缺血性腦中風中與內質網應激相關炎癥反應研究進展

網絡出版時間：2014-12-4 13:45網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1001-1978.2015.01.006.html

缺血性腦中風中與內質網應激相關炎癥反應研究進展

黃志英1，2，張曉旭1，3，孫文利1，3，陳暢1，李德鳳1，方婧1，付梅紅1，劉慶山4，顏天華2，李韶菁1

(1.中國中醫科學院中藥研究所，北京100700；2.中國藥科大學藥學院，江蘇 南京210009；3.河北大學藥學院，河北 保定071002；4.中央民族大學中國少數民族傳統醫學研究院，北京100081)

中國圖書分類號：R-05；R329.24；R364.5；R743.3

摘要：內質網是機體微環境的重要組成結構和功能單位，內質網內穩態失衡導致的內質網應激成為近年來的一個研究熱點。該文主要針對內質網應激在缺血性腦中風中的作用及相關信號通路的研究進展進行綜述，特別對內質網應激觸發腦中風炎癥反應的機制進行了系統的整理和總結，以期為缺血性中風的防治提供新的研究思路。

關鍵詞：缺血性腦中風；神經元損傷；微環境；內質網應激；炎癥；相關信號通路

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2015.01.006

文章編號：

文獻標志碼：A1001-1978(2014)01-0023-04

收稿日期:2014-09-24,修回日期:2014-11-20

基金項目：國家自然科學基金資助項目(No 81274133，81303261);國家科技重大專項(重大新藥創制)資助項目(No 2012ZX09103201-055)

作者簡介：黃志英(1990-)，女，碩士生，研究方向：心腦血管藥理學，E-mail：zhiyinghuang1990@163.com；

Abstract：Endoplasmic reticulum plays a key role in both basic structure formation and function performance of microenvironment. Endoplasmic reticulum homeostasis unbalance caused by endoplasmic reticulum stress has become a hot research topic in recent years. This paper focuses on the role of endoplasmic reticulum stress in ischemic stroke. Research progress of related signaling pathways were reviewed, especially mechanisms through which endoplasmic reticulum stress trigger the inflammatory reaction, so as to provide a new research method for prevention of ischemic stroke.

李韶菁(1974-)，女，博士，副研究員，研究方向：中藥組效關系和分子藥理學，E-mail：shaojingli2004@126.com

腦中風又稱腦血管意外或腦卒中，是一種具有嚴重危害的腦血管疾病[1]。中風具有發病率高、死亡率高、致殘率高、復發率高以及并發癥多的特點，同冠心病、癌癥并列為威脅人類健康的三大疾病。腦中風主要分為缺血性和出血性腦中風兩種類型，而大約 80%以上的腦中風是因腦血管栓塞所致的缺血引起的，因此臨床藥物治療主要針對缺血性腦中風。

缺血性腦中風發病機制復雜，病理過程涉及能量代謝障礙、過氧化、鈣超載、興奮性氨基酸毒性等多種機制。腦缺血通常會繼發一系列應激級聯反應，如缺血環境激活腦內小膠質細胞，釋放TNF-α、IL-1β和IL-6[2]等炎性因子以及其他可能的細胞毒性分子如NO、ROS等。炎性趨化因子如單核細胞趨化蛋白 (Monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)、巨噬細胞炎性蛋白(macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α)[3]表達增加，白細胞浸潤，又進一步釋放各種炎癥介質，加重腦損傷。

內質網作為人體主要的亞細胞結構，在蛋白質折疊、糖原代謝、脂類合成、鈣儲存及穩態的維持中具有重要作用，也是多種細胞內外信號傳遞的共同場所，更是機體微環境的重要組成結構和功能單位。在細胞內外環境應激因子如缺糖、缺氧、氧自由基、毒胡蘿卜素等的刺激下，內質網內穩態失衡引起內質網應激(endoplasmic reticulum stress，ERS)反應。ERS參與了多種疾病病理過程，有大量文獻報道ERS與心腦血管疾病和癌癥等關系密切，ERS已經成為當前研究熱點[4-5]。然而，目前，ERS在缺血性腦中風中的作用并不十分明確，它如何通過某些特定通路與炎癥反應偶聯介導缺血性腦中風損傷的相關病理過程仍需深入研究。本文在對缺血性腦中風中與ERS相關信號通路進行闡述的基礎上，進一步對與ERS相關的炎癥信號通路進行探討和綜述。

1缺血性腦中風與ERS相關通路

1.1缺血性腦中風中ERS相關經典信號通路在缺血性腦中風，神經元缺糖缺氧可能是觸發ERS的主要原因。能量的缺乏，導致ATP產生減少、BIP與未折疊蛋白結合的效率降低、內質網錯誤折疊蛋白的積累，觸發未折疊蛋白反應(unfolded protein response，UPR)。與此類似，內質網Ca2+-ATP酶(sarcoplasmic reticulum Ca2+ATPase, SERCA)失效導致內質網內鈣耗竭，加重內質網分子伴侶蛋白的損傷。細胞外組織型纖溶酶原激活物(tissue-type plasminogen activator，tPA)破壞NMDA受體，內質網鈣流入細胞質，胞質鈣受內質網膜蘭尼堿受體(ryanodine receptor, RyR)的介導觸發內質網鈣的釋放，進一步加重內質網內鈣耗竭。對于嚴重受損的神經元，胞質鈣濃度升高最終會誘導細胞凋亡[6]。

1.2缺血性腦中風中與ERS相關其他信號通路

1.2.1ERS與鈣庫操縱性鈣內流一種名為鈣庫操縱性鈣內流(store operated Ca2+entry,SOCE)的調控通路在內質網鈣平衡的調控中起著重要作用。SCOE是一種依賴內質網鈣庫耗竭激活的Ca2+內流現象，主要由細胞膜上的鈣庫操縱性鈣通道(store operated Ca2+channel，SOC)、Orai蛋白以及內質網膜上的基質相互作用因子 (stromal interaction molecule 1，STIM1 )介導[7]。

STIMl作為Ca2+感受器，可將內質網中Ca2+濃度變化信息傳遞至膜上的SOC[8]。靜息時，STIMl定位于內質網膜，面向內質網腔內的EF區域與鈣庫中的Ca2+結合，使STIMl處于穩定狀態。當內質網中Ca2+濃度降低時，STIMl與Ca2+分離，并成簇匯集易位至質膜，與SOC功能性亞基如瞬時受體電位離子通道蛋白 (transient receptor potential C, TRPC)結合，通道開放，胞外Ca2+流入內質網腔。Orai蛋白也位于細胞膜上，當內質網鈣庫耗竭時，STIM1與Orai蛋白結合，Orai通道開放，鈣內流，整個過程和SOC-STIM1介導的鈣內流過程類似。

通過對鈣庫操縱性鈣內流的研究，發現鈣庫操縱性鈣內流理論上有利于減輕甚至逆轉內質網鈣耗竭，進而阻斷下游的未折疊蛋白反應。因此若能找到SOC、Orai激動劑或者能提高STIM1活性的物質，就有可能降低腦缺血繼發ERS對腦組織造成的損傷。

1.2.2Keap1-Nrf2-ARE通路核轉錄因子Nrf2以ARE信號通路介導并激活多種抗氧化基因和Ⅱ相解毒酶基因的轉錄，從而減輕ROS和親電子物質引起的細胞損傷，維持機體氧化-抗氧化的生理平衡[9]。Keap1-Nrf2-ARE通路的激活減弱ROS引起的ERS。Wang等[10]的實驗也表明Keap1-Nrf2-ARE通路的激活可以明顯減少ERS標志性蛋白GADD153/CHOP的表達。

2缺血性腦中風中ERS繼發的炎癥反應

2.1ERS觸發炎癥反應的經典通路缺血性腦中風缺血缺氧引起細胞內離子失衡、能量代謝紊亂，進而激發ERS和炎癥反應。炎癥反應是缺血性腦中風的重要病理基礎，而ERS與炎癥反應密切相關，可通過多種機制相互偶聯，如ROS的產生、內質網鈣的釋放、轉錄因子NF-κB以及JNK的活化，可用Fig 1表示如下。

Fig 1Classical inflammatory pathways related to endoplasmic reticulum stress

2.2ERS與炎癥相關的其他通路

2.2.1AMF/GP78通路自分泌游動因子(autocrine motility factor，AMF)，最早發現于腫瘤細胞中[11]。GP78是內質網膜上的一種跨膜鑲嵌蛋白質，最初作為自分泌游動因子受體 (autocrine motility factor receptor, AMFR)被發現。后證明，GP78是泛素連接酶(E3)家族中的一種，其位于內質網膜上，參與了內質網相關性蛋白降解(endoplasmic reticulum-associated degradation, ERAD)過程[12]。

AMF與GP78相互作用，能夠增強細胞應對外界不利刺激的能力，提高局部組織缺氧、缺血后及繼發炎癥反應中細胞的存活率。AMF與GP78相互作用，對細胞產生保護作用的機制主要有兩種，一種是抑制ERS反應，另一種是減少線粒體碎片化。AMF與GP78結合能夠抑制IP3活化或者毒胡蘿卜內酯誘導的細胞鈣濃度上升，避免ERS反應和細胞凋亡[13]。Shankar 等[14]的研究表明GP78能誘導線粒體融合蛋白1和2(Mitofusin1/2,Mfn1/2)降解，促進線粒體分裂。而在PI3K等的介導下，AMF先與GP78結合再通過胞吞作用進入滑面內質網，這一過程會抑制GP78誘導的線粒體分裂，有利于提高細胞對不利刺激的抵御能力。

2.2.2 SDF-1/CXCR4軸基質細胞衍生因子(stromal cell-derived factor-1，SDF-1)由基質細胞持續產生，并在胚胎生長發育期，為B淋巴細胞的生成、骨髓髓系細胞的生成、神經元形成和心血管內皮細胞發展所必須，能與CX趨化因子受體4(CX chemokine receptor 4，CXCR4)特異性結合，促進血管增生[15]。SDF-1與VEGF的表達之間存在相互促進的作用。另外，組織缺血時，缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)也會誘導SDF-1表達[16]。

除了促血管增生，恢復缺血腦組織供血外，SDF-1還能抑制缺血區ERS反應，減少細胞凋亡以及炎癥的發生，其涉及機制可能有STAT3 的活化、AMP表達的上調[17-18]。

2.2.3Kir6.1/K-ATP通路ATP敏感的鉀離子通道在眾多大腦疾病如腦中風的發生中起著關鍵作用，Kir6.1是組成鉀離子通道的重要亞基之一。Dong等[19]的研究發現Kir6.1基因敲除鼠在腦缺血/再灌注后出現神經障礙，膠質細胞過度活化、血腦屏障破壞。此外，Kir6.1基因缺陷鼠ERS反應更強烈、促炎因子如TNF-α、IL-1β表達水平更高。因此，Kir6.1基因可能通過減弱缺血后ERS以及炎癥反應而降低缺血/再灌注損傷。

2.2.4Bim/A1失衡與ERS輕度的ERS反應和低濃度促炎因子IL-1β之間交互作用，通過IRE1α/XBP1通路加劇胰島β細胞炎性反應。在研究細胞因子的促凋亡作用時發現，環匹阿尼酸CPA誘導的ERS會提高IL-1β在鼠胰島β細胞中的促凋亡作用。XBP1基因敲除不會阻斷β細胞的凋亡，表明導致炎癥和細胞死亡的通路之間的相互獨立。促凋亡唯BH3結構域Bim蛋白在細胞因子誘導細胞凋亡中起著核心作用，這種促凋亡作用會被4種抗凋亡Bcl-2蛋白Bcl-2、Bcl-XL、Mcl-1和A1抵抗。CPA+IL-1β誘導的β細胞凋亡伴隨Bim表達增加，以及A1表達減少。Bim沉默能保護細胞避免出現CPA+IL-1β誘導的凋亡，然而A1敲除會加重細胞凋亡。在任何條件下，Bim抑制都能對抗A1沉默導致的細胞凋亡。

輕度的ERS反應破壞促炎Bim和抗炎Bcl-2蛋白之間的平衡，繼發胰島β細胞在IL-1β誘導下的凋亡與炎癥反應[20]。在缺血性腦中風，ERS也有可能通過破壞Bim/Bcl-2平衡加重腦缺血損傷。因此Bim/Bcl-2有可能是腦中風治療的新靶點。

2.2.5大腦多巴胺能神經營養因子CDNFCheng 等[21]用大腦多巴胺能神經營養因子(cerebral dopamine neurotrophic factor,CDNF)慢病毒載體轉染星形膠質細胞后，細胞中CDNF 過表達。衣霉素觸發ERS反應，使細胞乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase, LDH)分泌相應增加。CDNF過表達組，LDH分泌明顯比非CDNF過表達的對照組要少，表明CDNF能減輕ERS誘導的星型膠質細胞損傷。衣霉素觸發ERS后，相關促炎因子mRNA分泌和表達水平提高，而CDNF過表達能抑制這一過程。因此，CDNF通過干涉ERS反應進而抑制星形膠質細胞相關炎癥反應，對減弱缺血缺氧對神經膠質細胞造成的損傷有重要作用。

3小結與展望

ERS與炎癥反應是缺血性腦中風過程中神經元損傷和修復的重要環節。內質網作為一種重要的細胞結構，能通過多條通路對腦中風狀態下缺血缺氧的腦組織微環境進行調節。眾多研究已經表明，疾病狀態下ERS反應的過度激活并不利于受損組織的修復，其原因之一就是強烈的ERS反應直接觸發下游炎癥級聯反應，釋放大量炎性介質，對機體造成不可逆損傷。因此尋找腦中風發生過程中ERS相關炎性反應通路并對其加以調控對缺血性腦中風的治療有積極的意義。

綜上可知，ROS、Ca2+、GRP78、NF-κB、AP-1分子在調控腦缺血后ERS相關炎癥反應中起著重要作用，是缺血性腦中風治療和評價的經典靶點[22]。除了上述經典的通路外， AMF/GP78通路、SDF-1/CXCR4、Kir6.1/K-ATP、Bim/A1、CDNF等也可能參與腦缺血過程的發生，調節腦缺血后ERS相關炎癥反應，但目前具體調節機制尚不明確，有待進行更深入的研究。抑制ERS以及相關炎性通路能為腦中風的研究提供重要理論基礎，有望阻止腦缺血后的病理過程，為腦中風的治療和藥物發現提供新思路。

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Research progress of inflammation reaction related to endoplasmic

reticulum stress in ischemic endoplasmic reticulum stress

HUANG Zhi-ying1，2，ZHANG Xiao-xu1，3，SUN Wen-li1，3，CHEN Chang1, LI De-feng1，

FANG Jing1，FU Mei-hong1，LIU Qing-shan4，YAN Tian-hua2，LI Shao-jing1

(1.InstituteofChineseMateriaMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100700,China; 2.Collegeof

Pharmacy,ChinaPharmaceuticalUniversity,NanjingJiangsu210009,China;3.CollegeofPharmacy,HebeiUniversity,Baoding

Hebei071002,China;4.MinorityTraditionalMedicalCenter,MinzuUniversityofChina,Beijing100081,China)

Key words： ischemic stroke; neuron injury; microenvironment; endoplasmic reticulum stress; inflammation; related signal pathways