内质网应激-自噬通路与海马细胞凋亡相关性的研究进展▲

黄其柳 卢 玲 李 欢 陈 炜 刁丽梅

(1 广西中医药大学研究生学院，南宁市 530000，电子邮箱：179567391@qq.com；2 广西中医药大学第一附属医院脑病一区，南宁市 530000)

【提要】 海马体在学习、记忆、情境恐惧调节和神经内分泌调节中起着至关重要的作用，其与诸多神经系统疾病密切相关，而内质网应激-自噬通路在海马细胞凋亡中发挥重要作用，其中内质网应激可诱导细胞自噬，从而对海马细胞凋亡具有双重调节作用。本文对海马细胞凋亡与内质网应激-自噬通路的关系及其效应机制进行综述。

海马体是人体大脑边缘系统的关键组成部分，与学习、记忆、情感、压力和衰老等密切相关。海马细胞在中枢神经系统中最为密集，容易被外界因素影响而受到损伤[1]。内质网应激和功能障碍与多种神经疾病和神经退行性疾病的发病机制有关[2-3]。内质网应激可通过激活相关蛋白及通路诱导细胞自噬[4-5]，形成内质网应激-自噬通路，对海马细胞起到保护或促进凋亡的双重作用。本文对海马细胞凋亡与内质网应激-自噬通路的关系及其效应机制进行综述。

1 内质网应激诱发海马细胞凋亡

内质网是分泌、合成和促进蛋白成熟、钙离子储存和脂质生物合成的主要位点。各种刺激会打破内质网的稳态，导致未折叠蛋白反应、错误折叠蛋白质积聚以及病理后果，即内质网应激[6]。 同时，积累的未折叠蛋白会导致78 kDa葡萄糖调节蛋白(78-kDa glucose-regulated protein，GRP78)与3种主要的内质网跨膜效应蛋白，即蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)、肌醇需酶1(inositol-requiring enzyme 1，IRE1)及活化转录因子(activating transcription factor，ATF)-6分离，并由此开始未折叠蛋白反应[7]。适度的内质网应激可以缓解细胞功能障碍并增加细胞存活概率，但是长时间和(或)严重的应激会导致细胞凋亡。内质网应激被认为是细胞在压力或损伤下的早期或初始反应，并与各种神经退行性疾病中的神经元死亡有关[8]。在这些过程中，内质网应激会导致细胞损伤和细胞凋亡，而抑制内质网应激反应途径可能具有神经系统保护作用[9]。

内质网应激引发的细胞凋亡是由某些特定的内质网应激成分所诱导的。内质网应激触发的第一个凋亡蛋白是转录因子C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein，CHOP)，通过改变促凋亡和抗凋亡B细胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)蛋白的平衡来促进细胞凋亡而发挥核心作用[10]。CHOP也被称为生长停滞和DNA损伤诱导基因153(growth arrest and DNA-damage-inducible gene 153，GADD153)，是内质网应激的标志性蛋白，最初是针对DNA损伤而鉴定的。CHOP是内质网应激通路的下游组成部分，在IRE1、PERK和ATF6通路的融合中起重要作用。通常，CHOP以非常低的水平普遍、稳定地表达于各种细胞中[11]，并且CHOP蛋白对内质网应激介导的细胞凋亡具有抵抗力[12]。研究表明，CHOP可能在海马细胞凋亡和记忆功能受损中起保护作用，但CHOP蛋白的过表达将诱导细胞凋亡[13]。第二个凋亡途径是半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-12，其位于内质网的细胞质中，是Caspase家族第一个与内质网相关的成员，仅能被内质网应激激活，而不被其他凋亡信号激活[14-15]。第三个凋亡途径是c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)途径。活性IRE1可募集肿瘤坏死因子受体相关因子2(tumor necrosis factor receptor-associated factor 2，TRAF2)，在内质网应激期间形成的IRE1- TRAF2复合物，募集细胞凋亡信号调节激酶，激活JNK途径，从而促进细胞凋亡[16]。Bcl- 2家族包含促凋亡和抗凋亡蛋白，JNK 磷酸化可以激活Bcl- 2家族中促凋亡蛋白(BIM 和 BMF)的活性，重置其对细胞凋亡的易感性，诱导细胞凋亡[17-18]。Zhang等[19]发现在内质网应激的大鼠模型中，CHOP蛋白和MRNA水平显著上调，Caspase-12被激活和裂解，这表明这两条通路至关重要，导致海马细胞死亡。然而，磷酸化JNK的蛋白质水平没有变化，这意味着 JNK 途径可能不是参与海马细胞凋亡的主要途径。上述研究表明，CHOP及Caspase-12是海马细胞凋亡的主要途径，而JNK途径对海马细胞凋亡的作用还有待更多研究证实。

2 内质网应激诱发自噬，从而调控海马细胞凋亡

内质网应激-自噬通路在海马细胞凋亡中占据重要地位。内质网应激可介导JNK途径、PERK/真核翻译起始因子2α(eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α)/ATF4途径引起细胞自噬。研究发现，链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠模型的海马神经元中，内质网应激标志物GRP78、CHOP、PERK及自噬标志物微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，MAP1LC3)-Ⅱ、Beclin1、p62水平上调，IRE1α和JNK的磷酸化增强，自噬泡和MAP1LC3-Ⅱ聚集体的形成增加，表明糖尿病小鼠的自噬水平升高，并认为糖尿病可能通过内质网应激介导的JNK途径诱导海马细胞自噬。此外，应用自噬bafilomycin A1抑制剂加重了糖尿病小鼠的神经细胞凋亡。这些结果提示糖尿病可能通过内质网应激介导的JNK途径诱导神经元自噬，从而对海马神经元起到一定的保护作用[20]。研究表明，七氟醚处理可诱导海马细胞凋亡，七氟醚处理可显著增加内质网应激标记蛋白CHOP和GRP78的表达，引起大鼠海马神经元的内质网应激，并致其凋亡。雷帕霉素可抑制七氟醚刺激CHOP和GRP78的表达，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)可激活自噬从而减少海马细胞凋亡。自噬是内质网应激的一种重要的代偿机制，对七氟醚诱导的内质网应激产生保护性反应，拮抗七氟醚引起的人神经胶质瘤细胞H4凋亡[21]。而另一项研究[22]也表明七氟醚可诱导海马神经细胞自噬，并且Beclin1和自噬相关基因5参与了七氟醚诱导的细胞自噬过程；七氟醚引发海马神经细胞自噬的同时还可以引起海马神经细胞的凋亡；细胞自噬在七氟醚引起的原代培养海马神经细胞神经毒性中可能起重要作用。

细胞自噬可减轻内质网应激触发的细胞凋亡。金属元素锰可以通过 SH-SY5Y细胞中的PERK/eIF2α/ATF4信号通路激活保护性细胞自噬，从而减轻内质网应激激活的细胞凋亡[5]。肝细胞癌受体B2配体介导的正向信号通路可能激活自噬通路，以减轻β淀粉样蛋白诱导的HT22细胞内质网应激和凋亡，这与抑制蛋白激酶/mTOR信号转导，增加MAP1LC3-Ⅱ的水平以及自噬途径的激活有关[23]。自噬是维持神经干细胞稳态的重要组成部分，但过度自噬则导致哺乳动物细胞的自我消除。在实验性卒中大鼠模型的研究中发现，生长素释放肽可保护大鼠海马神经干细胞免于过度自噬，生长素释放肽的保护作用伴随着Bcl-2、p62的表达水平增加和MAP1LC3-Ⅱ、Beclin1的表达水平降低[24]。

自噬被称为Ⅱ型程序性细胞死亡，也是重要的蛋白质降解途径。自噬首先用“隔离膜”将细胞质中的细胞器包裹起来形成囊泡，最终形成双层膜结构，又称为自噬小体，自噬小体最终与溶酶体融合，从而降解隔离胞质蛋白和细胞器[25]。Beclin1介导自噬的启动，而MAP1LC3-Ⅱ是自噬的特定标志物。由细胞缺氧或能量不足引起的mTOR失活会激活自噬[26]。许多因素可通过调控相关蛋白及信号通路如β淀粉样蛋白1-42、MAP1LC3-Ⅰ、p62、磷酸化核糖体40S小亚基蛋白S6激酶采用诱导或抑制自噬。艾灸可以提高β-淀粉样前体蛋白/早老素1(amyloid precursor protein/presenilin 1,APP/PS1)双转基因阿尔茨海默病小鼠的认知能力，这与其促进髋-腹腔和大脑皮质自噬水平，下调海马中的β淀粉样蛋白1-42、MAP1LC3-Ⅰ、p62和磷酸化核糖体40S小亚基蛋白S6激酶蛋白的表达水平有关[27]。介孔二氧化硅SBA-15作为一种药物载体，对小鼠海马神经元有一定的毒性作用，SBA-15对鼠海马神经元HT22细胞系(hippocampal neuronal cell line,HT22)的损伤受AMPK/mTOR/p70S6K自噬通路的调控。mTOR特异性抑制剂AZD 8055干预后，AMPK磷酸化水平升高，mTOR和PS706K磷酸化水平降低，提示AZD 8055对HT 22诱导的SBA-15自噬有调节作用[28]。

3 小 结

海马体是神经系统疾病密切相关脑区，内质网应激与自噬可同时存在于海马细胞凋亡过程中，内质网应激可通过某些途径激活自噬，而自噬可减轻海马细胞内质网应激引起的细胞损伤和凋亡。另一方面，自噬的过度激活可加重海马细胞损伤，引起海马细胞凋亡。内质网应激-自噬通路为神经系统疾病例如癫痫、阿尔兹海默病等提供了新的治疗靶点。因此，如何调控内质网应激-自噬在海马细胞凋亡中的作用已成为迫切需要解决的问题，这可以为神经系统疾病的药物治疗提供重要的靶点。