内质网应激氧化应激及JNK通路与2型糖尿病
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生物内质网应激对线粒体功能的影响生物内质网(ER)是细胞内最重要的细胞器之一,对于细胞内蛋白的合成、翻译和折叠扮演着重要的角色。
在某些情况下,生物内质网的功能受到异常的压力,这就会导致生物内质网应激。
生物内质网应激会对细胞造成不良影响,如激活细胞凋亡通路等,同时也会影响线粒体功能,导致线粒体功能下降。
本文将从生物内质网应激对线粒体影响的角度入手,介绍生物内质网应激对线粒体的影响。
一、生物内质网应激的机制生物内质网应激是指生物内质网处于异常的应激环境下,导致生物内质网蛋白摄取和处理的异常,从而引起细胞内应激反应的过程。
生物内质网应激可以由多个因素引起,例如细胞外环境的变化,细胞内环境的异常等等,同时还涉及了多种信号通路,例如IRE1、PERK和ATF6等信号通路的激活。
在应激环境下,ER膜上合成糖蛋白与极性锰离子添加到蛋白质上的氧化性损伤,有令一种特殊的蛋白解除处理,称为“信号的联接”。
二、生物内质网应激如何影响线粒体功能生物内质网应激会影响细胞的多个方面,其中包括线粒体功能。
生物内质网应激会导致细胞中内质网相关蛋白质通道减少,从而影响线粒体的结构和功能,导致线粒体内膜电位的下降,redox价态的改变,Ca2+的内流以及线粒体DNA的变化等等。
同时,生物内质网应激也会调节线粒体膜的通透性以及交换钙离子时膜电位的改变,从而进一步影响线粒体的功能。
此外,生物内质网应激还可以激活线粒体自噬通路,进一步影响线粒体功能。
三、LINE-1对生物内质网应激的反应LINE-1是重复转座元件,可在人和其他哺乳动物的基因组中发现。
近年来,一些研究表明,在生物内质网应激作用下,LINE-1的活性会发生变化,并与细胞的应激反应和氧化应激有关。
特别是,研究发现,在生物内质网应激下,PERK信号通路被激活,从而导致线粒体的功能下降和DNA损伤。
此外,在生物内质网应激下,IRE1-XBP1信号通路被激活,进一步影响到线粒体自身的生物合成、二噁烷氧化和蛋白质翻译等过程,从而引起线粒体功能的改变。
内质网应激与自噬交互作用在糖尿病肾病发病中的作用庞欣欣1 邢玉凤2 彭紫凝2 张雅歌2 石秀杰2 韩佳瑞1,2,△(1河南省中医院(河南中医药大学第二附属医院)肾病科,郑州450002;2河南中医药大学第二临床医学院,郑州450046)摘要 内质网应激和自噬是维持细胞内环境稳态的重要方式。
研究表明,糖尿病肾病中多种刺激因素可以导致内质网应激和自噬的激活,这两者之间存在复杂的交互作用,可能在糖尿病肾病进展中发挥重要作用。
一般情况下,轻微刺激使内质网应激与自噬适度激活协同发挥对肾脏细胞的保护作用。
当刺激因素不能被有效缓解时,内质网应激与自噬之间的交互作用由协调保护性,变为失衡破坏性,进一步推动糖尿病肾病病程进展,这可能是糖尿病肾病未来治疗的新靶点。
本文主要针对近年来内质网应激与自噬交互作用在糖尿病肾病发病中的作用机制及研究进展做一综述。
关键词 糖尿病肾病;内质网应激;自噬;交互作用中图分类号 R587 糖尿病肾病(diabetickidneydisease,DKD)是糖尿病主要的微血管并发症之一,以蛋白尿、高血糖、肾功能下降为主要临床表现,病理上可见到系膜增生、肾小球硬化、肾小管间质纤维化等改变[1]。
DKD发病机制复杂,目前认为主要与糖代谢紊乱、炎症因子、氧化应激、遗传因素等有关[2]。
临床上治疗困难,多数患者不可避免地进展为终末期肾脏病,需要透析治疗[3]。
因此糖尿病肾病的发病机制以及干预靶点仍需进一步探讨。
近年研究发现,内质网应激(endoplasmicreticu lumstress,ERS)与自噬被证实参与了DKD的发病。
目前ERS与自噬在DKD中的具体作用和机制仍不完全清楚,存在争议。
此外,两者之间还存在着复杂地相互调控关系[4],其交互作用在DKD发病以及进展中可能发挥重要作用,有望成为DKD新的治疗靶点。
本文主要针对近年来ERS与自噬交互作用在DKD发病中作用机制的研究进展做一综述。
内质网应激信号通路及其与细胞凋亡的关系细胞内的内质网(Endoplasmic Reticulum,ER)是一种管状的细胞器,负责蛋白质合成、修饰和折叠的过程。
然而在细胞发生某些不利的环境或病理因素时,内质网中的蛋白质质量会发生异常,导致内质网应激(Endoplasmic Reticulum Stress, ERS)的产生。
为了应对内质网应激的影响,细胞会通过内质网应激信号通路来调节内质网的功能以及启动不同的反应途径。
这些途径中包括了细胞适应性反应、细胞凋亡等,其中内源性免疫反应和肿瘤发生有着极其密切的关系。
本文将会详细讲述内质网应激信号通路及其与细胞凋亡的关系。
1. 内质网应激信号通路的调节1.1 内质网应激的主要信号通路内质网应激过程主要涉及三条信号通路:IRE1、PERK和 ATF6。
当内质网中的蛋白质质量发生异常时,IRE1、PERK和 ATF6会分别受到调节,并产生不同的效应。
IRE1主要启动的是非常重要的XBP1 途径,这个途径可以增加细胞的反应性,并且促进蛋白质合成的过程。
PERK 的激活则会抑制细胞的翻译作用,而 ATF6 的激活则可以负责修复内质网。
它们相互干扰并且形成一条复杂的信号通路。
1.2 可以调节内质网应激信号通路的因素近年来的研究表明,一些因素可以调节内质网应激信号通路。
比如说,一种必需元素硒(Se)可以抑制内质网应激通路并且缓解其伴随的炎症反应。
同时,它也能够调节氧化还原状态,增加细胞的免疫反应和肿瘤治疗的效果。
1.3 其他可调节的信号通路内质网应激信号通路的研究仍在不断深入,许多其他因素也被发现可以影响这一通路的信号传递。
例如,IDH1的不同表达与内质网应激通路有关联,而KLF4这一转录因子则可以促进内质网应激的启动,并调节肿瘤干细胞的功能和表达。
2. 细胞凋亡细胞凋亡和内质网应激密切相关,很多情况下内质网应激会导致凋亡的发生。
因为细胞凋亡特别是内质网应激诱导的凋亡在许多诸如肝癌、肺癌等肿瘤病理上扮演着重要的角色。
内质网应激与氧化应激:恶性循环还是双刃剑?邱艳丽;李巧稚;郑亚琴;李倩【摘要】目的综述内质网应激与氧化应激之间相互作用关系的研究进展.探讨氧化应激与内质网应激相互作用诱发相关疾病的机制.方法阅读国内外文献数据库中相关文献,尤其是近年来关于氧化应激与内质网之间关系的文献,结合临床,从疾病诱发机制等方面对文献进行整理和综述.结果根据疾病背景,促进细胞存活的治疗策略主要在于加强保护未折叠蛋白反应(UPR)信号响应,衰减内质网应激水平,或者灭活UPR促凋亡化合物;而从氧化应激出发,控制氧化应激水平,减弱内质网应激是控制疾病发作的重要方法.结论本文对两种应激关系的研究近况进行整理总结,为相关疾病发病机制的深入研究和临床应用提供理论依据.【期刊名称】《实用药物与临床》【年(卷),期】2016(019)008【总页数】5页(P1037-1041)【关键词】内质网应激;氧化应激;相互作用【作者】邱艳丽;李巧稚;郑亚琴;李倩【作者单位】哈尔滨医科大学药学院,哈尔滨150081;哈尔滨医科大学药学院,哈尔滨150081;哈尔滨医科大学药学院,哈尔滨150081;哈尔滨医科大学药学院,哈尔滨150081【正文语种】中文内质网(Endoplasmic reticulum,ER)是一种存在于真核细胞中的细胞器,主要负责合成、折叠、修饰和转运蛋白。
此外,ER在保持固醇类、脂质类和碳水化合物生物合成及体内Ca2+平衡等方面也具有重要作用。
只有正确的折叠蛋白才能从ER转运至高尔基体中。
任何干扰氧化还原的调控都能够导致内质网应激(Endoplasmic reticulum stress,ERS),其中未折叠蛋白反应(Unfolded protein response,UPR)是细胞内的信号传导途径,调节ER蛋白质折叠,会导致错误折叠,改变蛋白质稳态。
研究表明,ER蛋白质氧化的副产物中蛋白质折叠和活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的产生有密切联系。
内质网应激的发生及其与多囊卵巢综合征的关系王影【摘要】内质网(endoplasmic reticulum,ER)是最大的细胞器之一,是细胞膜所有组件、蛋白、脂类和类固醇合成的部位.当未折叠/错误折叠蛋白在内质网内堆积时将导致内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS).ERS是ER生理功能发生紊乱的一种病理状态,是机体的一种自我防御机制,持久而强烈的ERS可引起细胞不可逆损伤甚至凋亡,因此其是促细胞凋亡的一条重要途径.多囊卵巢综合征患者卵巢窦卵泡颗粒细胞异常凋亡,表明ERS介导的颗粒细胞凋亡可能与多囊卵巢综合征的发生有关.【期刊名称】《国际生殖健康/计划生育杂志》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】3页(P123-125)【关键词】多囊卵巢综合征;内质网;应激;粒层细胞;细胞凋亡【作者】王影【作者单位】230022 合肥,安徽医科大学第一附属医院生殖中心【正文语种】中文多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)是育龄期妇女最常见的生殖内分泌紊乱性疾病,影响5%~10%的育龄妇女[1]。
其临床表现高度异质,表现为:生殖障碍(月经稀发、闭经、不孕、多毛、妊娠期并发症增加等);代谢紊乱(糖耐量异常、2型糖尿病、高血压、心脑血管疾病及脂代谢异常);心理疾病(抑郁、焦虑、生活质量下降)[2]。
多囊卵巢早期阶段的卵泡(原始卵泡、初级卵泡和小的窦前卵泡)异常增加[3-4],表明PCOS患者存在内在的卵巢异常。
目前,PCOS的发病机制尚不清楚。
研究表明,PCOS患者卵巢中颗粒细胞存在异常凋亡[5]。
内质网(endoplasmic reticulum,ER)是一个重要的细胞器,参与多种细胞功能,包括蛋白质的折叠和分泌、脂类和糖类的生物合成以及钙平衡[6]。
过度的内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)将导致细胞凋亡。
内质网应激及其在代谢性疾病中的作用研究内质网是细胞内负责蛋白质合成、修饰、折叠及其转运的重要器官,其正常的功能对于细胞的正常生活必不可少。
然而,由于内部和外部的各种原因,内质网发生不正常解聚时所释放出的信号指称为内质网应激 (ER stress)。
内质网应激是一种细胞应激反应,常常来自外部物质、化学物质或者由于基因表达和蛋白质合成稳态不平衡。
在体内,内质网应激对生命的缺陷和代谢性疾病有着重要的影响。
近年来,受许多学者的共同关注,内质网应激在代谢性疾病治疗中逐渐成为研究的热点之一。
一、内质网应激的发生机制产生内质网应激的主要机制是由于代谢物的积累和减少,被记作UFCR (unfolding protein response)。
这些调节机制包括三个降低蛋白合成水平,并增加细胞中目标蛋白物质的降解。
这三个阶段分别是:IRE1、PERK、ATF6的下调。
IRE1在低ErCa2+环境中被激活,并使XBP1剪切,并促使另一种单核苷酸的转录因子RelA转入细胞核,促进转录细胞自我修复和细胞存活的基因。
PERK的激活导致eIF2 α的磷酸化,which inhibiys the intiation of protien synthesis at the 5' UTR of every mRNA in cells, leading to the down-regulation of global protein synthesis. ATF6激活后切割成N末端并促进转录启动子,例如甘露醇调节元件-binding蛋白-9,导致减少蛋白在内质网中的积累。
二、内质网应激与代谢性疾病内质网应激与糖尿病目前已经发现,内质网应激相关因子在糖尿病模型中表现出来是一种明显的激活状态。
实验数据表明,内质网应激使得胰岛素的敏感性降低,并由此引起胰岛素的抵抗。
在代谢性疾病的背景下,慢性炎症会影响多种信号通路,例如NF-κB,而这种慢性炎症这种状态一般会增加脱离胰岛素抵抗的风险。
氧化应激信号通路在神经变性疾病中的作用神经变性疾病是一类以神经细胞死亡和功能障碍为主要特征的疾病,如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿舞蹈病等。
这些疾病常常会伴随着多种因素的作用,如基因突变、代谢紊乱、神经炎症等,导致细胞损伤和死亡。
其中,氧化应激是影响神经变性疾病发展的重要因素之一。
氧化应激通路参与了诸多神经细胞损伤与死亡的过程,这篇文章将讲述氧化应激信号通路在神经变性疾病中的作用。
氧化应激是人体细胞内的一种常见的病理过程,与许多疾病如心血管疾病、癌症等有关。
在神经系统中,氧化应激是引起神经元损伤和死亡的主要机制之一。
这是因为神经细胞的能量需求很高,其约75%的能量都来自线粒体中的三磷酸腺苷(ATP)产生,而线粒体内大量存在的呼吸链能引起过氧化氢等氧化剂的产生。
一旦氧化应激过度,就会导致蛋白质的氧化、糖化和断裂,神经细胞膜的氧化和磷脂过氧化,以及DNA的氧化和核苷酸碎片的产生,这些都会直接或间接地影响神经元的正常功能。
氧化应激信号通路在神经系统中主要包括以下内容:氧化应激来源、抗氧化防御系统、氧化应激相关基因、内质网应激、氧化氮合成和释放等。
一、氧化应激来源氧化应激来源主要有线粒体呼吸链、脂质代谢和细胞色素P450(CYP450)等代谢通路。
线粒体呼吸链是氧化应激的主要来源,它是人体细胞呼吸过程中能量的主要来源。
然而,线粒体超量生成自由基和ROS,会引起DNA、RNA、蛋白质和细胞膜等生物大分子的损伤。
除此之外,脂质代谢和CYP450等代谢通路也会生成大量利于ROS积累的代谢产物。
这些就是氧化应激的来源。
二、抗氧化防御系统细胞内有机体维护其稳态非常复杂,特别是对于氧化应激来说。
因此,细胞具有令人印象深刻的抗氧化防御系统,以保护自身免受自由基和ROS对细胞的损伤。
抗氧化防御系统包括多种抗氧化物质和酶,如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化酶(GPx)、谷胱甘肽还原酶(GR)、低分子量抗氧化物、大量基因等。
内质网应激和细胞凋亡相关机制的研究细胞是所有生命体中最基本的组成单位,凋亡则是细胞死亡的一种方式。
然而,在细胞凋亡过程中,一个与之相关联的基本分子过程叫做内质网应激(ERS)。
ERS的研究对于了解细胞凋亡和其它相关疾病如心血管疾病和神经退行性疾病至关重要。
什么是内质网应激内质网是细胞中的一个关键细胞器,它参与了许多重要的生物学过程,比如蛋白质合成、沉积和修复等。
然而,当一些异常情况发生,比如环境中的胁迫(如氧化应激、热或到达生殖期等),内质网功能可能会受到威胁并开始发生应激反应。
ERS的定义是内质网功能受损时产生的应激反应。
ERS有许多可能的具体转录调控机制,其中最著名的是解调蛋白(UPR)通路。
UPR可以识别特定能够感知ERS蛋白的激活状态,然后引起误折叠蛋白防御以及特定转录反应的启动。
UPR是一个治疗性的靶标,已经被证实可以减轻许多与ERS相关的器官损伤和疾病。
内质网应激和细胞凋亡的相关性细胞凋亡是一个必要而又常见的细胞死亡过程,它在胚胎发育、维持组织稳态以及抵御病原体侵袭等方面都发挥重要的作用。
然而,在一些疾病中包括糖尿病、肿瘤、神经退行性疾病以及心血管疾病中,细胞凋亡发挥负面的作用。
因此,了解和掌握细胞凋亡相关的分子机制尤为重要。
内质网应激和细胞凋亡之间的相关性已被广泛研究。
ERS在细胞凋亡中的作用是通过调节一系列介导因子来实现的。
这些介导因子包括细胞周期调节蛋白、角质细胞细胞角蛋白、DNA损伤应答和蛋白质翻译等。
ERS,细胞应激与疾病ERS的诱导可通过几种不同的途径实现,其中许多都和细胞应激有关。
ERS在许多疾病和病理过程中都发挥着重要的作用,包括肝病、心脏病、糖尿病、神经系疾病等等。
内质网应激毒性和肝脏疾病肝脏是一个内部有机器的重要器官,它可以为身体吸收、代谢和储存脂肪。
ERS在肝脏几乎所有的生理过程中都有参与,肝脏疾病常由于ERS的紊乱引起。
ERS在肝病发生后的所有阶段中都发挥了关键的作用。
内质网应激和细胞凋亡之间联系深入详解细胞内质网应激是一种常见的细胞应激反应,它与细胞发育、生长、分化以及细胞凋亡等多种生理和病理过程密切相关。
细胞内质网应激是细胞内环境紊乱时的一种保护性反应,但当应激超过细胞承受极限时,可能导致细胞凋亡。
本文将对内质网应激和细胞凋亡之间的联系进行深入详解。
1. 内质网应激的概念和机制内质网(endoplasmic reticulum,ER)是细胞内最大的细胞器之一,负责调控蛋白质的合成、修饰和折叠,并通过调节钙离子的释放参与细胞信号传导。
当细胞内环境受到一系列的物理、化学和生物性刺激导致蛋白质合成和折叠异常时,细胞内质网会发生应激反应,即细胞内质网应激。
细胞内质网应激的主要机制是由于异常的蛋白质积累,导致内质网内钙离子浓度升高。
细胞通过调节内质网膜表面的ER转录因子(ER stress sensors)来应对这一应激,包括IRE1、PERK和ATF6等。
这些蛋白质在正常情况下与内质网的分子伴侣绑定,并保持非激活状态。
当内质网应激发生时,这些传感器蛋白会释放出来,并激活一系列的下游信号通路。
2. 内质网应激的生理和病理意义细胞内质网应激在生理和病理过程中都发挥着重要的作用。
在生理情况下,适度的内质网应激有助于维持细胞内环境的稳定。
例如,在细胞分化和发育过程中,内质网应激可以促进细胞生长和分化,调控抗氧化应激等关键过程。
然而,当细胞内质网应激超过正常范围时,可能导致细胞凋亡。
细胞凋亡是一种程序性的细胞死亡,其过程受到复杂的调控机制影响。
内质网应激在细胞凋亡中起着重要的调控作用,通过调节细胞周期、核酸合成、蛋白质合成和折叠等关键过程,可以诱导细胞凋亡。
3. 内质网应激与细胞凋亡的联系内质网应激与细胞凋亡之间的联系是通过一系列的信号转导通路实现的。
在细胞内质网应激发生时,IRE1、PERK和ATF6等ER转录因子会被激活,并下调细胞内多种抗凋亡蛋白的表达。
此外,细胞内质网应激还可以通过调节Bcl-2家族蛋白、细胞色素c等凋亡相关蛋白,调控细胞凋亡通路。
内质网应激与细胞死亡的关系研究近年来,内质网应激对于细胞死亡的研究越来越受到关注。
内质网(Endoplasmic reticulum,ER)是细胞内最大的膜系统,其功能包括蛋白质翻译、折叠、修饰和转运等,而内质网应激则是内质网疾病及细胞生理病理变化中的一种典型现象。
内质网应激指的是由于一系列因素(如高渗、蛋白质聚集等)造成的内质网动态平衡失调,随之产生的一系列展开反应。
这些反应若不能被内质网本身所调节,则会导致细胞死亡。
那么内质网应激对细胞死亡的影响是如何的呢?一、内质网应激导致凋亡性细胞死亡内质网应激会导致三种类型的凋亡性细胞死亡:通过分裂酵母菌相关蛋白(Caspase)依赖的凋亡、通过凋亡诱导因子(AIF)非Caspase依赖的凋亡、通过单磷酸腺苷(ATP)依赖的凋亡。
通过Caspase依赖的凋亡是内质网应激导致的最常见的凋亡形式。
其机制是内质网应激下,ER内部出现不适畅的蛋白质积累(如葡萄糖调节蛋白78,GRP78)。
在内质网应激的早期,GRP78可协同膜蛋白激酶RNase IRE1a和激酶PERK以及下游的转录因子ATF6,启动反应性信号通路。
若频繁发生内质网应激,GRP78会分离出其保护蛋白质的作用,从而激活Caspase,最终导致细胞死亡。
二、内质网应激导致坏死性细胞死亡除了凋亡性细胞死亡,内质网应激还可导致坏死性细胞死亡。
坏死性细胞死亡被认为是在凋亡性细胞死亡不能完全发挥作用或者凋亡性细胞死亡的机制破坏或超负荷的状态下发生的一种细胞死亡方式。
内质网应激下的坏死性细胞死亡主要是在Caspase活性缺失或ATP颗粒供应紧缺的情况下发生的,如程度严重的氧化应激和钙离子失衡。
在这种情况下,内质网故障可以作为指示其机制的标志,在这种情况下,细胞大量死亡可能是更为普遍的(泛坏死性死亡)。
三、内质网应激与疾病内质网应激常常伴随着包括糖尿病等许多疾病。
研究表明,ER内的葡萄糖调节蛋白78(GRP78)主要是通过响应细胞外环境的脂质、糖和氧化应激而被激活的。
四川大学学报(医学版)2021,52 (1) :64 - 69J Sichuan Univ (Med Sci)doi: 10.12182/20210160103应激反应与糖尿病关系的研究进展+袁克非u,石佳艳\彭李缘\李昌龙\张媛媛lA1.四川大学华西基础医学与法医学院药理教研室(成都610041);2.四川大学华西医院肝脏外科研究室(成都610041)【摘要】应激反应是机体应对环境变化的一种适应模式。
适度应激反应可诱导机体建立有效的适应策略以提高生 存能力,而过度的应激反应会引起机体应激损伤,导致多种生理或心理相关疾病的发生发展,其中也包括糖尿病。
糖尿病 是一种典型的应激相关疾病,已有大量证据表明糖尿病的发生发展过程与代谢应激、氧化应激和内质网应激密切相关,然而各种应激反应调控糖尿病的具体分子机制及如何通过调变应激反应来预防和治疗糖尿病仍有待进一步研究。
本文对 应激反应的概念、调控机制及各种应激反应在糖尿病发病过程中的功能和作用机制进行概述,重点关注近年来应激医学 在糖尿病研究领域的前沿发展,以期为糖尿病的预防与治疗提供理论依据和参考。
未来的研究应重点阐明介导应激反应 调控糖尿病发病过程的关键因子作为药物靶标的临床应用价值,并加速推进相关的转化医学研究。
【关键词】应激 应激反应 应激调控机制 应激医学 糖尿病A Review of Progress of the Relation Between Stress Response and Diabetes Mellitus YUAN Ke-feiU2, SHI ]ia-yan\PENG Li-yuan\ LI Chang-long , ZHANG Yuan-yuan1 A.1.Department of Pharmacology, West China School of Basic Medical Sciences and Forensic Medicine^ Sichuan University^C h e n g d u610041, C h i n a;boratory of L iver Surgery, West China Hospitaly Sichuan University y C h e n g d u610041, C h i n aA C o r r e s p o n d i n g a u t h o r,E-m a i l:z h a n g y y@s c 【Abstract】Stress response is a n adaptive process o f the o r g a n i s m to confront e n v i r o n m e n t a l perturbation.M o d e r a t e stress response induces the o r g a n i s m to establish effective adaptive strategies for survival,while excessive stress response results in stress injury,w h i c h is a m a j o r cause o f a variety o f physical or psychological diseases,including diabetes mellitus.Diabetes mellitus is a typical stress-related disease,wit h n u m e r o u s evidence indicating that thed e v e l o p m e n t a n d progression o f diabetes mellitus are closely related to stress response,s u c h as metabolic stress,oxidativestress a n d e n d o p l a s m i c reticulum stress.H o w e v e r,the detailed m e c h a n i s m s o f stress r e s ponse m e d i a t e d regulation of diabetes mellitus a n d h o w to prevent or treat diabetes mellitus via modification of stress r e s ponse r e m a i n to b e further investigated.H e r e,w e will introduce the definition a n d regulatory m e c h a n i s m s of stress r e s p o n s e,as well as discuss the biological functions a n d m e c h a n i s m s o f various stress responses d u r i n g the pathogenesis of diabetes mellitus.Thi s review highlights recent a d v a n c e s o f stress m e d i c i n e associated wit h diabetes mellitus,in order to pr o v i d e theoretical basis a n d reference for prevention a n d treatment o f diabetes mellitus.Future studies s h o u l d focus o n elucidating the clinical application potential of the k e y factors o f stress response that m e d i a t e the pathogenesis of diabetes mellitus,as well as boosting the related translational m e d i c i n e studies.【Keywords】Stress Stress r e s p o n s e Stress regulatory m e c h a n i s m Stress m e d i c i n e Diabetes mellitus生物体所处的生存环境复杂多变。
细胞自噬:糖尿病发生发展中的积极参与者张琼;黄晓飞;翟文海;杨德远【摘要】The pathogenesis of diabetes is complicated by several factors including autoimmunity, environment, heredi⁃ty, and etc. Autophagy is a kind of intracellular biodegradation processes, which plays an important role in intracellular ho⁃meostasis of islet cells. In diabetes, autophagy is involved in the endoplasmic reticulum stress, mitochondrial dysfunction and inflammatory, and it affects the development of the disease. In this paper, we reviewed the interactions of autophagy with endoplasmic reticulum stress and mitochondrial dysfunction with inflammation in diabetes in order to investigate the patho⁃genesis of diabetes, to find new strategies for prevention or treatment of diabetes.%糖尿病病因复杂,涉及自身免疫、环境及遗传等多种因素。
细胞自噬是一种细胞内分解代谢过程,在维持胰岛细胞内环境稳态中发挥重要作用。
自噬通过参与内质网应激、线粒体功能障碍以及炎症反应等过程,影响糖尿病的发生发展。
内质网应激在肝脏相关疾病中的研究进展丁文斌;戴佳敏;张峰;王学浩;饶建华【摘要】内质网应激(ERS)是一种重要的细胞自我保护机制,能够激活未折叠蛋白反应(UPR),促进细胞的生存,但持续的ERS将导致细胞的凋亡. 肝细胞内存在大量的内质网,许多肝脏相关疾病均与内质网应激有关,如酒精性肝病,非酒精性肝病,中毒性肝损伤,病毒性肝炎,肝恶性肿瘤及肝脏缺血再灌注损伤等.本文将从ERS在肝脏相关疾病发病机制中的作用以及在肝病干预治疗上的意义等方面进行综述.%Endoplasmic reticulum stress (ERS) is an important cellular self-protection mechanism. It can activate the unfolded protein response (UPR) that promotes cell survival, but sustained ERS may lead to cell apoptosis. There are a lot of endoplasmic reticulum in the liver cells, and many liver-related diseases are associaled with endoplasmic reticulum stress, such as alcoholic liver disease, non-alcoholic liver disease, toxic liver injury, viral hepatitis, hepatic malignant tumors and hepatic ischemia- perfusion injury. This article will summarize the role of ERS in the pathogenesis of liver-related diseases and the significance of intervention in liver disease.【期刊名称】《基础医学与临床》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】5页(P260-264)【关键词】内质网应激;未折叠蛋白反应;细胞凋亡;肝脏疾病【作者】丁文斌;戴佳敏;张峰;王学浩;饶建华【作者单位】南京医科大学第一附属医院肝脏外科,江苏南京 210029;南京医科大学第一附属医院肝脏外科,江苏南京 210029;南京医科大学第一附属医院肝脏外科,江苏南京 210029;南京医科大学第一附属医院肝脏外科,江苏南京 210029;南京医科大学第一附属医院肝脏外科,江苏南京 210029【正文语种】中文【中图分类】R657.31 ERS概述内质网(endoplasmic reticulum, ER)是一种重要的膜结合细胞器,广泛存在于各种真核细胞中。
内质网应激对胆固醇代谢的影响胆固醇是一种脂质类物质,它在细胞膜的结构和功能、激素合成、胆汁酸合成等方面起着重要的作用,但其过量摄入会增加心脑血管疾病的风险。
因此,维持胆固醇代谢的平衡是重要的。
内质网是细胞中的一个重要细胞器,它参与蛋白质折叠,合成和分泌等多种生物学过程,而内质网应激与胆固醇代谢之间存在着紧密联系。
内质网应激是内质网的应对各种生物学压力的一种反应,包括蛋白质聚集的增加、氧化应激、钙离子失衡等。
内质网应激发生时,会刺激内质网介导的一系列信号通路,包括IRE1、PERK和ATF6等。
这些通路能够调控内质网蛋白质折叠,细胞糖基化和脂质合成等重要生物学过程。
内质网应激对胆固醇代谢的影响主要通过内质网介导的信号通路发生。
内质网应激会刺激IRE1通路的激活,这一通路能够调控内质网相关蛋白的合成和糖基化,从而影响膜糖蛋白在细胞膜中的表达和转运。
同时,IRE1通路也能够调控XBP1基因的转录和翻译,从而控制内质网相关蛋白的合成和质量。
一项研究发现,在IRE1通路受到刺激时,胆固醇在肝脏内的合成和调控能力下降,从而使细胞膜上的胆固醇含量下降,白脂肪组织中三酰甘油的蓄积增加。
与IRE1通路类似,内质网应激也能够影响PERK通路,并加强反式胆固醇的合成。
内质网应激与反式胆固醇的合成也被认为是相关的,其中ATF6通路也参与了细胞内胆固醇代谢的调节。
在内质网应激状态下,胆固醇在内质网合成蛋白中的翻译和修饰均发生了变化,从而影响内质网蛋白的结构和功能。
同样,ATF6通路的激活也会调控内质网蛋白的合成和分泌,从而影响胆固醇代谢。
内质网应激除了能影响胆固醇的代谢节律,同时也会影响其他内质网相关蛋白的合成和质量,进而引发一系列重要疾病,如糖尿病、心血管和神经退行性疾病等。
因此,关注内质网应激与胆固醇代谢之间的关系,有助于我们更好地理解病理生理学过程。
总之,内质网应激与胆固醇代谢之间存在着紧密联系。
内质网应激对胆固醇代谢的影响主要通过IRE1、PERK和ATF6等通路发生。
内质网应激氧化应激及JNK通路与2型糖尿病侯志强李宏亮李光伟卫生部中日友好医院内分泌代谢病中心胰岛β细胞功能受损和外周组织胰岛素抵抗是2型糖尿病(T2DM)发病中的两个重要方面。
目前研究发现T2DM时内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)和氧化应激(oxidative stress)被激活,而且二者之间可相互作用相互影响,并共同活化了c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinasse,JNK)通路参与了T2DM的发生发展。
本文将内质网应激、氧化应激及JNK通路在导致胰岛β细胞功能受损及外周胰岛素抵抗中的作用及机制作一综述。
1.内质网应激与2型糖尿病内质网(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。
ERS 是指由于某种原因使细胞内质网生理功能发生紊乱的一种亚细胞器病理状态。
目前研究发现ERS在T2DM的胰岛β细胞功能受损、调亡及外周胰岛素抵抗中占据着重要的地位[1,2]。
1.1 内质网应激与胰岛β细胞胰岛β细胞具有高度发达的内质网,在正常生理情况下,机体可通过ERS的PERK(RNA激活蛋白激酶的内质网类似激酶)-真核细胞翻译起始子(eIF2)磷酸化途径影响胰岛素的合成,调节β细胞胰岛素分泌功能[3]。
但是,过度的ERS可能导致胰岛β细胞功能受损,甚至细胞调亡。
Scheuner D等[4]研究发现eIF2α突变纯合子鼠其胚胎和新生鼠体内均存在着严重的β细胞缺乏及胰岛素含量显著降低,杂合子突变鼠在高脂喂养后尽管胰岛的大小与野生型鼠无明显差别,但单个胰岛中胰岛素含量较野生型降低,而且葡萄糖和精氨酸刺激后胰岛素的分泌也明显减弱,从而提示e IF2α在高脂诱导的胰岛功能损伤中起到了保护作用。
I型跨膜蛋白激酶/核糖核酸内切酶(IRE1)是ERS中另一条重要的调节β细胞胰岛素合成的途径。
Lipson KL等[5]发现急性血糖升高可活化β细胞IRE1信号通路,从而促进胰岛素的合成,而阻断IRE1通路后可明显减低胰岛素的合成,说明IRE1信号通路参与了β细胞胰岛素合成,并可能成为改善β细胞功能的治疗靶点。
ERS通过CHOP,JNK和Caspases途径介导的β细胞调亡是导致糖尿病发病另一重要机制[6]。
研究发现杂合子Akita小鼠,由于胰岛素2基因突变干扰了胰岛素A,B链间的二硫键形成,使胰岛素蛋白错误折叠,加重内质网应激,诱导CHOP表达增强导致β细胞调亡,促进了Akita鼠自发性糖尿病的发生,而在CHOP敲除小鼠中诱导Akita突变后,可保护β细胞数目并使得高血糖发生被延迟[7]。
此外,Fornoni A等[8]在体外应用JNK的抑制性多肽(L-JNKI)处理鼠的胰岛及β细胞,发现L-JNKI可提高胰岛β细胞的存活率。
1.2 内质网应激与胰岛素抵抗ERS不仅参与调节胰岛β细胞功能衰竭及介导β细胞调亡,而且与T2DM外周胰岛素抵抗密切相关[9,10]。
Ozcan U等[1]发现肝细胞发生ERS时胰岛素受体底物1(IRS-1)的酪氨酸磷酸化明显降低,而JNK依赖性的丝氨酸磷酸化是升高的;而给于合成抑制剂SP600125或抑制性多肽-JIP阻断JNK通路后,可逆转ERS引发的上述变化,提示ERS可通过促进JNK依赖性的IRS-1丝氨酸磷酸化而影响胰岛素的受体信号通路,导致胰岛素抵抗。
X-盒结合蛋白-1(XBP-1)是一种调节多种基因表达的转录因子,是调控ERS的关键因子。
Ozcan U等[1]还发现高脂喂养的XBP-1基因突变杂合子(XBP-1+/-)小鼠同XBP-1+/+鼠比较,肝脏中的PERK磷酸化水平和JNK活性均显著增加,IRS-1酪氨酸磷酸化和Akt丝氨酸磷酸化均降低。
进一步说明ERS可通过JNK通路活化导致细胞胰岛素受体信号通路抑制。
氧调节蛋白150(ORP150)是一种内质网分子伴侣,研究表明ORP150可保护细胞免受ERS所致损伤。
Nakatani Y等[11]给予C57BL/KsJ-dbdb肥胖糖尿病鼠表达ORP150的腺病毒(Ad-ORP)后发现肝脏中ORP150表达明显增加,而且与表达绿色荧光蛋白(GFP)的腺病毒(Ad-GFP)处理者相比肝脏中ERS水平明显降低。
采用正常血糖高胰岛素钳夹试验发现肝脏中ORP150过度表达可降低胰岛素抵抗,并可改善C57BL/KsJ-db/db鼠的葡萄糖耐量。
此外,Ad-ORP处理鼠较Ad-GFP者IRS-1的酪氨酸磷酸化及Akt 丝氨酸磷酸化明显增加。
这些结果表明ORP150过度表达可降低肝脏中ERS水平,增强胰岛素信号,改善胰岛素抵抗和糖耐量。
上述资料表明,T2DM时胰岛β细胞过度的ERS可损伤β细胞分泌胰岛素的功能,甚至参与诱导β细胞调亡,而且ERS还可导致外周组织如肝脏中胰岛素信号转导通路受损,发生胰岛素抵抗。
2. 氧化应激与2型糖尿病氧化应激是指活性氧簇(ROS)产生与内源性抗氧化防御系统对其的消除能力失去平衡,则过多的ROS氧化生物大分子,并最终导致细胞损伤。
现认为T2DM时高血糖症诱导了氧化应激,而后者参与了胰岛β细胞功能受损、调亡及外周组织胰岛素抵抗的发生发展。
2.1 氧化应激与胰岛β细胞对糖尿病患者及动物模型的研究发现糖尿病时氧化应激水平明显增高,而且由于胰岛β细胞中的抗氧化酶(如过氧化氢酶和谷胱苷肽过氧化物酶)表达相对较低,因而与其他组织相比β细胞对氧化应激更为敏感,提示氧化应激可能参与诱导了T2DM时胰岛β细胞功能损伤及调亡[12]。
给于糖尿病动物模型,如C57BL/KsJ-db/db鼠和ZDF鼠等,抗氧化剂处理(如α硫辛酸等)可保护胰腺β细胞对抗氧化应激损伤,从而改善葡萄糖刺激的胰岛素分泌效应,减轻胰岛β细胞调亡,进一步说明氧化应激参与了糖尿病中β细胞功能损伤[13,14]。
目前对氧化应激损伤胰岛β细胞功能的具体机制尚不完全清楚。
研究发现ROS可导致胰腺十二指肠同源异型盒(PDX-1)的mRNA水平降低,诱导PDX-1合成降低。
在蛋白水平,氧化应激还可介导PDX-1 61和66位的丝氨酸磷酸化,影响PDX-1与DNA结合的活性,并增PDX-1蛋白的降解率和缩短其半衰期[15]。
而且ROS还能导致PDX-1启动胰岛素基因的转录活性降低,从而使胰岛素合成减少。
ROS对PDX-1基因表达及其活性的影响主要是通过激活JNK通路而实现的。
此外,ROS可减少血浆谷胱苷肽(GSH)水平,并导致β细胞膜跨膜巯基氧化,进而损害胰岛β细胞膜的结构和功能,降低胰岛素的分泌。
解偶联蛋白-2(UCP-2)可减少ROS生成,而且研究表明诱导UCP2表达上调可降低葡萄糖刺激的胰岛素分泌,并最终导致β细胞功能损伤[16]。
采用反义寡核苷酸抑制UCP-2的表达可明显改善胰岛β细胞分泌胰岛素功能[17],提示糖尿病时机体为对抗氧化应激诱导UCP2表达增加,而后者则参与了胰岛β细胞功能损伤过程。
此外,资料表明线粒体内的氧化应激是导致胰岛β细胞调亡的直接诱因[18]。
ROS可通过细胞膜脂质过氧化及影响线粒体ATP生成,使细胞内游离钙离子增加,进而激活磷脂酶促进膜磷脂分解,并激活脂加氧酶和环加氧酶形成具有高度生物活性的炎性介质导致β细胞损伤调亡。
2.2 氧化应激与胰岛素抵抗T2DM时氧化应激水平升高,不仅可导致胰岛β细胞功能受损及调亡,而且还参与了外周组织胰岛素抵抗的发生发展。
研究发现氧化应激时被激活的多种应激敏感通路可能与胰岛素抵抗有关,如核因子-κB(NF-κB)、磷脂酰肌醇(-3)激酶(PI-3K)、p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)及J NK通路等。
IKK-β是调节NF-κB通路的一种丝氨酸激酶,其活化可抑制胰岛素的外周作用;而抑制IKKβ的活性可降低IRS-1丝氨酸磷酸化和增加酪氨酸磷酸化,改善胰岛素敏感性。
采用基因敲除的方法研究发现IKKβ杂合子小鼠(IKKβ+/-)较同窝出生的小鼠(IKKβ+/+)对胰岛素更为敏感。
PI-3K通路在胰岛素信号转导中具有重要作用,而氧化应激时作用在PI-3K上游的酪氨酸磷酸酶,及调节PI-3K信号通路的脂质磷酸酶(PIEN)被氧化失活,从而抑制糖尿病骨骼肌胰岛素信号转导中的PI-3K通路[20]。
此外,氧化应激时H2O2含量增多,而后者可诱导L6肌肉细胞的p38 MAPK活化,抑制胰岛素信号转导通路,给予特异性的p38 MAPK 抑制剂可逆转这种抑制作用。
在中国仓鼠卵巢细胞中,氧化应激活化的JNK通路可增加IRS-1的丝氨酸磷酸化(307位)及抑制胰岛素刺激的酪氨酸磷酸化。
因此,氧化应激诱导活化的多条通路均与外周胰岛素抵抗发生密切相关,其各通路之间可能还有交互作用,具体机制十分复杂,尚有待我们进一步研究证实。
总之,氧化应激在胰岛β细胞功能受损、调亡及外周胰岛素抵抗中均发挥了重要的作用,给予糖尿病患者抗氧化剂治疗可改善胰岛β细胞分泌胰岛素功能,增加外周组织胰岛素的敏感性,减轻胰岛素抵抗。
3. JNK通路与2型糖尿病ERS和氧化应激导致T2DM胰岛β细胞功能损伤和外周胰岛素抵抗的机制均十分复杂,有许多的因子和通路被激活并发挥作用,而ERS 和氧化应激均可通过诱导活化JNK通路参与T2DM的发生发展,阻断JNK通路可改善胰岛β细胞功能和胰岛素抵抗。
3.1 JNK通路与胰岛β细胞Kaneto H等[21]发现在体外诱导小鼠胰岛发生氧化应激时先是JNK通路被活化,继而胰岛素基因被抑制。
腺病毒介导的野生型JNK1(WT-JNK1)过度表达可抑制β细胞胰岛素基因表达和分泌,而显性负突变JNK1的过度表达(DN-JNK1)可改善氧化应激诱导的胰岛素基因表达降低,提示β细胞中JNK通路被活化可导致胰岛素基因表达降低。
进一步研究发现,将胰岛β细胞瘤细胞—HIT细胞暴露于氧化应激环境中,内源性表达的PDX-1和外源性绿色荧光蛋白(GFP)标记的PDX-1均从细胞核易位至细胞质中[22]。
而加入DN-JNK1后可抑制氧化应激诱导的PDX-1易位,提示JNK通路活化影响了转录因子PDX-1的细胞核/质易位,致使PDX-1与胰岛素启动子结合的活性发生改变,抑制了胰岛素基因的表达[23]。
总之,JNK通路活化诱导PDX-1活性的降低,抑制胰岛素基因转录,造成了β细胞功能受损。
既然JNK通路在T2DM胰腺β细胞功能受损中发挥着重要作用,所以选择性抑制JNK通路是否可对T2DM带来有益的效应引起了众多学者的关注[24]。
Kaneto等[21]将表达DN-JNK的小鼠胰岛移植到链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病Swiss裸鼠肾脏中,发现其较对照组小鼠血糖水平明显降低,而且胰岛中胰岛素mRNA水平相对受到了保护。