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首都医科大学附属北京佑安医院 由于细胞内外应激因子的作用引起内质网中出现错误折叠，或未折叠蛋白在腔内聚集以及Ca2+平衡紊乱的状态称为内质网应激（ERS）。ERS的功能具有双向调节作用，不同严重程度的ERS决定细胞的生存和死亡：早期或者轻度ERS诱导未折叠蛋白反应（UPR），促进蛋白的正确折叠，从而缓解ERS，发挥细胞保护作用；然而，长期或者严重ERS会引发一种新的细胞内源性凋亡途径（ERS凋亡通路），诱导细胞凋亡。肝细胞中含有丰富的内质网，合成大量的分泌蛋白和膜蛋白，由于内质网的高分泌功能，使肝脏特别容易发生ERS，导致一系列肝损伤，研究证实ERS与多种肝脏疾病如病毒性肝炎、酒精性肝病、肝衰竭等密切相关。现就ERS及其在肝衰竭过程中的调控作用综述如下。 1 内质网应激(ERS) 内质网是真核细胞内蛋白质合成的主要场所，承担着细胞内的物质运输。细胞受到内外因素的刺激时，会导致内质网功能的平衡状态发生改变, 启动应激机制，影响特定基因表达，协助细胞恢复稳态。如果ERS持续存在，细胞将启动凋亡程序。ERS可以分为UPR、内质网超负荷反应、胆固醇调节级联反应3种，其中UPR反应研究的较为深入。 ERS可通过1型内质网跨膜蛋白激酶（IRE1）、双链RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶（PERK）和活化转录因子6（ATF6）诱导3种不同的信号途径来介导UPR，改变细胞转录和翻译程序而调节蛋白的合成、降解和分泌以缓解ERS。由于ERS常导致蛋白质的错误折叠，引起UPR，所以常用UPR通路上的标志性分子研究ERS的发生，其中免疫球蛋白结合蛋白（BiP）和X盒结合蛋白1（XBP-1）表达上调常被用作ERS的标志。细胞最终依据ERS的持续时间和强度激活不同信号分子，最终决定细胞是适应还是凋亡。 2 肝衰竭的主要病理机制 肝衰竭是一类由多种病因引起肝脏功能障碍的严重肝脏疾病，病死率高。在我国引起肝衰竭的主要病因是肝炎病毒﹑药物及多种疾病因素。肝衰竭的发病机制非常复杂，与宿主的免疫损伤、炎症反应等密切相关。2016年JoanClària提出“全身炎症”假说，即肝衰竭是肝功能失代偿患者全身炎症反应发生的急性恶化表现。目前多数学者认为，肝脏内Toll样受体4（TLR4）识别并结合脂多糖（LPS）引起炎症级联放大效应，过度炎症免疫性反应导致大量肝细胞凋亡和坏死，最终引起肝衰竭的发生。 随着对ERS研究的不断深入，发现ERS通过UPR调节炎症反应和细胞凋亡信号通路，维护基础条件下内质网动态平衡和适应外界刺激引起的平衡紊乱，当ERS强度过大或持续时间过长时，就会导致细胞功能受损引起疾病的发生。鉴于炎症反应和细胞凋亡是肝衰竭的重要发病机制，提示ERS在肝衰竭的发病机制中发挥着不可或缺的作用。 3 ERS与肝衰竭 3.1 ERS与肝衰竭炎症反应 炎症是导致肝衰竭肝脏损伤的关键因素之一，研究炎症免疫性反应网络中的关键节点和分子信号通路，是阐明肝衰竭发病机制的热点和难点问题。细胞暴露于内源性损伤相关模式分子(DAMPs)会触发炎症反应，肝脏Kupffer细胞识别这些DAMPs而激活，进一步引起循环的单核细胞和嗜中性粒细胞在肝组织汇集，共同组成了肝脏天然免疫应答。DAMPs激发之后，引起细胞因子和炎性小体合成基因的转录增加，表达形成炎性小体，后者使Caspase 1被活化，进而剪切IL-1β前体，使之成为成熟的具有促炎活性的分泌形式，分泌型IL-1β再调控其他免疫细胞活化以放大免疫反应。 ERS和UPR与人类多种疾病的炎症反应密切相关，在多种细胞模型中，ERS与炎症反应信号通路中的多个调节因子和效应分子相重合，二者在引起细胞凋亡和细胞功能障碍方面具有相互作用。因此，ERS在肝脏炎症和损伤的发生中发挥关键作用，ERS与肝衰竭中的几种炎症反应途径有关，其中包括NF-κB、C-Jun氨基末端激酶（JNK）、活性氧（ROS)、TNFα和TGFβ的激活，其中主要涉及JNK和NF-κB两条炎症信号通路： （1）JNK是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族的一员，通过转录活化下游转录因子，在应激状态下对细胞发挥调控作用。有研究表明，IRE1是一种含有细胞质激酶的跨膜内质网蛋白，它将ERS与ERK磷酸化和ATF4活化联系起来，通过激活JNK上调炎性细胞因子，参与了肝衰竭中炎症的调节。 （2）IRE1、PERK及ATF6均可激活NF-κB信号通路，细胞应激状态时，NF-κB活化后可以调控炎症细胞因子，参与炎症反应及细胞凋亡等多种生物进程。 最近的研究发现在四氯化碳诱导的小鼠肝衰竭中，肝脏NF-κBp65易位和eIF2α磷酸化显著增加，ERS抑制剂4-苯基丁酸（4-PBA）干预后可以明显抑制小鼠肝损伤。在N-对乙酰氨基酚（APAP）诱导的药物性肝衰竭中，APAP能够诱导ERS促进肝损伤和肝细胞死亡，ERS特异性凋亡基因CCAAT/增强子结合蛋白（CHOP）敲除小鼠进行胆管结扎，肝脏炎症反应激活，4-苯基丁酸（4-PBA）抑制ERS后能够显著改善APAP诱导的小鼠肝损伤。在四氯化碳诱导的化学药物性急性肝衰竭小鼠模型中，ATF4减少促进急性肝损伤。在慢性乙型肝炎重症化引发的慢加急性肝衰竭中，ERS诱导保护性的UPR反应在慢性乙型肝炎中被激活，而在肝衰竭期间则失活，但是严重ERS诱导的相关凋亡蛋白随着肝衰竭发生而逐渐高表达；动物实验表明，严重ERS在D-GalN/LPS诱导的急性肝衰竭动物模型中被诱导，4-PBA抑制ERS可以显著抑制炎症反应减轻急性肝衰竭肝损伤，细胞实验表明，ERS协同LPS激活TLR4，诱导促炎因子的大量产生。由此可见，严重ERS调节炎症反应参与了肝衰竭的发生和发展。 ERS诱导的UPR通过IRE-1、ATF-6、PERK介导与炎症信号相关途径而促进炎症反应，以使邻近细胞警惕并预防进一步的组织损伤；但随着疾病的进展，非可控性的严重ERS则协同炎症反应，促进大量促炎因子产生，这些机理包括：ROS产生、Ca2+释放、NF-κB的激活、MAPK相关蛋白的激活等。ERS的双向作用以及协同炎症反应等功能在疾病发生和发展过程中发挥着复杂而又关键的作用，ERS诱导炎症反应的能力被认为在疾病发病机理中起重要作用，调控ERS从而控制炎症过程可能是抑制疾病进展的潜在治疗靶点。 3.2 ERS与肝衰竭细胞凋亡 细胞凋亡与肝脏的生理活动密切相关，参与了肝组织细胞更新、增殖及再生等过程。射线、缺血缺氧、肝毒性药物或病毒感染等因素刺激肝脏后，肝细胞启动凋亡程序对抗感染肿瘤，而肝细胞过度凋亡则引起自身免疫性肝炎、暴发性肝炎、肝衰竭等严重疾病。细胞凋亡在肝衰竭的发病过程中发挥了重要作用。目前已知的细胞凋亡途径包括死亡受体途径、线粒体途径和B粒酶信号途径介导的细胞凋亡，另外还有ERS凋亡途径。 ERS是肝病进展过程中的重要稳态装置，既可以协助细胞抵抗应激，但应激过度也可导致细胞损伤。在应激早期，内质网通过抑制蛋白合成、加速蛋白转运降解，减轻了错误蛋白蓄积而引起的细胞负荷，维持细胞稳定，如果应激持续存在或强度过大，则激活凋亡基因引起细胞死亡。因此，ERS在细胞代谢中具有双重作用，早期轻度的ERS可以协助细胞抵抗应激，进一步改善细胞生理状态，发挥保护细胞作用；但当应激强度持续增加时，ERS便会启动细胞凋亡途径，导致细胞死亡。由ERS诱发的凋亡有3种途径： （1）CHOP (CCAAT/enhancer-binding protein-homologous protein)/GADD153(growth arrest/DNA damage-inducible protein153)基因激活，诱导内质网氧化物蛋白产生激活三磷酸肌醇受体诱导细胞凋亡； （2）JNK的激活通路，磷酸化Bcl-2而抑制其活性，作用于线粒体促进细胞凋亡； （3）Caspase-12途径，IRE1激活切割活化caspase-9，剪切前体caspase-3诱导细胞凋亡。 在乙醇引起的急性肝损伤小鼠中，肝微粒体细胞色素P450激活促进UPR和ERS，表现为GRP78、GRP94、CHOP等基因表达上调，促进ERS的发生，引起细胞凋亡及影响脂类代谢。ASK1互动蛋白1（AIP1）是IRE1a下游的ASK1激活的关键介质，可以引起ERS，缺乏AIP1的小鼠可以耐受ERS诱导的JNK激活和细胞凋亡，同时保留氧化应激诱导的JNK活化。熊去氧胆酸（UDCA）干预非酒精性脂肪性肝病患者后，能够降低血清中促凋亡因子miR-34a的水平，减轻ERS反应蛋白CHOP和GRP78的表达水平，改变细胞凋亡阈值，抑制ERS介导的肝细胞凋亡，改善肝功能。 总之，不同严重程度的ERS决定细胞的生存和死亡：早期或者轻度ERS诱导UPR，促进蛋白的正确折叠，从而缓解ERS，发挥细胞保护作用；然而，长期或者严重ERS会引发一种新的细胞内源性凋亡途径（ERS凋亡通路），诱导细胞凋亡。因此，ERS在不同细胞环境或不同疾病进展阶段发挥截然相反的作用。 4 展望 各种原因导致ERS引起未折叠蛋白的蓄积或Ca2+稳态的失衡，均可导致ERS的发生，激活保护信号通路，促进细胞功能恢复，但程度过强或时间过长的ERS将诱导凋亡启动因子的表达，导致细胞凋亡的发生。因此ERS的双向作用以及协同炎症反应等功能在疾病发生和发展过程中发挥着复杂而又关键的作用，深入研究引发ERS的机制及自我调控机制，探寻疾病治疗的新靶点，以期对疾病采取一些有效的预防和治疗措施。 肝脏中的UPR基本上是减轻ERS和维持蛋白质稳态的防御机制。在病理生理条件下，UPR信号传导的分子组分在肝细胞中具有多种生物学功能，并与其他细胞信号传导途径相互作用，包括氧化应激﹑炎症﹑自噬等。但持续的ERS可以压倒UPR的独特防御能力，并且通常导致肝细胞死亡，在几乎所有形式的肝脏疾病中起着共同作用。在酒精诱导的肝脏ERS和损伤中，ERS的持续存在可由醇代谢物及其衍生物，半胱氨酸、神经酰胺增加和钙、铁或锌稳态的破坏引起。在非酒精性脂肪性肝病中，脂质积累可能最初触发ERS反应，进一步调节脂质代谢和积累。过多的脂质上调参与肝细胞死亡的基因，这一过程将促进肝脏从单纯的脂肪变性转变为非酒精性脂肪型肝炎。在药物诱导的肝毒性中，ERS诱导物可以是与ER组分或UPR途径特异性相互作用的药物及其衍生物。在肝炎病毒感染中，ERS和宿主肝细胞中的UPR很可能归因于持续产生大量病毒蛋白。在肝癌发生中，UPR促存活信号可以在ERS的肝细胞中被优先激活，其与多种内源和外源因子相互作用，这些因子可以改变癌基因和肿瘤抑制因子之间的微观平衡。因此，ERS和UPR的病理生理作用证明了ERS与各种形式肝病的发展相关，这提示开发靶向UPR信号传导的药物可对肝衰竭等重症疾病提供新思路。 |
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