內質網應激在蛋白尿致腎臟損傷中的作用研究進展

王 芳 張小楠 楊成君 許會靜 (吉林大學基礎醫學院生物化學教研室，吉林 長春 3002)

內質網環境的穩定是實現內質網功能的基本條件。但很多因素可導致內質網功能的內穩態失衡，形成內質網應激(ERS)，比如在一系列生化、生理、病理刺激下可引起內質網鈣損耗、糖基化改變、營養損失、氧化應激、DNA損傷和能量波動等，這些都能阻斷蛋白折疊進程從而導致ERS〔1〕。眾多研究表明許多疾病的發病機制都與ERS有關，其中神經系統疾病、糖尿病等領域對其研究較深，近來有研究發現ERS參與蛋白尿所致的腎臟損傷。蛋白尿不僅是腎病的標志，也是腎疾病進行性加重的主要危險因素。因此對該途徑的研究可為治療腎病提供新的治療靶點。

1 ERS與未折疊蛋白反應(UPR)

ERS是一種保護性細胞反應，適度的應激可以維持內環境穩態，比如內質網分子伴侶葡萄糖調節蛋白78(GRP78)/Bip的表達就有細胞保護作用，因為近三分之一新合成的蛋白在分子伴侶和催化劑的協助下被運至內質網進行折疊與組裝〔2〕。為了確保蛋白折疊的精確性，并解決未折疊或錯誤折疊蛋白的累積，內質網中形成一系列信號轉導通路來正確折疊蛋白，不正確的蛋白折疊可導致錯誤折疊蛋白在內質網腔內蓄積而引發ERS，在真核細胞中發現一套復雜的信號轉導通路，統稱為UPR，以緩解ERS。UPR有三個信號轉導通路，分別由三個跨膜蛋白絲氨酸蛋白激酶(PERK)、Ⅱ型跨膜蛋白(ATF6)和I內質網膜Ⅰ型跨膜蛋白(RE1)在其轉錄和翻譯水平上進行介導。

1.1 PERK介導的信號通路 PERK是內質網Ⅰ型跨膜蛋白，屬絲/蘇氨酸蛋白激酶。當細胞發生內質網應激時，ERS分子PERK通過自身聚合反應和磷酸化反應啟動應答〔3〕。活化的PERK使翻譯起始因子eIF2磷酸化，導致翻譯減弱，是因為減少了內質網工作量通過阻斷新合成的蛋白進入內質網，并降低了內質網對新生蛋白質折疊需求的壓力。磷酸化的eIF2促進轉錄因子GADD153(也稱CHOP)的表達，有研究表明CHOP過表達能夠導致細胞凋亡〔4〕。

1.2 ATF6介導的信號通路 真核細胞內ATF6是Ⅱ型跨膜蛋白。在非應激細胞中，ATF6通過與內質網膜的交互作用而處于不活化的狀態，而發生ERS時蛋白質活化水解，水解后促進X盒結合蛋白1(XBP1)和Bip等基因轉錄〔5〕。ATF6的蛋白水解作用是依賴于介導固醇調控轉錄因子SREBP1和SREBP2〔6〕。UPR也活化ATF6，活化的ATF6像自噬一樣維持內質網穩態。但是，如果刺激因素持續存在或強度過大，PERK和IRE1將誘導凋亡通路分子的表達。

1.3 IRE1介導的信號通路 在哺乳動物細胞中IRE1是內質網膜I型跨膜蛋白，有α、β兩種亞型，不同于酵母，IRE1介導的信號通路只是部分ERS基因表達〔7〕。IRE1的胞質區域含有蛋白激酶區，并具有核糖核酸內切酶活性，當未折疊蛋白蓄積時，IRE1發生寡聚化，并觸發其自身磷酸化作用，依次激活其獨特的效應子功能。IRE1導致X-盒結合蛋白1(XBP-1)mRNA的剪接，此剪接作用控制了 XBP-1蛋白的表達〔8〕。翻譯后，XBP1轉位到細胞核，在此激活UPR靶基因。生理學上ERS活化通過IRE1和XBP-1介導的信號通路不僅上調內質網分子伴侶GRP78蛋白表達，而且誘導內質網相關蛋白的降解。

2 ERS與腎臟疾病

ERS在腎臟病理生理學中的研究是一個相對較新的領域。在動物實驗或細胞培養中，ERS作為一種誘導細胞凋亡的機制發生于足細胞或腎小管上皮細胞〔9〕。之前的研究顯示ERS與神經元細胞損傷和胰腺細胞的凋亡之間有密切的聯系。同時也有學者進行研究UPR和人工培養的腎細胞中內質網相關聯。如ERS可以通過體外培養足細胞和在嚙齒類動物模型中堆積蛋白質形成，通過誘導腎小球上皮細胞損傷或將腎近端小管細胞置于高濃度白蛋白環境中來引起細胞凋亡〔10〕。

2.1 ERS參與蛋白尿致腎小球硬化過程 足細胞是腎臟固有細胞，高度分化，在腎小球選擇透過性作用中非常重要，很難通過有絲分裂來恢復已造成的損傷。足細胞損傷可引起能量代謝異常引起的ERS，當損傷持續或進一步加重時，應激和修復機制失衡，凋亡相關基因激活，足細胞走向必然死亡的命運〔11〕。研究表明當足細胞發生蛋白尿時，CD2相關蛋白(CD2AP)表達下調而激活ERS以致最終引起足細胞凋亡;同時，轉染CD2AP載體到足細胞將上調CD2AP，下調GRP78和半胱氨酶蛋白酶(caspase12)的表達從而減少細胞凋亡〔12〕。另一研究表明白蛋白增加足細胞內內質網相關蛋白GRP78的表達，導致caspase12激活，從而引起細胞凋亡，并且說明這一過程是通過激活瞬時受體電位陽離子通道蛋白(TRPC6)介導的Ca2+聚集引發的〔13〕。

2.2 ERS參與蛋白尿致腎小管損傷過程 腎小管腔蛋白水平增高，可誘導小管上皮細胞釋放各種趨化因子、炎性因子及細胞外基質，如內皮素1(ET1)、單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)、RANTES、IL8、TGFβ等，導致小管上皮細胞損傷、小管間質炎癥反應及纖維化，促使腎疾病向終末腎功能衰竭(end-stage renal failure)過渡〔14〕。但是，上述研究結果只是集中于尿蛋白本身作為信號分子所起的作用，事實上，蛋白尿在進行性腎損傷過程中所起作用遠不只如此。腎病狀態下，大量蛋白尿可以誘導腎小管上皮細胞凋亡以及腎小管萎縮〔15〕。研究證明，蛋白尿可誘導腎小管上皮細胞ERS反應，并以PERK-CHOP依賴方式誘導腎小管上皮細胞凋亡〔16〕。又一研究證明，在腎小管上皮細胞中，白蛋白引起Bip和ORP150的表達以及細胞凋亡。而且，這兩種內質網分子伴侶在蛋白尿PAN模型的腎小管上皮細胞中也表達上調(造模第3周)以及引起細胞凋亡的增加〔17〕。

3 展望

近年來大量實驗證明ERS參與了腎損傷過程，可能是腎損傷發生和發展的重要機制。這些研究證明了ERS在腎病中的作用機制以及確認了之前未被認可的機制。這些結果能使人們更有信心去努力尋找ERS方面的潛在治療策略。因此，深入研究ERS的作用及分子機制，可為臨床治療蛋白尿提供新的理論依據。

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