內質網應激-自噬通路與海馬細胞凋亡相關性的研究進展▲

黃其柳 盧 玲 李 歡 陳 煒 刁麗梅

(1 廣西中醫藥大學研究生學院，南寧市 530000，電子郵箱：179567391@qq.com；2 廣西中醫藥大學第一附屬醫院腦病一區，南寧市 530000)

【提要】 海馬體在學習、記憶、情境恐懼調節和神經內分泌調節中起著至關重要的作用，其與諸多神經系統疾病密切相關，而內質網應激-自噬通路在海馬細胞凋亡中發揮重要作用，其中內質網應激可誘導細胞自噬，從而對海馬細胞凋亡具有雙重調節作用。本文對海馬細胞凋亡與內質網應激-自噬通路的關系及其效應機制進行綜述。

海馬體是人體大腦邊緣系統的關鍵組成部分，與學習、記憶、情感、壓力和衰老等密切相關。海馬細胞在中樞神經系統中最為密集，容易被外界因素影響而受到損傷[1]。內質網應激和功能障礙與多種神經疾病和神經退行性疾病的發病機制有關[2-3]。內質網應激可通過激活相關蛋白及通路誘導細胞自噬[4-5]，形成內質網應激-自噬通路，對海馬細胞起到保護或促進凋亡的雙重作用。本文對海馬細胞凋亡與內質網應激-自噬通路的關系及其效應機制進行綜述。

1 內質網應激誘發海馬細胞凋亡

內質網是分泌、合成和促進蛋白成熟、鈣離子儲存和脂質生物合成的主要位點。各種刺激會打破內質網的穩態，導致未折疊蛋白反應、錯誤折疊蛋白質積聚以及病理后果，即內質網應激[6]。 同時，積累的未折疊蛋白會導致78 kDa葡萄糖調節蛋白(78-kDa glucose-regulated protein，GRP78)與3種主要的內質網跨膜效應蛋白，即蛋白激酶R樣內質網激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)、肌醇需酶1(inositol-requiring enzyme 1，IRE1)及活化轉錄因子(activating transcription factor，ATF)-6分離，并由此開始未折疊蛋白反應[7]。適度的內質網應激可以緩解細胞功能障礙并增加細胞存活概率，但是長時間和(或)嚴重的應激會導致細胞凋亡。內質網應激被認為是細胞在壓力或損傷下的早期或初始反應，并與各種神經退行性疾病中的神經元死亡有關[8]。在這些過程中，內質網應激會導致細胞損傷和細胞凋亡，而抑制內質網應激反應途徑可能具有神經系統保護作用[9]。

內質網應激引發的細胞凋亡是由某些特定的內質網應激成分所誘導的。內質網應激觸發的第一個凋亡蛋白是轉錄因子C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein，CHOP)，通過改變促凋亡和抗凋亡B細胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)蛋白的平衡來促進細胞凋亡而發揮核心作用[10]。CHOP也被稱為生長停滯和DNA損傷誘導基因153(growth arrest and DNA-damage-inducible gene 153，GADD153)，是內質網應激的標志性蛋白，最初是針對DNA損傷而鑒定的。CHOP是內質網應激通路的下游組成部分，在IRE1、PERK和ATF6通路的融合中起重要作用。通常，CHOP以非常低的水平普遍、穩定地表達于各種細胞中[11]，并且CHOP蛋白對內質網應激介導的細胞凋亡具有抵抗力[12]。研究表明，CHOP可能在海馬細胞凋亡和記憶功能受損中起保護作用，但CHOP蛋白的過表達將誘導細胞凋亡[13]。第二個凋亡途徑是半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-12，其位于內質網的細胞質中，是Caspase家族第一個與內質網相關的成員，僅能被內質網應激激活，而不被其他凋亡信號激活[14-15]。第三個凋亡途徑是c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)途徑?；钚訧RE1可募集腫瘤壞死因子受體相關因子2(tumor necrosis factor receptor-associated factor 2，TRAF2)，在內質網應激期間形成的IRE1- TRAF2復合物，募集細胞凋亡信號調節激酶，激活JNK途徑，從而促進細胞凋亡[16]。Bcl- 2家族包含促凋亡和抗凋亡蛋白，JNK 磷酸化可以激活Bcl- 2家族中促凋亡蛋白(BIM 和 BMF)的活性，重置其對細胞凋亡的易感性，誘導細胞凋亡[17-18]。Zhang等[19]發現在內質網應激的大鼠模型中，CHOP蛋白和MRNA水平顯著上調，Caspase-12被激活和裂解，這表明這兩條通路至關重要，導致海馬細胞死亡。然而，磷酸化JNK的蛋白質水平沒有變化，這意味著 JNK 途徑可能不是參與海馬細胞凋亡的主要途徑。上述研究表明，CHOP及Caspase-12是海馬細胞凋亡的主要途徑，而JNK途徑對海馬細胞凋亡的作用還有待更多研究證實。

2 內質網應激誘發自噬，從而調控海馬細胞凋亡

內質網應激-自噬通路在海馬細胞凋亡中占據重要地位。內質網應激可介導JNK途徑、PERK/真核翻譯起始因子2α(eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α)/ATF4途徑引起細胞自噬。研究發現，鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠模型的海馬神經元中，內質網應激標志物GRP78、CHOP、PERK及自噬標志物微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，MAP1LC3)-Ⅱ、Beclin1、p62水平上調，IRE1α和JNK的磷酸化增強，自噬泡和MAP1LC3-Ⅱ聚集體的形成增加，表明糖尿病小鼠的自噬水平升高，并認為糖尿病可能通過內質網應激介導的JNK途徑誘導海馬細胞自噬。此外，應用自噬bafilomycin A1抑制劑加重了糖尿病小鼠的神經細胞凋亡。這些結果提示糖尿病可能通過內質網應激介導的JNK途徑誘導神經元自噬，從而對海馬神經元起到一定的保護作用[20]。研究表明，七氟醚處理可誘導海馬細胞凋亡，七氟醚處理可顯著增加內質網應激標記蛋白CHOP和GRP78的表達，引起大鼠海馬神經元的內質網應激，并致其凋亡。雷帕霉素可抑制七氟醚刺激CHOP和GRP78的表達，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)可激活自噬從而減少海馬細胞凋亡。自噬是內質網應激的一種重要的代償機制，對七氟醚誘導的內質網應激產生保護性反應，拮抗七氟醚引起的人神經膠質瘤細胞H4凋亡[21]。而另一項研究[22]也表明七氟醚可誘導海馬神經細胞自噬，并且Beclin1和自噬相關基因5參與了七氟醚誘導的細胞自噬過程；七氟醚引發海馬神經細胞自噬的同時還可以引起海馬神經細胞的凋亡；細胞自噬在七氟醚引起的原代培養海馬神經細胞神經毒性中可能起重要作用。

細胞自噬可減輕內質網應激觸發的細胞凋亡。金屬元素錳可以通過 SH-SY5Y細胞中的PERK/eIF2α/ATF4信號通路激活保護性細胞自噬，從而減輕內質網應激激活的細胞凋亡[5]。肝細胞癌受體B2配體介導的正向信號通路可能激活自噬通路，以減輕β淀粉樣蛋白誘導的HT22細胞內質網應激和凋亡，這與抑制蛋白激酶/mTOR信號轉導，增加MAP1LC3-Ⅱ的水平以及自噬途徑的激活有關[23]。自噬是維持神經干細胞穩態的重要組成部分，但過度自噬則導致哺乳動物細胞的自我消除。在實驗性卒中大鼠模型的研究中發現，生長素釋放肽可保護大鼠海馬神經干細胞免于過度自噬，生長素釋放肽的保護作用伴隨著Bcl-2、p62的表達水平增加和MAP1LC3-Ⅱ、Beclin1的表達水平降低[24]。

自噬被稱為Ⅱ型程序性細胞死亡，也是重要的蛋白質降解途徑。自噬首先用“隔離膜”將細胞質中的細胞器包裹起來形成囊泡，最終形成雙層膜結構，又稱為自噬小體，自噬小體最終與溶酶體融合，從而降解隔離胞質蛋白和細胞器[25]。Beclin1介導自噬的啟動，而MAP1LC3-Ⅱ是自噬的特定標志物。由細胞缺氧或能量不足引起的mTOR失活會激活自噬[26]。許多因素可通過調控相關蛋白及信號通路如β淀粉樣蛋白1-42、MAP1LC3-Ⅰ、p62、磷酸化核糖體40S小亞基蛋白S6激酶采用誘導或抑制自噬。艾灸可以提高β-淀粉樣前體蛋白/早老素1(amyloid precursor protein/presenilin 1,APP/PS1)雙轉基因阿爾茨海默病小鼠的認知能力，這與其促進髖-腹腔和大腦皮質自噬水平，下調海馬中的β淀粉樣蛋白1-42、MAP1LC3-Ⅰ、p62和磷酸化核糖體40S小亞基蛋白S6激酶蛋白的表達水平有關[27]。介孔二氧化硅SBA-15作為一種藥物載體，對小鼠海馬神經元有一定的毒性作用，SBA-15對鼠海馬神經元HT22細胞系(hippocampal neuronal cell line,HT22)的損傷受AMPK/mTOR/p70S6K自噬通路的調控。mTOR特異性抑制劑AZD 8055干預后，AMPK磷酸化水平升高，mTOR和PS706K磷酸化水平降低，提示AZD 8055對HT 22誘導的SBA-15自噬有調節作用[28]。

3 小 結

海馬體是神經系統疾病密切相關腦區，內質網應激與自噬可同時存在于海馬細胞凋亡過程中，內質網應激可通過某些途徑激活自噬，而自噬可減輕海馬細胞內質網應激引起的細胞損傷和凋亡。另一方面，自噬的過度激活可加重海馬細胞損傷，引起海馬細胞凋亡。內質網應激-自噬通路為神經系統疾病例如癲癇、阿爾茲海默病等提供了新的治療靶點。因此，如何調控內質網應激-自噬在海馬細胞凋亡中的作用已成為迫切需要解決的問題，這可以為神經系統疾病的藥物治療提供重要的靶點。