内质网-线粒体结构偶联及运动应激研究进展

孙易，丁树哲

内质网-线粒体结构偶联及运动应激研究进展

孙易1，2，丁树哲1，2

诸多生命活动依赖于线粒体和内质网的协作。MAMs是存在于线粒体和内质网间，由蛋白质复合体组成的特殊结构，其结构的完整性和生理功能的正常运行是保证线粒体动态变化、细胞凋亡和内质网应激等生命过程有序进行的前提。对MAMs的最新研究动态进行归纳，提出Ca2+在MAMs调控中的决定性作用，MAMs在ROS、内质网应激、细胞凋亡、细胞自噬、线粒体动态变化及流动性和炎症等过程中扮演的重要角色，探讨运动应激对MAMs的可能调节机制及MAMs相关分子介导运动适应的途径，从而为未来运动适应机制的探索提供新的研究方向。

线粒体；内质网；MAMs；运动应激；Ca2+

膜包裹细胞器的出现标志着物种进化进入新的时代，不同属性的生化反应得以在相对隔离的微环境中进行。与此同时，为了保障生命活动和分子反应的正常运行，牟定在细胞器间的固态连接网络（physical contact）衍生而来，以利于代谢底物和生物信号在细胞器间半自由传递。固态连接网络同时肩负着细胞凋亡、免疫调节和调控细胞器动态变化等重任。

1 内质网在细胞器间协作中的中心地位

存在于相邻细胞器间的并由两部分细胞器膜组成的特殊结构称作膜连接部位（MCSs，membrane contact sites）［14］。MCSs具有以下4个特点：1）两种细胞器膜间距一般小于30 nm；2）膜互不融合：3）某些蛋白和脂质在MCSs处格外丰富汇聚，充当系带（tether）的作用；4）MCSs的特有结构影响两细胞器中至少1种的结构或功能［42］。

作为细胞内延展范围最广的膜结构网络，内质网与绝大多数细胞器及细胞结构均需通过MCSs协同工作，如，线粒体［27］、溶酶体、高尔基体、内涵体和细胞膜等［56］。人们最早意识到MCSs的显著功能是充当Ca2+传递和脂质交换的重要场所［57］。Ca2+在细胞内高度活跃，可以充当多条信号通路的调控点。Ca2+失调或局部异常堆积会引起信号转导失调，甚至造成细胞钙毒性；而脂质扩散受限则破坏细胞器膜结构的完整性，对细胞生存带来威胁。然而，扩散的不随意性是Ca2+和脂质的共同特点，其中，Ca2+需与某些受体分子结合方能在胞内穿梭，而脂质扩散则受限于其与细胞水性结构的不相容性。MCSs的存在使Ca2+和脂质的细胞器间传递成为可能。作为Ca2+和脂质贮存的主要场所，内质网无疑是此领域研究的最大热点。

2 内质网-线粒体的结构及功能

除了膜连接外，线粒体的出现是物种进化中的另一转折点。尽管多种学说各有千秋，然而众多线索指向内共生学说，即线粒体来源于细菌，被真核生物吞噬的细菌经过漫长的演化和适应最终形成线粒体，以适应地球大气中高氧环境的出现。在产生能量之余，线粒体还参与类固醇合成、凋亡信号传导、钙信号传递等生物过程。线粒体在物质代谢调控和信号整合中发挥的作用很大程度上是通过与内质网的合作得以实现的。

2.1 内质网-线粒体的结构

尽管在数十年前，已有学者提出线粒体和内质网间存在固态连接这一假说，然而直到1969年，Ruby等才通过电子显微镜实际观察到此结构［46］。充当内质网-线粒体间系带的蛋白复合体MAMs（mitohcondria associated membrane）则依赖于细胞片段化分离技术，直到20世纪90年代才得以确认［58］。目前学界对MAMs的普遍定义是：与线粒体紧密连接的，可以被纯化为独立结构的内质网膜。继线粒体和内质网分别在19世纪及20世纪中叶被发现并取得关注以来，MAMs结构的成功分离纯化无疑为亚细胞层面的研究注入了新的活力，相关探索在过去20年呈现蓬勃上升趋势。MAMs是一种对细胞生理环境高度敏感的动态结构，这导致其结构具有一过性和多变性的特点。MAMs扮演的多种角色与其独特的脂质和蛋白组成有关。当前已知的有内质网-线粒体偶联（以下简称内质网-线粒体）参与调控的细胞过程和功能主要包括ROS、内质网应激、细胞凋亡、细胞自噬、线粒体动态变化及流动性和炎症等。

2.1.1 内质网-线粒体的构成

内质网-线粒体系带最早在卡氏棘阿米巴，一种非光合作用的单细胞真核生物中被观察到。尽管MAMs的构成在各物种间不尽相同，然而，其功能却具有高度保守性。随着技术手段的进步，酵母细胞中MAMs的蛋白构成ERMES得以确定。ERMES（ER-mitochondria encounter structure）由Mmm1、Mdm10、Mdm12和Mdm34 4种蛋白组合而成，且复合体中的任一组件对内质网-线粒体系带的维持都是必不可少的［35］。线粒体似乎对ERMES结构完整性格外敏感，当组件缺失时，线粒体会受损并发生片段化。

与酵母细胞的ERMES相比，目前对哺乳动物MAMs结构的了解还很粗浅。已知MAMs是由一系列蛋白质灵活组成的，能够根据细胞的需求招募多种多样信号分子的结构，然而，对于哺乳动物的MAMs究竟包含多少种蛋白质尚无定论。近期一份基于小鼠脑组织的检测显示，超过1 212种蛋白质与MAMs有关［41］。从功能上划分，这些蛋白质包括且不限于位于内质网或线粒体外膜的Ca2+通道（IP3R，VDAC1）、脂质合成或转运蛋白（PC、PS）、伴侣蛋白（Grp75、CNX、S1R）、氧化还原调节酶（Ero1α）、蛋白激酶（PERK）、内质网分拣蛋白（PACS-2）、线粒体动态变化相关蛋白（Mfn2、Miro1）、炎症相关蛋白（NACHT、LRR、NALP3）、凋亡相关蛋白（Bcl-2）等。其中，Mfn2是目前MAMs蛋白中研究较透彻的一种，在内质网-线粒体处格外丰富。Mfn2位于线粒体外膜和内质网膜，其缺失导致内质网-线粒体接触部位结构破坏，使两细胞器间距离增加，内质网和线粒体形态发生改变，同时，线粒体对Ca2+的摄取亦产生缺陷［13］。此外，VDAC-GRP75-IP3R复合体也被发现存在于MAMs，充当Ca2+传递的重要孔道。

从形态上划分，内质网包括片状内质网和管状内质网两种。片状内质网非常适合与多核糖体结合，因此是蛋白质折叠发生的主要场所；而管状内质网则是钙信号传递和脂质合成的大本营。某些参与管状内质网合成的蛋白质，如，酵母菌中的Sey1P和哺乳动物中的atlastins，对内质网-线粒体偶联和脂质传递至关重要，这表明，管状内质网似乎更适合与其他细胞器间形成固态连接［60］。尽管目前鲜见运动对内质网形态影响的探索性研究，然而，考虑到有氧运动和抗阻训练对蛋白质合成和脂质代谢的差异性调控作用，是否有一种可能，即运动是通过调控内质网形态、修饰内质网-线粒体偶联从而发挥其代谢效应的？

2.1.2 内质网-线粒体间的距离

共聚焦显微镜和电子显微镜的发明使得学者们得以观察线粒体和内质网之间的距离，结果表明，ER-线粒体接触的区域约占其自身膜网络面积的5%～20%。经测量，滑面内质网与线粒体间距离约为10 nm，粗面内质网距线粒体25 nm左右［12］，然而，就是对这微小距离的精确控制决定了细胞的生死存亡。内质网和线粒体间必须维持一定的距离以保持其功能的正常发挥。当其距离减小时，线粒体会经历钙过载和线粒体外膜渗透（MOMP），继而发生细胞凋亡。与此相对，当距离加宽时，线粒体呼吸受到刺激，使得ATP生成增加［12］。

2.2 内质网-线粒体的功能

2.2.1 Ca2+的重要角色

Ca2+稳态的维持对诸多细胞过程都至关重要。内质网和线粒体间偶联的状态和效率是决定线粒体Ca2+浓度的首要调控因素之一。在20世纪60年代，有学者发现，分离的线粒体在受到刺激时可摄取Ca2+。进一步的研究证实，尽管胞浆Ca2+远没有达到足以激活线粒体内膜Ca2+转运体（MCU，Ca2+uniporter）的浓度，然而，线粒体Ca2+仍随内质网钙通道IP3R的开放而显著升高。事实上，与静息Ca2+浓度（0.1μmol/L）相比，尽管IP3R和RyR的开放使得胞浆［Ca2+］瞬间上升到1～3μmol/L，但这仍远低于MCU的亲和浓度。MAMs的发现解决了有关Ca2+摄取的这一长久困惑。Rizzuto等的成果显示，在线粒体和内质网的交界MAMs处存在Ca2+浓度显著高于胞浆内平均钙浓度的微域（microdomain）［45］。骨骼肌收缩依赖于Ca2+和ATP的供应，因此受到Ca2+释放单元（CRUs）三联体和线粒体的结构和功能的控制。与其他细胞类似，骨骼肌纤维中的线粒体和CRUs在空间上很接近，且通过系带形成物理连接。研究表明，衰老会导致CRUs和线粒体的数量减少，同时CRUs-线粒体间的偶联频率降低，因而力输出和骨骼肌耐力减弱。运动则可以增加线粒体数量并改善线粒体与CRUs的联系［43］。

诸多分子参与对这一微域Ca2+的调控。p53是最重要的肿瘤抑制因子之一，除了作为核转录因子参与对细胞凋亡的调控外，胞浆中的p53还以非依赖于转录的方式参与对Ca2+介导细胞凋亡的调控。其中，p53在MAMs处堆积并激活使细胞走向死亡的途径，而p53缺失则导致内质网［Ca2+］降低，Ca2+动员减少［17］。

除p53外，PML（promyelocytic leukemia）是另一参与调控内质网-线粒体间Ca2+对话的肿瘤抑制因子［39］。内质网氧化物蛋白Ero1-Lα则通过IP3R1调控Ca2+从内质网的释放［1］。

2.2.2 MAMs与ROS

定位于MAMs的若干分子参与ROS生成及随后的信号通路。p66Shc是一种位于MAMs的ROS生成蛋白。在生理状态下，磷酸化的p66Shc是RAS介导信号通路的一种负调节因子。然而，在感受到氧化应激时，p66Shc则在Ser36位点被磷酸化，继而转位到线粒体和/或MAMs，参与ROS生成和凋亡相关信号通路［20］。MAMs片段中p66Shc的含量随着年龄的增加也相应增加，且与线粒体H2O2生成水平的变化相一致，这从侧面印证了p66Shc对ROS的作用。

除p66Shc外，Ero1-Lα和Ero1-Lβ也是位于MAMs的，参与ROS生成的重要蛋白质。大约有超过75%的Ero1-Lα位于MAMs处，它与PDI（蛋白二硫化物异构酶）共同参与二硫键的形成，因此在蛋白质折叠中扮演重要角色［9，16］。研究显示，Ero1-Lα的活性导致内质网H2O2的大量生成。

2.2.3 MAMs与内质网应激

除了作为Ca2+的主要贮存库外，内质网还是蛋白质合成和折叠的主要场所。在某些应激状态下，内质网内Ca2+浓度降低，钙结合伴侣（钙网织蛋白、BiP/GRP98和GRP94）功能受限，ATP供量不足，继而发生错误蛋白折叠，这一现象称为内质网应激（ERS）［2］。ERS通过3种内质网膜蛋白PERK、IRE1和ATF6的激活进一步导致错误折叠蛋白反应（UPR）［54］。ERS初发生时，细胞试图通过增加内质网伴侣含量，减少非重要蛋白翻译和促进错误蛋白降解等途径拯救被错误折叠的蛋白。这时，内质网形态发生变化，线粒体更加靠近内质网并与之形成紧密偶联。与此同时，线粒体膜电位升高，Ca2+摄取增多，ATP生成及氧摄取量增加。这使得细胞ATP储量暂时升高，从而利于内质网伴侣表达。然而，当ERS后果不可挽回时，细胞则会在的指引下走向凋亡。有证据表明MAMs也参与了ERS，如，PERK被发现定位于MAMs且能促进内质网-线粒体偶联［59］。另一MAMs相关蛋白Mfn2则能通过下调PERK的活性从而调控ERS导致的细胞自噬和凋亡［33］。

2.2.4 MAMs与细胞凋亡

众所周知，线粒体在细胞死亡的启动和信号扩大过程中均发挥重要作用［28］。线粒体对Ca2+摄取过量会导致线粒体发生MOMP、线粒体功能异常，继而触发凋亡发生［40］。其中，位于线粒体内膜的渗透转换孔（PTP）也可能扮演重要角色，其开放时间延长导致线粒体内膜（IMM）渗透性发生变化。PTP开放反过来诱导线粒体肿胀和线粒体外膜（OMM）断裂，继而caspase激活因子释放，凋亡发生［28］。MOMP发生后，细胞色素c释放入胞浆，通过与IP3R结合并促进其功能，导致更多的Ca2+从内质网向线粒体传递，进一步扩大凋亡信号［7］。

在感受到凋亡刺激后，位于内质网-线粒体处的Bap31（B-cell receptor-associated protein 31，B细胞受体相关蛋白31）-Fis1能招募caspase-8，剪切Bap31成为促死亡p20Bap31片段，而该活性片段能促进内质网Ca2+贮存排空。临近的线粒体在摄取Ca2+后发生PTP开放，发生凋亡因子的释放，进而发生凋亡［24］。当PACS-2被敲除，MAMs的结构发生破坏，尽管Bap31仍能被剪切为p20Bap31，然而细胞死亡却不会发生，这说明，内质网和线粒体间的紧密偶联对于Bap31介导的细胞凋亡是必须的［53］。

有研究显示，癌基因H-Ras位于MAMs，且可能通过调控Ca2+从内质网到线粒体的传递影响肿瘤存活和生长［44］。此外，作为一种下调Akt的肿瘤抑制因子，PTEN也位于MAMs［8］。它通过与Akt/IP3R复合物协作导致Ca2+释放增加。另一肿瘤抑制因子PML也能通过与IP3R3协同作用调控钙流及细胞凋亡［18］。除此之外，以下伴侣分子和氧化还原酶同样定位于ER/MAMs。例如，ERp44直接与IP3R1发生作用，抑制其活性［23］。ERp44还能加强Ero1-Lα的作用，因此可以说，ERp44和Ero1-Lα共同参与对IP3R依赖钙信号的调控，进而对细胞凋亡亦发挥作用。

2.2.5 MAMs与细胞自噬

2013年，一项发表于Nature的研究显示，自噬体的形成源自MAMs。在饥饿条件下，自噬前体/自噬体标记物Atg14和Atg5定位于MAMs。此外，在PACS-2敲除和Mfn2敲除细胞中，无论是自噬标记物的堆积还是内质网相关蛋白的转位均显著减少，这表明，MAMs在自噬体的形成中扮演一定角色［22］。

mTOR是一种参与调控自噬的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包含mTORC1和mTORC2。研究表明，mTORC2位于MAMs，且可以激活Akt。激活的Akt则通过PACS和己糖激酶磷酸化控制MAMs的完整性和线粒体功能。此外，mTORC2和Akt共同调控IP3R3磷酸化和Ca2+释放［6］。作为一种位于MAMs并参与自噬体形成的蛋白质，Rab32被发现调控mTORC2的活性。另一MAMs蛋白p66Shc也被发现参与调控细胞自噬。PKCβ过表达使得p66Shc磷酸化增加，且转移到线粒体的p66Shc增多。PKCβ和p66Shc过表达导致细胞自噬活性降低［38］。

2.2.6 MAMs与线粒体动态变化及移动性

如前文所述，Mfn2在MAMs处的含量格外丰富。当钙过载、ROS生成过多或细胞处于其他应激状态时，线粒体膜电位降低并发生片段化。同时，Mff招募Drp1（dynaminrelated protein 1）至内质网-线粒体处。有研究认为，内质网在这一过程中扮演一定角色［15］。内质网在即将发生剪切的位置包裹住内质网，且酵母菌的ERMES复合体也存在于此，这一事实也证明了内质网-线粒体偶联对线粒体分裂的重要作用［34］。线粒体分裂发生前，内质网和线粒体间首先形成紧密连接，继而Drp1组装。一般观点认为，通过被内质网包裹，线粒体的形态（线粒体网络的大小、长度和形状）可能发生变化，从而利于Drp1组装。然而，亦有证据显示，破坏内质网-线粒体偶联并未影响内质网包裹线粒体，且Drp1或Mff敲除也不会破坏内质网-线粒体偶联，因此，不排除内质网-线粒体间的固态连接结构与线粒体分裂蛋白招募过程相互独立这一可能性［15］。

作为为细胞集中供能的细胞器，线粒体需具备沿微管自由移动，并能准确定位到对能量需求高的部位的能力。浓度在正常生理范围内的胞浆Ca2+可控制线粒体移动——线粒体移动在Ca2+浓度低时较活跃，而在Ca2+浓度高时则受到抑制。同时，移动变缓的线粒体倾向于聚集在内质网周围，以便于接收从内质网释放的Ca2+，并方便传递钙信号。因此，内质网-线粒体偶联是促使线粒体在细胞内自由移动，并保障合理Ca2+摄取和ATP生成的最优途径［61］。

2.2.7 MAMs与炎症

人类NLR（NOD-like receptor，NOD样受体）家族包含22个已知成员。在被激活后，这些蛋白质形成复合体，也称为炎性小体。NLRP3炎性小体是当前研究得较透彻的一种。内质网-线粒体与炎症的关系在2011年得到首次揭示，发现ROS能促进NLRP3小体的激活［63］。在安静状态下，NLRP3位于胞浆和内质网。然而在炎症激活时，NLRP3和它的衔接蛋白ASC共同转位到MAMs，从而接收来自线粒体的信号［51］。除了内质网和过氧化物酶体外，线粒体是ROS的主要生成部位。在多种刺激下，ROS均能激活NLRP3炎性小体。在正常情况下，生成ROS过度的线粒体会通过线粒体自噬途径被清除。当自噬受到抑制时，功能异常的线粒体堆积，从而激活NLRP3炎性小体。

TXNIP（硫氧还蛋白互作蛋白）可以与NLRP3结合，在ERS和炎症之间充当信号集线（hub）角色。在氧化应激下或感受到NLRP3炎性小体激活时，TXNIP重新分布到MAMs/线粒体［62］。在内质网应激刺激下，TXNIP通过PERK和IRE1通路被诱导激活，导致IL-1β的mRNA转录增加，促进IL-1β生成，从而介导内质网应激介导的β细胞死亡［36］。除TXNIP外，VDAC也是内质网-线粒体偶联参与NLRP3介导炎症反应的另一重要分子。VDAC1/2敲除能选择性消除NLRP3炎性小体形成［63］。

3 MAMs相关分子在运动介导线粒体适应中的作用及机制

作为一种经典的肿瘤抑制因子，p53在近年来还被发现参与对线粒体功能的调控，且介导对运动表现的修饰。在一项基于力竭游泳模型的研究中，p53敲除小鼠的运动能力下降50%，证明了p53对运动能力的重要性。此外，p53敲除小鼠的SS线粒体和IMF线粒体含量都显著降低，COX活性和PGC-1α的表达水平也显著下降，表明p53参与对线粒体生物发生的调控［47］。若干证据显示，不同方式的运动干预对p53的功能也有不同的修饰作用。例如，施加急性力竭电刺激诱导肌肉收缩后即刻，p53在Ser15位点上磷酸化水平增加，因此推测其活性和稳定性也增加［47］。此外，高强度间歇运动和中等强度的连续运动均会导致p53在Ser15位点上磷酸化水平增加，且其作用可能是通过上游信号AMPK和p38MAPK实现的［4］。除了在翻译后水平调控外，运动还能诱导p53的细胞内转位。例如，急性跑台运动能诱导p53转位到SS和IMF线粒体，并与Tfam和mtDNA形成复合物，推测p53可能通过对Tfam的活性进行直接或间接调控来修饰线粒体基因组。也有学者提出理论，认为在感受到运动应激后，p53可能首先在细胞核中上调Tfam的表达，继而转位到线粒体，修饰线粒体Tfam的活性［3］。然而，又有证据认为，运动仅会导致核p53的变化，而对线粒体p53则无明显的干预作用。事实上，一项基于人骨骼肌的研究显示，急性运动后核p53增加，而线粒体或胞浆中的p53则无显著变化［55］。运动强度也是调控p53表达的因素之一，如，冲刺跑间歇性训练能上调p53的蛋白表达水平，而较低强度的运动则不能达到类似的效果［21］。

除了介导线粒体生物发生外，p53在细胞内的不同位置还与细胞自噬相关。Grp78是一种关键的内质网伴侣蛋白。当发生ERS时，Grp78的表达水平显著增加。研究显示，ERS会上调Grp78的表达，并导致p53转位到细胞核并诱导细胞自噬发生，而Grp78下调则使p53转位到胞浆并抑制自噬［26］。此外，急性运动导致的细胞核p53上调伴随线粒体Atg5减少和胞浆PINK1增加，这些都标志着细胞自噬水平的上升，以利于清除受损的蛋白质和细胞器［55］。

以往的研究认为，胞浆p53和核p53分别通过非转录依赖以及转录依赖的机制对应激响应。其中，胞浆p53主要通过线粒体转位参与非转录通路。除此之外，Giorgi课题组于2015年的新近发现为p53的功能发挥提供了新思路［17］。他们认为，线粒体p53可能不是促进凋亡的唯一非转录依赖通路。相反，p53的一部分与MAMs和内质网相连，且此部分非核p53能在生理病理应激条件，以及抗癌药物的作用下通过修饰钙稳态促进凋亡。由于Giorgi等的研究发现较新，在此基础上尚无直接证据阐释运动介导p53的变化对MAMs功能影响的研究。然而，考虑到运动对线粒体生物发生和凋亡的双重影响［47］，以及运动干预对细胞内Ca2+已知修饰作用，很有可能核p53和位于MAMs处的p53分别以转录依赖和非转录依赖的方式共同参与运动对细胞凋亡的调控，而胞浆p53则以非转录依赖（线粒体转位）的方式介导运动对线粒体生物发生的影响。

Mfn2最初被认为在线粒体动态发生中发挥重要作用，通过与Mfn1形成同质或异质连接介导线粒体融合［11］。通过连接线粒体和内质网，Mfn2还在维持内质网形态以及UPR中扮演重要角色［13］。Mfn2功能丧失会诱导ERS慢性激活，并发生胰岛素抵抗和代谢失调［52］。由于通过慢性施加TUDCA能减轻ERS，从而使得肝脏特异性Mfn2敲除小鼠的葡萄糖稳态、氧化应激和胰岛素信号缺陷恢复正常，因此推测Mfn2缺陷所致的线粒体功能异常是通过ERS实现的［52］。Mfn2还与运动能力有关，肺动脉高压患者可见骨骼肌Mfn2和Mfn1表达减少，同时出现运动不耐受［5］。此外，急性和慢性运动均能诱导骨骼肌Mfn2生成，且Mfn2基因的诱导表达可能是通过PGC-1α/ERRα实现的［10］。一般认为，诱导MAMs处蛋白表达会使得内质网-线粒体联系更紧密。然而，较新的证据显示，敲除Mfn2会导致内质网-线粒体联系增加，且钙离子从内质网向线粒体转移增多，这表明Mfn2可能充当MAMs的负调节因子［29］。因此，尽管已知位于内质网的Mfn2分子主要通过与位于线粒体的Mfn2或Mfn1分子协同作用发挥功能，以及运动对Mfn2有确定的修饰作用，然而，运动能否通过修饰Mfn2对MAMs的结构和功能产生影响尚不得而知，需要进一步的探索研究。

运动很早即被发现对ROS生成及其信号通路具有干预作用，其中p66Shc扮演重要角色。p66Shc属于ShcA衔接蛋白家族，最初被发现在氧化应激反应中发挥作用，因此也与细胞凋亡相关。p66Shc在细胞内所处的位置一直饱受争议。研究认为在质膜上，p66Shc参与Ras/MAPK信号，促进Rac1激活。p66Shc还被发现位于MAMs和PAMs（plasma membrane-associated membranes）处。在感受到氧化应激刺激时，p66Shc在Ser36位点被PKCβ磷酸化，继而转位到线粒体，随后线粒体ROS生成增加，从而促进凋亡发生［30］。在细胞核内，p66Shc能抑制FOXO转录因子，从而调控ROS清除酶的表达。p66Shc还被发现位于线粒体膜间隙，与细胞色素c发生联系并参与ROS生成［20］。尽管众所周知，运动对ROS生成和凋亡调控均有重要干预作用，然而，p66Shc在此过程中扮演的角色则探讨相对较少。已知大剂量的抗肿瘤制剂DOX具有线粒体毒性。研究发现，DOX干预会增加脑组织线粒体中p66Shc（ser36）/p66Shc比，而运动可以削弱这种变化［32］。此外，12周的自主跑轮运动也降低大鼠肝脏中p66Shc（ser36）的水平［49］。长时间的游泳运动虽增加大鼠心肌中p66Shc磷酸化的水平，却没有带来线粒体其他氧化应激标记物或抗氧化酶活性的变化［64］。尽管上述3项研究均对运动应激下p66Shc的表达进行了定量检测，然而，其共同不足在于没有分析p66Shc的细胞内定位。如前所述，学界当前对p66Shc的细胞内定位尚未达成一致。证据显示，大概35%的线粒体p66Shc位于膜间隙，但也有学者认为这一比例被高估了［19］。另有研究显示，p66Shc的细胞内定位与机体年龄有关。在1月龄小鼠中，与MAM相比，PAM中含有更多的p66Shc蛋白，且可能参与表皮生长因子受体的信号转导。在23月龄小鼠中，更多的p66Shc是位于MAM的，这可能与其诱导线粒体氧化应激的功能有关［30］。结合运动对氧化应激的已知作用，我们推测线粒体处，尤其是MAMs处的p66Shc主要参与介导运动干预对细胞氧化应激的修饰作用。

MTORC1通路一直被认为是参与骨骼肌蛋白质周转的两条主要信号通路之一，与蛋白质合成和肌肉肥大有关。随后的研究表明，由于对营养和能量的敏感性，MTORC1还参与对自噬的调节，尤其是负责运动应激下对细胞自噬的负调控，这主要是MTOR通过磷酸化ULK1，抑制ULK1激活和自噬起始实现的。而MTORC2通过在Ser473位点磷酸化Akt，并协助PDK1介导的Akt在Thr308位点的磷酸化来进一步激活MTORC1通路［50］。除MTORC2外，另一定位于MAMs的关键因子Atg5则对自噬体膜的形成非常重要。研究显示，抗阻训练能增加老龄大鼠骨骼肌中Atg5/12的表达水平，并下调mTOR的磷酸化水平［31］。与之相似，超长时间一次性跑步运动会降低mTOR（Ser2448）的磷酸化水平，且同时Atg5-Atg12聚合体形成显著增加［25］。这些证据均表明运动能促进自噬的发生。在渐进性耐力运动中，MTOR介导的ULK1磷酸化水平降低，表明即使在低强度的运动刺激下，细胞自噬也会被诱导发生［37］。也有理论认为，在耐力运动中，MTORC1信号通路的抑制会修饰FOXO3a的活性和ULK1信号轴，从而动员蛋白质降解成为营养和能量底物，以备在运动强度增高时使用［48］。在过去很多年里，学界对于自噬体膜的来源颇有争议。随后，Hamasaki等于2013年报道了在哺乳动物细胞中，饥饿诱导后自噬体膜在MAMs处形成［22］。由于有证据表明饥饿和运动干预对细胞自噬具有类似的作用并享有十分相似的分子机制，可以合理推测细胞自噬对运动的应答很可能与MAMs的结构和功能紧密相关，且Atg14、Atg5和MTORC2均在其中扮演重要角色。

4 小结和展望

自发现以来，MAMs一直是学者们研究的热点，借用现代技术手段对MAMs的结构和功能开展了全方位的探索性研究。然而，目前取得的成果距离使我们理解MAMs神秘的结构和复杂的功能还很远，诸多关键性信息仍亟待解答：MAMs是如何在应激条件下引导细胞走向自噬抑或凋亡的道路？哺乳动物MAMs的结构究竟由哪些组件构成？除Ca2+之外，是否存在其他分子或结构同样作为MAMs的调控枢纽？哪些信号分子触发了MAMs组件的分离及整合，MAMs又是如何调控下游信号通路的？MAMs失调能否继氧化应激和炎症之后，成为下一个慢性疾病（如肥胖、II型糖尿病、神经退行性疾病和癌症等）的共有致病因素？与上述问题相比，更值得我们关注的是当前运动人体科学领域对MAMs的研究还处于空白局面，尚无运动对MAMs组件构成、膜间距离和作用机制方面的直接探索。填补这一空白无疑将极大补充对运动适应机制的认识。

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New Progress in Endoplasmic Reticulum -Mitochondria Coupling and Exercise Stress

SUN Yi1，2，DING Shu-zhe1，2

Various cellular activities depend on the cooperation of mitochondria and endoplasmic reticulum. MAMs are special structures that exist between the two organelles，making up of certain protein complex. The integrated structure and normal functioning of MAMs are pre-requisites that biological processes such as mitochondrial dynamics，apoptosis and endoplasmic reticulum stress take place as designed. In this review，we will summarize the current progress in research of MAMs，and bring up the idea that Ca2+plays a central role in the regulation of MAMs. The important role that MAMs play in ROS，endoplasmic reticulum stress，apoptosis，autophagy，mitochondrial dynamics，mitochondrial mobility and in fl ammation etc. will be summarized. The possible mechanism that exercise regulates MAMs as well as the pathways that MAMs molecules mediate exercise adaptation will be discussed，in the hope of providing insight into the potential directions of future investigations in the fi eld of exercise adaptation.

mitochondria；endoplasmic reticulum；MAMs；exercise stress；Ca2+

G804.6

A

2016-10-11；

2017-08-11

国家自然科学基金资助项目（31600967）；青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室建设项目（40500-541235-14203/004）。

孙易，女，讲师，博士，主要研究方向为运动对肥胖和II型糖尿病的干预机制，Tel：（021）54341197，E-mail：ysun@tyxx.ecnu.edu.cn；丁树哲，男，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为线粒体运动适应与信号调控，E-mail：szding@tyxx.ecnu.edu.cn。

1.华东师范大学 青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室，上海 200241；2.华东师范大学 体育与健康学院，上海 200241

1. Key Laboratory of Adolescent Health Assessment and Exercise Intervention of Ministry of Education，East China Normal University，Shanghai 200241，China；2. School of Physical Education & Health Care，East China Normal University，Shanghai 200241，China.