内质网应激在蛋白尿致肾脏损伤中的作用研究进展

王 芳 张小楠 杨成君 许会静 (吉林大学基础医学院生物化学教研室，吉林 长春 3002)

内质网环境的稳定是实现内质网功能的基本条件。但很多因素可导致内质网功能的内稳态失衡，形成内质网应激(ERS)，比如在一系列生化、生理、病理刺激下可引起内质网钙损耗、糖基化改变、营养损失、氧化应激、DNA损伤和能量波动等，这些都能阻断蛋白折叠进程从而导致ERS〔1〕。众多研究表明许多疾病的发病机制都与ERS有关，其中神经系统疾病、糖尿病等领域对其研究较深，近来有研究发现ERS参与蛋白尿所致的肾脏损伤。蛋白尿不仅是肾病的标志，也是肾疾病进行性加重的主要危险因素。因此对该途径的研究可为治疗肾病提供新的治疗靶点。

1 ERS与未折叠蛋白反应(UPR)

ERS是一种保护性细胞反应，适度的应激可以维持内环境稳态，比如内质网分子伴侣葡萄糖调节蛋白78(GRP78)/Bip的表达就有细胞保护作用，因为近三分之一新合成的蛋白在分子伴侣和催化剂的协助下被运至内质网进行折叠与组装〔2〕。为了确保蛋白折叠的精确性，并解决未折叠或错误折叠蛋白的累积，内质网中形成一系列信号转导通路来正确折叠蛋白，不正确的蛋白折叠可导致错误折叠蛋白在内质网腔内蓄积而引发ERS，在真核细胞中发现一套复杂的信号转导通路，统称为UPR，以缓解ERS。UPR有三个信号转导通路，分别由三个跨膜蛋白丝氨酸蛋白激酶(PERK)、Ⅱ型跨膜蛋白(ATF6)和I内质网膜Ⅰ型跨膜蛋白(RE1)在其转录和翻译水平上进行介导。

1.1 PERK介导的信号通路 PERK是内质网Ⅰ型跨膜蛋白，属丝/苏氨酸蛋白激酶。当细胞发生内质网应激时，ERS分子PERK通过自身聚合反应和磷酸化反应启动应答〔3〕。活化的PERK使翻译起始因子eIF2磷酸化，导致翻译减弱，是因为减少了内质网工作量通过阻断新合成的蛋白进入内质网，并降低了内质网对新生蛋白质折叠需求的压力。磷酸化的eIF2促进转录因子GADD153(也称CHOP)的表达，有研究表明CHOP过表达能够导致细胞凋亡〔4〕。

1.2 ATF6介导的信号通路 真核细胞内ATF6是Ⅱ型跨膜蛋白。在非应激细胞中，ATF6通过与内质网膜的交互作用而处于不活化的状态，而发生ERS时蛋白质活化水解，水解后促进X盒结合蛋白1(XBP1)和Bip等基因转录〔5〕。ATF6的蛋白水解作用是依赖于介导固醇调控转录因子SREBP1和SREBP2〔6〕。UPR也活化ATF6，活化的ATF6像自噬一样维持内质网稳态。但是，如果刺激因素持续存在或强度过大，PERK和IRE1将诱导凋亡通路分子的表达。

1.3 IRE1介导的信号通路 在哺乳动物细胞中IRE1是内质网膜I型跨膜蛋白，有α、β两种亚型，不同于酵母，IRE1介导的信号通路只是部分ERS基因表达〔7〕。IRE1的胞质区域含有蛋白激酶区，并具有核糖核酸内切酶活性，当未折叠蛋白蓄积时，IRE1发生寡聚化，并触发其自身磷酸化作用，依次激活其独特的效应子功能。IRE1导致X-盒结合蛋白1(XBP-1)mRNA的剪接，此剪接作用控制了 XBP-1蛋白的表达〔8〕。翻译后，XBP1转位到细胞核，在此激活UPR靶基因。生理学上ERS活化通过IRE1和XBP-1介导的信号通路不仅上调内质网分子伴侣GRP78蛋白表达，而且诱导内质网相关蛋白的降解。

2 ERS与肾脏疾病

ERS在肾脏病理生理学中的研究是一个相对较新的领域。在动物实验或细胞培养中，ERS作为一种诱导细胞凋亡的机制发生于足细胞或肾小管上皮细胞〔9〕。之前的研究显示ERS与神经元细胞损伤和胰腺细胞的凋亡之间有密切的联系。同时也有学者进行研究UPR和人工培养的肾细胞中内质网相关联。如ERS可以通过体外培养足细胞和在啮齿类动物模型中堆积蛋白质形成，通过诱导肾小球上皮细胞损伤或将肾近端小管细胞置于高浓度白蛋白环境中来引起细胞凋亡〔10〕。

2.1 ERS参与蛋白尿致肾小球硬化过程 足细胞是肾脏固有细胞，高度分化，在肾小球选择透过性作用中非常重要，很难通过有丝分裂来恢复已造成的损伤。足细胞损伤可引起能量代谢异常引起的ERS，当损伤持续或进一步加重时，应激和修复机制失衡，凋亡相关基因激活，足细胞走向必然死亡的命运〔11〕。研究表明当足细胞发生蛋白尿时，CD2相关蛋白(CD2AP)表达下调而激活ERS以致最终引起足细胞凋亡;同时，转染CD2AP载体到足细胞将上调CD2AP，下调GRP78和半胱氨酶蛋白酶(caspase12)的表达从而减少细胞凋亡〔12〕。另一研究表明白蛋白增加足细胞内内质网相关蛋白GRP78的表达，导致caspase12激活，从而引起细胞凋亡，并且说明这一过程是通过激活瞬时受体电位阳离子通道蛋白(TRPC6)介导的Ca2+聚集引发的〔13〕。

2.2 ERS参与蛋白尿致肾小管损伤过程 肾小管腔蛋白水平增高，可诱导小管上皮细胞释放各种趋化因子、炎性因子及细胞外基质，如内皮素1(ET1)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、RANTES、IL8、TGFβ等，导致小管上皮细胞损伤、小管间质炎症反应及纤维化，促使肾疾病向终末肾功能衰竭(end-stage renal failure)过渡〔14〕。但是，上述研究结果只是集中于尿蛋白本身作为信号分子所起的作用，事实上，蛋白尿在进行性肾损伤过程中所起作用远不只如此。肾病状态下，大量蛋白尿可以诱导肾小管上皮细胞凋亡以及肾小管萎缩〔15〕。研究证明，蛋白尿可诱导肾小管上皮细胞ERS反应，并以PERK-CHOP依赖方式诱导肾小管上皮细胞凋亡〔16〕。又一研究证明，在肾小管上皮细胞中，白蛋白引起Bip和ORP150的表达以及细胞凋亡。而且，这两种内质网分子伴侣在蛋白尿PAN模型的肾小管上皮细胞中也表达上调(造模第3周)以及引起细胞凋亡的增加〔17〕。

3 展望

近年来大量实验证明ERS参与了肾损伤过程，可能是肾损伤发生和发展的重要机制。这些研究证明了ERS在肾病中的作用机制以及确认了之前未被认可的机制。这些结果能使人们更有信心去努力寻找ERS方面的潜在治疗策略。因此，深入研究ERS的作用及分子机制，可为临床治疗蛋白尿提供新的理论依据。

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