中醫藥調節內質網應激防治疾病的研究進展*

劉 蓉 ，唐 方 ，凌海慧 ，梁 棻

（1.天津醫科大學總醫院中醫科，天津 300052；2.天津中醫藥大學，天津 301617）

內質網應激參與多種疾病的發生發展過程，抑制或激活內質網應激介導的凋亡和自噬可能成為預防和治療內質網應激相關疾病的潛在新靶點。本文簡要介紹了內質網應激及其相關的信號轉導通路，并綜述了近5年中醫藥通過調節內質網應激、細胞凋亡和/或自噬治療疾病的研究進展，為相關疾病的治療提供新的思路和理論依據。

1 內質網應激及相關信號通路

內質網主要負責細胞蛋白質的合成和折疊，但是它還具有重要的細胞應激感知作用。由于鈣穩態失衡、缺氧等原因使內質網環境改變導致未折疊蛋白堆積，從而誘發內質網應激。內質網調節一組特定的細胞內信號通路，以應對未折疊和錯誤折疊蛋白質的堆積，這些通路統稱為未折疊蛋白反應（UPR）。UPR能激活3條不同的信號轉導途徑：肌醇需求酶-1（IRE1）通路，胰腺內質網激酶（PERK）通路，和活化轉錄因子6（ATF6）通路[1]。IRE1是最高度保守的內質網應激傳感器，UPR誘導的IRE1磷酸化促進從下游X-盒結合蛋白1（XBP1）mRNA中去除26個核苷酸的內含子，生成其活化形式剪切XBP1（XBP1s）。PERK自身磷酸化激活，磷酸化真核翻譯起始因子 2α（eIF2α），磷酸化的eIF2α 抑制mRNA翻譯，減少蛋白質的合成。ATF6是最初被合成的內質網跨膜蛋白，在未折疊蛋白質積累時，它就被包裹入運輸囊泡，運送到高爾基體，被兩個蛋白酶S1P和S2P水解，自由的N-末端胞質片段ATF6（N）進入細胞核以激活UPR目標基因。最初的UPR促進了一種自適應機制來恢復內質網穩態，維持細胞活力，但當內質網應激變得不可克服時，UPR也會導致細胞凋亡[2]。

內質網應激介導的細胞凋亡受多種機制的調節，主要信號通路包括促凋亡蛋白B細胞淋巴瘤因子2（Bcl-2）蛋白相關X蛋白（Bax）和Bcl-2蛋白拮抗劑（Bak）活化，通過IRE1作用調節內質網應激反應[3]，激活的IRE1α募集腫瘤壞死因子受體相關因子 2（TRAF2）和凋亡信號調節激酶 1（ASK1），然后激活c-Jun N末端激酶（JNK）誘導細胞凋亡。PERK介導的轉錄因子C/EBP同源蛋白（CHOP），通過介導促凋亡基因與Bcl-2相互作用的細胞死亡調解子（Bim）和抑制抗凋亡基因Bcl-2轉錄誘導凋亡[4-5]。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12（Caspase-12）是內質網應激特異的凋亡因子，僅與內質網應激誘導的細胞凋亡有關。內質網應激介導的Caspase-12活化可誘導細胞凋亡。雖然內質網應激可能導致一系列的代償性反應，幫助恢復內質網穩態、細胞存活和適應，但是長期內質網應激會造成有害的病理結果，包括胰島素抵抗、異位脂肪沉積、炎癥、細胞凋亡和自噬失調[6]。UPR對許多人類疾病的潛在影響使得UPR信號成為治療干預的一個有希望的靶點[2]。

自噬是依賴溶酶體途徑對胞質蛋白和細胞器進行降解的一種過程。自噬使細胞回收利用營養成分，處理掉多余的和有害的蛋白質、細胞器和病原體。UPR的3條信號通路PERK、IRE1、ATF6均可在內質網應激狀態下誘導自噬。自噬對維持細胞穩態非常重要，細胞自噬障礙在病理中有非常重要的作用[7-8]。Ning等[9]發現內質網應激誘導自噬參與帕金森病的病理過程。隨著分子伴侶介導的自噬被證明參與越來越多的細胞過程，人們逐漸認識到其功能障礙會導致各種疾病[10]。

2 中醫藥經內質網應激通路防治疾病的作用

內質網應激及其介導的凋亡和自噬參與了多種疾病的病理過程，成為相關疾病的研究熱點。本文對近5年中醫藥基于內質網應激途徑防治疾病的文獻進行整理和匯總。見表1。

表1 近5年中醫藥經內質網應激防治疾病的研究Tab.1 Study on traditional Chinese medicine for the prevention and treatment of diseases through endoplasmic reticulum stressin recent five years

2.1 抗腫瘤

2.1.1 肺癌 半枝蓮是一種常用的抗炎抗癌中藥，對于肺癌的抗腫瘤機制是p38絲裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）/沉默信息調節因子相關酶 1（SIRT1）通過 DNA 合成后期（G2）/有絲分裂期（M）阻滯和內質網應激、內源性線粒體和外源性FAS/FASL介導的途徑調控細胞凋亡[11]。從甘草中提取的黃酮類化合物甘草查爾酮A具有廣泛的藥理活性，通過阻斷G2/M轉換時的細胞周期進程和誘導細胞凋亡來抑制肺癌細胞的生長，并可增加內質網應激相關蛋白如p-eIF2和ATF4的表達[12]。

2.1.2 乳腺癌 蒲公英提取物可顯著降低人乳腺癌細胞（MDA-MB-231）活力，觸發G2/M期阻滯和細胞凋亡，并可介導內質網應激相關信號ATF4、ATF6、XBP1s、葡萄糖調節蛋白78（GRP78）、CHOP基因mRNA表達增加，磷酸化 PERK（p-PERK）、eIF2α、IRE1、CHOP、GRP78蛋白水平升高。提示蒲公英提取物抗癌作用與內質網應激相關的細胞凋亡有關，其機制至少部分歸因于 PERK/磷酸化 eIF2α（p-eIF2α）/ATF4/CHOP軸的強烈激活[13]。苦參堿可上調內質網應激標志物GRP78、eIF2α、CHOP的表達，增加細胞凋亡水平，繼而阻斷內質網應激介導的細胞凋亡通路，苦參堿誘導的細胞凋亡減少，但與對照組仍有統計學差異。苦參堿不僅促進內質網應激的發生，而且抑制己糖激酶Ⅱ的表達，下調能量代謝。提示苦參堿誘導內質網應激介導的細胞凋亡和能量代謝下調可能是其對人乳腺癌細胞毒性作用的機制[14]。

2.1.3 宮頸癌 觀察芝麻素對宮頸癌（HeLa）細胞系的作用機制發現，芝麻素可抑制HeLa細胞的增殖和遷移，并誘導細胞凋亡和自噬，上調Bax、Caspase-12、GRP78、生長抑制和DNA損傷誘導基因153（GADD153）、磷酸化 IRE1α（p-IRE1α）、磷酸化 JNK（p-JNK）、微管相關蛋白輕鏈3I/II（LC3I/II）、Bcl-2同源結構域蛋白（Beclin-1）表達，下調Bcl-2表達，提示芝麻素通過IRE1α/JNK途徑誘導內質網應激介導的細胞凋亡，并激活HeLa細胞自噬和自噬性死亡，發揮抗癌作用[15]。

2.1.4 前列腺癌 雷公藤提取物雷公藤甲素具有較強的抗腫瘤活性。近年來發現雷公藤甲素可誘導癌細胞自噬。研究發現，雷公藤甲素通過刺激內質網應激反應介導細胞內游離鈣的積累，進而激活了鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶激酶β（CaMKKβ）-腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）信號通路，而CaMKKβ-AMPK信號通路反過來又抑制雷帕霉素靶蛋白（mTOR），激活Unc-51自噬激活激酶1（ULK1）和Beclin-1，最終導致自噬。提示雷公藤甲素通過CaMKKβ-AMPK通路誘導前列腺癌細胞保護性自噬發揮抗癌作用[16]。

2.1.5 胰腺癌 牡丹皮具有抑制腫瘤生長和轉移的作用，體外以胰腺癌細胞為模型系統，體內以小鼠異種移植瘤為模型，探討牡丹皮對胰腺癌的抗癌作用機制。結果發現牡丹皮水提物可促進內質網應激，影響線粒體膜電位，增加自噬體數量，抑制自噬體降解，繼而誘導自噬，最終導致細胞凋亡[17]。

2.1.6 肝細胞癌 黃芩素具有顯著的抗肝細胞癌活性，通過內質網應激誘導細胞凋亡和保護性自噬發揮抗癌作用。黃芩素經內質網應激誘導細胞凋亡，可能是通過下調促存活Bcl-2家族，增加細胞內鈣離子和激活JNK來完成的。黃芩素誘導內質網應激的過程中，CHOP是細胞死亡的執行者，而eIF2α和IRE1α發揮保護作用[18]。拳參水提物治療肝細胞癌的作用機制可能是通過增加自噬體而阻斷降解，進而促進泛素化蛋白的積累和細胞凋亡，從而刺激內質網應激[19]。

2.1.7 其他 去氧地膽草素來源于傳統中草藥地膽草，它對多種癌癥都顯示出了良好的抗癌效果。研究發現去氧地膽草素在腫瘤細胞中具有明顯的細胞毒性和誘導凋亡作用，可促進結腸癌細胞（HCT116）和慢性髓系白血病細胞（K562）細胞自噬，在G2/M期抑制細胞周期進展，引起Caspase-8、-9、-3和-7的活化，活性氧（ROS）的產生，以及多聚ADP核糖聚合酶（PARP）的裂解，而細胞凋亡誘導與線粒體通透性和內質網應激有關[20]。多傘阿魏中倍半萜烯香豆素（DAW22）通過內質網應激和線粒體/死亡受體途徑誘導細胞凋亡，為膠質瘤治療提供了新的線索[21]。

2.2 保護神經 建立大鼠短暫性大腦中動脈阻塞/再灌注損傷模型，銀杏內酯注射液具有改善模型大鼠神經運動功能、減輕腦水腫、減小腦梗死體積的作用。缺血再灌注24、72 h后，銀杏內酯注射液可抑制CHOP蛋白水平升高；缺血再灌注24 h，可抑制Caspase-12成熟體蛋白水平升高。模型大鼠缺血再灌注 24、72 h，P62蛋白表達下降，而 LC3Ⅱ/Ⅰ的比值上升，提示缺血再灌后腦內自噬水平升高；發現銀杏內酯注射液能抑制P62的下降和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值的上升，從而抑制自噬水平的升高，表明銀杏內酯注射液治療缺血性腦卒中急性期神經損傷的作用機制與抑制缺血再灌注后內質網應激和過度自噬相關[22]。抵擋湯已被廣泛應用于腦出血患者的治療，研究發現其分子作用機制為通過阻斷GPR78-IRE1/PERK通路發揮對內質網應激損傷和凋亡的神經保護作用[23]。西洋參皂苷是西洋參的主要活性成分，在多種疾病中具有抗炎、抗凋亡的作用，可改善脊髓損傷，促進脊髓功能恢復。西洋參皂苷治療可抑制急性脊髓損傷后內質網應激及相關細胞凋亡，抑制內質網應激誘導的PC12細胞神經突損傷。提示西洋參皂苷是一種新型的治療急性中樞神經系統損傷的藥物[24]。滋補脾陰方藥（紅參30 g，山藥15 g，茯苓15 g等）可升高脾陰虛糖尿病大鼠大腦皮質LC3Ⅱ表達，降低大腦皮質p-IRE1α、p-JNK1以及p-JNK2蛋白表達水平，提示滋補脾陰方藥可通過調節自噬減輕內質網應激，改善糖尿病認知功能障礙[25]。

2.3 保護心肌 觀察缺血再灌注損傷高脂血癥合并2型糖尿病大鼠透射電鏡下心肌組織超微結構，心肌內質網應激相關蛋白GRP78及自噬相關蛋白Beclin-1表達水平，發現穴位埋線可能通過促進GRP78、Beclin-1水平提高，維持內質網正常功能，進而調節自噬活性達到對心肌保護作用[26]。用晚期糖基化終末產物（AGEs）處理心肌H9c2細胞，松香酸可抑制AGEs誘導的心肌細胞凋亡，CHOP和 cleaved Caspase-12蛋白水平升高，GADD34及免疫球蛋白結合蛋白（BiP）表達降低，并且抑制LC3Ⅱ/Ⅰ比值及Beclin-1表達的降低及P62表達的升高。自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤可逆轉松香酸對心肌細胞LC3、肌紅蛋白（Mb）、cleaved Caspase-12和BiP蛋白水平的影響，提示松香酸影響心肌損傷的作用機制為誘導自噬從而減輕AGEs誘導的心肌H9c2細胞凋亡和內質網應激反應[27]。

2.4 保護肝細胞 棕櫚酸可導致肝細胞損傷，LC3Ⅱ/Ⅰ比值和p62蛋白表達增加，細胞凋亡增加，CHOP、GRP78、XBP-1mRNA 表達增加，線粒體膜電位降低，ROS生成增加。大麻二酚可恢復損傷的肝細胞內的自噬流，減少細胞凋亡，減輕內質網應激和線粒體功能異常，而自噬抑制劑氯喹可逆轉大麻二酚的保護作用。結果提示大麻二酚通過促進自噬流減輕棕櫚酸誘導的肝細胞凋亡，改善受損肝細胞內質網應激和線粒體功能[28]。

2.5 抗結核 大蒜烯具有廣譜抗菌活性。研究發現大蒜烯可明顯減少小鼠單核巨噬細胞白血病細胞（RAW 264.7）中結核分枝桿菌H37Rv總量。大蒜烯刺激可誘導內質網應激傳感器分子和ROS產生，而ROS生成依賴于JNK的激活，并且可以提高自噬相關因子LC3II、P62和Beclin-1的水平。結果提示大蒜烯抑菌作用可能通過活化JNK，誘導ROS合成和積累，導致內質網應激和自噬的活化，可能為結核病提供新的治療方法[29]。

2.6 改善胰島素抵抗 姜黃素可減輕棕櫚酸誘導的胰島素抵抗，抑制泛素-蛋白酶體系統（UPS），激活自噬，并且抑制棕櫚酸誘導的蛋白聚集和內質網應激。姜黃素活化的自噬可維持內質網蛋白平衡，減輕內質網應激，進而抑制JNK/胰島素受體底物-1（IRS-1）通路，改善胰島素抵抗[30]。

2.7 保護成骨細胞 巖白菜素預處理小鼠胚胎成骨細胞前體細胞（MC3T3-E1）可防止甲基乙二醛誘導的細胞死亡，巖白菜素治療可顯著降低甲基乙二醛誘導的ATF6和自噬。這些結果表明，巖白菜素可能對成骨細胞的重要功能有積極作用[31]。

3 小結

綜上所述，內質網應激信號通路參與了腫瘤、神經損傷等多種疾病的發生發展。隨著分子機制的深入研究，揭示了腫瘤等重大疾病相關的內質網應激及其介導的細胞凋亡、自噬信號通路和信號分子，為這些疾病的治療提供了理論依據和新的靶點。一些中藥單體、復方以及中醫療法可通過干預內質網應激途徑，調控腫瘤細胞、神經細胞、心肌細胞、肝細胞、成骨細胞等靶細胞的凋亡和/或自噬，發揮抗腫瘤、保護細胞、緩解胰島素抵抗和抗結核作用。由于各種疾病的分子病理機制復雜，中醫藥對相應細胞的調節作用表現也存在差異，對腫瘤細胞主要是通過調節內質網應激信號分子誘導自噬促進凋亡，對其他細胞則多為抑制凋亡。這些研究成果為中醫藥靶向治療疾病提供了依據，有利于中醫藥的有效開發和利用。

UPR可以引發炎癥，這些反應在特定細胞和組織中的耦合現在被認為是炎癥性疾病發病機制的基礎[32]。研究證實內質網應激在腸道炎癥疾病的病理發展中起到重要作用，然而中醫藥調節內質網應激相關通路防治腸道炎癥疾病的研究鮮見報道，相關研究還有待于進一步開展。