内质网应激与感染性疾病研究进展

罗椿意，李 维，刘双全

(南华大学附属第一医院检验科，湖南 衡阳 421001)

内质网(endoplasmic reticulum，ER)是一类膜细胞器，包含粗糙型和光滑型两种类型，其生物学功能多样化，同时也是脂质合成、蛋白质发挥功能和钙离子代谢的主要场所[1]。在病理条件下，内环境稳态发生改变可干扰内质网功能则引起内质网应激，而内质网应激持续存在可引发炎症、细胞凋亡。内质网应激(Endoplasmic reticulum stress，ERS)与某些疾病(如病毒性肝炎、心血管、代谢性疾病和神经退行性疾病等)的病程进展相关。本文重点讲述近期内质网应激和感染性疾病相关性的研究现状，为探明感染性疾病的发病机制及其防控措施给予理论指导。

1 内质网应激和未折叠蛋白反应

内质网应激是指细胞受到外界干扰，内质网功能发生紊乱，且错误/未折叠蛋白异常聚集，应激细胞为维持稳态而引发一系列反应。内质网应激有着双重作用，既能诱导GRP78等分子伴侣的表达而产生保护作用，又能诱导细胞自噬或凋亡。细胞中存在几种维持内质网稳态的机制，而未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)为主要的[2]。迄今为止，内质网应激有三条经典信号通路，分别由ER膜上的3种蛋白传感器控制：肌醇需要酶1(inositol-requiring enzyme1，IRE1)、双链RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶(protein kinase RNA-like ER-resident kinase，PERK)及活化转录因子6(activating transcription factor6，ATF6)。

1.1 IRE1α信号通路

IRE1为Ι型跨膜蛋白，具备核酸内切酶和丝/苏氨酸激酶活性。IRE1有α、β两种亚基，其分布因细胞不同有差别。当ER蛋白负荷加重时，导致ER分子伴侣BiP与IRE1α解离。随后，错误折叠蛋白结合IRE1α，形成寡聚体的IRE1α发生磷酸化，导致核酸内切酶活化。进一步剪切X盒结合蛋白(X-box binding protein1，XBP-1)，激活下游分子，启动UPR。上述反应促进内质网相关降解(ER-associated degradation，ERAD)中相关基因和ER分子伴侣(如Bip/GRP78等)表达上调，促使ER的蛋白折叠能力得到提升，降低蛋白质在内质网中的积聚[2]。

1.2 PERK信号通路

PERK是具备胞质Ser/Thr激酶结构域的I型跨膜蛋白；从结构上分析，与上述蛋白存在同源性。在ERS条件下时，Bip/GRP78与PERK胞质结构域发生解离。随后，未折叠/错误折叠的蛋白质结合胞质区的MHC样凹槽，引起PERK二聚体的产生，继而磷酸化。最后，真核翻译起始因子2α(eukaryotic translational initiation factor2 in eukaryotes，eIF2α)的活化，启动UPR。这一系列的反应抑制了mRNA的翻译，降低了蛋白质合成的整体水平。

1.3 ATF6信号通路

ATF6的胞质区包含bZIP结构，它是II型跨膜蛋白。在应激条件下，高尔基的位点酶1和位点酶2对ATF6切割，形成p50 ATF6片段，上调折叠酶与分子伴侣(如CHOP、PDI、和Bip)，蛋白正确折叠的效率被提高，ERS得到一定程度的缓解[3]。而且，p50 ATF还能激活XBP-1和ERAD基因的转录。可见，ATF6的活化在UPR中恢复ER功能起着关键作用[3]。

2 ER应激与感染性疾病

2.1 ER应激与丙肝

感染HCV后，细胞分泌的病毒蛋白可引发UPR。大量的实验研究证明，HCV感染既诱导ERS跨膜蛋白表达，又引发肝组织损伤。在SCID/Alb-uPA小鼠体内可观察到，促凋亡因子BAX的上调和抗凋亡因子NF-κB、BCL-xL的下调，此现象由HCV诱导的ERS所致。受HCV感染的原代人肝细胞和Huh7.5细胞中发现，ER应激期间Nrf2被活化，且其核转位由PERK介导[4]。在单核巨噬细胞中，HCV核心蛋白经磷脂酶C介导的钙通量使NLRP3活化并分泌IL-1β，创造炎症环境[5]。一方面，ERS经IRE1/Xbp1 s轴诱导pleckstrin同源性结构域家族A成员-3表达增加，加剧肝细胞损伤[6]。另一方面，小鼠模型中的ERS经PERK-CHOP信号通路增加双特异性磷酸酶5(dual-specificity phosphatase 5，DUSP5)的表达，抑制ERK活性，诱导肝细胞死亡[7]。此外，ERS介导泛素结合酶E2S(ubiquitin-conjugating enzyme E2S，UBE2S)下调，抑制NS5A蛋白的降解，增加宿主细胞对DNA损伤的敏感性，有助于HCV诱发肝癌[8]。

另一方面，HCV复制子在一定程度上也减轻其诱导的翻译抑制，促进病毒复制，有助于建立持续性感染。NS4B的表达诱导XBP-1剪接和ATF6切割但抑制EDEM的抑制作用，促进病毒颗粒的产生。HCV NS3通过tribbles同系物3(tribbles homolog3，TRIB3)阻断蛋白激酶B的磷酸化并在ER应激条件下诱导细胞凋亡，促进病毒在细胞中长期存在。新近研究表明，ERS的激活有助于HCV复制，其机制是HCV感染引起的ERS通过诱导细胞自噬以维持感染细胞中的病毒复制[9]。

然而，以上的研究来自HVC的动物模型和细胞模型，这对HCV复制的研究具有很大的局限性，因为在这些模型中HCV复制时不能释放出病毒颗粒，这与患者身上的HCV复制有着很大的差异，而且在丙型病毒性肝炎的病程进展中，ERS发挥什么样的作用，目前尚不得知。已有研究表明，未经治疗的慢性丙型肝炎患者肝脏中检测到ER应激传感器ATF6、IRE1和PERK被证实存在ERS，但这三种ER应激传感器的激活不足以诱导URP。因此，以慢性肝病患者为研究对象的ERS相关研究具有重大的临床价值。

2.2 ER应激与乙肝

细胞被HBV感染时，其产生数量可观的病毒蛋白，造成ER蛋白质负荷过重，进而引发UPR。HBV的HBx(hepatitis B virus X)是一种具有重要作用的病毒蛋白，其功能研究在目前最为广泛。一方面，HBx激活IRE1α信号通路诱导ERS。另一方面，基质细胞衍生因子-1的上调由HBx通过ERS诱导的IRE1α/XBP1途径实现，这促进炎症的产生。在小鼠和细胞模型中，HBx经ER应激cMAP响应元件结合蛋白(cMAP response element binding protein，CREB)信号传导介导AP-1反式激活，增加B56γ的表达；携带B56γ的蛋白磷酸酶2 A(Protein phosphotase2 A，PP2 A)全酶使p-Thr55-p53磷酸化，触发p53/p21途径依赖性细胞周期停滞，这在肝细胞凋亡和肝损伤中发挥着重要作用[10]。另外，HBx通过降低PERK的活性和负调节宿主DNA的修复以避免ERS诱导的细胞凋亡，维持HBV感染细胞的存活，有利于HBV的复制[11]。此外，HBV及其编码的HBx蛋白诱导的线粒体分裂及自噬，有利于促进HBV的长期存在，且在感染相关性肝病的发病机制中有一定的作用。总而言之，HBx蛋白在病毒复制和肝病的病程发展方面起着重要作用。

除此之外，HBV的其他蛋白在肝炎和肝癌的致病机制中也有一定的影响。有研究报道指出，在慢性HBV感染的患者中已发现天然存在的HBV前S/S变异，并表明其可能影响肝病的发生发展，但前S/S变异在肝病中的确切发病机制尚不清楚[12]。Choi[13]及其同事讨论了与ER应激相关的HBV基因组的四个区域(preS1，preS2，S和C)的各种突变类型的详细信息，以及因突变类型不同的ER应激机制和临床结果。HBV中等表面蛋白介导IL-6的产生依赖于p38 MAPK和NF-κB信号转导途径，这种方式依赖于ER应激。HBV表面抗原经ERS诱导的磷酸肌酸依赖性激酶1(phosphoinositide-dependent kinase-1，PDPK1)和雷帕霉素复合物2(mechanistic target of rapamycin complex 2，mTORC2)失活，抑制AKT活性，增强Fas介导的细胞凋亡，有助于肝癌的发生发展[14]。

2.3 ER应激与结核病

结核病是一类常见的慢性传染病，其致病菌为结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis，Mtb)。众多研究表明，在结核病的致病机制中，ERS有着重要作用。有研究发现，ERS标记物包括CHOP、ATF3及磷酸化的IRE1α和eIF2α在结核性肉芽肿的巨噬细胞中表达上调，这一结果证实ER应激由Mtb感染诱导。另外，Zhang等[15]证明了Mtb Rv3033通过阻断线粒体细胞色素c释放和PERK-eIF2α-CHOP途径激活，抑制巨噬细胞凋亡，有利于Mtb细胞内存活。此外，感染Mbt的巨噬细胞中钙网蛋白的产生依赖于ER应激的ATF/PERK分支途径，诱导细胞凋亡[16]。结核分枝杆菌的几种毒力相关抗原在结核的致病机制中起着关键作用。Mtb早期分泌的抗原ESAT-6在人上皮A549细胞中通过上调XBP-1剪接和细胞内钙离子浓度诱导ER应激；此外，ESAT-6还通过依赖于ASK1/JNK途径诱导CHOP表达增加参与细胞凋亡。结核分枝杆菌Rv0297 PGRS蛋白通过Toll样受体4诱导ER应激介导细胞死亡[17]。结核分枝杆菌PPE32蛋白以半胱天冬酶依赖性方式诱导ER应激相关基因的表达，进而诱发巨噬细胞凋亡[18]。结核分枝杆菌的38-kDa Ag可增加骨髓来源的巨噬细胞中CHOP、BiP和磷酸化eIF2α的表达，通过TLR-MAPK信号传导途径，MCP-1诱导蛋白(monocyte chemotactic protein induction protein，MCPIP)表达上调，从而诱导ERS介导的细胞凋亡[19]。Mtb通过ER应激介导的Parkin抑制线粒体融合蛋白2(mitofusin 2，MFN2)的产生，破坏线粒体而触发细胞凋亡[20]。以上研究表明，ER应激介导的细胞凋亡在结核病的致病机制中提供了新证据，同时也为预防结核病及研发结核疫苗工作提供新思路。

3 小 结

ERS是一种机体自适应性机制，在一定程度上能够维持细胞和机体稳态。若细胞中存在高强度的ERS，可诱导炎症反应或凋亡，从而导致疾病的发生。近年来，越来越多的研究报道指出ERS与多种疾病的发生、发展紧密相关。因ERS相关信号通路的复杂性，我们需进一步加强对内质网作用机制的研究，从而更深入、更全面的掌握其与感染性疾病的发生发展中的潜在机制，有望为这一类疾病的诊治提供新方法、新思路。