葡萄糖调节蛋白与细胞凋亡胞内信号转导的关系

许贺玲(综述)，许兰涛(审校)

(1.苏州大学研究生部，江苏 苏州 215006； 2.上海市奉贤区中心医院消化内科，上海 201499)

葡萄糖调节蛋白(glucose-regulated protein,GRP)是内质网应激产生的一种应激蛋白，它使蛋白质能够在细胞应激状态下继续正确合成，从而维持了内质网钙稳态及内环境的稳定。细胞凋亡又称细胞程序性死亡，是指细胞在一定的生理、病理条件下遵循自身的程序，自己结束其生命的过程。随着人们对凋亡的认识逐渐深入，近几年的研究在凋亡信号转导途径等方面取得显著进展。国内外学者对GRP参与的信号通路进行了大量的研究，研究表明GRP可以通过内质网信号途径抑制细胞凋亡[1]。

1 GRP的生物学活性

1977年,Shiu等发现在无葡萄糖介质中培养鸡胚胎成纤维细胞的过程中可以诱导产生两种相对分子质量分别为78×103和94×103的蛋白,即命名为GRP78和GRP94[2]。低糖、低氧、低Ca2+或病毒感染等病理状态下可引起内质网内积聚大量的未折叠蛋白，进而可诱导产生一系列的适应性反应，统称未折叠蛋白反应[3]。未折叠蛋白反应在一定程度上可减轻或消除内质网内蛋白质折叠功能的负荷，因此未折叠蛋白反应是细胞的一种适应性保护机制。但是当这些适应性反应仍不能缓解应激状况时，受损细胞最终会因为发生内质网相关性细胞凋亡而被清除[4]。未折叠蛋白反应有三条分支控制转录和分子伴侣蛋白的表达，包括依赖RNA的蛋白激酶样内质网激酶、肌醇需求酶1和激活转录因子6[5-8]。GRP78又被称为免疫球蛋白重链链接蛋白(Bip)，是一种钙结合蛋白，属于热激蛋白70家族的一员，GRP78分子及其DNA分子序列结构在许多生物物种中高度保守。内质网腔内有大量可溶性分子伴侣和折叠酶，GRP78是内质网中首个被发现的分子伴侣。GRP78通过其多肽结合域和ATP酶功能域之间协同作用，辅助内质网中新生肽形成正确构象，因此GRP78在内质网腔内蛋白合成质控过程中发挥重要作用[9]。正常情况下，GRP78结合在内质网应激的传感器上，包括依赖RNA的蛋白激酶样内质网激酶、肌醇需求酶1、激活转录因子6抑制未折叠蛋白反应信号通路[10]。这三种信号感受蛋白都分别与GRP78结合形成复合物，且处于无活性状态。内质网应激时，未折叠蛋白或错误折叠的蛋白将GRP78从感受器上分解出来，GRP78表达量明显增高，与内质网中错误折叠和未折叠蛋白结合，恢复蛋白质的正确构象，使蛋白质能够在细胞应激状态下继续正确合成，从而维持了内质网钙稳态及内环境的稳定[11]。因此,GRP78的急速上调被认为是内质网应激最敏感的标志[12]。

2 细胞凋亡的胞内信号转导

细胞凋亡是指机体在生理条件下受到刺激后，经过多种途径的信号传递，导致细胞产生一系列形态和生化方面的改变而引起细胞自杀性死亡的过程，又称为程序性细胞死亡。在研究自身免疫性疾病、病毒感染和肿瘤的机制中发现，自身反应性T、B 淋巴细胞，某些病毒感染细胞和一些肿瘤细胞可以通过细胞凋亡方式被清除，机体也可能通过细胞凋亡方式保护自身[13-14]。在不同的情况下，细胞凋亡的途径又是不同的，因而细胞凋亡的信号转导途径也有多样性。细胞凋亡的信号通路可分为死亡受体通路、线粒体通路、内质网通路[15]。其中，内质网在细胞中广泛分布，是细胞内最重要的蛋白质合成、修饰和折叠场所，同时也是细胞内钙离子的主要储存库。内质网对细胞凋亡的作用表现在两个方面：一是内质网对钙离子的调控，二是凋亡酶在内质网上的激活[16]。在细胞内，内质网是细胞最主要的钙库。内质网膜上有多种钙离子通道，能将钙离子逆浓度梯度由胞质泵入内质网中。研究发现，多种凋亡刺激均可使钙离子从内质网中释放出来，继而引起线粒体通透孔的开放，线粒体内钙离子超载和线粒体肿胀，最终导致线粒体外膜破裂，处于膜间隙的促凋亡相关蛋白进入细胞质，因而细胞凋亡的线粒体相关信号途径与内质网结构功能及钙离子浓度紧密相关[9]。许多细胞凋亡的早期胞质内Ca2+浓度增加，Bcl-2家族中抑制凋亡的蛋白可以调节游离Ca2+浓度，使其维持在合适的水平，起到抗凋亡的作用。Ca2+浓度增高时，能够激活凋亡酶引起细胞凋亡[17-18]。

3 GRP对细胞凋亡的作用机制

既往研究表明，轻度的内质网应激时，GRP78主要参与调控内质网中蛋白质的折叠及转运，防止及减少未折叠或错误折叠蛋白在内质网内的储积，以缓解内质网代谢压力，促进细胞存活[19]。赵雅宁等[20]研究大鼠脑缺血/再灌注模型发现，模型组海马区神经细胞中GRP78的表达较假手术组明显增加，其原因可能是脑缺血诱导内质网应激，内质网应激启动GRP78大量表达来维持内质网的稳态。GRP78的信号通路包括Ras/促有丝分裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶、cAMP依赖蛋白激酶2依赖的信号通路。通过RNA干扰技术抑制GRP78基因的表达可以抑制促有丝分裂原活化蛋白激酶依赖的信号转导通路，当GRP78增高时，促分裂原活化蛋白激酶信号通路激活[21-23]。c-Jun氨基末端激酶信号是促分裂原活化蛋白激酶信号通路中调节细胞凋亡、增殖和生存的信号，GRP78高表达时，持续的c-Jun氨基末端激酶的活化可以促进转录依赖的和非依赖的凋亡机制，c-Jun氨基末端激酶磷酸化并激活Bcl-2家族成员[24]。薛秋红等[25]在研究强噪声诱导下豚鼠耳蜗螺旋神经节细胞损伤时发现，噪声暴露后，GRP78高表达，这可能与应激状态下耳蜗细胞发生次级损伤有关，次级损伤的发生通过刺激耳蜗细胞GRP78的高表达来减少细胞凋亡，阻止内质网的应激反应，从而保护细胞。研究发现剔除纯合子小鼠中的GRP78等位基因可使小鼠在胚胎早期即死亡，可能是由于缺乏了GRP78对细胞凋亡的抑制作用[26]。Tsutsumi等[27]在研究塞来考昔的抗肿瘤活性时发现,用小干扰RNA抑制塞来考昔诱导的GRP78表达,可以显著提高肿瘤细胞凋亡。内质网中包含大量的凋亡蛋白，如caspase-12，它是在小鼠中发现的，位于内质网细胞的caspase-12能特异地参与内质网应激诱导的凋亡，在线粒体途径或死亡受体途径中起作用的刺激因子则不能引起caspase-12的激活。有研究发现,GRP78可以与caspase-7 和caspase-12形成复合物,从而抑制caspase-7对caspase-12的激活,抑制内质网凋亡途径[28]。另外，GRP78还可通过下调拓扑异构酶Ⅱ的水平抑制细胞凋亡，拓扑异构酶Ⅱ是细胞DNA合成的关键酶之一,在DNA合成全过程中均有作用。

4 GRP与细胞凋亡关系的临床应用

4.1GRP在肿瘤化疗中的应用 GRP是机体应激的产物，它可以抑制细胞的凋亡(如肿瘤细胞)，而在机体发生肿瘤时，该组织的GRP又会升高，两者之间存在着相辅相成的关系[29]。在肿瘤细胞中，糖代谢增加，糖酵解活性增加和迅速增长的肿瘤血管均可导致低糖、低pH值和低氧，从而诱导内质网应激和GRP78激活。GRP78的过表达促进肿瘤的生长、转移和耐药性[30]。GRP78在肿瘤组织中的表达程度与肿瘤细胞的分化程度呈正相关，在GRP78高表达的情况下，神经胶质瘤细胞可表现高度增殖状况，而剔除了GRP78基因，则可提高内质网应激诱导的肿瘤细胞凋亡[31]。利用GRP78与凋亡的相互关系，在临床上可以得到运用。华颂文等[32]研究提示，GRP78表达水平可能是反映胆总管腺癌发生、进展及临床生物学行为及预后的重要标志物。检测胆总管腺癌等恶性肿瘤组织中GRP78表达水平，可能对指导临床辅助治疗有重要临床价值；检测胆总管良性病变组织中GRP78表达水平，对预防和早期发现胆总管腺癌，可能有较重要的临床意义。姜莉等[33]研究发现，下调GRP78的表达可降低肺腺癌细胞对VP-16(足叶乙苷)的耐药性。在肝癌的研究中，肝癌组织内GRP78表达增高，高表达的GRP78与肝癌细胞对血管的侵袭和肝内转移相关，抑制GRP78的表达可以促进肝癌细胞的凋亡，减少肝癌细胞对血管的侵袭和肝内的转移[34]。GRP78的过表达增加了一些抗凋亡的Bcl-2家族的成员包括Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w的表达，从而抑制敏感细胞的凋亡。因此，在抗雌激素药物治疗乳腺癌时，当GRP78的表达被抑制时，在抗雌激素药物耐药细胞相对于敏感细胞以相反的方式反应。RNA干扰对GRP78的表达可以增加依赖RNA的蛋白激酶样内质网激酶和肌醇需求酶1下游的C/EBP同源蛋白、X盒结合蛋白1-S在抗雌激素药物耐药细胞的表达，而Bcl-xL、Bcl-w的表达则下降,促进肿瘤细胞的凋亡[35]。

4.2GRP在免疫治疗中的应用 在免疫应答过程中，抗原呈递主要有主要组织相容性复合体1(major histocompatibility complex-1,MHC-1)和MHC-2，细胞表面的GRP与MHC-1相关，过表达的GRP78可能下调MHC-1在细胞表面的表达，从而限制免疫系统的能力，控制肿瘤的发展[36]。其原因可能是GRP78的过表达补偿了MHC-1类分子的丢失，从而作为一种可选择的抗原呈递结构。热激蛋白和MHC-1类分子通过MHC-1类分子作为内源性抗原呈递途径[37-38]。

5 小结与展望

细胞凋亡的过程是受多因素调节的，各种凋亡信号通过信号转导通路传至细胞内，激活靶分子而产生细胞效应，引发细胞凋亡。GRP78作为应激状态下产生的可抑制细胞凋亡的蛋白，已用于多种临床治疗，尤其是肿瘤的治疗。近年来研究表明，GRP78在某些肿瘤中呈高表达并随恶性程度的增高而增高，对于肿瘤细胞抗化疗药物的性质及抗原表达有重要意义。但是随着肿瘤耐药性的产生，GRP治疗肿瘤的最优效果还有待发掘。

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