内质网应激在肾脏缺血再灌注和环孢素A损伤中的作用及研究进展(1)
摘要：肾脏缺血再灌注损伤为急性肾损伤最常见的病因之一，亦为肾移植手术中难以规避的损伤，其不仅延迟移植肾功能的恢复，而且会导致急、慢性免疫排斥反应和肾功能异常。环孢素A仍是肾移植术后预防免疫排斥反应的主要药物，长期使用会造成肾损害。内质网作为真核细胞生物中保持内环境稳定的重要细胞器，其稳态系统易受到许多因素如缺氧、氧化应激和药物刺激的影响而失衡，形成内质网应激。本文拟对内质网应激在肾脏缺血再灌注和环孢霉素A损伤中的作用及研究进展做一综述。
关键词：内质网应激；肾缺血再灌注；环孢素A；自噬；凋亡
1绪论
在真核细胞中，未折叠蛋白以及错误折叠蛋白的积聚引起内质网(endoplasmic reticulum，ER)一系列功能的紊乱，称为内质网应激(ER stress，ERS)[1]。ERS与多种疾病相关，如糖尿病、动脉粥样硬化及缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury，IRI)等。由ERS诱导的细胞凋亡已被研究证实是IRI的重要发病机制[2]。肾脏IRI作为急性肾损伤的常见原因之一，可导致移植肾功能排异、炎症，最终引起慢性肾功能不全[3]。各种肾脏疾病可诱发ERS，包括肾小球肾炎、糖尿病肾病、IRI及环孢素A(Cyclosporine A，CsA)治疗引发的肾损伤。CsA作为钙调神经磷酸酶抑制剂之一，临床广泛应用于肾移植术后提高肾移植患者的存活率。然而CsA对肾脏、肝脏、以及神经系统均有潜在毒性，长期大剂量使用会加重肾损伤。因此，为寻找更安全有效的肾病治疗手段，越来越多的学者开始关注该类肾脏损伤机制的研究。已有研究发现多种细胞器的应激包括ERS、线粒体应激等与肾脏IR和CsA肾损伤密切相关，因此，深入研究细胞器的应激反应将有助于更详细地了解肾脏损伤的机制，为治疗疾病提供新的靶点和策略。
, 百拇医药
2 ERS
缺血缺氧、氧化应激、钙超载等因素均为ERS发生的重要环境刺激。机体针对这一应激反应所做出的适应性应答为未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)，减轻蛋白错误折叠所带来的不良影响[1]。 细胞通过减少蛋白质合成，增加帮助蛋白质折叠的分子伴侣等方式缓解内质网压力，因而适度ERS是维持内质网稳态的一种保护机制[4]。当ERS强度过大，超过细胞自身的调节能力，进而激活凋亡信号快速去除受损细胞器，引起细胞凋亡[5]。
2.1 ERS的生存途径 RNA依赖的蛋白激酶样激酶(PKR like ER kinase， PERK)、肌醇需要性激酶(inositol requiring enzyme l，IRE1)和活化转录因子6(activating transcription factor 6， ATF6)这3种跨膜蛋白是ER腔内蛋白聚集的感受器。生理情况下跨膜蛋白分别与糖调节蛋白(glucose regulated protein78，GRP78)等伴侣分子结合而处于无活性状态，当ER腔内出现大量未折叠或错误折叠蛋白时，伴侣分子与跨膜蛋白解离，活化的PERK、IRE1及ATF6进一步触发UPR。PERK与GRP78解离后，活化的PERK使其mRNA的翻译受到抑制，并磷酸化下游真核起始转录因子2α(Eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α)进而失活，从而衰减蛋白质的翻译过程[6]。IRE1解离后活能从X盒结合蛋白1(XBP-1)mRNA中特异性剪切核苷酸，编码转录因子XBP-1，进而与特异性UPR元件结合，诱导内质网的转录程序。ATF6在从内质网转移至高尔基体的过程中被跨膜蛋白酶所裂解，释放出活性ATF6并结合于内质网应激元件，激活ER分子伴侣基因的转录，见图1。
, 百拇医药
图1 ERS生存途径
2.2 ERS的自噬途径 自噬是由应激刺激(营养缺乏、ERS、氧化应激以及病毒感染等)而产生，通过溶酶体降解细胞自身的组成，在细胞生长发育、内环境稳态中发挥调节作用并维持合成与降解之间的平衡。在肾脏中自噬能降解错误蛋白的折叠，有利于急性肾损伤的恢复[7]。 Chandrika在体外培养的肾小管上皮细胞模型中发现，ERS诱导的自噬对细胞具有促存活作用。与野生型细胞相比，自噬缺陷的细胞在受到ERS刺激时会增强caspase-3的活化和细胞死亡，进一步支持了ERS诱导的自噬对细胞具有保护作用。同样在小鼠IR模型中， ERS诱导的自噬能明显改善肾脏IRI以及肾功能。在应激条件下，自噬通常被认为是促进细胞存活的适应性存在。然而过度ERS诱发的自噬反应可以导致细胞死亡[8]，进而加重肾脏IRI。
2.3 ERS的凋亡途径 作为ERS的重要信号分子，跨膜蛋白并没有直接参与，而是通过激活相应的下游的信号分子来完成凋亡程序。PERK激活下游的eIF2α和活化转录因子4(Activating transcription factor 4，ATF4)，進而启动了C/EBP 同源蛋白(CHOP)的表达与转录，使得CHOP的表达量较生理情况下明显上调[9]。CHOP作为ERS凋亡的转录因子，在ERS反应中诱导细胞凋亡。被激活的IRE1招募接头分子，形成复合物后继续激活JNK。CHOP蛋白和JNK激酶均能下调Bcl-2的表达，诱导Bcl-2等发生构象变化，胞质内Ca2+浓度升高诱发凋亡。Caspase的特异性级联反应也是ER凋亡的重要途径之一，该通路中的凋亡信号是由位于ER外膜的caspase-12下传。在发生ERS时，钙依赖性蛋白酶将酶原形式的前体caspase-12直接剪切和激活，进而激活caspase-9，最终激活凋亡执行子caspase-3，见图2。
图2 ERS凋亡途径
3 ERS与肾脏IRI的相互作用
IR是组织器官在缺血所致损伤的基础上恢复血流灌注后组织损伤进一步加重，甚至发生不可逆性损伤的现象。IRI是导致急/慢性肾功能衰竭的一个重要原因，随着肾脏移植普遍应用于临床，IR作为移植中不可避免的过程，引起移植组织内的炎症反应引起以坏死性凋亡为主的细胞死亡。, 百拇医药(王倩 张玉芳 杨斌)
关键词：内质网应激；肾缺血再灌注；环孢素A；自噬；凋亡
1绪论
在真核细胞中，未折叠蛋白以及错误折叠蛋白的积聚引起内质网(endoplasmic reticulum，ER)一系列功能的紊乱，称为内质网应激(ER stress，ERS)[1]。ERS与多种疾病相关，如糖尿病、动脉粥样硬化及缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury，IRI)等。由ERS诱导的细胞凋亡已被研究证实是IRI的重要发病机制[2]。肾脏IRI作为急性肾损伤的常见原因之一，可导致移植肾功能排异、炎症，最终引起慢性肾功能不全[3]。各种肾脏疾病可诱发ERS，包括肾小球肾炎、糖尿病肾病、IRI及环孢素A(Cyclosporine A，CsA)治疗引发的肾损伤。CsA作为钙调神经磷酸酶抑制剂之一，临床广泛应用于肾移植术后提高肾移植患者的存活率。然而CsA对肾脏、肝脏、以及神经系统均有潜在毒性，长期大剂量使用会加重肾损伤。因此，为寻找更安全有效的肾病治疗手段，越来越多的学者开始关注该类肾脏损伤机制的研究。已有研究发现多种细胞器的应激包括ERS、线粒体应激等与肾脏IR和CsA肾损伤密切相关，因此，深入研究细胞器的应激反应将有助于更详细地了解肾脏损伤的机制，为治疗疾病提供新的靶点和策略。
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2 ERS
缺血缺氧、氧化应激、钙超载等因素均为ERS发生的重要环境刺激。机体针对这一应激反应所做出的适应性应答为未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)，减轻蛋白错误折叠所带来的不良影响[1]。 细胞通过减少蛋白质合成，增加帮助蛋白质折叠的分子伴侣等方式缓解内质网压力，因而适度ERS是维持内质网稳态的一种保护机制[4]。当ERS强度过大，超过细胞自身的调节能力，进而激活凋亡信号快速去除受损细胞器，引起细胞凋亡[5]。
2.1 ERS的生存途径 RNA依赖的蛋白激酶样激酶(PKR like ER kinase， PERK)、肌醇需要性激酶(inositol requiring enzyme l，IRE1)和活化转录因子6(activating transcription factor 6， ATF6)这3种跨膜蛋白是ER腔内蛋白聚集的感受器。生理情况下跨膜蛋白分别与糖调节蛋白(glucose regulated protein78，GRP78)等伴侣分子结合而处于无活性状态，当ER腔内出现大量未折叠或错误折叠蛋白时，伴侣分子与跨膜蛋白解离，活化的PERK、IRE1及ATF6进一步触发UPR。PERK与GRP78解离后，活化的PERK使其mRNA的翻译受到抑制，并磷酸化下游真核起始转录因子2α(Eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α)进而失活，从而衰减蛋白质的翻译过程[6]。IRE1解离后活能从X盒结合蛋白1(XBP-1)mRNA中特异性剪切核苷酸，编码转录因子XBP-1，进而与特异性UPR元件结合，诱导内质网的转录程序。ATF6在从内质网转移至高尔基体的过程中被跨膜蛋白酶所裂解，释放出活性ATF6并结合于内质网应激元件，激活ER分子伴侣基因的转录，见图1。
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图1 ERS生存途径
2.2 ERS的自噬途径 自噬是由应激刺激(营养缺乏、ERS、氧化应激以及病毒感染等)而产生，通过溶酶体降解细胞自身的组成，在细胞生长发育、内环境稳态中发挥调节作用并维持合成与降解之间的平衡。在肾脏中自噬能降解错误蛋白的折叠，有利于急性肾损伤的恢复[7]。 Chandrika在体外培养的肾小管上皮细胞模型中发现，ERS诱导的自噬对细胞具有促存活作用。与野生型细胞相比，自噬缺陷的细胞在受到ERS刺激时会增强caspase-3的活化和细胞死亡，进一步支持了ERS诱导的自噬对细胞具有保护作用。同样在小鼠IR模型中， ERS诱导的自噬能明显改善肾脏IRI以及肾功能。在应激条件下，自噬通常被认为是促进细胞存活的适应性存在。然而过度ERS诱发的自噬反应可以导致细胞死亡[8]，进而加重肾脏IRI。
2.3 ERS的凋亡途径 作为ERS的重要信号分子，跨膜蛋白并没有直接参与，而是通过激活相应的下游的信号分子来完成凋亡程序。PERK激活下游的eIF2α和活化转录因子4(Activating transcription factor 4，ATF4)，進而启动了C/EBP 同源蛋白(CHOP)的表达与转录，使得CHOP的表达量较生理情况下明显上调[9]。CHOP作为ERS凋亡的转录因子，在ERS反应中诱导细胞凋亡。被激活的IRE1招募接头分子，形成复合物后继续激活JNK。CHOP蛋白和JNK激酶均能下调Bcl-2的表达，诱导Bcl-2等发生构象变化，胞质内Ca2+浓度升高诱发凋亡。Caspase的特异性级联反应也是ER凋亡的重要途径之一，该通路中的凋亡信号是由位于ER外膜的caspase-12下传。在发生ERS时，钙依赖性蛋白酶将酶原形式的前体caspase-12直接剪切和激活，进而激活caspase-9，最终激活凋亡执行子caspase-3，见图2。
图2 ERS凋亡途径
3 ERS与肾脏IRI的相互作用
IR是组织器官在缺血所致损伤的基础上恢复血流灌注后组织损伤进一步加重，甚至发生不可逆性损伤的现象。IRI是导致急/慢性肾功能衰竭的一个重要原因，随着肾脏移植普遍应用于临床，IR作为移植中不可避免的过程，引起移植组织内的炎症反应引起以坏死性凋亡为主的细胞死亡。, 百拇医药(王倩 张玉芳 杨斌)