分子伴侣氧调节蛋白150在内质网应激相关疾病中的研究进展

郭晓宇 高 宇

(承德医学院附属医院内分泌科，河北 承德 067000)

分子伴侣氧调节蛋白150在内质网应激相关疾病中的研究进展

郭晓宇 高 宇

(承德医学院附属医院内分泌科，河北 承德 067000)

氧调节蛋白(ORP)150；内质网应激；未折叠蛋白反应；糖尿病；心血管疾病

多种因素可以影响内质网(ER)的功能，当未折叠蛋白或折叠错误的蛋白在ER腔中积聚时，可触发ER应激(ERS)，进而导致ER未折叠蛋白反应(UPR)。氧调节蛋白(ORP)150是ERS重要的标志分子伴侣，且参与许多疾病的病理过程，但确切的作用机制尚不明确。本文综述ORP150在ERS相关疾病中的表达变化可能发挥的作用。

1 ERS与ORP150

ER是真核细胞内重要的细胞器，主要参与各种跨膜蛋白质的合成、修饰和转运。ER膜上的核糖体将新合成的蛋白分泌入ER腔内，在不同的分子伴侣和折叠酶的协助下对其进行翻译后修饰和折叠。许多因素如营养物质缺乏或过剩，蛋白糖基化作用，钙调节失调，氧化应激和肿瘤等，均可干扰ER正常的折叠功能，诱发ERS〔1〕。ERS时未折叠或错误折叠蛋白在ER腔积聚，激活UPR，参与多种疾病如糖尿病、动脉粥样硬化、神经退行性疾病和癌症等疾病的病理生理过程〔2，3〕。研究表明，ERS与糖尿病并发症如糖尿病肾病(DKD)和糖尿病早期神经病变的发病机制有关，因此减轻ERS的相关药物有望成为该类疾病治疗的新靶点〔4，5〕。为了应对ERS所激发的特定信号转导通路称为UPR，主要包括以下3条途径：蛋白激酶样ER激酶(PEPK)，转录激活因子(ATF)6和肌醇激酶(IRE)1α与78 kD葡萄糖相关蛋白(GRP78)在ER膜上相结合，以保持其非活动状态，当错误折叠的蛋白质在ER腔中积聚时，分子伴侣GRP78与PERK、ATF6、IRE1α受体解离，以促进未折叠或错误折叠的蛋白进行正确折叠。GRP78启动后产生级联式反应：PERK磷酸化后，真核起始因子(eIF)2α抑制mRNA的翻译，从而减少蛋白质的进一步积累；然而，磷酸化的eIF2α可以选择性诱导ATF4 mRNA翻译。ATF6激活后从ER异位至高尔基体，随后被S1P、S2P丝氨酸蛋白酶水解，形成有活性的ATF6。IRE1α通过裂解26个核苷酸的内含子诱导X-box结合蛋白(XBP)1 mRNA的表达。上述途径产生的ATF4，ATF6和XBP进入细胞核后，激活核转录因子C/EBP同源蛋白(CHOP)和ORP150基因的转录。应激相关ORP150的表达与ATF4和ATF6有关〔6〕。

ORP150是10多年前首先在低氧环境大鼠星形胶质细胞中发现的，也称为低氧上调因子(Hyou)1，它位于11号染色体长臂，由999个氨基酸编码，全长3 301 bp〔7〕。ORP150基因序列包含了丰富的CCAATT顺式作用元件，为ERS相关反应元件(ERSE)，当发生UPR时，ERSE与转录因子作用诱导ORP150转录。有研究指出，ATF4与ATF6可诱导ORP150在UPR时转录〔8〕。然而，UPR并不是ORP150转录的唯一途径。Wang等〔9〕根据AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)调节的叉头状转录因子(FOX)O1与乙酰ORP150表达转录因子和脱乙酰FOXO1基因的启动子区域直接合成ORP150，提出了AMPK上调转录依赖模型。以往ORP150被认为是ER中的一种常驻蛋白，然而Arrington等〔10〕证实了ORP150在线粒体中的存在。ORP150是分子伴侣热休克蛋白(HSP)70家族中的一员，是机体应对应激产生的结果。缺氧、高葡萄糖状态、衣霉素治疗均可引起ERS从而上调ORP150 mRNA及蛋白的表达。ORP150高表达与许多ERS相关疾病密切相关，对某些疾病如糖尿病、心血管疾病等的发生发展中发挥促进或抑制作用。

2 ORP150与2型糖尿病

糖尿病的发病机制是由于胰岛素抵抗和胰岛β细胞胰岛素分泌减少。胰岛β细胞是体内糖代谢时唯一可以产生胰岛素的细胞，其凋亡增加及数量减少是导致糖尿病发病的关键因素。2型糖尿病时由于拮抗外周胰岛素抵抗导致的高胰岛素分泌可能会加重ER中蛋白的错误折叠，使UPR慢性过度活化，从而导致ERS，时间过长或较为严重时可致胰岛β细胞的凋亡，通过给予抗凋亡蛋白(APC)(带有caspase功能域的凋亡抑制因子)治疗后可以减轻ERS，促进β细胞的存活〔11〕。

研究发现ORP150高表达与糖尿病的发生发展密切相关。Nakatani等〔12〕通过研究先天性肥胖糖尿病小鼠(C57BL/KsJ-db/db)和C57BL6非糖尿病小鼠证实ORP150表达上调可减轻胰岛素抵抗，改善糖尿病小鼠的血糖控制。反义ORP150高表达的非糖尿病C57BL6小鼠则出现了胰岛素抵抗。与C57BL6非糖尿病小鼠相比，C57BL/KsJ-db/db肥胖糖尿病小鼠体内分子伴侣ORP150的表达显著增高，证实在高血糖情况下肝脏内确实发生了ERS。为了进一步明确ORP150在胰岛素抵抗和糖尿病中的作用，应用ORP150表达的腺病毒(AD-S-ORP150)转染小鼠，上调其肝脏ORP150的表达，检测是否可减轻肝脏的ERS。通过腹腔胰岛素耐量试验及正糖钳夹试验方法，探索ORP150在C57BL/KsJ-db/db小鼠肝脏胰岛素抵抗过表达的作用，结果表明ORP150高表达时可以减轻肝脏胰岛素抵抗，明显改善葡萄糖耐量情况，而转染了反义ORP150(Ad-AS-ORP150)过高表达的非糖尿病C57BL6小鼠的实验结果则与上述结果完全相反。相对于被转染ORP150的小鼠，转染了反义ORP150的小鼠肝脏内重链结合蛋白(Bip)表达水平升高，腹胰岛素敏感性下降，说明ERS在诱发糖尿病胰岛素抵抗中起到关键作用，ORP150表达水平上调可以改善胰岛素抵抗和糖耐量异常。Ozawa等〔13〕研究发现2型糖尿病中ORP150高表达可以增加骨骼肌和肝脏对胰岛素的敏感性。杂合子ORP150-/+秋田小鼠ORP150高表达可以延迟糖尿病发病时间，并提高胰岛素敏感性。相反，ORP150基因低表达可导致胰岛素抵抗，从而加速糖尿病的发病进程。此外，ORP150的高表达可以减轻秋田小鼠骨骼肌和肝脏的氧化应激，这些结果均表明，ORP150表达高低与机体胰岛素敏感性和氧化应激有关。ERS是糖尿病发病过程的一个关键因素，ORP150可能是缓解ERS状态的重要介质。孙卫平等〔14〕研究早期胰岛素治疗糖尿病大鼠可以上调ORP150表达，减少Bip和胆固醇调节元件结合蛋白(SREBP)1的表达，促使肝内脂肪组织的重新分配，延缓糖尿病大鼠脂肪肝的进展。

ORP150高表达可以减轻胰岛素抵抗，改善葡萄糖耐量，在缓解糖尿病症状中起到重要作用。然而其分子机制及信号途径的潜在影响尚未研究清楚，可能是由于ORP150高表达增强了胰岛素经胰岛素底物受体(IRS)-1/蛋白激酶B(Akt)信号通路的转导，从而发挥作用。ORP150高表达也可能参与抑制胰岛β细胞的凋亡。以上研究结果表明，减轻ERS状态有望成为糖尿病治疗的新方法。

DKD是慢性肾脏疾病和终末期肾脏疾病一个主要原因。然而DKD是否可逆转仍存在争议。越来越多的证据〔15〕表明，ERS在肾小球疾病蛋白尿的产生机制中起到重要作用。研究表明由于ERS引起的足细胞凋亡在肾小球硬化过程中起重要作用，ORP150和CHOP是ERS在细胞凋亡作用中的关键〔16〕。Wang 等〔17〕证明黄芪甲苷可以缓解链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠ERS状态，降低GRP78，ORP150 mRNA和蛋白水平的表达，减少CHOP的表达，抑制caspase-3的活化，进而减少足细胞的凋亡。糖尿病周围神经病变是一种常见且严重的糖尿病并发症，其特点是外周神经轴突的渐进性丧失。有研究表明，ERS在糖尿病周围神经病变的发病机制中起着关键的作用，ORP150高表达可抑制神经元细胞中caspase-3的活性，抑制CHOP的表达，从而减少神经元细胞的凋亡〔18〕。

3 ORP150与心血管疾病

动脉粥样硬化是一种慢性进展性疾病，其生理特点是由于粥样斑块的形成使动脉硬化和狭窄。当斑块开始形成时，载脂蛋白B在动脉内皮下聚集，巨噬细胞可吞噬积聚的脂蛋白形成泡沫细胞，进而激活炎症反应。ERS对动脉壁的影响也是导致动脉粥样硬化的原因之一。ER参与多种脂质合成，而且脂质代谢和UPR有直接联系〔19〕。ORP150在人类动脉粥样硬化病变区高表达，甚至严重动脉粥样硬化患者体内可以检测到ORP150自身抗体，表明ORP150在ERS情况下可保护巨噬细胞，其机制可能与细胞的氧化应激有关。ERS介导的血管细胞凋亡可能会增加斑块破裂的风险，引起血栓形成和心血管问题。因此，应更加关注ERS和随后的凋亡在疾病的预防和治疗中发挥的作用。

氧化型低密度脂蛋白(oxLDLs)是促进细胞凋亡也是动脉粥样硬化的发病机制之一，Sanson 等〔20〕研究表明oxLDLs可以导致ERS诱导细胞凋亡，oxLDLs增多可使0RP150高表达，保护内皮细胞、平滑肌细胞和血管内皮细胞，从而抑制由于oxLDLs诱导的细胞凋亡。内皮细胞培养时加入oxLDLs后，ERS标记分子伴侣蛋白GRP78和ORP150表达均增高，ORP150表达增高可以显著抑制oxLDLs诱导的caspase-3途径的激活，从而抑制IRE1α和c-Jun氨基末端激酶(JNK)的磷酸化。此外，ORP150表达增多还可以抑制Akt磷酸化。

已有研究〔21〕证实ORP150可以抑制细胞凋亡，从而对缺氧心肌细胞起到保护作用。此外，应用ORP150腺病毒载体转染心肌细胞，在缺血再灌注损伤后可维持钙平衡，抑制caspase-3途径的激活，减少线粒体细胞色素c释放，拮抗由于缺氧引起的细胞凋亡的效应。因此，目前认为巨噬细胞、血管内皮细胞及心肌细胞中ORP150高表达在抑制凋亡中有重要作用，可成为防治心血管疾病的新疗法。

4 ORP150与其他疾病

吸烟是慢性阻塞性肺疾病(COPD)的主要危险因素。香烟烟雾中含有尼古丁、重金属、自由基、氧化剂、活性氧和氮等大量有害物质。过量或长期吸烟，可诱导肺泡上皮细胞ERS从而引起UPR和细胞凋亡〔22〕。依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的组蛋白脱乙酰酶(SIRT)1是一个著名的长寿基因，有利于减缓细胞衰老、抵抗应激、炎症和基因修复，有研究证明COPD患者和小鼠模型的肺部，SIRT1表达下调〔23〕。Zhang等〔24〕研究证实当ORP150和SIRT1表达增多时，可以减少凋亡标记蛋白caspase-3，caspase-4和CHOP的表达，抑制肺泡上皮细胞凋亡，有望为COPD的预防和治疗提供新方法。Kretowski等〔25〕研究表明，ORP150可在缺氧条件下诱导成纤维细胞中的表达，延缓人皮肤成纤维细胞凋亡与衰老。ORP150还可以抑制人乳腺癌MCF7细胞的凋亡与衰老，抑制肿瘤细胞中ORP150的表达或许可成为今后肿瘤治疗中新的研究方向〔26〕。

缺氧、高血糖状态、钙调节失衡及某些化学刺激如毒胡萝卜素均可导致ERS，ORP150作为ERS伴侣蛋白之一，它可以通过抑制ERS进而对细胞起到保护作用，维持钙稳态，抑制细胞凋亡。此外，由于ORP150高表达可以促进IRS-1和Akt的磷酸化，对胰岛细胞的存活及减轻胰岛素抵抗具有积极作用，还可以促进血管内皮生长因子，促进新生血管的形成，有利于恢复机体正常的血流量。此外，ORP150高表达还可以影响多种疾病的病理生理过程，然而其在ERS相关疾病中的作用机制尚未研究清楚，但它可能是一个很有前途的药物靶点。

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R587

A

1005-9202(2017)23-5995-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.23.113

河北省2017年度医学科学研究重点课题(20170232)

高 宇(1973-)，女，医学博士，硕士生导师，主任医师，主要从事内分泌与代谢疾病研究。

郭晓宇(1989-)，女，硕士，主要从事内分泌与代谢疾病研究。

〔2016-10-12修回〕

(编辑 杜 娟)