IRE1α与乙型病毒性肝炎相关性研究进展

李祥柱综述，杨荣书，焦震华，张 珍，彭代雄审校

（1.重庆市璧山区人民医院输血科402760；2.重庆市璧山区中心血库402760）

IRE1α与乙型病毒性肝炎相关性研究进展

李祥柱1，2综述，杨荣书1，2，焦震华1，2，张 珍1，2，彭代雄1，2审校

（1.重庆市璧山区人民医院输血科402760；2.重庆市璧山区中心血库402760）

内质网； 肝炎，乙型，慢性； 肝炎病毒，乙型； 信号传导； 综述

内质网为细胞中重要的细胞器，肩负着多种功能，包括膜蛋白和分泌性蛋白的合成、翻译后修饰、折叠组装，类固醇生成，脂质合成，糖原的储存和合成，以及维持钙稳态[1]。只有蛋白从粗质网到运输高尔基体才算正确折叠。许多病理生理因素包括缺氧、营养物质（葡萄糖）缺乏、氧化还原平衡的改变、钙稳态的变化、病毒感染、错误折叠蛋白质的过表达及采用还原剂进行细胞治疗，均会导致细胞内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS），触发未折叠蛋白应答（UPR）。在过去20年间，ERS已被证实在各种肝脏疾病的发病机制中起着重要作用。例如，非酒精性脂肪性肝病、酒精性肝病、病毒性肝炎、局部缺血/再灌注损伤及胆汁淤积型肝病。近年来的研究发现，ERS在病毒性肝炎的发病机制中也可能起重要作用。肌醇激酶1（inositol-requiring enzyme 1α， IRE1α）是目前研究最多的一条通路，在体内广泛存在，也是内质网最基本的应激感受因子。而我国的乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染率为60%～70%，因此，阐明ERS相关信号通路IRE1α的基础理论和机制与乙型肝炎的关系，对乙型肝炎的治疗及相关肝病的发生、发展具有指导意义。

1 ERS/UPR

ERS即细胞处于一种亚细胞病理状态，当细胞内质网功能紊乱时，细胞就会启动一组细胞内信号传导通路，统称为UPR。UPR的主要影响是在未折叠蛋白高负荷情况下维持蛋白质稳态。迄今为止，已确定ERS涉及3个内质网跨膜蛋白：PKR样内质网激酶（PKR-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）、活化转录因子（activating transcription factor 6，ATF6）、IRE1。这3种UPR的分支通路控制特定转录因子的表达和信号事件以调节多种UPR的下游反应，适应ERS，如果这些目标在一定时间内未实现或中断，UPR就会诱导细胞凋亡[2]。在正常情况下，这3个蛋白通过与一种分子伴侣——结合免疫球蛋白蛋白质（BiP/GRP78）相结合并在内质网内处于无活性状态。然而，当细胞处于ERS状态时，BiP就会与这些内质网跨膜蛋白分离，转而与累积的未折叠蛋白或错误折叠蛋白相互作用并激活 UPR[3]。PERK与BiP分离后胞质区域被活化并介导转磷酸作用，磷酸化翻译起始因子2α（eIF2α），抑制翻译，并导致细胞周期停滞[4]。活化的ATF6易位到高尔基体，随后被高尔基体固有的2个蛋白酶——位点1蛋白酶（site-1protease，S1P）和位点2蛋白酶S2P[5]裂解，产生一个相对分子质量为50 000的bZIP类转录因子（ATF6p50），其进入细胞核与内质网应激反应元件（ERSE）启动子相结合参与UPR的调节，以诱导ER伴侣的转录。IRE1的胞质区域被活化后特异的剪切一种重要的转录因子X-盒结白蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1）[6]mRNA，产生蛋白活性更强的XBP1（s），上调内质网分子伴侣蛋白的表达，诱导UPR，从而形成功能性的转录因子，剪接型XBP1（XBP1s），其激活能促进含ERSE的UPR靶分子的基因转录，涉及错折叠蛋白输出和降解[7]。

长期或大量的ERS会导致细胞凋亡。UPR通过PERK、ATF6和IRE1的几个下游通路，包括c-Jun N端激酶（JNK）和C/EBP同源蛋白质（CHOP），这将导致抗细胞凋亡的线粒体蛋白Bcl-2的表达下调[8]。此时这种蛋白质会反过来激活促凋亡因子，并导致细胞死亡。

2 IRE1 α-XBP1 信号通路与炎性反应

IRE1有IRE1α和IRE1β 2个同源体，IRE1α是目前研究最多的一条通路，在体内广泛存在，也是内质网最基本的应激感受因子，是处理XBP1转录因子mRNA的内切核糖核酸酶。IRE1α是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶和核糖核酸内切酶，包含N端的可以感受内质网腔异常蛋白刺激的跨膜结构域（NLD）、C端具有激酶活性的Kinase结构域及核酸内切酶活性的RNase结构域[7]。当细胞处于ERS下，BiP被释放并结合未折叠的蛋白质，同时IRE1α内质网腔的结构域发生二聚化，激活胞质的蛋白激酶域，进而发生自身磷酸化作用，进一步激活特定位点羧基末端具有核糖核酸内切酶活性的RNase结构域，从而特异的剪切一种重要的转录因子XBP1 mRNA。在哺乳动物细胞中，未剪接XBP1蛋白（XBP1u）有表达，但是非常不稳定易被蛋白酶体降解，因此，其在正常细胞中一般检测不到[9]；IRE1α剪接XBP1 mRNA的26位核苷酸内含子，导致mRNA的密码子读码框移位并在羧基末端生成一种新的蛋白活性更强的XBP1（s），能促进含ERSE的UPR靶分子的基因转录，上调内质网相关蛋白降解（ER-associated degradation，ERAD）[10]和减轻内质网的蛋白负荷有利于内质网重新建立动态平衡[11]。

越来越多的研究表明，ERS可诱导多种炎症因子的表达，导致炎性反应和炎症相关疾病的发展[12]，包括NFκB、JNK活性氧、白介素6（IL-6）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）。IRE1α可介导促凋亡信号，如TNF受体相关因子2（TRAF2）和凋亡信号调节激酶1（ASK1）/JNK等引起凋亡信号的募集，导致自吞噬，胰岛素抗性和细胞凋亡。TRAF2可招募IκB激酶（IκB kinase，IKK），促进核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）介导炎症[13]。IRE1α激活的NFκB和JNK 2个途径可影响游离胆固醇诱导的活化和TNF-α及IL-6的产生[14]。而内皮细胞中氧化脂激活UPR和炎症基因的表达依赖于ATF4和XBP1[15]。促凋亡蛋白Bcl-2的激活可导致钙释放，蛋白酶活化引起线粒体去极化和活性氧基团（ROS）的生成增加[16]，以及caspase 4的激活并伴随JNK调节凋亡。有研究证实，Bcl-2蛋白这种通过调节钙平衡诱导细胞凋亡的机制也与ERS有关，特别是IRE1α信号通路；此外，IRE1/ XBP1上调TLR基因的表达诱导炎性反应，还可能通过调节炎性反应的强度和持续时间促进炎症过程[17]。

4 IRE1α-XBP1信号通路与乙型病毒性肝炎

HBV感染是一个严重的世界性健康问题，其可能引起急慢性肝炎、肝硬化和肝细胞癌（HCC）。大量研究表明，HBV相关蛋白及病程中产生的炎症和氧化应激均可触发ERS[18-20]。HBV还可激活内质网相关蛋白降解（ERAD）通路，反过来降低包膜蛋白的数量，为缓解ERS起着重要的作用[21]。HBV基因组含有4个重叠编码DNA聚合酶的开放阅读框（ORF），主要编码乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg）、乙型肝炎病毒核心抗原（HBcAg）、X蛋白（HBx）及S蛋白（HBs）。HBx在HBV复制过程中起着重要作用，是一种多功能调控蛋白，可以直接或间接对病毒的复制与增殖、宿主细胞的基因表达与调控、细胞的凋亡与癌变等过程产生广泛影响[22]。Li等[23]研究发现，HBV能够通过HBx的表达引起ERS，激活UPR的ATF6和IRE1-XBP1两条通路，可能会促进HBV的复制和在肝细胞中的表达，并有助于肝病的发生，甚至HCC的发展[24]。另一方面，HBx与碱性亮氨酸拉链（bZIP）结构类转录因子如ATF2、ATF6和CREB相互作用。XBP1属于bZIP类家族，所以也有可能HBx结合XBP1从而激活或共同激活它们以提高转录活力。XBP1敲除小鼠实验表明，XBP1为肝细胞生长和分化所必需的[25]。在肝癌组织和肝癌细胞株HepG2和Huh7中也观察到XBP-1剪接活动[26]。所以HBx蛋白可能参与HBV在肝细胞中的复制和持续表达[27]。HBx蛋白激活XBP1通路可能是HBV相关疾病发病包括肝癌发展的新机制。

HBsAg主要包括大、中、小3种蛋白，由前S1、前S2和S基因转录合成。HBsAg在肝细胞内的聚集会诱发ERS[28]。HBV表面大蛋白（hepatitisB virus large surface protein，LHBs）与ERS的关系最为密切，是病毒形成完整外膜的重要标志，与病毒复制密切相关，LHBs的过度表达在肝细胞内质网积聚是导致ERS的关键因素，并与肝细胞毒性甚至肝癌相关[29]。

此外，大量研究表明，前S1、前S2基因突变病毒可引起LHBs在内质网聚集和HBV颗粒组装障碍，诱导GRP78表达增加[29]，而增加Hep G2细胞中GRP78的表达抑制HBV的复制，GRP78被证实为HCC癌变相关基因[30]。S蛋白是HBV的包膜蛋白，与病毒进入细胞有关，preS蛋白在细胞中的表达也可以引起ERS，有关研究显示，IRE1-α和XBP1的过度表达均会激活HBV S启动子[31]，从而恢复细胞内HBsAg 3种蛋白的比例平衡，维持HBV颗粒的组装[31]。Lazar等[21]发现，HBV可以激活ERAD通路，调节病毒及亚病毒颗粒的形成，反而降低了包膜蛋白的数量，这给缓解ERS起着重要作用。因此，HBV具有利用ERS相关的UPR通路来调节自身病毒复制和表达的能力。

4 小 结

相对于健康人，HBV的慢性感染者患肝癌及肝坏死的风险更大。肝细胞富含内质网，具有很强的蛋白质合成能力，因此，UPR/ERSR在预防或介导HBV的病理学改变方面具有重要作用。尽管可对HBV ERS相关信号因子的调控情况进行实验鉴定，HBV与ERS的相关研究也在迅速增多，但IRE1α-XBP1信号通路在HBV及其相关肝脏疾病的发生、发展中的作用仍有待全面认识。人类对于疾病的认识最终目的在于预防和治疗疾病，目前乙型肝炎最主要的治疗机制就是干扰或阻断HBV在宿主肝细胞内复制，阐明ERS的主要信号通路IRE1α-XBP1对HBV病毒颗粒复制水平的影响，对研发新的HBV靶向细胞药物及确定慢性感染具有重要意义，通过IRE1α-XBP1信号通路调控ERS及其随之带来的细胞损伤可能是新的治疗方针。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.23.020

A

1009-5519（2015）23-3582-04

2015-09-15）

李祥柱（1986-），女，重庆九龙坡人，硕士研究生，主要从事血液免疫相关研究；E-mail：xiangzhu.li@qq.com。

彭代雄（E-mail：ivan7778@sina.com）。