葡萄糖调节蛋白78与肝脏应激损伤

胡 深，张洪义

(1.安徽医科大学 空军临床学院， 安徽 合肥 230023； 2.中国人民解放军空军总医院 肝胆外科，北京 100142)

1962年首先发现，在热应激下果蝇幼虫的唾液腺出现染色体膨突，之后膨突编码的基因和蛋白质得到证实为应激蛋白[1]。细胞能生存与热应激蛋白的表达和积累密切相关，特别是应激蛋白基因表达的葡萄糖调节蛋白78(glucose regulated protein/ immunoglobulin binding protein,GRP78/Bip)。最近10年内，有关GRP78/Bip的研究以氧化应激、内质网应激、创伤应激以及药物和营养物质缺乏应激居多。肝脏是机体物质新陈代谢的生化工厂，这就决定了它易受到不同应激原的刺激。在应对有害刺激、保护肝脏组织中，GRP78/Bip的作用备受重视。

1 GRP78/Bip的概述

1.1 GRP78/Bip的来源

GRP78/Bip属于应激蛋白家族，是庞大的糖蛋白超基因家族中较为保守的一员。研究发现，应激蛋白家族包括至少8个独特的基因产物，即Hsp70- 1a、Hsp70- 1b、 Hsp70- 1t、Hsp70- 2、GRP78/Bip、Hsp70- 6、Hsc70和Hsp70- 9(也被称为Grp75或mtHsp73或Mortalin)。它们从氨基酸序列、表达水平到亚细胞定位都不尽相同。其中GRP78/Bip和GRP75/Mortalin的定位分别限于内质网的内腔和线粒体基质，而其余6种应激蛋白主要在细胞质和细胞核，这表明它们抑或对相应的受体蛋白显示出特异性抑或具有表达独立伴侣的特定功能。

1.2 GRP78/Bip的结构

GRP78/Bip的结构具有保守性。众所周知，应激蛋白都具有高度保守的氨基酸序列和结构域，包括：1)一个保守的ATP酶结构域；2)蛋白酶结合点的中间区域; 3)肽结合结构域; 4)一个富含G/P并拥有一个特殊结构C-端区域，它可结合其伴侣蛋白或者其他应激蛋白。GRP78/Bip包含一个假定的N-末端定位信号，引导其定位到内质网上，在其远端的C末端，它有一个高度保守的相关内质网滞留信号，该信号对可溶性内质网局部化的蛋白质是常见的。

1.3 GRP78/Bip的功能

结构决定功能，GRP78/Bip的功能同样具有保守性。这些功能与应激时细胞保护密切相关。业已证实，GRP78/Bip具有分子伴侣功能主要包括细胞间蛋白的传导、降解不稳定和错误折叠的蛋白、预防和溶解蛋白质复合物、蛋白质折叠和复性、网格蛋白小泡的脱壳以及控制调节性蛋白[2]。最新研究发现，GRP78/Bip过表达对高脂饮食诱导的糖尿病小鼠起到保护作用[3]。诱导型GRP78/Bip通过提高细胞膜的蛋白转运功能以减少细胞Ca2+内流，达到抑制钙超载的目的[4]。GRP78/Bip的异常表达与遗传性疾病Marinesco-Sjçgren综合征(常染色体显性多囊肝)、Wolcott-Rallison综合征和多种癌症等疾病有关；同时对于非酒精性脂肪肝的发生，GRP78/Bip 也可能起着关键作用[5]。在毒理学的研究中发现，尼古丁可诱导人胎盘绒毛癌细胞内的GRP78/Bip蛋白表达[6]，类似的现象也发生在过氧化氢对肝癌细胞的作用[7]。

2 GRP78/Bip与肝脏应激损伤

对肝细胞应激损伤的研究主要从经典的热应激(heat stress,HS)、共通的氧化应激(oxidative stress,OS)和分子水平的内质网应激(endo-plasmic reticulum stress,ERS)出发，予以综述。

2.1 GRP78/Bip与肝脏热应激

HS是由热刺激导致的肝脏保护性反应。大量研究表明，动物的热应激与GRP78/Bip的表达密切相关，因为GRP78/Bib是具有代表性的分子伴侣蛋白[8]。肝脏在热应激作用下可诱导GRP78/Bip的表达，轻度热应激，产生适应性保护作用，以应对氧化应激诱导的细胞凋亡；而高热抑制细胞增殖，诱导细胞氧化应激，增强肝细胞中的应激蛋白的表达[9]。

2.2 GRP78/Bip与肝脏氧化应激

肝脏氧化应激是肝细胞损伤的可能机制之一。有氧代谢的生理过程中，通过线粒体呼吸链代谢复合体产生活性氧(reactive oxygen species，ROS)自由基，而细胞产生过量的ROS可以导致细胞OS状态，肝脏细胞内含有丰富的线粒体，当出现OS时，就先受到严重损伤。对于严重缺氧或氧化应激，GRP78/Bip在体内过表达可以减少活性氧ROS，这对细胞生存也至关重要[10]。研究表明，肝病的共同发病机制可能与OS有关[11]。肝细胞中蛋白质羰基化是蛋白质/氨基酸修饰后的产物，氧化应激后蛋白质羰基的发生率较高，以此作为一个有效的检测标志物[12]，但羰基化是不可逆转的。因此，含有羰基的蛋白质，在维持细胞蛋白质的稳态时须有退化的蛋白酶体[13]。

据研究，分子伴侣是不会被氧化的蛋白，而是被泛素化修饰后的蛋白。作为分子伴侣蛋白，GRP78/Bip也同样具备可泛素化。GRP78/Bip增加内源性超氧化物歧化酶(super oxide dismutase, SOD)水平，所以在保护肝细胞正常生理代谢中有间接作用。轻度应激如发热温度，产生适应性保护作用，以应对氧化应激诱导的细胞凋亡[14]。在氧化应激期间，溶酶体铁对氧化诱导细胞死亡起到主要决定因素。以往研究，通过对几个关键蛋白从基因调控表达转录和翻译上，认为氧化应激是细胞适应性自我保护。但现在有观点认为细胞氧化应激最初机制是快速清除氧化受损的细胞蛋白[15]。氧化应激可能是在急性酒精诱导肝损伤下能量抑制的一个潜在性的机制[16]。以上研究对于氧化应激起到承前启后的作用，进一步基因水平的研究对氧化应激的通路和信号传导仍需学者们探讨。

2.3 GRP78/Bib与肝脏内质网应激

肝脏内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)是指肝细胞受到内外因素刺激时，内质网的形态、功能的状态受到破坏时细胞采取的一系列反应状态。GRP78/Bip位于内质网中，有利于新合成的蛋白质的运输到内质网腔中，并随后将其折叠[17]。HSPA5基因敲除的小鼠胚胎在胚胎3.5 d时死亡。因此，它被视为一个重要的管家基因[18]。

在肝细胞的胞质中，内质网在应激时，也会造成钙稳态失衡、蛋白质修饰和运输障碍，产生一种细胞内质网应激的状态[19]。目前发现同型半胱氨酸异常代谢、氧化应激和钙代谢紊乱等都能诱发内质网应激。在这个过程中，可能产生一种未折叠蛋白反应(unfolded protein response, UPR)，这种反应会影响蛋白质合成，反应强烈时甚至会诱导细胞凋亡[20]。对于UPR的通路研究，目前发现未折叠蛋白反应的3支(IRE1, PERK和ATF6)通路，因通过减少未折叠蛋白的水平，增强细胞生存能力，其中IRE1信号对细胞的命运起着关键作用[21]。肝细胞内某些酶或物质缺失，比如胱硫醚β合成酶和(或)甲基供体缺乏症都会引起细胞氧化应激和内质网应激，进而造成肝脏损伤，引发肝病发生[22]。在肝脏应激中，内质网应激是一个新兴的课题，国外学者正在积极投入研究，同时内质网应激对肝细胞凋亡和肿瘤形成都密切相关，但其具体机制和调控仍需深入研究[23]。

3 展望

当今对应激蛋白研究已经在基因转录和翻译的调控方面有了突出的进展，同时伴随的还有免疫和肿瘤方面突破性研究，但这都未能确切的阐释其具体的关联和调控机制，对此还需要更多的实验证明[24]。

而作为经典的内源性保护蛋白GRP78/Bip，在生物学功能上有其独特的临床应用价值。对GRP78/Bip在分子生物、生化以及基因信息传递方面深入的研究，尤其以肝细胞应激中的氧化应激和内质网应激为理论基础研究，将给应激蛋白家族应用于临床肝胆病，发现病因和病理机制提供全新的一页。

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