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内质网应激PERK凋亡通路研究进展_宋洋

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内质网应激PERK凋亡通路研究进展_宋洋 收稿日期:2012 - 12 - 23 基金项目:教育部博士点新教师类基金项目资助(20114323120005) 作者简介:宋洋(1985 -) ,男,河南平顶山人,硕士研究生,研究方 向:针刺临床与机理研究。 通讯作者:郁洁(1979 -) ,女,讲师,博士研究生,研究方向:针灸治 病机理的研究。 夏的剂量范围呈不一致性。其中,治疗窗的剂量范围最大, 《中华人民共和国药典》的剂量范围最小。半夏的剂量范 围依次为治疗窗 >常用量 >药典量。 3. 2 半夏剂量的集中趋势 均数是反应数据集中趋势 (或平均水平)的重要指...
内质网应激PERK凋亡通路研究进展_宋洋
收稿日期:2012 - 12 - 23 基金项目:教育部博士点新教师类基金项目资助(20114323120005) 作者简介:宋洋(1985 -) ,男,河南平顶山人,硕士研究生,研究方 向:针刺临床与机理研究。 通讯作者:郁洁(1979 -) ,女,讲师,博士研究生,研究方向:针灸治 病机理的研究。 夏的剂量范围呈不一致性。其中,治疗窗的剂量范围最大, 《中华人民共和国药典》的剂量范围最小。半夏的剂量范 围依次为治疗窗 >常用量 >药典量。 3. 2 半夏剂量的集中趋势 均数是反应数据集中趋势 (或平均水平)的重要指标。本组资料中半夏剂量均数为 9. 5 g,与《中华人民共和国药典》法定半夏剂量的上限(9 g)相比,总体呈“上扬”趋势,平均水平明显提高。其中,符 合《中华人民共和国药典》法定剂量的为 54. 7%,不符合的 为 45. 3%。《中华人民共和国药典》法定的半夏剂量 并不完全为临床医者所遵循,中医名家使用半夏也并不完 全受《中华人民共和国药典》法定剂量的制约和左右。 3. 3 半夏剂量的离散程度 极差系指一组数据中最大值 与最小值之差,是反应一组数据离散程度(或波动范围)的 重要指标。本组资料中 R为 73. 5,说明半夏临床剂量的波 动范围较大。其中,≥6 g并且≤15 g范围内出现的频率较 高(共 641 方) ,占 80%。由此可见,尽管中医名家运用半 夏剂量的集中趋势偏大,波动范围较宽,但 6 ~ 15 g 仍然是 中医名家使用半夏频率最高的剂量。 75 g剂量来于胡希恕冠心病心绞痛医案[3],证型为痰 饮、瘀血,服用 30剂以上,心绞痛发作基本消失,由于痰饮较 重,故大量使用半夏。30 ~ 60 g 剂量来自于李可、颜德馨医 案[4],颜德馨治疗肺性脑病痰瘀蒙蔽心神,用半夏 30 g,服一 剂患者神志清醒。 3 ~9 g是《中华人民共和国药典》对临床使用半夏的约 束性范围,对临床安全、有效使用半夏起到了积极作用。从 图 2可见,《中华人民共和国药典》法定的半夏剂量范围狭 窄,不完全符合临床用药实际,在一定程度上影响了半夏临 床疗效的发挥。因此,建议新版《中华人民共和国药典》在 广泛调研的基础上,对半夏的剂量进行重新修订。半夏在汤 剂中的剂量阈和治疗窗可适当提高,以 6 g ~15 g为宜。 参考文献 [1] 高学敏.中药学[M].北京:中国中医药出版社,2002:42. 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[4] 颜德馨.中国百年百名中医临床家丛书:颜德馨[M].北京: 中国中医药出版社,2001:205. 第 31 卷 第 5 期 2 0 1 3 年 5 月 中 华 中 医 药 学 刊 CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE Vol. 31 No. 5 May 2 0 1 3 中 华 中 医 药 1009 学 刊 内质网应激 PERK凋亡通路研究进展 宋洋,袁宜勤,郁洁 (湖南中医药大学针灸推拿学院,湖南 长沙 410208) 摘 要:蛋白激酶 R样内质网激酶( protein kinase R—like ER kinase,PERK) 是位于内质网膜上的一种 I型跨 膜蛋白,属于 elF2a上游激酶家族中的一种。PERK信号通路的激活发生在内质网应激早期,通过抑制蛋白质的 合成对细胞起保护作用、促进细胞的生存。随着内质网应激时间的延长,PERK通过诱导 CHOP的表达而促进细 胞凋亡。PERK特异性的磷酸酶去磷酸化抑制 PERK,调控的信号途径在中枢神经系统、缺血一再灌注损伤及代 谢异常等病理过程中发挥着重要的作用。 关键词:蛋白激酶 R样内质网激酶;内质网应激;中枢神经 中图分类号:R222. 19 文献标识码:A 文章编号:1673 - 7717( 2013) 05 - 1009 - 03 Survey of Study on Endoplasmic Reticulum Stress PERK Apoptosis Pathway SONG Yang,YUAN Yiqin,YU Jie (Institute of Acupuncture And Massage,Hunan University of Traditional Chinese Medicine,Changsha 410208,Hunan,China) Abstract:Protein kinase R like endoplasmic reticulum(protein kinase R kinase - like ER kinase,PERK)is a type I transmembrane protein located in the endoplasmic reticulum,which belongs to the upstream of elF2a kinase family. PERK pathway activation takes place in endoplasmic reticulum stress early by inhibiting protein synthesis to protect cell and pro- mote cell survival. With the endoplasmic reticulum stress time prolonging,PERK induced by CHOP homologous protein expression promotes cell apoptosis. PERK specificity phosphatase dephosphorylation inhibits PERK,regulation of signa- ling pathways plays an important role in the central nervous system,ischemia reperfusion injury and abnormal metabolism and other pathological processes. Key words:protein kinase R like endoplasmic reticulum;endoplasmic reticulum stress;endoplasmic reticulum stress 9001 第 31 卷 第 5 期 2 0 1 3 年 5 月 中 华 中 医 药 学 刊 CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE Vol. 31 No. 5 May 2 0 1 3 中 华 中 医 药 1010 学 刊 内质网(endoplasmic reticulum stress,ER)是细胞内最 大的细胞器,参与重要的生理功能的维持,其基本生理功能 包括负责蛋白质的合成转运、信号肽识别、糖基化修饰等过 程以及钙离子的贮存和调节,信号转导及细胞内钙的再分 布,是蛋白质修饰折叠及钙离子贮存的场所[1]。ER 内未 折叠或错折叠蛋白的积聚和钙平衡失调可以导致 ER应激 反应。ER 应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)是一种 高度保守的细胞反应机制。适宜的 ERS 有利于细胞内钙 离子及蛋白质的加工等程序的恢复,增强细胞耐受应激刺 激的能力;严重而持续的 ERS可以触发反应中相关细胞的 凋亡,研究表明[2 - 3],ER应激及其诱导的细胞凋亡与许多 疾病的发生发展有着密切的联系,包括神经退行性疾病,糖 尿病,缺血 /再灌注及一些化学中毒引起的病理损伤。在 ERS中未折叠蛋白反应(enfolded protein response,UPR)是 研究最广泛的一种 ERS,ERS 中起主导作用的有 3 种反应 感受蛋白,其中包括蛋白激酶 R 样内质网激酶(protein ki- nase R - 1ike ER kinase,PERK)、活化转录因子 6(the acti- vating transcription factor 6,ATF6)和肌醇酶 l(inositol requi- ring enzyme l,IREI)3 种。PERK通过磷酸化真核细胞起始 因子 2a(eukaryoticinitiation factor 2a,elF2a)抑制细胞中蛋 白质的合成,同时通过活化转录活化因子 4 上调 C /EBP同 源蛋白(C /EBP homologous protein,CHOP)基因的表达,活 化细胞凋亡途径的发生,参与细胞的整合应激反应过程,参 与缺血一再灌注损伤、中枢神经系统和代谢异常等病理过 程的发生、发展和转变。本文综述 PERK 凋亡通路的研究 进展。 1 PERK的结构与功能 内质网是蛋白质修饰折叠和钙离子贮存的场所,错误 折叠的蛋白积累时激活 PERK,在未激活状态下,PERK 主 要通过其管腔内结构域和 BiP 蛋白相结合,其结构相对较 稳定。在内质网应激时,由于内质网内大量的未折叠蛋白 与 BiP 蛋白结合,与 PERK 竞争 Bid 的结合率从而导致 PERK和 BiP蛋白的解离,继而激活 PERK通路。正常细胞 中,Bip的含量远远高于 PERK的含量。但是由于 PERK和 Bip的亲和力比较低,只要游离状态 Bip的含量发生小的变 动时,便足以引起 PERK 的激活。将编码 Bip 的基因转染 细胞,发现内质网腔中 Bip过多表达时,可以抑制 PERK的 跨膜磷酸化。PERK是内质网 I型跨膜蛋白中的一种,具有 丝 /苏氨酸蛋白激酶的活性。PERK 的结构包括信号肽 (signal peptide,SP) ,跨膜(trans. membrane,TM)结构域,N 末端位于内质网腔中,C 末端位于胞质中。翻译起始因子 2 的 α亚单位(eIF2α)结合 GTP 之后能与蛋酰胺 tRNA 形 成 eIF2 - GTP - Met - tRNAiMet 翻译起始复合物。当发生 内质网应激时,PERK通路可以磷酸化 eIF2α 上第 51 位的 丝氨酸,eIF2α磷酸化后,抑制翻译起始复合物中 GDP 与 GTP的交换,最终抑制蛋白质的翻译和合成。内质网应激 发生时导致的细胞凋亡的过程,一方面促使未折叠蛋白反 应使蛋白质的合成暂时终止,同时随着应激反应蛋白基因 的表达,从而改善细胞的生理状态;另一方面通过干预促凋 亡的生物大分子包括 caspase蛋白酶家族 CHOP(C /EBPho- mologous protein)等物质对抗细胞凋亡。PERK信号通路可 通过磷酸化的 BAD,上调具有抗凋亡活性的 Bcl. xl、Bcl. 2 蛋白的水平,下调促凋亡作用的 Fas表达,同时降低 Fas 诱 导凋亡的敏感性,从而促使抗凋亡作用。 2 PERK在缺血 /再灌注的作用 能量代谢障碍是缺血 /再灌注损伤的发病基础,自由基 与钙离子超载是缺血 /再灌注发病中的重要环节。病理过 程中,缺血缺氧、葡萄糖 /营养物质的匮乏、ATP 的耗竭、大 量自由基的产生以及 Ca2 +稳态的破坏等均能引起 ER的功 能障碍的发生,导致 ERS。时间过长的 ERS通过改变 Ca2 + 稳态以及诱导细胞凋亡进而加重缺血 /再灌注的损伤程度, 缺血 /再灌注损伤的发生发展过程与 ER 功能状态是密切 相关的。据统计一些研究者认为 PERK在缺血性脑损伤中 起保护作用。例如,研究用体外培养的化学方法诱导的大 鼠缺血皮层神经元的实验,注入 PERK 选择性抑制剂 U0126可以加重神经元的死亡[4]。但是越来越多的实验研 究似乎更倾向于 PERK加重缺血性脑损伤这一观点。小鼠 大脑中动脉栓塞模型缺血 30 min 后,磷酸化 PERK 显著 升高,2 h 达高峰,6 h 恢复。注射 PERK 通路阻滞剂 U0126 后,脑缺血小鼠神经损伤评分降低 44. 6%,梗死 体积降低 54. 4%[5]。Henriksson 等[6]用同样的方法证 明了 PERK 选择性抑制剂 U0126 减轻脑损伤神经。 Yang等[7]建立兔大脑中动脉阻断局灶性脑缺血再灌注 模型,再灌注 1 h 后海马等脑区 ERKI 和 easpase - 3 活 性表达增加,1 ~ 3 d达到高峰。使用神经保护剂后各脑 区的 ERKl和 easpase - 3 表达均被抑制。在模拟 I /R 的 原代培养乳鼠心肌细胞 H /R 模型上研究中发现[8],缺 氧后处理能上调内源性细胞保护相关的伴侣分子,同时 抑制促凋亡蛋白 CHOP 的表达。研究发现,肾脏 I /R 引 起了 ER 功能改变激活 PERK,蛋白质合成被抑制。肾 脏经过 90 min缺血,10 min 再灌注之后,仍以磷酸化的 PERK 为主,但 elF20t 的磷酸化可以被逆转的。PERK 通路持续性的激活能引起严重的 ERS,启动 CHOP 表达 导致调亡,使缺血 /再灌注损伤加重。 3 PERK在神经退行性病变中的作用 在中枢神经系统中研究发现 PERK可通过多种方式进 而影响神经细胞的增殖分化、突触可塑性、轴突生长等生理 过程,如基因的表达、蛋白质合成等并且参与多种神经系统 疾患的病理生理过程。PERK在正常生理状态情况下与突 触可塑性、神经元的兴奋性等密切相关。癫痫患者 40 例术 后取样颞叶皮质标本,通过免疫组化和 Western blot方法检 测发现,ERKs均显著高于对照组,而且主要在神经 7 己和 神经胶质得细胞胞浆中表达[9]。在由海人草酸诱发的小 鼠癫痫模型中注射海人草酸 3 h 后,免疫组化与 Western blot均显示磷酸化 ERK水平增高,24 h 甲酚紫与细胞凋亡 检测方法发现海马 CA3 区的细胞死亡,海马 easpase - 3 的 表达升高[10]。这些研究都表明 ERK通路参与到癫痫的发 病和对其神经毒性作用。在原代海马神经元的培养基中加 入组织型纤溶酶原激活物(tissue plasminogen activator, tPA) ,tPA 经过 NMDA 受体诱导 ERKl /2 的活化,导致 tau 蛋白磷酸化、微管失去稳定性和神经细胞凋亡的病理改 变[11]。同样在 AD 患者的大脑中也发现高水平的 tPA 通 0101 第 31 卷 第 5 期 2 0 1 3 年 5 月 中 华 中 医 药 学 刊 CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE Vol. 31 No. 5 May 2 0 1 3 中 华 中 医 药 1011 学 刊 过活化 ERKl /2 磷酸化 tau 蛋白。ERK 除了介导 tau 蛋白 磷酸化也参与 A?诱导的神经毒性作用。在 SD 大鼠海马 组织培养中加入 A? - 42 可诱导 ERKI /2 持续磷酸化并使 caspase - 3 活化。ERKl /2 抑制剂 U0126 能抑制 ERK 磷酸 化和减少 easpase - 3 的水平,同时显著缓解 A8l_42 诱导的 的神经毒性作用[12]。 4 PERK在代谢异常疾病中的作用 胰岛 B细胞损伤在糖尿病的发生、发展中起着关键作 用。在 1 型糖尿病中炎性反应因子、一氧化氮、活性氧簇等 都可以通过激活 PERK 信号转导通路,诱导胰岛 B 细胞的 凋亡,导致胰岛素分泌绝对不足[13]。2 型糖尿病中,长时 间高浓度的葡萄糖、游离脂肪酸、胰淀素等病理改变可以通 过 PERK信号转导通路促进胰岛 B 细胞凋亡,影响胰岛 B 细胞功能,最终导致胰岛 B 细胞数量减少和胰岛素合成、 分泌能力下降[14 - 15]。在胰岛 B 细胞移植中,非炎性反应 因子可通过 PERK 信号通路引起 60%以上的胰岛 B 细胞 凋亡,导致移植后成功率下降[16]。由此可见,PERK信号转 导通路在胰岛 B 细胞损伤中发挥着关键作用。糖尿病肾 病时肾小管上皮细胞的 MAPKl /3(ERKl /2)表达增多,从 2 w开始,增加的十分明显,并且其表达与 TGF1 和 FN 沉积 呈正相关[17]。其他的作者研究也表明,MAPK 家族中的 3 条通路都参与了糖尿病时 TGF1 在肾小球系膜细胞内的信 号转导过程[18 - 19],使信息传人细胞核而启动胶原和 FN 等 ECM的合成。另外有作者的研究证实,AngII、TGF1 等细胞 因子可诱导体外培养的肾小球系膜细胞中 VEGF 的表达, 而 VEGF通过与系膜细胞上的 VEGFR结合,活化胞内 ERK 信号转导系统,从而促进系膜细胞合成胶原等 ECM,促进 肾小球硬化的发生[20]。 5 结论与展望 综上所述,ERS时 PERK不仅可以抑制蛋白质翻译,还 能诱导 CHOP表达,导致细胞凋亡。适度的内质网应激可 以对细胞器保护作用,持续严重的内质网促使细胞死亡, PERK是介导内质网应激整合调控反应重要的细胞内信号 途径之一,参与机体多种疾病和病理过程的发生、发展。但 是 PERK的保护和破坏机制尚需要进一步深入研究。而该 途径在心、脑血管病、糖尿病、中枢神经系统等重大疾病中 的作用及其机制的阐明,将推动内质网应激相关疾病发病 机理的研究,并为防治提供新的靶点。 参考文献 [1] Danial NN,Korsmeyer SJ. 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