心力衰竭中内质网应激相关诱导因子的研究进展

詹友芹(综述)，吴 旻(审校)

(1.汕头大学医学院，广东 汕头 515041； 2.香港大学深圳医院心内科，广东 深圳 518000)

心力衰竭是心血管疾病晚期共同的临床表现。据2008年统计显示,发达国家有1%～2%的成年人存在不同程度的心力衰竭，70岁以上的人群中心力衰竭的发病率>10%[1]。心力衰竭严重威胁着人类的健康，是临床上亟待解决的问题。心肌重构是心力衰竭发生、发展的重要机制，预防和延缓心肌重构的发生成为现今心力衰竭治疗的基本策略。内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)在蛋白质合成与质量控制、钙稳态、细胞凋亡与自噬等方面发挥重要作用。近年来，ERS在心肌重构及心力衰竭中的作用受到高度关注[2]。已经证实，一些致心肌肥大的因素，如血管紧张素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ,AngⅡ)、精氨酸加压素(arginine vasopressin,AVP)、乙醇或乙醛、压力负荷、脂多糖及Ca2+稳态失衡等作为ERS反应中的诱导因素，不同程度地参与了ERS反应的发生及维持。

1 ERS反应与蛋白质合成

内质网是跨膜蛋白及分泌蛋白合成所在的细胞器[3]。蛋白折叠是一个复杂的过程，初级多肽链转变为热动力学稳定的三级结构，继而形成有功能的结构蛋白[4]。内质网稳态失衡时，内质网正确折叠蛋白质功能异常，可能致误折叠蛋白在内质网内异常聚集及ERS性蛋白分泌增加，并且识别错误折叠蛋白，并通过蛋白酶体将其降解，上述一系列反应过程即ERS反应。因此，正确的调控蛋白折叠是内质网在分泌途径方面重要的功能体现。

内质网同样也是Ca2+的重要储存细胞器，以此来调控平滑肌和心肌收缩能力[5]。而且，内质网内贮存许多与Ca2+结合的分子伴侣蛋白[4]，包括糖调节蛋白78(glucose regulated protein 78,GRP78)、钙联接蛋白和钙网蛋白。

一些引起ERS的刺激因素，如AngⅡ、AVP、乙醇/乙醛、压力负荷、B型尿钠肽(B-brain natriuretic peptide,BNP)、脂多糖及Ca2+稳态失衡，均可激活相应细胞信号转导途径对其应激源做出应答，包括增强蛋白质折叠能力、停滞大多数蛋白质的翻译、加速蛋白质的降解及其启动凋亡程序。上述反应被统称为未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)。UPR含有3种相关内质网跨膜蛋白：胰岛素反应元件1(insulin-response element 1，IRE1)、激活转录因子(activating transcription factor，ATF)6和蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase R-like ER kinase，PERK)。GRP78通过与上述3种跨膜蛋白相互作用或与内质网内膜相互作用调控跨膜蛋白的活性。一旦GPR78与上述跨膜蛋白失耦联，UPR被激活，即可引起IRE1和PERK自身磷酸化；同时ATF6从内质网分离，并结合在高尔基体蛋白酶S1P和S2P位点之间。PERK的激活可磷酸化eIF2α，进而抑制GTP、eIF2α和tRNA复合体形成，从而抑制相应蛋白质的翻译[6]。然而在这种情况下，其他一些蛋白包括ATF4可优先翻译。ATF4作为细胞核转入因子，能够诱导C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)/生长抑制DNA损伤基因(growth arrest and DNA damage-inducible,GADD)153表达上调，进而形成GADD34PP1复合体使eIF2α的一个亚单位去磷酸化[7]。此外，IRE1激活可剪切XBP1 mRNA产生有活性的XBP1转录因子，而有活性的XBP1转录因子可使内质网分子伴侣表达上调[8]。而且，UPR在未应激细胞中也起到重要作用，如在B细胞分化为浆细胞过程中，伴随着内质网数量增多及分泌抗体的功能增强，此反应主要涉及IRE1α剪切XBP1从而激活UPR，进而使内质网分泌抗体功能增强[5]。

2 ERS诱导因子与心肌重构

2.1AngⅡ致ERS反应与心肌重构 AngⅡ是一种致心肌重构的血管活性肽。研究证实其可以通过增加内质网分子伴侣和CHOP/GADD153表达，引起大鼠心肌细胞的ERS。成年大鼠的心肌细胞经AngⅡ(10-9mmol/L，生理浓度)处理24 h后，GRP78和CHOP/GADD153蛋白表达增加，同时伴有心肌细胞的蛋白质合成增加[9]。经AngⅡ长期处理，发现原位末端转移酶标记(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-BIOTIN nick end labeling,TUNEL)阳性的心肌细胞中CHOP/GADD153阳性或 GRP78和CHOP/GADD153阳性[9]。主动脉弓缩窄术致心肌肥大模型上证实，AngⅡ受体拮抗剂CS-886可减轻小鼠心肌肥大及心力衰竭的现象，且TUNEL阳性细胞减少[9]。该研究提示生理浓度的AngⅡ可以引起大鼠心肌细胞内蛋白合成增加及诱导ERS反应；且凋亡心肌细胞中存在持续的ERS反应。上述研究说明长期的AngⅡ刺激可激活内质网相关CHOP凋亡途径引发心肌细胞的凋亡，进而参与心肌肥大、心力衰竭的形成和发展。

长期高水平的AngⅡ是心脏肥大和充血性心力衰竭的决定性因素[10]。研究发现，心脏肥大与心肌兴奋收缩耦联有重要关系[11]。Gusev等[12]对心肌特异性过表达血管紧张素原转基因小鼠的心肌细胞研究结果显示，AngⅡ可能通过改变心肌细胞兴奋收缩耦联而引起胞质中Ca2+水平增加，进而诱导ERS，从而导致心肌肥大。总之，ERS诱导因子AngⅡ可能参与兴奋收缩耦联改变引起的心肌肥大。

2.2AVP致ERS反应与心肌重构 已经证实，AVP是一种促进心肌重构,加重心肌损伤和心功能恶化的神经内分泌介质。有研究揭示AVP能够刺激多种细胞的内质网释放Ca2+，如AVP能够引起SD大鼠髓内集合管细胞胞质内Ca2+增加[13]。AVP致H9C2心肌细胞肥大的实验证实，AVP可使GRP78表达增加[6]、eIF2α磷酸化水平升高而内质网内的Ca2+储备减少[14]。将H9C2心肌细胞培养于含有示踪亮氨酸培养液并用AVP处理30 min，可检测到AVP对蛋白合成产生明显抑制作用(约50%)[15]。研究还发现尽管AVP对蛋白合成的抑制作用是由eIF2α磷酸化作用及UPR的活化作用所介导的,但AVP对蛋白合成的抑制作用是短暂的，因ATF4可使eIF2α脱磷酸化，进而使CHOP/GADD153及GADD34表达升高，从而减弱AVP对蛋白合成的抑制。此外，AVP致H9C2心肌肥大时，其细胞中的蛋白含量及高尔基体数量增加，而心肌细胞数并未增加[16]。

上述细胞培养实验证实，AVP通过ERS反应所致的内质网内Ca2+失衡可引起心肌细胞肥大。但目前仍需要建立动物模型实验进一步求证AVP致ERS与心肌肥大的相互关系。

2.3酒精致ERS与心肌重构 长期大量的酒精摄入是心肌肥大的一个危险因素，导致酒精性心肌病的发生[17]。此效应涉及多条细胞通路，其中ERS反应起到重要作用。一项研究表明,FVB(albino Friend virus-B type)小鼠经长期的酒精(连续12周，占饮食的4%)灌胃后，会引起其心脏重量及心脏与体质量比增加，且心肌细胞中GRP78、CHOP/GADD153和IRE1α蛋白等ERS相关分子表达水平也增高，标志着UPR反应参与其中的发病机制[18]。再者，长期摄入酒精的FVB小鼠的乙醇脱氢酶过表达的同时可致UPR上调[18]。此研究揭示酒精可能诱导ERS反应，进而参与心肌重构，已经证实的是酒精影响大鼠心室壁细胞内质网Ca2+的处理，但其具体机制仍需进一步研究[19]。

Li等[18]和Ren等[19]将酒精引起心肌肥大归因于乙醛作用及钙调控异常。为了进一步明确其关系，给予乙醇脱氢酶2过表达的FVB小鼠灌以酒精(连续12周，占饮食的4%)，与正常饮食组小鼠比较，该组小鼠血液中乙醛的水平显著降低，且未产生明显ERS反应。过表达乙醇脱氢酶2的FVB小鼠长期摄入酒精后，IRE1α、GRP78及CHOP/GADD153的蛋白表达减少且eIF2α的磷酸化水平也降低[18]。乙醇脱氢酶2过表达小鼠经长期摄入酒精后，其心脏重量及心脏/体质量比明显下降[20]。以上研究揭示了慢性酒精摄入经乙醛影响Ca2+调节，且引起心肌ERS反应，从而致心肌肥大。

2.4压力负荷致ERS与心肌重构 主动脉缩窄术致小鼠压力负荷增高及自发性高血压(spontaneously hypertensive，SH)大鼠两种动物模型中进行压力负荷致ERS方面的研究。

主动脉缩窄术致C57BL/6雄性小鼠压力过负荷后1周(未伴严重肺淤血)，心脏超声显示心脏扩大，左心室壁增厚，并出现GRP78和CRT mRNA表达上调的ERS反应；术后4周该小鼠出现心力衰竭，此时心肌组织中CRT、GRP78和GRP94蛋白仍上调，并出现ERS相关凋亡分子CHOP/GADD153蛋白上调，而非胱天蛋白酶12剪切或JNK磷酸化，心肌细胞内原位末端转移酶标记阳性细胞数目增加，提示压力负荷升高致心肌重构中存在持续的ERS现象，而内质网相关CHOP途径引发的细胞凋亡参与了肥大心肌转向衰竭的过程[9]。

高血压致ERS反应与心肌重构的关系在SH大鼠中得到证实。SH大鼠其在8周龄和32周龄与对照组相比，其血压显著升高。经心脏超声检查发现，32周龄的SH大鼠与对照组相比明显的发生心力衰竭，其心肌细胞中GRP78和胱天蛋白酶12的mRNA和蛋白水平都显著升高[21]。因此，原发性高血压可能会引起心肌细胞持续的ERS反应，导致细胞凋亡进而进展为心力衰竭。

2.5Ca2+稳态失衡致ERS与心肌重构 心肌细胞肌质网Ca2+贮存与释放功能异常是Ca2+稳态失衡和ERS反应的主要原因之一，ERS反应发生后，可引起肌质网膜上钙泵和钙调神经磷酸酶活性增高，进而磷酸酶使T细胞活化核因子3(nuclear factor of activated T cell 3,NF-AT3)脱磷酸化后进入核细胞，与心肌肥大相关基因的启动子相互作用，从而使心肌细胞蛋白合成增加及细胞表面积增大[22]。小鼠心脏中NF-AT3活性增高的转基因鼠出现心室壁纤维化和心肌细胞的扩大[22]。上述研究证明了Ca2+、磷酸酶、NF-AT3途径在心肌肥大中的重要作用。现已揭示磷酸酶和NF-AT转入因子家族有可能成为抗心肌肥大治疗的新靶点[23]。

另一方面，Ca2+稳态失衡可致心脏兴奋-收缩耦联异常，致心脏射血分数降低[24]。再者Ca2+稳态失衡可激活胱天蛋白酶12和CHOP两条内质网相关凋亡途径致心肌细胞凋亡[25]。上述研究揭示了Ca2+稳态失衡所致ERS，可引起心肌肥大和凋亡，从而参与心力衰竭的形成和发展。

2.6脂多糖致ERS与心功能异常 脂多糖可减少细胞内Ca2+，从而致Ca2+紊乱及心肌细胞凋亡。内毒素血症时循环中大量脂多糖也可激活ERS,从而致心肌凋亡、心脏收缩功能下降[26]。一项研究表明，给予FVB小鼠注射50 mg/kg脂多糖后，小鼠心室的收缩末期直径增加而短轴缩短率减小，且其心肌细胞中GRP78、PERK和IRE1α蛋白表达水平增高，标志着UPR反应参与其中[27]。再者，ERS抑制剂牛磺熊去氧胆酸可明显减弱脂多糖对心肌细胞的毒性作用。综上可知，脂多糖所致ERS可影响心脏的结构及功能。

3 干预ERS成为治疗心力衰竭的新靶点

关于ERS对心力衰竭的作用，现有两种干预ERS的方案可能成为心力衰竭治疗的新方向:①诱导适度的ERS，调动机体内源性的保护机制；②灭活ERS中促细胞凋亡的信号分子。

有文献提及增加CHOP基因剔除小鼠后负荷的同时，提高eIF2α的磷酸化水平可抑制细胞总蛋白的合成和减轻心肌肥厚，说明提高eIF2α的磷酸化水平可能削弱压力负荷所致心肌肥厚效应[28]。Korennykh等[29]发现一些激酶抑制剂，如舒尼替尼可激活IRE1剪切XBP1并减弱ERS。然而，将舒尼替尼应用于有高血压和冠状动脉粥样硬化性心脏病病史的患者时，严重恶性心血管事件发生率增加，因此需严密监测其血压及心室射血分数情况[29-30]。抑制eIF2α去磷酸化的小分子物质Salubrinal作用于经类淀粉蛋白处理的神经元细胞,可增加GRP78内质网分子伴侣的表达，并且可减弱胱天蛋白酶4依赖性凋亡途径[31]。GRP78是内质网驻留分子伴侣蛋白，其过表达有助于蛋白的折叠及减轻ERS[32]。GRP78/94过表达可减轻缺血/再灌注损伤所致ERS及对心肌细胞的损害[33]。

目前还没有抑制CHOP凋亡蛋白的药物，但实验证明CHOP抑制剂可减轻心肌肥厚、心力衰竭及预防动脉粥样硬化[28]，且临床试验也证明血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂抗心室重构可能涉及抑制心脏的CHOP表达[9]。因此上调eIF2α的磷酸化水平、GRP78表达及抑制CHOP蛋白可减轻ERS对心肌的损伤，有望成为防治心力衰竭的新靶点。

4 结 语

各种致心力衰竭的危险因素均可诱导ERS参与心力衰竭的发生和发展。初始时适度ERS引起心肌肥大使心功能得以代偿，但持续或严重的ERS导致心肌细胞凋亡、心排血量减少及慢性心力衰竭。因而阐明调动ERS的保护机制和抵御应激损伤的关键环节，有助于研发新的抗心力衰竭的药物。

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