内质网应激在肝脏疾病中的研究进展
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·2679·https://www.chinagp.net E-mail: ******************.cn2024年7月 第27卷 第21期中国全科医学
·综述与专论·
内质网应激在肝脏疾病中的研究进展
李川,吴云冲,杨颜颜,卢桃,刘玉娟,林世德*
563000 贵州省遵义市,遵义医科大学附属医院感染科*通信作者:林世德,教授/博士生导师;E-mail:*****************.cn
【摘要】 大量研究证实内质网应激(ERS)与肝脏疾病的发生、发展密切相关,但ERS与肝脏疾病进展的关联
机制目前尚未明确,还需进一步探索。诸多研究发现,适度的ERS能激活未折叠蛋白反应(UPR)以保护细胞,而严
重或持续的ERS将诱导细胞凋亡。因此,探讨ERS在肝脏疾病发病机制中的作用可能有助于发现新的治疗策略。故
本文就ERS和UPR在多种肝脏疾病中的研究现状及其潜在治疗策略进行阐述。
【关键词】 肝病;内质网应激;未折叠蛋白反应;细胞凋亡;炎症
【中图分类号】 R 256.4 【文献标识码】 A DOI:10.12114/j.issn.1007-9572.2023.0545
Advances in Endoplasmic Reticulum Stress in Liver Diseases
LI Chuan,WU Yunchong,YANG Yanyan,LU Tao,LIU Yujuan,LIN Shide*Department of Infectious Diseases,Affiliated Hospital of Zunyi Medical University,Zunyi 563000,China
*Corresponding author:LIN Shide,Professor/Doctoral supervisor;E-mail:*****************.cn
【Abstract】 A large number of studies have confirmed that endoplasmic reticulum stress(ERS)is closely related to the
development and progression of liver diseases,but the mechanism of the association between ERS and liver disease progression
has not been clarified and needs to be further explored. Numerous studies have found that moderate ERS can activate the unfolded
protein response(UPR)to protect cells,while severe or persistent ERS can induce apoptosis. Therefore,exploring the role of
ERS in the pathogenesis of liver diseases may help to discover new therapeutic strategies. This paper describes the current research
status and potential therapeutic strategies of ERS and UPR in various liver diseases.
【Key words】 Liver disease;Endoplasmic reticulum stress;Unfolded protein reaction;Cell apoptosis;Inflammation
1 ERS
ER广泛存在于各种真核细胞中,是一种非常敏感
的细胞器,任何不利因素均可能导致其内环境平衡紊乱。
正常情况下,ER分子伴侣蛋白,如葡萄糖调节蛋白78
(glucose regulating protein 78,GRP78)与ER膜蛋白紧
密结合而处于失活状态,从而保持ER的稳定性。当发
生ERS时,大量未折叠和/或错误折叠蛋白在ER腔内
聚集并竞争性与GRP78结合,从而激活UPR[6]。真核
细胞适应ER核信号UPR系统,以缓解ERS或阻止细
胞凋亡。当发生轻至中度ERS后,UPR被启动以纠正
未折叠或错误折叠的蛋白质使ER内稳态恢复,这种类型的UPR被称为“适应性或细胞保护性”UPR。然而
基金项目:国家自然科学基金资助项目(81860114)引用本文:李川,吴云冲,杨颜颜,等. 内质网应激在肝脏疾病中的研究进展[J]. 中国全科医学,2024,27(21):2679-2684. DOI:10.12114/j.issn.1007-9572.2023.0545. [www.chinagp.net]LI C,WU Y C,YANG Y Y,et al. Advances in endoplasmic reticulum stress in liver diseases[J]. Chinese General Practice,2024,27(21):2679-2684.© Editorial Office of Chinese General Practice. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.内质网(ER)是细胞内重要的细胞器,可促进线
性多肽和蛋白质的适当折叠。此外,ER不但是体内多
种物质合成的重要场所,而且还维持细胞内Ca2+的浓度。
研究发现,当某些生理或病理因素引起机体稳态紊乱时,
大量未折叠和/或错误折叠的蛋白在ER腔内聚集,诱
发内质网应激(ERS)[1-2]。ERS激活未折叠蛋白反应
(UPR),通过阻止新蛋白的合成和增加未折叠蛋白的
降解,最终减少ERS以恢复ER稳态[1,3]。若ERS持
续时间过长,ER稳态无法及时恢复,UPR可激活细胞
内的凋亡信号诱导其凋亡[4]。诸多研究发现,ERS与
多种肝脏疾病的发生、发展密切相关[5]。因此,探讨
ERS
在肝脏疾病发病机制中的作用具有重要临床意义。
扫描二维码查看原文·2680·https://www.chinagp.net E-mail: ******************.cnJuly 2024,Vol.27 No.21Chinese General Practice
在发生严重或持续的ERS后,UPR则被过度激活,导
致细胞内凋亡信号被激活,这种类型的UPR被称为“不
适应或终末期”UPR[7]。
2 ERS信号通路
在哺乳动物细胞内UPR信号是由3种ER跨膜蛋白
启动,通常被称为UPR的3条分支传感器[6]:分别为
活化转录因子6(ATF6)、蛋白激酶R样内质网激酶
(PERK)、肌醇需求蛋白1(IRE1)。当激活ATF6、
PERK和IRE1将调节下游多个基因的转录,从而促进
蛋白质的正确折叠有助于重建ER的稳态[8-9]。2.1 ATF6通路
ATF6是一种跨膜蛋白,在哺乳动物中存在两种亚
型:ATF6α和ATF6β,它们含有不同的转录激活结
构域。在生理状态下,ATF6α和ATF6β的分子量分
别为90 KD和110 KD。发生ERS时,分别被酶解成
50 KD和60 KD,分别与GRP78解离。在高尔基体内
ATF6被蛋白裂解酶S1P、S2P剪切,被剪切活性片段进
入细胞并作为转录因子迁移到细胞核,诱导ER伴侣蛋
白,如糖调节蛋白94(GRP94)、C/EBP同源蛋白(CHOP)、
编码结合蛋白1(XBP1)、GRP78的表达[8]。2.2 IRE1通路
IRE1在哺乳动物分别有IRE1α和IRE1β两种亚
型。IRE1α广泛表达,并通过其激酶和胞浆内切核酸
酶结构域介导下游信号传导[10]。当与GRP78解离后,
IRE1α寡聚化和自身磷酸化诱导构象变化并激活核糖
核酸酶结构域;同时,错误或未折叠的蛋白也能直接与
IRE1α结合,从而诱导结构变化[11]。有研究发现,
IRE1 mRNA在肠上皮细胞中表达,推测IRE1β mRNA
参与了消化组织特异性的表达[10]。此外,IRE1还参与
调节各种生物进程的活性,如蛋白质折叠、ER相关蛋
白质降解(ERAD)和脂质合成。其中,IRE1α激活还
可导致c-Jun N-末端激酶(JNK)和ER特异性半胱氨
酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)12的活化,从而诱导细
胞凋亡[12]。2.3 PERK通路
PERK是一种跨膜蛋白,其主要底物是异源三聚体
真核生物翻译起始因子2α(EIF2α)蛋白激酶家族,
其UPR的激活过程与IRE1相似。ERS时,PERK会自
身磷酸化并激活EIF2α,可降低ER中蛋白质的翻译和
折叠,从而减少蛋白质合成。有研究发现,PERK还能
促进转录因子ATF4的翻译,并与多种应激通路、UPR
相关炎症信号、ER分子伴侣转运、抗氧化应激以及自
噬等密切相关[13],与此同时,本研究还发现ATF4能
促进下游CHOP基因的表达,而CHOP被认为是EIF2α
和ATF4下游较关键的促凋亡因子之一,与肝脏疾病的发病机制密切相关。ERS激活时,ATF4的过表达能增
加生长抑制DNA损伤因子的转录,其中CHOP的表达
最明显。然而,过表达CHOP不仅能抑制抗凋亡基因的
表达,还可激活促凋亡基因表达,导致肝细胞凋亡。
此外,在UPR激活过程中,ATF6、PERK和
IRE1α之间可能存在串扰的复杂关系[15]。当发生ERS
时,会产生大量未折叠或错误折叠蛋白与GRP78结合,
导致UPR通路的PERK、ATF6和IRE1α分支激活,
并启动各自的信号级联反应。PERK和IRE1α的二聚
化和磷酸化激活了其各自的下游通路,即PERK磷酸化
EIF2α-ATF4和IRE1α剪接的XBP1,以促进细胞存活。
然而,ATF6则被招募到高尔基体,由S1P和S2P酶处
理剪切后的ATF6则进入到细胞核诱导靶基因的表达,
促进细胞存活。反之,如适应性UPR不能及时纠正
ER稳态,则ERS加重或持续表达,将会诱导为终末期
UPR,激活PERK-EIFA-ATF4-CHOP、ATF6-CHOP、
IRE1α-肿瘤坏死因子受体相关因子2(TRAF2)-凋
亡信号调节蛋白1(ASK1)-JNK1以及钙离子信号通路,
最终导致细胞凋亡(图1)。
3 ERS与肝脏相关疾病
3.1 ERS与酒精性肝病(ALD)
ALD是因长期大量饮酒导致的肝脏损伤,起初通常
表现为脂肪肝,进一步加重可发展为酒精性肝炎、肝纤
维化及肝硬化,甚至引起肝癌。以往研究表明,在ALD
患者中,肝细胞内存在脂质代谢紊乱,导致神经酰胺大
量聚集,诱导ERS的产生和胰岛素抵抗[15]。还有研究
表明,肝细胞内铁离子过量可激活IRE1α和PERK诱
导ERS,从而使肝细胞更易受损伤[16]。使用酒精喂养
小鼠可促进PERK激活和ATF4依赖的烟酰胺N-甲基
转移酶(NNMT)上调,表明PERK-ATF4-NNMT轴上
调与饮酒导致脂肪变性有关[14]。最新研究发现,白桦