李 斌 ， 李道稳 ， 郭 琳 ， 肖希龙 ， 汤树生

(中国农业大学动物医学院 ， 北京海淀100193)

未折叠蛋白反应影响炎症发生发展的研究进展

李 斌 ， 李道稳 ， 郭 琳 ， 肖希龙 ， 汤树生

(中国农业大学动物医学院 ， 北京海淀100193)

炎症反应是机体的免疫防御反应，但也是一些慢性疾病的病因或机制，未折叠蛋白反应(UPR)是当细胞发生内质网应激时，细胞应对蛋白折叠错误的一系列信号传导过程。进年来通过对UPR的研究，不仅使人们对许多非感染性疾病有了深入的了解，而且发现UPR引起的炎症反应是许多慢性疾病的重要发病机制。因此，本文综述了该领域的新近进展，阐述UPR在炎症发生发展过程中的信号转导分子机制，以期为相关疾病的预防及其治疗提供理论依据。

1 未折叠蛋白反应

在内质网应激的不同时期，UPR通过分子伴侣葡萄糖调节蛋白78(GRP78)和内质网膜上内质网跨膜激酶1α(IRE1α)，蛋白激酶样内质网激酶(PERK)和转录活化因子6α(ATF6α)等跨膜感受器蛋白，调控着细胞的稳态[1]。

IRE1α属于Ⅰ型跨膜蛋白，具有丝/苏氨酸蛋白激酶和特异性核酸内切酶活性，GRP78的解离使其激活，剪切转录因子X盒结合蛋白1(XBP1)的mRNA形成具有活性的剪切型XBP1(sXBP1)。sXBP1转位于细胞核中作用于内质网应激反应元件(ERSE)和未折叠蛋白反应元件(UPRE)，诱导促进蛋白折叠、加强内质网结构和功能，内质网相关降解(ERAD)等基因的转录[2]。IRE1α还能激活IRE1α依赖性降解(RIDD)以减少内质网膜相关mRNA的量，从而减少蛋白的分泌。PERK也属于内质网膜上的Ⅰ型跨膜蛋白，GRP78的解离，使PERK二聚化及磷酸化而激活。另外，内质网膜的脂质成分也可激活PERK，反映脂质代谢异常也能触发UPR[3]。活化的PERK磷酸化真核起始因子2α(eIF2α)，抑制eIF2-TC的形成，进而抑制多数mRNA的翻译，使细胞能够应对内质网应激。同时磷酸化的eIF2α能通过转录因子4(ATF4)激活氨基酸代谢相关、抗氧化应激、自噬相关的基因。ATF6α是内质网膜上的Ⅱ型跨膜蛋白，当GRP78解离后，ATF6α转位到高尔基体，被第一位点蛋白酶(S1P)和第二位点蛋白酶(S2P)剪切为分子量为50 kD的胞质片段，然后迁移至细胞核，继而激活促进内质网功能和折叠的基因的表达，以及促进ERAD途径的发生[4]。另外，Gardner B M等[5]研究发现在酿酒酵母中，错误折叠蛋白能直接与IRE1α在内质网腔内区域的缩氨酸凹槽结合而启动UPR，不过这种机制是否也发生在PERK、ATF6α通路中仍有待研究。

2 UPR调控炎症反应的分子机制

研究发现，UPR与炎症反应之间通过各种机制相互联系。包括核转录因子-κB，炎性复合体，c-Jun氨基末端激酶(JNK)，活性氧及内质网钙释放等。

UPR与多种炎症相关分子的产生相关，核转录因子-κB(NF-κB)作为炎症反应的核心转录因子，可诱导白介素、肿瘤坏死因子、单核细胞趋化因子等多种炎性因子的表达。非应激状态下，NF-κB与NF-κB抑制蛋白(IκB)结合并以无活性的形式存在于细胞质中。当发生内质网应激时，UPR的3条通路均可通过不同的机制激活NF-κB。IRE1α活化后，与衔接蛋白TNF受体活化因子2(TRAF2)相互作用并招募IκB激酶复合体(IKK)，引起IκB磷酸化降解，从而激活NF-κB，NF-κB迅速转位到细胞核调控炎症反应相关基因的转录。在敲除IRE1α基因的小鼠胚胎成纤维细胞中，IKK的活性低于对照组的两倍，且NF-κB表达也明显减少，而恢复IKK活性后，NF-κB的表达又得以提高[6]。PERK的活化抑制了包括IκB在内的蛋白翻译，从而增加了NF-κB向核内的转移，而且在此过程中eIF2α的磷酸化发挥着非常重要的作用[7]。尽管活化的PERK能抑制多数蛋白翻译，但也调控某些与适应功能相关的基因优先表达，如转录调节因子ATF4。作为一种转录因子，ATF4及其下游蛋白CHOP也均能引起NF-κB的活化。ATF4能够与一些炎症基因的启动子或是与其他的转录因子(如c-Jun)结合进而激活NF-κB[8, 9]。CHOP也能通过促进白介素(IL)-1受体相关激酶(IRAK)2和半胱天冬酶(caspase)11的表达而激活NF-κB及其他炎症途径[10-11]。ATF6α活化后能通过磷酸化蛋白激酶B(AKT)而激活NF-κB，其具体机制有待进一步研究。

当发生内质网应激时，UPR的三条通路也可通过不同的机制激发炎性复合体的组装，炎性复合体是caspase-1活化所必需的反应平台，调控IL-1β、IL-8、IL-33等促炎细胞因子的加工及活化。Overley-Adamson B等[12]研究发现，当IRE1α激活时，一种新的信号肽段从内质网上的瞬时受体电位钙通道蛋白1(TRPC1)上解离，促使NLRP3炎性复合体活化，从而介导IL-1β及IL-18的分泌和成熟。IRE1α和PERK也均能通过硫氧还蛋白反应蛋白(TXNIP)活化NLRP3炎性复合体，进而促进IL-1β的成熟。Simard J C等[13]研究表明，银钠米粒能引起人单核巨噬细胞的内质网应激，激活炎性复合体以及IL-1β的分泌，而用S2P的抑制剂抑制ATF6α信号通路能显著抑制IL-1β的分泌及成熟。UPR也可以通过NF-κB途径激活IL-1β前体及NLRP3炎性复合物而介导炎症反应的发生发展。

另外，IRE1α途径还可以招募凋亡信号调节激酶1(ASK1)最终通过c-Jun氨基末端激酶(JNK)而激活另一种转录因子激活蛋白1(AP-1)，进而诱导肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素(IL)-8等多种炎症介质基因的表达[14]。蛋白的错误折叠，钙离子释放，ROS也均可以介导炎症反应。未折叠或错误折叠蛋白在内质网腔中的蓄积可引发内质网腔内钙离子渗漏，释放的钙离子在线粒体基质中被浓缩，引起线粒体内膜去极化，干扰电子转运，使ROS产生增加，而ROS又进一步增加内质网钙离子释放通道的敏感性及蛋白错误折叠，这些刺激均可以激活钙离子依赖性蛋白激酶而介导炎症的发生发展。

3 UPR与炎症性疾病

内质网应激和炎症反应常常能引起代谢旺盛的细胞和免疫细胞的功能障碍，二者互作对话，参与调控多种疾病，如动脉粥样硬化、炎症性肠病、癌症、代谢性疾病、神经退行性等。

3.1 UPR与动脉粥样硬化 研究发现，所有动脉粥样硬化区的血管内皮细胞中，UPR相关基因均有上调，证明动脉粥样硬化内皮细胞中UPR普遍存在。Bai Y等[15]研究发现，氧化低密度脂蛋白能激活UPR通路进而诱导血管内皮细胞凋亡。在动脉斑块区域可检测到多种趋化因子高表达，这些趋化因子诱导单核细胞、嗜中性粒细胞、淋巴细胞等炎症细胞进一步聚集，加剧炎症反应，影响斑块稳定性，其中巨噬细胞的凋亡是导致易损斑块形成的主要原因。YAO shu-tong等[16]发现，内质网应激的抑制剂4-苯基丁酸能显著抑制氧化低密度脂蛋白所诱导的巨噬细胞内胆固醇蓄积，进而抑制巨噬细胞的凋亡。斑块纤维帽的主要成分是血管平滑肌细胞分泌的胶原纤维和弹性蛋白，血管平滑肌细胞的凋亡增加使纤维帽变薄引起斑块不稳定性增加。使用氧化低密度脂蛋白处理人血管平滑肌细胞后，IRE1α-JNK通路激活，PERK、p-eIF2α、IRE1α表达及ATF6入核都增多，最终导致平滑肌细胞凋亡[17]。在ApoE基因敲除的小鼠模型研究中，动脉粥样斑块内GRP78、P-PERK以及CHOP的表达均增高，说明了UPR存在于动脉粥样硬化的各个时期[18]。

3.2 UPR与炎症性肠病 IRE1是内质网膜上的Ⅰ型跨膜蛋白，在敲除XBP1基因小鼠肠上皮细胞中，UPR被激活，GPR78表达增加，继而通过JNK途径介导炎症反应，且在小鼠肠道内，不仅肠上皮细胞中成熟的潘氏细胞、杯状细胞数量减少，抗菌功能受损，易发生自发性肠炎，而且XBP1缺陷能引起JNK磷酸化和嗜酸性粒细胞趋化因子分泌过多，使肠上皮细胞对微生物或细胞因子敏感性增加而产生炎症[19]。另外，黏液基因蛋白2(MUC2)作为肠道黏液的大分子，是由杯状细胞分泌的，在抵御病原的入侵中发挥非常重要的作用。Heazlewood等[20]在MUC2基因突变的小鼠中研究发现，当杯状细胞内MUC2蛋白错误折叠并聚集增多时，UPR被激活，进而介导杯状细胞凋亡增加，黏膜屏障受损，并通过UPR介导的NF-κB入核增多，引起IL-1β、肿瘤坏死因子(TNF)-α、γ干扰素(IFN-γ)表达增加介导炎症性肠病的发生。Cao S S等[21]用葡聚糖硫酸钠诱导小鼠结肠炎，研究发现，野生型结肠炎小鼠UPR激活，GRP78、ATF4、CHOP、XBP1表达均增加，而敲除ATF6基因的小鼠由于UPR通路异常而使凋亡信号通路被激活，细胞凋亡增加，肠上皮黏膜损伤更为严重。因此，UPR对于肠上皮细胞至关重要，其信号通路会严重影响炎症性肠病的发生发展。

3.3 UPR与癌症 炎症反应的持续发生在癌症的发生、促进、恶性转化、侵袭和转移等过程中起到非常重要的作用。而大多数癌细胞的生长增殖及扩散都依赖于内质网分子伴侣的高蛋白质合成和折叠能力，以及其抑制肿瘤细胞的凋亡。而且癌症中UPR的激活能启动肿瘤细胞的转录程序进而形成一个肿瘤发生的炎性环境，以对抗恶劣的环境变化，如组织缺氧、氧化应激、营养供给不足等。研究证实在前列腺癌细胞中，UPR激活能活化XBP1s诱导IL-6、TNF-α转录增加，而这些促炎物质能促进炎症反应介导的肿瘤恶化[22]。另外肿瘤细胞中UPR 的活化能影响机体的抗肿瘤免疫反应，发生内质网应激的肿瘤细胞能分泌溶性因子进而上调巨噬细胞中促炎因子的表达，包括IL-6、IL-23、P19和TNF-α，而UPR未被激活的肿瘤细胞并不能分泌这种溶性因子[23]。在肿瘤细胞中UPR的PERK通路和IRE1α通路均能够增加促进血管再生相关基因的转录，包括血管内皮生长因子A(VEGFA)、纤维母细胞增长因子2和IL-6[24]。PERK通路在肿瘤细胞的增殖和存活中也起着重要的作用，PERK通路能够通过激活Nrf2而抑制DNA的氧化应激损伤进而促进肿瘤细胞的增殖，而当PERK的激酶结构域发生突变失活时，细胞存活能力降低。因此UPR及炎症在癌症的发生发展中起着非常重要的作用，抑制UPR及炎症可能成为抑制癌症发展、治疗癌症的有效策略。

4 小结与展望

内质网应激作为多种应激反应的共同通路，通过UPR调控炎症反应，并参与多种慢性炎症性疾病的病理过程。目前UPR信号通路调控不同细胞炎症反应的具体机制仍有待进一步研究，这对于相关疾病的了解和诊疗具有重要的指导意义。随着对UPR与炎症反应关系的深入研究，人们会更加清楚的认识这些疾病的发病机制，进而能开辟新的治疗途径。而如何掌握生理性UPR与病理性UPR的平衡，及如何运用这种平衡去恢复内环境稳态将会是一个重要的研究方向。

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2016-10-19

国家自然科学基金(31372486)

李斌(1990-)，男，硕士，从事兽医药理及毒理学研究，E-mail：lb2016@cau.edu.cn

汤树生，E-mail：tssfj@163.com

S852.3

A

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