中医药调节内质网应激防治疾病的研究进展*

刘 蓉 ，唐 方 ，凌海慧 ，梁 棻

（1.天津医科大学总医院中医科，天津 300052；2.天津中医药大学，天津 301617）

内质网应激参与多种疾病的发生发展过程，抑制或激活内质网应激介导的凋亡和自噬可能成为预防和治疗内质网应激相关疾病的潜在新靶点。本文简要介绍了内质网应激及其相关的信号转导通路，并综述了近5年中医药通过调节内质网应激、细胞凋亡和/或自噬治疗疾病的研究进展，为相关疾病的治疗提供新的思路和理论依据。

1 内质网应激及相关信号通路

内质网主要负责细胞蛋白质的合成和折叠，但是它还具有重要的细胞应激感知作用。由于钙稳态失衡、缺氧等原因使内质网环境改变导致未折叠蛋白堆积，从而诱发内质网应激。内质网调节一组特定的细胞内信号通路，以应对未折叠和错误折叠蛋白质的堆积，这些通路统称为未折叠蛋白反应（UPR）。UPR能激活3条不同的信号转导途径：肌醇需求酶-1（IRE1）通路，胰腺内质网激酶（PERK）通路，和活化转录因子6（ATF6）通路[1]。IRE1是最高度保守的内质网应激传感器，UPR诱导的IRE1磷酸化促进从下游X-盒结合蛋白1（XBP1）mRNA中去除26个核苷酸的内含子，生成其活化形式剪切XBP1（XBP1s）。PERK自身磷酸化激活，磷酸化真核翻译起始因子 2α（eIF2α），磷酸化的eIF2α 抑制mRNA翻译，减少蛋白质的合成。ATF6是最初被合成的内质网跨膜蛋白，在未折叠蛋白质积累时，它就被包裹入运输囊泡，运送到高尔基体，被两个蛋白酶S1P和S2P水解，自由的N-末端胞质片段ATF6（N）进入细胞核以激活UPR目标基因。最初的UPR促进了一种自适应机制来恢复内质网稳态，维持细胞活力，但当内质网应激变得不可克服时，UPR也会导致细胞凋亡[2]。

内质网应激介导的细胞凋亡受多种机制的调节，主要信号通路包括促凋亡蛋白B细胞淋巴瘤因子2（Bcl-2）蛋白相关X蛋白（Bax）和Bcl-2蛋白拮抗剂（Bak）活化，通过IRE1作用调节内质网应激反应[3]，激活的IRE1α募集肿瘤坏死因子受体相关因子 2（TRAF2）和凋亡信号调节激酶 1（ASK1），然后激活c-Jun N末端激酶（JNK）诱导细胞凋亡。PERK介导的转录因子C/EBP同源蛋白（CHOP），通过介导促凋亡基因与Bcl-2相互作用的细胞死亡调解子（Bim）和抑制抗凋亡基因Bcl-2转录诱导凋亡[4-5]。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12（Caspase-12）是内质网应激特异的凋亡因子，仅与内质网应激诱导的细胞凋亡有关。内质网应激介导的Caspase-12活化可诱导细胞凋亡。虽然内质网应激可能导致一系列的代偿性反应，帮助恢复内质网稳态、细胞存活和适应，但是长期内质网应激会造成有害的病理结果，包括胰岛素抵抗、异位脂肪沉积、炎症、细胞凋亡和自噬失调[6]。UPR对许多人类疾病的潜在影响使得UPR信号成为治疗干预的一个有希望的靶点[2]。

自噬是依赖溶酶体途径对胞质蛋白和细胞器进行降解的一种过程。自噬使细胞回收利用营养成分，处理掉多余的和有害的蛋白质、细胞器和病原体。UPR的3条信号通路PERK、IRE1、ATF6均可在内质网应激状态下诱导自噬。自噬对维持细胞稳态非常重要，细胞自噬障碍在病理中有非常重要的作用[7-8]。Ning等[9]发现内质网应激诱导自噬参与帕金森病的病理过程。随着分子伴侣介导的自噬被证明参与越来越多的细胞过程，人们逐渐认识到其功能障碍会导致各种疾病[10]。

2 中医药经内质网应激通路防治疾病的作用

内质网应激及其介导的凋亡和自噬参与了多种疾病的病理过程，成为相关疾病的研究热点。本文对近5年中医药基于内质网应激途径防治疾病的文献进行整理和汇总。见表1。

表1 近5年中医药经内质网应激防治疾病的研究Tab.1 Study on traditional Chinese medicine for the prevention and treatment of diseases through endoplasmic reticulum stressin recent five years

2.1 抗肿瘤

2.1.1 肺癌 半枝莲是一种常用的抗炎抗癌中药，对于肺癌的抗肿瘤机制是p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）/沉默信息调节因子相关酶 1（SIRT1）通过 DNA 合成后期（G2）/有丝分裂期（M）阻滞和内质网应激、内源性线粒体和外源性FAS/FASL介导的途径调控细胞凋亡[11]。从甘草中提取的黄酮类化合物甘草查尔酮A具有广泛的药理活性，通过阻断G2/M转换时的细胞周期进程和诱导细胞凋亡来抑制肺癌细胞的生长，并可增加内质网应激相关蛋白如p-eIF2和ATF4的表达[12]。

2.1.2 乳腺癌 蒲公英提取物可显著降低人乳腺癌细胞（MDA-MB-231）活力，触发G2/M期阻滞和细胞凋亡，并可介导内质网应激相关信号ATF4、ATF6、XBP1s、葡萄糖调节蛋白78（GRP78）、CHOP基因mRNA表达增加，磷酸化 PERK（p-PERK）、eIF2α、IRE1、CHOP、GRP78蛋白水平升高。提示蒲公英提取物抗癌作用与内质网应激相关的细胞凋亡有关，其机制至少部分归因于 PERK/磷酸化 eIF2α（p-eIF2α）/ATF4/CHOP轴的强烈激活[13]。苦参碱可上调内质网应激标志物GRP78、eIF2α、CHOP的表达，增加细胞凋亡水平，继而阻断内质网应激介导的细胞凋亡通路，苦参碱诱导的细胞凋亡减少，但与对照组仍有统计学差异。苦参碱不仅促进内质网应激的发生，而且抑制己糖激酶Ⅱ的表达，下调能量代谢。提示苦参碱诱导内质网应激介导的细胞凋亡和能量代谢下调可能是其对人乳腺癌细胞毒性作用的机制[14]。

2.1.3 宫颈癌 观察芝麻素对宫颈癌（HeLa）细胞系的作用机制发现，芝麻素可抑制HeLa细胞的增殖和迁移，并诱导细胞凋亡和自噬，上调Bax、Caspase-12、GRP78、生长抑制和DNA损伤诱导基因153（GADD153）、磷酸化 IRE1α（p-IRE1α）、磷酸化 JNK（p-JNK）、微管相关蛋白轻链3I/II（LC3I/II）、Bcl-2同源结构域蛋白（Beclin-1）表达，下调Bcl-2表达，提示芝麻素通过IRE1α/JNK途径诱导内质网应激介导的细胞凋亡，并激活HeLa细胞自噬和自噬性死亡，发挥抗癌作用[15]。

2.1.4 前列腺癌 雷公藤提取物雷公藤甲素具有较强的抗肿瘤活性。近年来发现雷公藤甲素可诱导癌细胞自噬。研究发现，雷公藤甲素通过刺激内质网应激反应介导细胞内游离钙的积累，进而激活了钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶β（CaMKKβ）-腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）信号通路，而CaMKKβ-AMPK信号通路反过来又抑制雷帕霉素靶蛋白（mTOR），激活Unc-51自噬激活激酶1（ULK1）和Beclin-1，最终导致自噬。提示雷公藤甲素通过CaMKKβ-AMPK通路诱导前列腺癌细胞保护性自噬发挥抗癌作用[16]。

2.1.5 胰腺癌 牡丹皮具有抑制肿瘤生长和转移的作用，体外以胰腺癌细胞为模型系统，体内以小鼠异种移植瘤为模型，探讨牡丹皮对胰腺癌的抗癌作用机制。结果发现牡丹皮水提物可促进内质网应激，影响线粒体膜电位，增加自噬体数量，抑制自噬体降解，继而诱导自噬，最终导致细胞凋亡[17]。

2.1.6 肝细胞癌 黄芩素具有显著的抗肝细胞癌活性，通过内质网应激诱导细胞凋亡和保护性自噬发挥抗癌作用。黄芩素经内质网应激诱导细胞凋亡，可能是通过下调促存活Bcl-2家族，增加细胞内钙离子和激活JNK来完成的。黄芩素诱导内质网应激的过程中，CHOP是细胞死亡的执行者，而eIF2α和IRE1α发挥保护作用[18]。拳参水提物治疗肝细胞癌的作用机制可能是通过增加自噬体而阻断降解，进而促进泛素化蛋白的积累和细胞凋亡，从而刺激内质网应激[19]。

2.1.7 其他 去氧地胆草素来源于传统中草药地胆草，它对多种癌症都显示出了良好的抗癌效果。研究发现去氧地胆草素在肿瘤细胞中具有明显的细胞毒性和诱导凋亡作用，可促进结肠癌细胞（HCT116）和慢性髓系白血病细胞（K562）细胞自噬，在G2/M期抑制细胞周期进展，引起Caspase-8、-9、-3和-7的活化，活性氧（ROS）的产生，以及多聚ADP核糖聚合酶（PARP）的裂解，而细胞凋亡诱导与线粒体通透性和内质网应激有关[20]。多伞阿魏中倍半萜烯香豆素（DAW22）通过内质网应激和线粒体/死亡受体途径诱导细胞凋亡，为胶质瘤治疗提供了新的线索[21]。

2.2 保护神经 建立大鼠短暂性大脑中动脉阻塞/再灌注损伤模型，银杏内酯注射液具有改善模型大鼠神经运动功能、减轻脑水肿、减小脑梗死体积的作用。缺血再灌注24、72 h后，银杏内酯注射液可抑制CHOP蛋白水平升高；缺血再灌注24 h，可抑制Caspase-12成熟体蛋白水平升高。模型大鼠缺血再灌注 24、72 h，P62蛋白表达下降，而 LC3Ⅱ/Ⅰ的比值上升，提示缺血再灌后脑内自噬水平升高；发现银杏内酯注射液能抑制P62的下降和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值的上升，从而抑制自噬水平的升高，表明银杏内酯注射液治疗缺血性脑卒中急性期神经损伤的作用机制与抑制缺血再灌注后内质网应激和过度自噬相关[22]。抵挡汤已被广泛应用于脑出血患者的治疗，研究发现其分子作用机制为通过阻断GPR78-IRE1/PERK通路发挥对内质网应激损伤和凋亡的神经保护作用[23]。西洋参皂苷是西洋参的主要活性成分，在多种疾病中具有抗炎、抗凋亡的作用，可改善脊髓损伤，促进脊髓功能恢复。西洋参皂苷治疗可抑制急性脊髓损伤后内质网应激及相关细胞凋亡，抑制内质网应激诱导的PC12细胞神经突损伤。提示西洋参皂苷是一种新型的治疗急性中枢神经系统损伤的药物[24]。滋补脾阴方药（红参30 g，山药15 g，茯苓15 g等）可升高脾阴虚糖尿病大鼠大脑皮质LC3Ⅱ表达，降低大脑皮质p-IRE1α、p-JNK1以及p-JNK2蛋白表达水平，提示滋补脾阴方药可通过调节自噬减轻内质网应激，改善糖尿病认知功能障碍[25]。

2.3 保护心肌 观察缺血再灌注损伤高脂血症合并2型糖尿病大鼠透射电镜下心肌组织超微结构，心肌内质网应激相关蛋白GRP78及自噬相关蛋白Beclin-1表达水平，发现穴位埋线可能通过促进GRP78、Beclin-1水平提高，维持内质网正常功能，进而调节自噬活性达到对心肌保护作用[26]。用晚期糖基化终末产物（AGEs）处理心肌H9c2细胞，松香酸可抑制AGEs诱导的心肌细胞凋亡，CHOP和 cleaved Caspase-12蛋白水平升高，GADD34及免疫球蛋白结合蛋白（BiP）表达降低，并且抑制LC3Ⅱ/Ⅰ比值及Beclin-1表达的降低及P62表达的升高。自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤可逆转松香酸对心肌细胞LC3、肌红蛋白（Mb）、cleaved Caspase-12和BiP蛋白水平的影响，提示松香酸影响心肌损伤的作用机制为诱导自噬从而减轻AGEs诱导的心肌H9c2细胞凋亡和内质网应激反应[27]。

2.4 保护肝细胞 棕榈酸可导致肝细胞损伤，LC3Ⅱ/Ⅰ比值和p62蛋白表达增加，细胞凋亡增加，CHOP、GRP78、XBP-1mRNA 表达增加，线粒体膜电位降低，ROS生成增加。大麻二酚可恢复损伤的肝细胞内的自噬流，减少细胞凋亡，减轻内质网应激和线粒体功能异常，而自噬抑制剂氯喹可逆转大麻二酚的保护作用。结果提示大麻二酚通过促进自噬流减轻棕榈酸诱导的肝细胞凋亡，改善受损肝细胞内质网应激和线粒体功能[28]。

2.5 抗结核 大蒜烯具有广谱抗菌活性。研究发现大蒜烯可明显减少小鼠单核巨噬细胞白血病细胞（RAW 264.7）中结核分枝杆菌H37Rv总量。大蒜烯刺激可诱导内质网应激传感器分子和ROS产生，而ROS生成依赖于JNK的激活，并且可以提高自噬相关因子LC3II、P62和Beclin-1的水平。结果提示大蒜烯抑菌作用可能通过活化JNK，诱导ROS合成和积累，导致内质网应激和自噬的活化，可能为结核病提供新的治疗方法[29]。

2.6 改善胰岛素抵抗 姜黄素可减轻棕榈酸诱导的胰岛素抵抗，抑制泛素-蛋白酶体系统（UPS），激活自噬，并且抑制棕榈酸诱导的蛋白聚集和内质网应激。姜黄素活化的自噬可维持内质网蛋白平衡，减轻内质网应激，进而抑制JNK/胰岛素受体底物-1（IRS-1）通路，改善胰岛素抵抗[30]。

2.7 保护成骨细胞 岩白菜素预处理小鼠胚胎成骨细胞前体细胞（MC3T3-E1）可防止甲基乙二醛诱导的细胞死亡，岩白菜素治疗可显著降低甲基乙二醛诱导的ATF6和自噬。这些结果表明，岩白菜素可能对成骨细胞的重要功能有积极作用[31]。

3 小结

综上所述，内质网应激信号通路参与了肿瘤、神经损伤等多种疾病的发生发展。随着分子机制的深入研究，揭示了肿瘤等重大疾病相关的内质网应激及其介导的细胞凋亡、自噬信号通路和信号分子，为这些疾病的治疗提供了理论依据和新的靶点。一些中药单体、复方以及中医疗法可通过干预内质网应激途径，调控肿瘤细胞、神经细胞、心肌细胞、肝细胞、成骨细胞等靶细胞的凋亡和/或自噬，发挥抗肿瘤、保护细胞、缓解胰岛素抵抗和抗结核作用。由于各种疾病的分子病理机制复杂，中医药对相应细胞的调节作用表现也存在差异，对肿瘤细胞主要是通过调节内质网应激信号分子诱导自噬促进凋亡，对其他细胞则多为抑制凋亡。这些研究成果为中医药靶向治疗疾病提供了依据，有利于中医药的有效开发和利用。

UPR可以引发炎症，这些反应在特定细胞和组织中的耦合现在被认为是炎症性疾病发病机制的基础[32]。研究证实内质网应激在肠道炎症疾病的病理发展中起到重要作用，然而中医药调节内质网应激相关通路防治肠道炎症疾病的研究鲜见报道，相关研究还有待于进一步开展。