內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的調(diào)節(jié)方式及其在脊髓損傷中的靶向作用

翟天宇, 張 燦, 趙 琳

(延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖教研室,陜西, 延安 716000)

脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)是一種致殘率和致死率較高的疾病。全球范圍內(nèi),每年大約有90多萬例SCI事件發(fā)生[1]。該疾病不僅給患者帶來嚴重的生理負擔(dān),并且在心理上也造成一定的創(chuàng)傷,嚴重降低了患者的生活質(zhì)量。目前,由于SCI病理過程的復(fù)雜性以及神經(jīng)可塑性差,臨床對于SCI的治療效果和康復(fù)預(yù)后并不理想。因此,明確其更清晰的機制以及研究治療SCI的新靶點和新方法十分重要。SCI分為原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷兩個階段,在繼發(fā)性損傷階段,機體內(nèi)環(huán)境紊亂,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)遭到破壞,未折疊或者折疊錯誤的蛋白質(zhì)積累,引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS)[2]。大量研究表明,脊髓損傷后神經(jīng)元的異常凋亡和炎癥等并發(fā)癥與ERS存在密切聯(lián)系,從ERS的調(diào)節(jié)入手可能會成為治療SCI的新途徑[2,3]。目前,在調(diào)節(jié)ERS的途徑中發(fā)揮主要作用的是未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR),其次是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解(ER-associated degradation,ERAD)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬(endoplasmic reticulum autophagy,ER-phagy)。以上3種途徑主要是抑制ERS時蛋白質(zhì)的合成,以及促進腔蛋白質(zhì)聚集體的降解,去除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中不需要的部分來維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的體積和質(zhì)量,從而維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)[4-6]。本綜述簡要概述了ERS的3種調(diào)節(jié)方式,探討了ERS在SCI中的相關(guān)機制,系統(tǒng)總結(jié)分析了SCI后調(diào)控ERS的最新相關(guān)文獻,有望為SCI的治療開辟新的方向。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

當(dāng)機體處于營養(yǎng)缺乏、缺氧和鈣離子穩(wěn)態(tài)失衡等狀態(tài)時,錯誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)積累,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)被打破,激活ERS[2]。SCI后,ERS相關(guān)基因發(fā)生了一定的變化,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號通路被激活,進而引發(fā)一系列細胞應(yīng)激反應(yīng)和病理生理過程。例如,轉(zhuǎn)錄激活因子4(activating transcription factor 4,ATF4)在SCI后其表達水平可能增加,從而促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄;C/EBP同源蛋白質(zhì)(CCAAT enhancer binding protein homology protein,CHOP)表達水平的增加,通過參與細胞凋亡以及炎癥反應(yīng)等介入ERS的調(diào)控;葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose-regulated protein 78,GRP78)/免疫球蛋白結(jié)合蛋白(immunoglobulin binding protein,Bip)作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上重要的分子伴侶,在SCI時表達水平升高,以維持細胞內(nèi)的平衡[7]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激不僅參與SCI的軸突再生和髓鞘修復(fù),還對SCI時的白質(zhì)保留、膠質(zhì)瘢痕的形成、神經(jīng)環(huán)路的介導(dǎo)以及運動功能的恢復(fù)發(fā)揮一定作用[8-12]。研究稱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激主要通過激活適應(yīng)性機制UPR,在輕度的SCI中發(fā)揮保護作用,但如果在UPR的調(diào)節(jié)限度內(nèi)仍不能恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激則引起細胞凋亡。UPR主要包括3個跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的感受器:肌醇酶1(inositol-requiring kinase 1,IRE1)、蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase-like ER kinase,PERK)和轉(zhuǎn)錄激活因子6(activating transcription factor 6,ATF6)。正常生理條件下,上述3個感受器與GRP78緊密結(jié)合,處于穩(wěn)定狀態(tài),但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激條件下,GRP78與3個感受器分離,并與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯誤折疊蛋白質(zhì)相結(jié)合,通過其下游分支發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[4]。為了進一步闡明跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜感受器IRE1在SCI中的作用,研究人員將大鼠的IRE1敲低,結(jié)果表明,其可以減輕SCI時炎癥小體信號的傳導(dǎo)以及焦亡的發(fā)生[8]。PERK也是ERS途徑的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子,直接抑制PERK的表達具有顯著的神經(jīng)保護作用。在小鼠SCI時,抑制PERK的表達能夠降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,增加損傷部位少突膠質(zhì)祖細胞(oligodendrocyte progenitor cells,OPC)的分化,促進SCI后的髓鞘再生,并改善小鼠后肢運動功能的恢復(fù)[9]。先前有研究報道,在脊髓星形膠質(zhì)細胞的體外氧糖剝奪模型中,敲低PERK能夠有效減少活性氧(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生,降低星形膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),并且增加SCI時白質(zhì)及軸突保留[10]。除此之外,將PERK信號通路上的CHOP敲除后發(fā)現(xiàn),其也能夠促進SCI小鼠的運動功能恢復(fù),但上述的結(jié)果可能僅限于中度挫傷的SCI,并不足以促使嚴重SCI損傷的功能恢復(fù)[11]。有其他相關(guān)證據(jù)證明,CHOP及其上游靶點ATF4可以潛在調(diào)節(jié)OPC介導(dǎo)的軸突再生以及髓鞘的修復(fù),敲低CHOP或者上調(diào)ATF4的表達能夠在SCI恢復(fù)期介導(dǎo)精細運動控制的神經(jīng)環(huán)路[12]。在成年斑馬魚的SCI研究中,上調(diào)ATF6的表達有助于SCI后運動功能的恢復(fù)和軸突的再生,這種對神經(jīng)元的保護作用可能是通過激活A(yù)TF6后抑制CHOP而實現(xiàn)的[13]。但與之相反的是,將SCI小鼠的ATF6α敲除后即使能夠增強PERK的表達調(diào)節(jié)ERS,但并不能保護少突膠質(zhì)祖細胞,運動功能也未見明顯的變化,這可能是由于ATF 6α的缺失對SCI恢復(fù)過程的影響較小,又或者是由ATF6的另一個相關(guān)分子ATF6β在體內(nèi)對其損失進行的補償[14]。以上證據(jù)均證明,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是SCI后十分有吸引力的治療靶點,更好的理解ERS的調(diào)節(jié)方式以及進一步研究具體基因的變化機制,將有助于靶向與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)失調(diào)相關(guān)疾病的治療。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的調(diào)節(jié)方式

2.1 未折疊蛋白反應(yīng)

未折疊蛋白反應(yīng)是ERS最重要的調(diào)節(jié)方式,當(dāng)錯誤折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累時,UPR的3個分支被激活,促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的折疊、分泌和降解能力的調(diào)整。ERS時,GRP78與錯誤折疊蛋白質(zhì)結(jié)合,IRE1發(fā)生自磷酸化,自磷酸化的IRE1能夠介導(dǎo)X-盒結(jié)合蛋白1(X-box binding protein1,XBP1)的mRNA剪接,產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子XBP1s(X-box binding protein1 s,XBP1s)導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張;并通過招募腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子/凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(tumornecro-sisfactor receptor associated factor/apoptosis signal- regulating kinase 1,TRAF2/ASK1)復(fù)合物激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal Kinase,JNK),引起細胞凋亡[15];此外,IRE1還介導(dǎo)“受調(diào)控的IRE1依賴性衰減(regulateing IRE1dependent decay,RIDD)”過程,直接降解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中分泌蛋白質(zhì)的mRNA來降低應(yīng)激水平,重新平衡蛋白質(zhì)的產(chǎn)生和折疊能力[16]。PERK腔結(jié)構(gòu)域可以直接與錯誤折疊的蛋白質(zhì)相互作用,首先發(fā)生自磷酸化,隨后導(dǎo)致真核起始因子2亞基α(eukaryotic initiation factor 2-α,eIF2α)磷酸化,促進全局蛋白質(zhì)翻譯的衰減并抑制蛋白質(zhì)的合成[15]。磷酸化的eIF2α還會選擇性促進ATF4的翻譯,反過來上調(diào)GRP78的合成,并促進其下游關(guān)鍵靶點CHOP的表達。DNA生長阻滯和DNA損傷誘導(dǎo)蛋白-34(growth arrest and damage-inducible protein-34,GADD34)是CHOP和ATF4的一個特別重要的轉(zhuǎn)錄靶點,主要作用是將磷酸化的eIF2α去磷酸化,恢復(fù)全局蛋白質(zhì)翻譯,并將ATF4的翻譯恢復(fù)到基礎(chǔ)水平[17]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時,ATF6轉(zhuǎn)運至高爾基體,依次被site-1蛋白酶(sit-1 proteinase,S1P)和site-2蛋白酶(sit-2 proteinase,S2P)切割和激活。激活的ATF6主要釋放出可溶性的堿性亮氨酸拉鏈(basic-region leucine zipper,bZIP)轉(zhuǎn)錄因子ATF6-N,轉(zhuǎn)位到細胞核并誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激響應(yīng)基因的表達,在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控GRP78,促進蛋白質(zhì)折疊酶的合成和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的擴張[4]。UPR的每個分支都像是一個精細的調(diào)節(jié)器,可以根據(jù)應(yīng)激刺激強度和持續(xù)時間等信號,進一步作用于各自所對應(yīng)的靶標,高度調(diào)節(jié)UPR并為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的重建做出反應(yīng)[4](Fig.1)。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解是除UPR外細胞應(yīng)對ERS時激活的另一種保護機制,其不僅涉及對蛋白質(zhì)質(zhì)量的控制,還涉及其數(shù)量的控制,與上述的UPR存在聯(lián)系,但也獨立于UPR[5]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的多蛋白復(fù)合物能夠被識別、清除和泛素化;此外錯誤折疊的蛋白質(zhì)能夠被遞送到26S蛋白酶體在胞漿中降解,這被稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解。在調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的過程中,主要包括錯誤折疊的多肽被轉(zhuǎn)運回胞漿和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解這兩個步驟[18]。具體過程為:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中靶向降解的蛋白質(zhì)底物被特定的蛋白質(zhì)識別,然后轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細胞質(zhì)側(cè),并被泛素連接酶泛素化。最后,泛素化的底物通過腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)依賴的途徑從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放到細胞質(zhì)中,并被蛋白酶體降解。除ERAD外,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-溶酶體相關(guān)降解(ER-to-lysosome-associated degradation,ERLAD)過程中溶酶體能直接與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)來源的囊泡融合并進行降解[18,19],同樣具有控制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量并影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的作用。

2.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬

ER-phagy主要是通過改變內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量和容量進一步維持其形狀和功能,并且其在不同的生理或病理情況下可以誘導(dǎo)不同的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)亞結(jié)構(gòu)域降解。自噬普遍存在于真核細胞中,并且是由溶酶體參與的一種緊密協(xié)調(diào)的自我降解和循環(huán)過程,該過程可以調(diào)節(jié)機體的穩(wěn)態(tài)。根據(jù)自噬降解的特異性底物不同,目前將選擇性降解受損的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)亞結(jié)構(gòu)域和過量的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白質(zhì)過程稱為ER-phagy,是選擇性自噬的類型之一。當(dāng)UPR難以維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)時,細胞會通過ER-phagy來維持[6]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的完整性和周轉(zhuǎn)依賴于特異性的ER-phagy受體。在哺乳動物中,它們通過與微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,MAP1-LC3)或γ氨基丁酸受體相關(guān)蛋白(γ-aminobutyric acid receptor-associated protein,GABARAP)相互作用,使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生選擇性斷裂,促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的破碎,最后將這些碎片運送到溶酶體進行降解和再循環(huán)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)過度擁擠,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不能提供足夠的空間時,ER-phagy選擇性地去除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不需要的部分,并擴大自身容量來緩解這一現(xiàn)象,之后能夠通過降解多余的膜來幫助內(nèi)質(zhì)網(wǎng)收縮回原來的大小[20]。由此看出,這也說明哺乳動物中存在更精細的ER-phagy調(diào)控機制,暗示了ER-phagy在高等真核生物中維持或調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能的重要性。

3 靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對脊髓損傷的作用

3.1 靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制細胞凋亡

脊髓損傷時,神經(jīng)細胞的死亡有創(chuàng)傷導(dǎo)致的壞死和其它因素導(dǎo)致的程序性細胞死亡(細胞凋亡、自噬、焦亡、鐵死亡、銅死亡等)兩種途徑,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作為細胞凋亡的內(nèi)在刺激之一,其激活的通路在SCI時的細胞凋亡中發(fā)揮重要作用。IRE1和PERK能夠介導(dǎo)凋亡蛋白質(zhì)的表達,例如,其能夠上調(diào)GRP78、CHOP和p53等的表達并導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。有研究表明,神經(jīng)細胞凋亡在SCI后4 h發(fā)生,其凋亡數(shù)量呈增加趨勢,并且直到損傷后第3 w神經(jīng)細胞凋亡數(shù)量才有下降趨勢[21]。此外,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和氧化應(yīng)激是雙向的,未折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的聚集足以引發(fā)ROS的產(chǎn)生,進而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激的增加進一步損害內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊功能,導(dǎo)致錯誤折疊蛋白質(zhì)的積累和氧化,從而加劇內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,并觸發(fā)細胞死亡,形成惡性循環(huán)[22]。未來,對SCI中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細胞凋亡和與氧化應(yīng)激的雙向機制研究,可能會是SCI治療的新策略。

西洋參皂苷(panax quinquefolius saponin,PQS)是從西洋參葉和莖中提取的活性化合物,主要的作用是抗炎和抗凋亡[23]。在ASCI的SD大鼠中使用PQS可以調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,抑制神經(jīng)細胞凋亡,并促進神經(jīng)突起修復(fù)。體外研究也顯示出了類似的結(jié)果。例如,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)劑甘油三酯處理的PC12細胞中加入PQS,其能顯著抑制GRP78、CHOP等蛋白質(zhì)的表達[23]。除此之外,梓醇(catalpol,CAT)對SCI的治療也表現(xiàn)出相似的作用。對SCI大鼠進行30 d的梓醇灌胃治療,Basso-Beattie-Bresnahan(BBB)評分和步態(tài)印跡結(jié)果發(fā)現(xiàn),大鼠后肢運動功能與對照組大鼠相比具有明顯的恢復(fù)。這可能是通過下調(diào)CHOP、GRP78、胱天蛋白酶3(caspase-3)等蛋白質(zhì)的表達減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,進而通過Caspase-3/Bax/Bcl-2抑制凋亡等途徑來實現(xiàn)的[24]。而且CAT幾乎無副作用,其小分子可以穿過血腦屏障(blood brain barrier,BBB),這提示其應(yīng)用于SCI后的治療具有較大的優(yōu)勢。

右美托咪定(dexmedetomidine,DEX)是一種新型的高選擇性α2腎上腺素能受體激動劑。研究表明,DEX能促進創(chuàng)傷性SCI大鼠脊髓神經(jīng)元的的恢復(fù),抑制神經(jīng)細胞凋亡。除此之外,DEX還抑制了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白質(zhì)的表達[25]。冠層同源物2(canopy 2,CNPY2)是PERK‐CHOP介導(dǎo)凋亡信號通路的主要觸發(fā)因子,其通過與PERK結(jié)合參與UPR[26]。在大鼠脊髓缺血再灌注損傷(spinal cord ischaemia-reperfusion injury,SCIRI)前腹腔注射DEX,能有效減弱SCIRI誘導(dǎo)的CNPY2和PERK的表達水平,同時Dex會抑制SCIRI后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激依賴性凋亡蛋白質(zhì)ATF4、CHOP、胱天蛋白酶9和胱天蛋白酶3的表達,促進Bcl-2的表達。由此推測,DEX可能通過抑制CNPY2‐PERK通路減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡[27]。

淫羊藿苷(icariin,ICA)是從傳統(tǒng)中藥淫羊藿中分離得到的主要活性成分,具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護等廣泛的功效[28]。通過C57BL/6小鼠SCI模型研究發(fā)現(xiàn),小鼠經(jīng)過持續(xù)8 w的ICA灌胃治療,其后肢運動功能明顯恢復(fù),ICA組脊髓組織的損傷面積較小,顯著改善了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。此外,ICA顯著降低了CHOP、Bax、Bcl-2、胱天蛋白酶12等凋亡蛋白質(zhì)的表達水平,這可能是通過調(diào)控PI3K/AKT信號通路,進而抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡實現(xiàn)的[28]。2022年,ICA軟膠囊順利通過Ⅲ期臨床試驗,用于晚期肝癌的免疫治療[29],并且有關(guān)研究設(shè)計了相關(guān)的納米藥物,可以與ICA形成共價和/或非共價的相互作用,并可以在一定條件下(近紅外線照射等)控制ICA的釋放,改善ICA的穩(wěn)定性并增加其靶向性[30]。

上述藥物被證明可能會靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細胞凋亡,發(fā)揮神經(jīng)保護作用,對SCI的治療具有較好的前景,但也存在一定的不足。例如,CAT的半衰期較短[31];較高劑量和長時間暴露的Dex則會導(dǎo)致副交感神經(jīng)活動減少和腸蠕動緩慢;納米藥物的應(yīng)用可能會在體內(nèi)積聚、存在一定毒性等[32]。隨著對上述藥物作用機制的不斷深入研究及相關(guān)問題的解決,將會加速有關(guān)SCI治療藥物的臨床轉(zhuǎn)化過程。

3.2 靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)細胞自噬

在SCI中,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與自噬也存在一定的交互作用,當(dāng)UPR、凋亡等機制調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激仍不能恢復(fù)其穩(wěn)態(tài)時,可能會刺激自噬活性,作為補償性措施進一步清除ERS引起的失調(diào)蛋白質(zhì)和受損的內(nèi)質(zhì)網(wǎng),控制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的質(zhì)量和數(shù)量[33]。以往研究中提到的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬,主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的自噬和ER-phagy。當(dāng)抑制或激活ERS時,自噬標志物L(fēng)C3II、Beclin-1、p62的蛋白質(zhì)表達水平發(fā)生變化,提示自噬與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激存在關(guān)聯(lián),這屬于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的自噬[34]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激不僅可以通過UPR激活細胞自噬,還可以促進大量Ca2+外流及抑制Bcl-2等途徑誘導(dǎo)細胞自噬。雖然自噬具有應(yīng)激保護的作用,但應(yīng)激程度和持續(xù)時間的增加會誘導(dǎo)自噬依賴的細胞凋亡,并導(dǎo)致細胞損傷[35]。因此,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬對神經(jīng)細胞存活的影響是不同的,具有促存活和促死亡的雙重作用。分析其原因,除了SCI損傷部位或所處階段不同外,也可能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以及自噬被激活的程度及持續(xù)時間存在一定關(guān)系,更詳細的探究SCI中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與自噬關(guān)系,可能有助于SCI后的進一步治療。

?；切苋パ跄懰?tauroursodeoxycholic acid,TUDCA)是一種親水性膽汁酸衍生物。在ASCI大鼠中,TUDCA可以改善組織水腫和脊髓空洞,并通過激活A(yù)KT信號通路,增強神經(jīng)元的自噬表達,有效降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)因子的表達,最終抑制細胞凋亡[36]。體外研究中,對SCI的SD大鼠脊髓神經(jīng)細胞進行TUDCA處理,細胞中自噬溶酶體數(shù)量明顯增加,自噬相關(guān)蛋白質(zhì)Beclin-1和Lc3II/I的表達也明顯增加,表明TUDCA的神經(jīng)保護作用可能與自噬以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的調(diào)節(jié)有關(guān)[37]。對SCIRI后的C57BL/6小鼠進行腹腔注射黃岑素(baicalein,BA),結(jié)果顯示,BA與TUDCA具有類似的作用,其能夠增強自噬水平、清除未折疊蛋白質(zhì)并且有效抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細胞凋亡,從而增強小鼠運動功能的恢復(fù)[38]。值得注意的是,2016年BA在中國健康人類志愿者的兩項Ⅰ期臨床試驗均已完成[39,40]。2021年有報道稱,中國健康受試者多次口服劑量范圍在200～600 mg的BA是安全和可耐受的,這為之后BA的II期床實驗的順利進行提供借鑒[41]。雖然BA通過腹腔注射在SCI動物模型中展現(xiàn)出較為顯著的治療益處,但在臨床轉(zhuǎn)化過程中,多采用口服的方式,由于其溶解度低,導(dǎo)致口服吸收差,限制了其在臨床上的應(yīng)用。需要提出新策略改善BA的生物利用度,例如最近的納米共晶策略[42]、黃芩素固體脂質(zhì)納米粒[43]等?？傊?BA的神經(jīng)保護作用在目前的許多研究中已經(jīng)達成共識,也提示其可能會減緩甚至阻止SCI疾病的進一步發(fā)展,并成為未來SCI治療中一種有前途的治療劑。

為了進一步探究內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與自噬的交互作用,在SD大鼠SCI中,將H2S的供體NaHS用于評估外源性H2S遞送對SCI的治療潛力。與對照組相比,NaHS(5.6 mg/kg)處理組明顯抑制了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白質(zhì)GRP78、ATF6、CHOP和自噬相關(guān)蛋白5同源物(autophagy related 5 homolog,ATG5)、自噬相關(guān)蛋白7同源物(autophagy related 7 homolog,ATG7)、Beclin-1的表達水平,并且對BSCB的完整性具有保護作用[44]。另外,褪黑素在慢性頸髓壓迫大鼠模型中也體現(xiàn)出了有益的作用[45]。術(shù)后給予褪黑素連續(xù)治療28 d,在7～28 d,大鼠BBB評分顯著增加,運動功能明顯恢復(fù)。褪黑素被證明能夠促進ER-phagy受體Sec.62的表達,通過ER-phagy調(diào)節(jié)途徑抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和神經(jīng)細胞的凋亡,并促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)的重塑。但是褪黑素半衰期短,代謝速率快[46],這限制了它的臨床應(yīng)用,仍需進一步探討其臨床效果。

MicroRNA(miRNA)是一種小的非編碼蛋白質(zhì)的RNA分子,它們通過與靶mRNA結(jié)合在基因沉默和翻譯抑制中發(fā)揮作用[47]。在脊髓壓迫損傷大鼠模型中,研究發(fā)現(xiàn)miR-384-5p的表達明顯降低,并結(jié)合雙熒光素酶報告分析發(fā)現(xiàn),miR-384-5p能夠直接靶向Beclin-1通路并抑制自噬[48],對SCI具有一定的保護作用。除此之外,生長因子在SCI后也顯現(xiàn)出較大的治療潛力。在SD大鼠SCI后12w,顯微注射高濃度成纖維細胞生長因子22(fibroblast growth factor 22,FGF22)(10 mg/mL),組織密度增加,神經(jīng)元存活率提高,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞凋亡降低[49]。在之前的研究中,堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)治療的挫傷型SCI大鼠中也觀察到類似的結(jié)果。挫傷型SCI大鼠經(jīng)過7 d的治療,與對照組相比,bFGF處理組上調(diào)了神經(jīng)保護因子生長關(guān)聯(lián)蛋白43(growth associated protein 43,GAP43),并且降低了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的CHOP、GRP78和胱天蛋白酶12的表達水平[50]。最近報道了一種用于遞送bFGF并治療SCI的雙靶向脂質(zhì)體:bFGF@Lip-Cp&Rp[51],該脂質(zhì)體可以穿過BSCB,在SCI損傷部位釋放,具有一定的病灶靶向性。未來可以將重點放在生長因子與藥物遞送系統(tǒng)的結(jié)合,不斷提高藥物的BSCB滲透性、損傷部位靶向性以及治療效果的穩(wěn)定性。

目前,大多數(shù)研究集中于自噬介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡,在SCI過程中其他類型的程序性細胞死亡(例如鐵死亡、銅死亡和焦亡等)也參與細胞凋亡過程,那它們是否也與自噬一樣對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細胞凋亡存在一定的聯(lián)系和作用呢?一項有關(guān)轉(zhuǎn)錄因子E3(transcription factor E3,TFE3)的研究中,過度表達的TFE3能減輕自噬流的破壞并抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,促進C57BL/6小鼠SCI的恢復(fù),推測自噬的研究結(jié)果可能也適用于SCI中的鐵死亡和焦亡[52],這給了我們一個很好的借鑒。為了探究鐵死亡與損傷或疾病中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激密切相關(guān)。研究利用生物信息學(xué)技術(shù)篩選出68個與鐵死亡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的差異表達基因,約占所有鐵死亡基因的26.255%,研究表明,鐵死亡途徑可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激過程中發(fā)揮重要作用。結(jié)果顯示,在這些已經(jīng)篩選出的的差異表達基因中,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中的PERK-eIF2α-ATF4-CHOP途徑與鐵死亡之間的聯(lián)系最為密切[53]。此外,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激也能夠介導(dǎo)細胞焦亡的發(fā)生。在脊髓損傷組織和氧糖剝奪神經(jīng)元模型中,敲低IRE1基因能夠抑制消皮素蛋白D(gasdermin D,GSDMD)的表達減少焦亡的發(fā)生,促進SCI后的功能恢復(fù)[8]。銅死亡與上述的細胞死亡方式相比,是一種新型的程序性細胞死亡方式,其特征在于脂?；鞍踪|(zhì)聚集和Fe-S蛋白質(zhì)的損失。過量的Cu2+可能通過凋亡、半胱天冬酶非依賴性細胞死亡或ROS積累誘導(dǎo)細胞死亡[54]。由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制劑已被證明可以減少ROS,并且內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的持續(xù)時間和嚴重程度決定了細胞死亡是通過胱天蛋白酶12依賴性途徑還是非依賴性途徑發(fā)生的,雖然目前研究較少,但可以推測,銅死亡也可能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細胞凋亡存在一定的聯(lián)系。因此,探索內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及其介導(dǎo)凋亡的相關(guān)靶點以及它們之間存在的聯(lián)系,可能是未來治療SCI的潛在切入點之一。

Table 1 The role of targeted ERS for SCI

3.3 靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激改善炎癥反應(yīng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激不僅介導(dǎo)凋亡和自噬等途徑,還參與SCI后小膠質(zhì)細胞的程序性壞死,啟動先天性免疫應(yīng)答所必需的炎性途徑。有研究表明,調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞和巨噬細胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號,可以保護SCI后血管損傷并且減輕炎癥,例如,直接靶向ATF6可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,從而有效減輕SCI誘導(dǎo)的炎癥[13],IRE1α能夠募集銜接TRAF2,使活化的IRE1α與不同的炎癥途徑偶聯(lián)。有研究在SCI的C57BL/6小鼠壞死的小膠質(zhì)細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,發(fā)現(xiàn)了執(zhí)行細胞壞死的分子成分——混合系激酶域樣蛋白(mixed lineage kinase domain-like protein,MLKL)和相互作用蛋白3(receptor-interacting protein 3,RIP3)。并且,GRP78也在SCI后MLKL陽性的小膠質(zhì)細胞中被上調(diào)[55]。此外,SCI引起的慢性炎癥可能與神經(jīng)系統(tǒng)中重要腦區(qū)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活存在一定的關(guān)聯(lián)性,并導(dǎo)致神經(jīng)元破壞、海馬神經(jīng)生成障礙以及生理性抑郁癥等[56]。以上研究表明,SCI后的炎癥反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激存在密切的聯(lián)系,具體機制仍需進一步探究。

嗎啡是一種比較熟知的阿片類配體。研究證明,在嚙齒類動物SCI的早期給予嗎啡治療,會破壞運動功能的恢復(fù),增加細胞的死亡,不利于SCI的恢復(fù)[57]。但在細胞研究中,結(jié)果與上述情況恰恰相反,嗎啡能夠減少脊髓損傷后星形膠質(zhì)細胞的凋亡,并主要通過調(diào)節(jié)Ca2 +水平和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激2個途徑發(fā)揮作用[58]。上述爭議可能與嗎啡破壞了SCI動物中促炎細胞因子濃度的平衡有關(guān),并進一步抑制運動功能的恢復(fù)。在SCI的基礎(chǔ)研究中,首次提出了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能是介導(dǎo)嗎啡耐受性的主要因素,并且抑制UPR3個分支中的任何一個都可以減弱嗎啡的耐受性。這個發(fā)現(xiàn)提示一種潛在的預(yù)防嗎啡耐受的臨床策略,并可能有助于擴大嗎啡在臨床上的使用。除此之外,仍需要考慮嗎啡的致癮性以及個體的差異性,并且在優(yōu)化嗎啡的給藥方案中給予更加明確的指示,從而更大程度上發(fā)揮嗎啡在SCI治療中的有效性。

4 問題與展望

盡管SCI后的病理生理癥狀始于原發(fā)性SCI,但繼發(fā)性SCI在損傷機制中發(fā)揮重要的作用。大多數(shù)研究表明,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與繼發(fā)性SCI,并直接或間接的影響了SCI的恢復(fù)進程。雖然基礎(chǔ)研究中,在有關(guān)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激治療SCI的策略顯示出了不小的潛力,但仍然存在許多問題。本文歸納了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)基因的變化對SCI的影響,從調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的3種主要方式切入,總結(jié)了近幾年靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激治療SCI比較有前景的潛在治療藥物,并對其優(yōu)缺點進行分析,這可能為將來SCI的研究提供借鑒。未來的研究可以集中在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在SCI中的分子機制、相關(guān)藥物的治療、多種治療方式的聯(lián)合應(yīng)用以及多學(xué)科的結(jié)合等方面,隨著這些相關(guān)問題的解決,可能會加速SCI的臨床轉(zhuǎn)化進程,為SCI提供更安全有效的治療策略。