内质网应激反应对细胞的保护与凋亡作用(2)

　　1. 4 PERK - ATF4 - CHOP 通路

　　PERK 是内质网Ⅰ型跨膜蛋白，具有丝 / 苏氨酸蛋白激酶活性。PERK 结构和功能与 IRE1 非常相似，两者腔内的应激感应结构域在生物起源上也具有相关性，但是 PERK 的胞质结构域不具有内切酶活性[16].在内质网应激时，PERK 与伴侣蛋白 GRP78 解离，形成二聚体，胞质结构域发生自身磷酸化，使得其底物真核生物起始因子 2 （ eukaryotic initiation factor 2,eIF2） 的 α 亚单位 （ eIF2α ） N 端第 51 位丝氨酸（ Ser51） 磷酸化，抑制翻译起始复合物 （ eIF2 - GTP- Met - tRNAiMet） 中 GDP 与 GTP 的交换，从而降低蛋白质整体的翻译水平。近期，PERK 被发现大量存在于线粒体相关内质网膜 （ themitochondria - associat-ed ER membranes,MAMs） 中，对介导内质网和线粒体之间的相互作用起到了关键性的作用[17].在哺乳动物中，除了 PERK 还有其他 3 种 eIF2α激酶能够在 Ser51 磷酸化 eIF2α： ① PKR （ the double- strandedRNA - activated protein kinase） ,在病毒感染、ERS 和营养信号时激活； ② GCN2 （ generalcon-trol non - derepressible - 2） 在氨基酸缺乏或紫外线损伤时激活； ③ HRI （ heme - regulatedinhibitor kinase）在低血红素、亚砷酸盐中毒或热休克条件下激活，从而限制蛋白质的合成，减少内质网应激反应[18].磷酸化的 eIF2α 通过 “uORFs 扫描忽略”机制选择性的介导 ATF4 （ activating transcription factor 4）mRNA 表达水平的升高。ATF4 是 cAMP 反应元件结合转录因子 （ CREB） 家族成员，在内质网应激时能够诱导编码内质网伴侣蛋白 （ 如 GRP78、GRP94）和 UPR 相关转录因子 （ 如 XBP1） 的基因转录，也能够参与将 ATF6 从内质网运输到高尔基体。ATF4 通过诱导氨基酸的生物合成和转运以及推动抗氧化应激反应 和 刺 激 自 噬 基 因 的 表 达 （ 如 MAP1LC3B,ATG12,andBECN1） ,维护细胞的稳定和功能。

　　ATF4 进入细胞核后可以作用于下游因子，激活CHOP （ C / EBP - homologousprotein ） 、 GADD34（ growth arrest and DNA damage - inducible transcript34） 等蛋白的表达。CHOP 属于 C / EBP 转录因子家族成员，含有一个 N 端转录激活域和 C 端的 bZIP 结构域[19].在非应激状态下，CHOP 主要位于细胞质，其表达量很低； 而在内质网应激时，CHOP 表达量则大大增加，聚集在细胞核内[20],过量表达的 CHOP可促进细胞发生凋亡[21]: ①激活 GADD34,GADD34是编码蛋白质磷酸化酶Ⅰ复合体中的一个调节亚基，与蛋白磷酸酶 2C 促进 eIF2α 去磷酸化，恢复蛋白质翻译的启动； ②激活 DR5 （ Death receptor 5） ,CHOP通过调节 TRAIL - R2 的表达编码 DR5,从而激活caspase 蛋白级联反应[22]; ③激活 ERO1 （ Endoplas-mic oxidoreductin 1） ,将电子从蛋白质二硫化异构酶传输给 O2形成 H2O2,使内质网产生一个过氧化环境，引起细胞凋亡； ④ 激活 TRB3 （ tribble 3） 和Bim[23 -24]; ⑤抑制 Bcl -2,CHOP 能够与 CREB 形成二聚体，抑制 Bcl - 2 的表达，引起细胞凋亡； ⑥促进 Ca2 +的释放，通过肌醇三磷酸受体 （ IP3） 促进Ca2 +从内质网释放，不仅损伤伴侣蛋白的功能和蛋白折叠的能力，而且使得 Ca2 +进入到线粒体引起氧化应激反应和细胞的凋亡。除了 PERK,ATF4 和IRE1 都能诱导 CHOP 的转录，但 PERK - eIF2α -ATF4 是 CHOP 蛋白表达的主要信号通路[25].因此，在 ERS 早期 PERK 主要通过 eIF2α 抑制蛋白质的合成，从而促进细胞的生存； 随着 ERS 的延长，通过激活下游的 CHOP 推动细胞的凋亡。

　　2 与 ERS 相关引起凋亡的因素

　　2. 1 Ca2 +

　　内质网是细胞内 Ca2 +的主要储库。一方面，通过内质网膜上的 IP3通道将钙离子释放到细胞质； 另一方面，通过肌浆/ 内质网钙离子 ATP 酶 （ SERCA）将钙离子从细胞质摄入到内质网，从而维持细胞内钙离子的平衡。不同的应激反应下，内质网对于 Ca2 +的调节不同，引起的细胞反应固然也不同[26].例如，Ca2 +的急性释放主要通过对线粒体的损伤，引起细胞凋亡； 而 Ca2 +在内质网和线粒体相互作用位点处，通过 IP3Rs 缓慢且有节奏的释放能够维持 ATP 的水平和细胞的存活[27].钙网蛋白 （ calreticulin） 是内质网内主要的 Ca2 +结合伴侣蛋白，不仅介导内质网内蛋白质的正确折叠，还可通过控制 InsP3R 和 SERCA 的活性调节钙离子的水平。同时，钙网蛋白也是 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加[28].另外，Bak 和 Bax 也能引起 Ca2 +介导的细胞凋亡[29].正常情况下，位于内质网膜上的促凋亡蛋白Bak 和 Bax 与抗凋亡蛋白 Bcl - 2 结合而处于无活性状态。当内质网发生应激时，激活了 CHOP 蛋白和JNK 激酶，两者都能够抑制 Bcl - 2 的抗凋亡功能，并且同时导致 Bak 和 Bax 构象发生改变，从而破坏了内质网膜的完整性，使得 Ca2 +的释放进入线粒体，导致线粒体内 Ca2 + 浓度增加，导致细胞色素 C 释放，最终引起细胞凋亡。

　　2. 2 Caspase12

　　Caspase12 是 Caspase 亚家族成员，位于内质网外膜，且仅在啮齿类动物中表达[13].但是人类的Caspase - 4 与 Caspase - 12 同源性最高，在神经母细胞瘤及宫颈癌 HeLa 细胞的研究中，Caspase - 4 能够履行 Caspase -12 的功能[30].因此，Caspase -4 可能是人细胞中内质网应激特异性的 caspase.Caspase12 是介导 ERS 凋亡的关键分子，在死亡受体或线粒体凋亡途径中不被活化。正常情况下，Caspase - 12 以无活性的酶原形式存在，而当内质网发生应激时，caspase - 12 则被激活。激活的 caspase- 12 切割并激活 caspase - 9,活化的 caspase - 9 激活caspase - 3,从而导致细胞凋亡。ERS 诱导 caspase -12 激活主要有以下几种方式：calpain 的活化： calpain 是钙激活中性蛋白酶，属于半胱氨酸蛋白水解酶超家族成员，存在于细胞质，其活化依赖于 Ca2 +的存在。在内质网应激时，细胞内 Ca2 +浓度升高，引起 calpain 活化，剪切定位于内质网膜上的 procaspase - 12,使其活化。活化的calpain 在环状结构域剪切 Bcl - xL,使之由抗凋亡分子变为促凋亡分子[31].TRAF2 依赖性机制： 在正常情况下，TRAF2 与procaspase - 12 形成稳定的复合物； 而内质网应激时，JIK （ c - JunN - terminal inhibitory kinase） 活化，继而激活 JNK,使 TRAF2 磷酸化，磷酸化的 TRAF2 与IRE1 形成复合物，导致 procaspase - 12 与 TRAF2 分离，引起 caspase -12 活化，引起细胞凋亡[32].Caspase - 7 活化： 内质网应激反应时，胞质中的caspase - 7 自身活化，移位至内质网膜上，与 caspase- 12 形成复合物，并在 Asp94 和 Asp341 处切割 pro-caspase - 12,产生活性 caspase - 12,移位至胞浆中，活化下游的 caspase,引起细胞凋亡[33].

　　2. 3 IRF3

　　IRF3 （ Type - I interferons （ IFN） regulatory factor3） 位于细胞质，主要调节早期Ⅰ型干扰素和其他先天免疫相关基因的表达。IRF3 能够被内质网膜上的多功能衔接子 STING （ Stimulator of interferon genes）通过 TBK1 （ the TANK - binding kinase 1） 磷 酸化[34].活化的 IRF3 形成二聚体，转运到细胞核，与NFkB,AP - 1 和 IRF7 等转录因子结合形成多分子增强体，推动 ifnb1 的转录[35].近期的研究表明，对XBP1 和 ATF6 的抑制能够活化 IRF3,但具体机制尚未明确[36 -37].另外，IRF3 也能够与 Bax 作用促进病毒感染的细胞发生凋亡[38].

　　3 总结

　　未折叠蛋白或错误折叠蛋白在内质网内的大量堆积以及 Ca2 +的失衡能引起 UPR,抑制蛋白质的翻译，减少蛋白质在内质网内的堆积，从而对细胞起保护作用。但如果内质网应激反应持续进行，细胞就会从促生存转向促凋亡。但目前对于内质网应激引起的UPR 及其凋亡信号通路机制的研究还不是很明确。

　　近期也有越来越多的研究发现，内质网应激与肿瘤疾病的发生密切相关。内质网应激引起的信号通路错综复杂且紧密相联，通过对其研究能够更全面地了解肿瘤的发生、发展及细胞凋亡，为进一步找到有效的治疗靶点提供帮助。