內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬通路與海馬細(xì)胞凋亡相關(guān)性的研究進(jìn)展▲

黃其柳 盧 玲 李 歡 陳 煒 刁麗梅

(1 廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生學(xué)院，南寧市 530000，電子郵箱：179567391@qq.com；2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院腦病一區(qū)，南寧市 530000)

【提要】 海馬體在學(xué)習(xí)、記憶、情境恐懼調(diào)節(jié)和神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，其與諸多神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬通路在海馬細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用，其中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，從而對(duì)海馬細(xì)胞凋亡具有雙重調(diào)節(jié)作用。本文對(duì)海馬細(xì)胞凋亡與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬通路的關(guān)系及其效應(yīng)機(jī)制進(jìn)行綜述。

海馬體是人體大腦邊緣系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，與學(xué)習(xí)、記憶、情感、壓力和衰老等密切相關(guān)。海馬細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最為密集，容易被外界因素影響而受到損傷[1]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和功能障礙與多種神經(jīng)疾病和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[2-3]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可通過(guò)激活相關(guān)蛋白及通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬[4-5]，形成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬通路，對(duì)海馬細(xì)胞起到保護(hù)或促進(jìn)凋亡的雙重作用。本文對(duì)海馬細(xì)胞凋亡與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬通路的關(guān)系及其效應(yīng)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘發(fā)海馬細(xì)胞凋亡

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是分泌、合成和促進(jìn)蛋白成熟、鈣離子儲(chǔ)存和脂質(zhì)生物合成的主要位點(diǎn)。各種刺激會(huì)打破內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致未折疊蛋白反應(yīng)、錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)積聚以及病理后果，即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[6]。 同時(shí)，積累的未折疊蛋白會(huì)導(dǎo)致78 kDa葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(78-kDa glucose-regulated protein，GRP78)與3種主要的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜效應(yīng)蛋白，即蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)、肌醇需酶1(inositol-requiring enzyme 1，IRE1)及活化轉(zhuǎn)錄因子(activating transcription factor，ATF)-6分離，并由此開(kāi)始未折疊蛋白反應(yīng)[7]。適度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以緩解細(xì)胞功能障礙并增加細(xì)胞存活概率，但是長(zhǎng)時(shí)間和(或)嚴(yán)重的應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激被認(rèn)為是細(xì)胞在壓力或損傷下的早期或初始反應(yīng)，并與各種神經(jīng)退行性疾病中的神經(jīng)元死亡有關(guān)[8]。在這些過(guò)程中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷和細(xì)胞凋亡，而抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)途徑可能具有神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用[9]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引發(fā)的細(xì)胞凋亡是由某些特定的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激成分所誘導(dǎo)的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激觸發(fā)的第一個(gè)凋亡蛋白是轉(zhuǎn)錄因子C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein，CHOP)，通過(guò)改變促凋亡和抗凋亡B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)蛋白的平衡來(lái)促進(jìn)細(xì)胞凋亡而發(fā)揮核心作用[10]。CHOP也被稱(chēng)為生長(zhǎng)停滯和DNA損傷誘導(dǎo)基因153(growth arrest and DNA-damage-inducible gene 153，GADD153)，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的標(biāo)志性蛋白，最初是針對(duì)DNA損傷而鑒定的。CHOP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路的下游組成部分，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、穩(wěn)定地表達(dá)于各種細(xì)胞中[11]，并且CHOP蛋白對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有抵抗力[12]。研究表明，CHOP可能在海馬細(xì)胞凋亡和記憶功能受損中起保護(hù)作用，但CHOP蛋白的過(guò)表達(dá)將誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[13]。第二個(gè)凋亡途徑是半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-12，其位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細(xì)胞質(zhì)中，是Caspase家族第一個(gè)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的成員，僅能被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活，而不被其他凋亡信號(hào)激活[14-15]。第三個(gè)凋亡途徑是c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)途徑?；钚訧RE1可募集腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(tumor necrosis factor receptor-associated factor 2，TRAF2)，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激期間形成的IRE1- TRAF2復(fù)合物，募集細(xì)胞凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶，激活JNK途徑，從而促進(jìn)細(xì)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，重置其對(duì)細(xì)胞凋亡的易感性，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[17-18]。Zhang等[19]發(fā)現(xiàn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的大鼠模型中，CHOP蛋白和MRNA水平顯著上調(diào)，Caspase-12被激活和裂解，這表明這兩條通路至關(guān)重要，導(dǎo)致海馬細(xì)胞死亡。然而，磷酸化JNK的蛋白質(zhì)水平?jīng)]有變化，這意味著 JNK 途徑可能不是參與海馬細(xì)胞凋亡的主要途徑。上述研究表明，CHOP及Caspase-12是海馬細(xì)胞凋亡的主要途徑，而JNK途徑對(duì)海馬細(xì)胞凋亡的作用還有待更多研究證實(shí)。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘發(fā)自噬，從而調(diào)控海馬細(xì)胞凋亡

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬通路在海馬細(xì)胞凋亡中占據(jù)重要地位。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可介導(dǎo)JNK途徑、PERK/真核翻譯起始因子2α(eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α)/ATF4途徑引起細(xì)胞自噬。研究發(fā)現(xiàn)，鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型的海馬神經(jīng)元中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志物GRP78、CHOP、PERK及自噬標(biāo)志物微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，MAP1LC3)-Ⅱ、Beclin1、p62水平上調(diào)，IRE1α和JNK的磷酸化增強(qiáng)，自噬泡和MAP1LC3-Ⅱ聚集體的形成增加，表明糖尿病小鼠的自噬水平升高，并認(rèn)為糖尿病可能通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的JNK途徑誘導(dǎo)海馬細(xì)胞自噬。此外，應(yīng)用自噬bafilomycin A1抑制劑加重了糖尿病小鼠的神經(jīng)細(xì)胞凋亡。這些結(jié)果提示糖尿病可能通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的JNK途徑誘導(dǎo)神經(jīng)元自噬，從而對(duì)海馬神經(jīng)元起到一定的保護(hù)作用[20]。研究表明，七氟醚處理可誘導(dǎo)海馬細(xì)胞凋亡，七氟醚處理可顯著增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)記蛋白CHOP和GRP78的表達(dá)，引起大鼠海馬神經(jīng)元的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并致其凋亡。雷帕霉素可抑制七氟醚刺激CHOP和GRP78的表達(dá)，哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)可激活自噬從而減少海馬細(xì)胞凋亡。自噬是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的一種重要的代償機(jī)制，對(duì)七氟醚誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激產(chǎn)生保護(hù)性反應(yīng)，拮抗七氟醚引起的人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞H4凋亡[21]。而另一項(xiàng)研究[22]也表明七氟醚可誘導(dǎo)海馬神經(jīng)細(xì)胞自噬，并且Beclin1和自噬相關(guān)基因5參與了七氟醚誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬過(guò)程；七氟醚引發(fā)海馬神經(jīng)細(xì)胞自噬的同時(shí)還可以引起海馬神經(jīng)細(xì)胞的凋亡；細(xì)胞自噬在七氟醚引起的原代培養(yǎng)海馬神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)毒性中可能起重要作用。

細(xì)胞自噬可減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激觸發(fā)的細(xì)胞凋亡。金屬元素錳可以通過(guò) SH-SY5Y細(xì)胞中的PERK/eIF2α/ATF4信號(hào)通路激活保護(hù)性細(xì)胞自噬，從而減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活的細(xì)胞凋亡[5]。肝細(xì)胞癌受體B2配體介導(dǎo)的正向信號(hào)通路可能激活自噬通路，以減輕β淀粉樣蛋白誘導(dǎo)的HT22細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和凋亡，這與抑制蛋白激酶/mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，增加MAP1LC3-Ⅱ的水平以及自噬途徑的激活有關(guān)[23]。自噬是維持神經(jīng)干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要組成部分，但過(guò)度自噬則導(dǎo)致哺乳動(dòng)物細(xì)胞的自我消除。在實(shí)驗(yàn)性卒中大鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素釋放肽可保護(hù)大鼠海馬神經(jīng)干細(xì)胞免于過(guò)度自噬，生長(zhǎng)素釋放肽的保護(hù)作用伴隨著B(niǎo)cl-2、p62的表達(dá)水平增加和MAP1LC3-Ⅱ、Beclin1的表達(dá)水平降低[24]。

自噬被稱(chēng)為Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，也是重要的蛋白質(zhì)降解途徑。自噬首先用“隔離膜”將細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞器包裹起來(lái)形成囊泡，最終形成雙層膜結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為自噬小體，自噬小體最終與溶酶體融合，從而降解隔離胞質(zhì)蛋白和細(xì)胞器[25]。Beclin1介導(dǎo)自噬的啟動(dòng)，而MAP1LC3-Ⅱ是自噬的特定標(biāo)志物。由細(xì)胞缺氧或能量不足引起的mTOR失活會(huì)激活自噬[26]。許多因素可通過(guò)調(diào)控相關(guān)蛋白及信號(hào)通路如β淀粉樣蛋白1-42、MAP1LC3-Ⅰ、p62、磷酸化核糖體40S小亞基蛋白S6激酶采用誘導(dǎo)或抑制自噬。艾灸可以提高β-淀粉樣前體蛋白/早老素1(amyloid precursor protein/presenilin 1,APP/PS1)雙轉(zhuǎn)基因阿爾茨海默病小鼠的認(rèn)知能力，這與其促進(jìn)髖-腹腔和大腦皮質(zhì)自噬水平，下調(diào)海馬中的β淀粉樣蛋白1-42、MAP1LC3-Ⅰ、p62和磷酸化核糖體40S小亞基蛋白S6激酶蛋白的表達(dá)水平有關(guān)[27]。介孔二氧化硅SBA-15作為一種藥物載體，對(duì)小鼠海馬神經(jīng)元有一定的毒性作用，SBA-15對(duì)鼠海馬神經(jīng)元HT22細(xì)胞系(hippocampal neuronal cell line,HT22)的損傷受AMPK/mTOR/p70S6K自噬通路的調(diào)控。mTOR特異性抑制劑AZD 8055干預(yù)后，AMPK磷酸化水平升高，mTOR和PS706K磷酸化水平降低，提示AZD 8055對(duì)HT 22誘導(dǎo)的SBA-15自噬有調(diào)節(jié)作用[28]。

3 小 結(jié)

海馬體是神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)腦區(qū)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與自噬可同時(shí)存在于海馬細(xì)胞凋亡過(guò)程中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可通過(guò)某些途徑激活自噬，而自噬可減輕海馬細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的細(xì)胞損傷和凋亡。另一方面，自噬的過(guò)度激活可加重海馬細(xì)胞損傷，引起海馬細(xì)胞凋亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬通路為神經(jīng)系統(tǒng)疾病例如癲癇、阿爾茲海默病等提供了新的治療靶點(diǎn)。因此，如何調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-自噬在海馬細(xì)胞凋亡中的作用已成為迫切需要解決的問(wèn)題，這可以為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物治療提供重要的靶點(diǎn)。