抑制蛋白Bcl—xL失活)途径的成分，现已证实JNK与细胞凋亡有关c—Jun N端的抑制激酶(JIK)是Irel—a的结合伴侣，哺乳动物细胞JIK有结合lrel和TRAF2的能力JIK通过 对Irels—TRAF2复合物形成的修饰，来调节由内质网蛋白折叠扰乱引起的信号传导Irel—a同源物IreI 一 8具有 核糖核酸酶活性，能切割28S rRNA，抑制蛋白翻译Irel—a / Irel — 8基因双敲除的细胞仍可发生穿过内质网膜 的信号传导，表明在哺乳动物细胞内质网伴侣蛋白转录的调节涉及多条信号途径除了对l—a和Irel 一 8的影响，内质网应激也激活另外两个内质网穿膜蛋白：PERK(RNA激活蛋白激酶的内 质网类似激酶)和ATF6(激活作用转录因子)与Irel相似，PERK在非折叠蛋白反应期间也发生低聚化和反向自身 磷酸化活化的PERK磷酸化共同的翻译起始因子eIF2. a，结果使所有蛋白的合成下调内质网应激使ATF6裂 解，ATF6是II型穿膜蛋白，在非内质网应激状态下ATF6主要以酶原形式(P9o )存在于内质网。

活化后其胞浆区域 可移位到细胞核，起亮氨酸拉链转录因子的作用ATF6引起内质网应激元件基因启动子区域激活，这些基因包括 提高蛋白在内质网腔折叠的蛋白，如Bip / Grp78和钙网膜蛋白等伴侣蛋白及CHOP / GADD153(生长停滞及DNA 损伤基因，gene for gro~h arrest andDNA damage)CHOP由内质网应激诱导并在生长停止和细胞死亡中起作用， Ire1. a和Ire1. 8，ATF6及PERK的活化均可对CHOP产生诱导，CHOP的激活是内质网应激反应的直接结果 CHOP / GADD153可降低Bc1. 2表达，使细胞谷胱甘肽耗竭引起细胞凋亡，但CHOP下游的级联尚未证实哺 乳动物细胞针对内质网应激还可激活内质网超负荷反应(ER Overload Response，EOR)，当大量膜蛋白在内质网沉 积，核因子NFkB被活化，最终产生对前炎性蛋白及干扰素、白介素等细胞因子的诱导这一反应可能与细胞抗 病毒感染的保护有关许多破坏蛋白折叠的刺激，如衣霉素、钙离子载体等对UPR和EOR都可激活，这两条途 径的内质网应激反应有不同也有重叠EOR因膜蛋白在内质网沉积引起，其通过NFkB的信号传导与UPR通过 Grp的信号传导不同。

1.2 钙离子信号钙离子可作为促有丝分裂或促凋亡信使发挥作用，取决于它的位置、胞浆浓度等，所有非肌肉细胞钙离子的 储存、释放和摄取都受内质网调节细胞内钙离子浓度通过钙离子通道，钙离子结合蛋白及与内质网和其它胞内 区的结合等复合作用来调节钙离子在内质网游离存在或以结合于钙网膜蛋白、钙联蛋白等腔内蛋白的形式存在 钙离子通过肌浆/内质网钙离子ATP酶(SERCA)从胞浆中摄入，通过肌醇.1, 4, 5.三磷酸受体(InsP3R) /钙离 子通道或ryanodine recepter /钙离子通道释放内质网钙离子稳态的破坏可引起细胞凋亡，毒胡萝b素通过抑制 SERCA而引起细胞凋亡内质网的UPR和钙离子信号之间存在串扰(crosstalk)，如钙网膜蛋白(calreticulin)是内质 网腔的主要钙离子结合伴侣蛋白，可通过控制SERCA和InsP3R的活性而调节钙离子水平，它同时也是UPR诱导 的糖蛋白结合伴侣蛋白，其过表达可导致对凋亡的敏感性增JJ1][6J2. 内质网与线粒体介导凋亡信号通路之间的串扰过度内质网应激也可能涉及线粒体及细胞色素c的协同作用而使Caspase激活和细胞凋亡内质网〜e3 / Ca2 通道的开放影响线粒体钙离子的平衡，〜P3/Ca2通道又是Caspase. 3的作用靶标之一。

对HeLa细胞的研究发现 内质网腔钙网膜蛋白水平在调节细胞对药物诱导凋亡的敏感性上起重要作用，其过多表达导致细胞对毒胡萝b素 和星形孢菌素的敏感性增加，并与细胞色素C(Cyt. C)从线粒体释放增加有关钙网膜蛋白缺乏的细胞可明显抗凋 亡，这与Cyt. C从线粒体释放减少和Caspase. 3的低水平活化有关，但不能除外钙网膜蛋白作用于其特异的底物， 而底物也在调节细胞凋亡敏感性上起作用Cyt. C释放和效应Caspase的活化可被Bc1.2家族抗凋亡成员如Bc1. 2 或Bc1. XI.所阻断用内质网应激诱导剂布雷菲尔德菌素A(BFA)或衣霉素处理Rat 6胚胎成纤维细胞，均在效 应Caspase. 3活化之前或同时引起Cyt. C释放，其Cyt. C的释放，不仅可被野生型Bc1. 2阻断，而且针对内 质网的突变型Bc1. 2(Bc1. 2/cb5)也可对其阻断，并不需要与线粒体结合来发挥Cyt. C释放的抑制作用，这种 串扰是〜Caspase依赖性的，机制有待阐明3. Caspase-12与内质网应激介导的细胞凋亡内质网应激介导细胞凋亡调节的一个主要因素是Caspase. 12它在小鼠组织中广泛存在，肌肉、肝脏和肾脏 中高表达，但也有报道其在小鼠脑及肝组织中表达极低，而在肺、脾中高表达。

它位于内质网的胞浆面，被过度 内质网应激活化，这些应激包括内质网钙离子平衡的破坏，内质网过多的蛋白沉积，非内质网应激介导的凋亡无 Caspase. 12活化Caspase. 12缺陷细胞，较有Caspase. 12表达的细胞对内质网应激介导的凋亡有更强抵抗，而 对非内质网应激介导的凋亡，二者敏感性相似表明Caspase — 12与内质网应激介导凋亡的机制有关，而与非内 质网应激介导的凋亡无关应用BFA或衣霉素可触发Caspase — 12活化，但最强的活化刺激是应用毒胡萝卜素或 钙离子载体°Caspase-12酶原激活为Caspase 一 12特异地由内质网损伤引起，重组Caspase 一 12切割并激活Caspase 一 9酶原，活性Caspase 一 12需与另外内质网应激分子协同使Caspase 一 9激活，活化的Caspase 一 9裂解Caspase 一 3酶原等效应Caspase，效应Caspase切割多ADP聚合酶(PAfuP)和多种其它细胞内的底物，最终导致细胞凋亡 Caspase 一 12对Caspase — 9的激活不依赖线粒体凋亡途径成分Apaf-1和细胞色素CCaspase： 12和Caspase 一 9的突变及Caspase 一 9的肽抑制剂(LEHD.)均可阻断这一凋亡反应。

内质网应激触发了一个包括Caspase 一 12, 9，3而非Cyt—C依赖的特异级联反应4. Cxtspase 一 12的活化机制内质网应激可能通过需钙蛋白酶对原Caspase—12裂解或通过Grp78 / C £ Lsp £ Lse 一 7复合物介导的机制而 使C£Lsp£Lse — 12激活需钙蛋白酶(calpain)与Caspase是调节细胞病理性死亡两个重要半胱氨酸蛋白酶家族， cMpMn是一个胞浆钙离子激活的中性半胱氨酸内肽酶，在动物细胞广泛分布最具特征的是两个广泛分布的calpain 同功酶，u—r和m—calpaino m—calpain可能与Cas—pase 一 12酶原活化有关，Caspase — 12上两个主要的cal —pain切割位点T132 / A133和K158 / T159均位于原域和大亚基之间在培养的神经胶质细胞，氧和糖缺乏(OCD) 类似于体内的缺血环境，可引发内质网应激反应，Caspase 一 12被裂解成许多〜35kDa的片段应用calpain抑制 剂(E64或MDL28170)可抑制OGD引起的Caspase. 12裂解，表明OGD引起的Caspase — 12活化是由cMpmn介 导。

也有研究提示需钙蛋白酶可通过灭活Caspase — 9, 3而作为Caspase活化过程的负性调节因素内质网应激 不仅诱导Caspase 12的表达，也引起胞质Caspase 一 7移位于内质网表面Caspase 一 7可能是Caspase 一 12的上 游调节物Rao等116]报道内质网应激导致Grp78 一前Caspase — 12 一前Caspase — 7复合物的形成，过度应激最 终使这一多聚复合物分裂，释放活性Caspase 一 12Caspase 一 7对Caspase 一 12活化可能也需要其它内质网应激 成分来调节活化Caspase 一 7在94位Asp和341位Asp处切割Caspase 一 12酶原，产生活性Caspase 一 12这 两位点与需钙蛋白酶切割位点不同Calpain或Caspase 一 7对Caspase 一 12原域的切割可能以某种方式破坏了膜 与Caspase — 12的联系，导致Caspase — 12活化Caspase-12激活物还有Irel TR. ~2复合物，在UPR过程，Irel 一a招募TRAF-2，其复合物促使Caspase — 12酶原聚集和活化。

5. Caspase. 。