内质网应激

保护性应激反应

内质网应激，英语名：endoplasmic reticulum stress。细胞的一种保护性应激反应，细胞因此降低胞内未折叠蛋白的浓度，以便阻碍未折叠蛋白发生凝集。

引言

内质网应激（Endoplasmic Reticulum stress）是细胞为应对内质网腔内错误折叠与未折叠蛋白聚集以及钙离子平衡紊乱（dysregulation of calcium homeostasis）等状况 ,而激活未折叠蛋白反应、内质网超负荷反应和 caspase-12 介导的凋亡通路等信号途径的反应过程。内质网应激既能诱导葡糖调节蛋白(glucose-regulated protein)GRP78 、GRP94 等内质网分子伴侣表达而产生保护效应 ,亦能独立地诱导内源性细胞凋亡，最终影响应激细胞的转归 ,如适应、损伤或凋亡。

引起细胞ERstress的因素

内质网内含有大量的伴侣蛋白、糖基化酶以及氧化还原酶，为新生肽链的折叠提供了优化的环境。同时内质网质量控制系统(Endoplasmic Reticulum quality control system)能通过内质网相关降解作用(Endoplasmic Reticulum assoeiated degradation，ERAD)降解非正确折叠的中间产物。凡影晌内质网功能的因素都能够引起内质网应激的发生,具体包括有下列各种因素:

1.细胞营养物质缺乏包括葡萄糖饥饿和氨基酸饥饿,蛋白质及核苷酸的生物合成均需要必要的营养物质,所以葡萄糖饥饿和氨基酸饥饿代表一种代谢压力。

2.影响蛋白质翻译后修饰的因素,如还原物质二琉基苏糖醇(DTT)、β琉基乙醇(β-ME)、同型半胧氨酸(homoeystine);糖基化抑制剂衣霉素(tunieamyein)、葡萄糖胺(glueosamine)、2-脱氧葡萄糖(2-deoxyglueose)等。

3.影响ER钙离子平衡的药物,如ER Ca2+酶抑制剂Thapsigagrin,钙离子载体A23187,钙离子鳌合剂EGTA,抗生素lonomycin等。

4.突变基因表达的结构异常蛋白在ER堆积。

5.其它一些有害因素如细胞病毒感染等。

内质网应激激活的信号通路

1.Ire1通路

哺乳动物细胞有2个Ire1p同源物,Ire1α和Ire1β,具有和Ire1p相同的3个功能域, Ire1α在各种细胞普遍存在,而Irelβ主要存在于消化道上皮细胞七。类似于酵母的Ire1p, Irelα活化后,N端和BIP分离,c端具有核酸内切酶活性,能特异性地剪接转录因子xBPI的mRNA去除26个bp组成的片段,XBP1和HaCI的mRNA不具有同源性,但剪接机制类似。剪接后的XBP1 mRNA具有活性,翻译产物与剪接前相比C端由于读码框移而改变。类似酵母,哺乳动物细胞的UPR靶基因含有保守的顺式作用元件ERSE,是由19个bp组成:ccAAT-Ng-ccAcG,当其ccAcG结合活化的xBPI或ATF6,同时ccAAT结合非特异性转录因子NF-Y,才能上调靶基因表达。有研究表明除了ERSE外,还存在功能类似的ERSEll(ATrGG-N-eCACG)。xBPI基因本身也含有ERSE,故剪接后的XBP-1蛋白除了能促进VPR靶基因的表达外,还能促进自身的表达。

2. PERK(PEK)通路

PERK属于eif2α蛋白激酶家族成员,和lrelα类似,是位于ER的I型膜蛋白,N端感受ERstress信号,存在非配体依赖性的二聚化结构域,非ERstress时二聚化位点被BIP遮盖,C端有丝/苏氨酸蛋白激酶功能域,但无核酸内切酶活性,PERK活化后能够特异性地磷酸化eif2α的51位的丝氨酸,下调胞内蛋白合成的整体水平。当病毒感染或ER内钙离子耗竭引起ERStress时,存在于胞浆中的与PERK同源的蛋白激酶PKR也参与eif2α的磷酸化。有研究表明,PERK活化后能特异性地抑制细胞周期素Dl的翻译表达,导致G.期的停顿。PERK磷酸化eif2α后，抑制胞内大部分蛋白的翻译生成,同时也诱导三分之一的UPR基因的转录,其中包括XBP1基因,但机制并不清楚。

3. ATF6通路

ATF6是位于ER的n型膜蛋白,哺乳动物细胞具有两种ATF6亚型ATF6α(90ku)和ATF6β(110ku)，二者结构相似。N端是含有bZIP的转录激活功能域,C端位于ER腔内,具有多个BIP结合位点和两个高尔基体定位信号。非ERstress时,ATF6和BIP形成稳定的复合物,通过BIP对GLS的抑制作用而停留在ER上。ATF6α和ATF6β在UΒR过程中通过相同的机制活化,ER腔内未折叠蛋白堆积信息能够使BIP和ATF6分离,BIP对GLs抑制作用的解除导致ATF6转移到高尔基体,由高尔基体蛋白酶S1P及S2P对其跨膜片段进行切割,产生游离的50kuN端片段,该过程类似于固醇反应元件结合蛋白(SRE-BΒ)的切割活化。活化的ATF6N端切割段可转移到核内促进含ERSE的转录因子(如XBP1)及UPR靶分子(如BIP)等基因转录,ATF6α和XBP1在功能上有所重叠,而ATF6日在UPR过程中并不起重要作用。有研究发现,除了ERsE外还存在有特异的ATF6结合位点(ATF6site):(G)(G)TGΑCGTG(G/Α),但ATF6Site在UPR过程中的作用并不很清楚,有趣的是ATF6site介导的基因转录可能完全依赖于Ire1剪接系统,XBP1比ATF6有更高的ATF6Site亲和力,ATF6在NF-Y存在时对ERSE有更高的亲和力。

非折叠蛋白反应主要的三条通路

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