张翼飞，郑辑英，李东芳，李光来

(山西医科大学第二医院，山西 太原 030001)

内质网应激与脑缺血再灌注损伤研究进展

张翼飞，郑辑英*，李东芳，李光来

(山西医科大学第二医院，山西 太原 030001)

当今社会，随着人口老龄化的加剧，脑血管病的发病率逐年增高，且越来越趋于年轻化，其中又以缺血性脑血管病更为常见。在脑梗死后的超早期，溶栓治疗是恢复缺血区脑血流、挽救周边神经元的最佳方案，然而血液再灌注可能会造成严重的神经损伤。内质网应激(ERS)启动的凋亡途径，是一种新被发现的可以诱发凋亡的途径，有研究发现，内质网应激与脑缺血再灌注后神经细胞凋亡相关，且有人认为，内质网应激是脑缺血再灌注引起的神经损伤中很重要的环节[1]。

1 脑缺血再灌注损伤主要病理机制

脑缺血后，氧化应激、兴奋性氨基酸大量释放、离子稳态的变化及线粒体损伤等，最终导致神经细胞通过凋亡、坏死及自噬等途径死亡[2]。脑缺血再灌注后，尽管血流再通，氧的水平恢复，但是由于再灌注，血液中具有促炎作用的中性粒细胞渗透到缺血脑组织中，以及大量活性氧的产生，加重缺血区脑组织损伤，最终使线粒体功能障碍，导致细胞死亡及组织损害[3]。关于脑缺血再灌注后组织损伤的机制，有人概括为能量代谢衰竭、钙超载、氧化亚氮生成过多、兴奋性氨基酸的神经毒性、氧化应激、炎症及细胞凋亡等[4]。有研究发现，老年大鼠对脑缺血再灌注损伤具有更高的敏感性。脑缺血灌注损伤后，通过抑制星形胶质细胞的凋亡以改善脑损伤。

2 内质网的功能、内质网应激及未折叠蛋白反应

内质网(ER)是一个具有多种功能的动态的细胞器，对细胞内环境的稳定、细胞发展和细胞的应力反应性是必不可少的。内质网虽然与细胞外的内吞途径密切相关，但其是结构和功能复杂的细胞器。在广泛的过程中起着重要的作用，包括：合成、折叠、修饰、转运蛋白；磷脂和类固醇的合成和分布；管腔内钙离子储存和调节释放到细胞质[6]。内质网动态环境平衡和正常功能改变后，产生一种被称为内质网应激的状态。许多不同的因素可能会导致这种状态，由于有毒物质、未折叠的蛋白质在内质网中的积累，这种状态对于细胞的完整性是非常不利的，因此，恢复内质网的稳态对于细胞存活必不可少，如果内质网的功能不能恢复，就会导致细胞死亡[7]。细胞对于内质网应激的应答过程被称为未折叠蛋白反应(UPR)，是一个完善的信号级联反应。原则上，UPR通过多种一系列同时进行的反应来恢复内质网的正常运行。例如，分子伴侣蛋白的表达增加，以防止蛋白质的聚集，并促进正确的蛋白质折叠。此外，通过抑制蛋白质翻译使转运至内质网的蛋白质量减少。通过刺激膜脂质的合成来增加内质网容量。最终，通过激活内质网相关的蛋白质降解过程(ERAD)加速错误折叠蛋白质的降解。内质网应激后激活一系列的级联反应是有害的，因此，恢复内质网稳态对细胞的存活是必不可少的[7]。

3 未折叠蛋白反应与脑缺血再灌注损伤

UPR通过内质网上的三个跨膜蛋白启动相关路径。第一，蛋白激酶R样内质网激酶(PERK)信号通路：PERK由神经元合成，是内质网上的一种Ⅰ型跨膜蛋白，名为蛋白激酶R样内质网激酶，它的网腔部分可感受未折叠蛋白。当蛋白质错误折叠时，PERK从葡萄糖调节蛋白78(GRP78)上解离而活化，磷酸化下游蛋白真核转录因子(eIF2α)，导致蛋白翻译抑制，介导细胞凋亡[8]。也有人认为，内质网接收应激信号，PERK与GRP78/免疫球蛋白解离，使各自的结构域暴露，PERK激活，从而激活下游信号通路，启动细胞凋亡[9]。研究提示内质网应激通过PERK/eIF2a/Caspase-3途径促进细胞凋亡，阿托伐他汀干预可以通过降低PERK蛋白的表达、eIF2a去磷酸化程度及Caspase-3活性，进而减轻脑缺血再灌注损伤[10]。脑缺血再灌注损伤模型中，浅低温处理后海马p-PERK表达下调，提示浅低温可能通过抑制脑缺血再灌注小鼠海马PERK活性，减轻内质网应激反应，改善脑损伤[11]。第二，IRE1α-XBP1途径：肌醇需要酶1(IRE1)是最高度保守UPR的分支。这是一个内质网跨膜蛋白，N端为管腔传感器域，一个跨膜域和C-末端胞质效应区域，具有激酶和核糖核酸内切酶活性[12]。哺乳动物细胞有两个旁系，分别为IRE1α和IRE1β，具有相似结构，但功能不同。IRE1α感知内质网应激的能力取决于其与GRP78解离及其与折叠蛋白质的直接相互作用。这两种作用促使IRE1α从GRP78α解离、激活，进而与未折叠蛋白结合[13]。当IRE1α激活，管腔的内质网应激信号转导至胞浆，激活不同的信号转导通路。这些途径之一是IRE1α剪切XBP1 mRNA中的一个内含子，形成一种C-末端区与未剪接型X盒结合蛋白不同的具有转录因子活性的sXBP1蛋白[14]。sXBP1进入细胞核，与未折叠蛋白的反应元件结合，促进蛋白折叠，以缓解ERS，恢复内环境稳态[15]。持久的内质网应激促使sxBPl通过诱导CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白/生长停滞及DNA损伤诱导蛋白153(CHOP/CADD153)表达等途径启动细胞凋亡程序[16]。近年来研究发现右侧大脑中动脉栓塞再灌注后1 h，剪切型XBP1 mRNA水平可以达到约35倍的增高，它的增高与剪切型XBP1蛋白水平的增加是不平行的，可能与短暂性脑缺血诱导的蛋白翻译严重抑制有关[17]。IRElα-JNK途径：IRE1α也可以通过募集肿瘤坏死因子受体相关适配蛋白(TRAF2)来激活JNK[18]。活化后的JNK通过促进半胱天冬酶3(caspase-3)等凋亡基因表达，进一步启动死亡受体或线粒体途径诱导细胞凋亡[19]。且有研究发现，缺血性脑损伤往往伴随着神经细胞的凋亡增加，而这种细胞凋亡，与IRE1α/TRAF2，JNK1/2和p38 MAPK信号通路的持续激活具有明显的相关性[20]。第三，ATF6通路：活性转录因子6(ATF6)是一种内质网上的Ⅱ型跨膜蛋白。ERS发生时，未折叠蛋白积累，使ATF6从GRP78解离，转移到高尔基体。ATF6被裂解，形成活化后的同源二聚体形态，或与其他的转录因子一起形成异源二聚体，激活XBP1以及其他的UPR靶向基因，进而缓解内质网应激或促进凋亡[21]。在脑缺血动物模型以及复氧处理细胞模型中发现，牛磺酸可以通过下调裂解的ATF6和ATF6的比例，抑制ATF6的激活，抑制内质网应激，减轻细胞凋亡，产生脑缺血再灌注后的神经保护作用[22]。

4 内质网应激介导的凋亡通路与脑缺血再灌注损伤

内质网应激介导的经典的凋亡通路有CHOP、JNK、caspase-12三条途径。JNK通路于前面已做过叙述。

4.1 CHOP途径

CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白(CHOP)，又称滞及DNA损伤诱导蛋白153(ADD153)，是内质网应激介导的凋亡通路中特异的转录因子。在正常情况下，细胞内CHOP的表达很低，而在内质网应激反应时表达显著升高。UPR的3条通路都能诱导CHOP激活，CHOP可以通过下调抗凋亡基因Bcl-2的表达，诱导细胞凋亡[23]。TRB3是具有调节很多种转导级联反应的一种胞内假性激酶，是新鉴定的CHOP靶基因，内质网应激能诱导TRB3的表达，并受活性转录因子4(ATF4)和CHOP表达水平的调节，具有激酶结构域的TRB3能够与丝/苏氨酸蛋白激酶AKT结合，并且抑制AKT的活性。因为AKT具有抗凋亡能力，所以可推测CHOP可能诱导TRB3的表达，继而抑制AKT的表达活性，从而诱导细胞凋亡。生长停滞及DNA损伤诱导蛋白34(GADD34)也是CHOP的下游基因，其作用机制尚不完全明确[24]。Ding和Ba[25]的实验显示CHOP蛋白在脑缺血再灌注3 h后开始增高，至24 h达到高峰，48 h开始下降，与神经细胞的凋亡相一致。而α-二氟甲基鸟氨酸(DFMO)处理可以通过抑制CHOP的表达，抑制内质网应激，进而发挥缺血再灌注后的神经保护作用。

4.2 Caspase12途径

半胱天冬酶12(Caspase12)属于半胱天冬酶(Caspase)亚家族成员，在内质网发生应激时，以非活化形式存在于内质网胞浆面的Caspase-12被水解、活化，在细胞浆内激活Caspase-9及Caspase-3等，介导细胞凋亡。Caspase-12活化的机制主要有以下四种：第一，依赖于肿瘤坏死因子受体相关因子2(TRAF2)；第二，Caspase-7内质网转位；第三，钙离子依赖的钙蛋白酶(calpain)；第四，GRP78、Caspase-7和Caspase-12复合物途径[26]。Qiu等[27]人的研究证明，在体大脑中动脉栓塞后再灌注模型以及体外氧糖剥夺培养的神经元实验中，可卡因和安非他明调节转录物可以通过抑制GRP78，CHOP和Caspase12的表达，减轻神经细胞凋亡。

综上所述，许多研究已经证明，脑缺血再灌注损伤激发了内质网应激，ERS可以激活UPR、EOR、固醇调节级联反应，起到保护细胞的作用，但是过强或者长时间的内质网应激就会引起神经细胞坏死和凋亡。然而内质网应激的机制并不太明确，进一步了解内质网应激的机制以及与脑缺血再灌注损伤之间的关系，有望为缺血性卒中提供更有效的治疗方法。

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(本文编辑：张荣梅)

许可(1989— )，河南省周口市人，硕士学位，主要从事骨外科工作。

2016-11-30

*本文通讯作者：郑辑英