内质网应激与白癜风

［作者单位］南方医科大学珠江医院皮肤科，广东广州510282［通讯作者］孙乐栋，E－mail:sunledong126@126．com1088CHINJDERMVENEREOL2015年10月第29卷第10期Oct2015，Vol．29，No．10内质网应激与白癜风梅奕洁，孙乐栋［摘要］白癜风患者皮黑素细胞脱失部分由氧化应激引起已得到证实。内质网应激作为氧化应激的一个类型，在黑素细胞受到缺血、缺氧、低血糖、药物、毒物等不利因素影响会使未折叠蛋白堆积在内质网腔，超过细胞修复能力时可诱发未折叠蛋白介导的细胞凋亡过程。本文就近年来内质网应激与白癜风发病机制间的关系及通路进行综述，为白癜风的病因研究提供新思路。［关键词］白癜风;内质网应激;未折叠蛋白［中图分类号］R758．41［文献标识码］A［文章编号］1001－7089(2015)10－1088－03［DOI］10.13735/j.cjdv.1001-7089.201411080EndoplasmicReticulumStressandPathogenesisofVitiligoMEIYi-jie，SUNLe-dong(DepartmentofDermatology，ZhuJiangHospital，SouthernMedicalUniversity，Guangzhou510280，China)［Correspondingauthor］SUNLedong，E－mail:sunledong126@126．com［Abstract］Oxidativestresshasbeenprovedtobecrucialinmelanocytesabsenceinvitiligopatients．Endoplasmicretic-ulumstress，akindofoxidativestress，wouldproduceunfoldedproteinaccumulateinendoplasmicreticulumlumenwhenthestressedmelanocytesareunderharmfulcircumstancessuchasanoxia，ischemia，hypoglyce-mia，drugsorpoisons．Oncebeyondtheself-healingcapabilitiesofcells，theunfoldedproteinaccumulationmayinduceapoptosis．Inthisreview，wehavedescribedthelatestprogressontherelationshipbetweenen-doplasmicreticulumstressandthepathogenesisofvitiligoinordertoprovidenewinsightintotheetiologicresearchofvitiligo．［Keywords］Vitiligo;Endoplasmicreticulumstress;Unfoldedproteinresponse白癜风是一种常见的局限或泛发的获得性色素缺失性皮肤病，病因尚未完全明确。国内外大量研究表明，其发病与遗传、免疫、神经介质、氧化应激及黑素细胞自毁等方面相关［1］。近年来有研究认为氧化应激作为始动因素而推动因素则为自身免疫［2-3］。其中，氧化应激可引起细胞器的损伤，如线粒体［4］，内质网［5］，高尔基体等。本综述旨在从内质网应激方面总结白癜风发病机制的最新研究进展。1引起内质网应激的诱发因素真核细胞的内质网(endoplasmicre-ticulum，ER)是一个复杂的网状膜系统，在细胞内建立起大量的膜表面，有利于酶的分布和代谢高效率进行。ER的主要生理功能包括:①合成膜蛋白和分泌蛋白;②折叠形成蛋白质正确的三维构像;③储存Ca2+;④参与脂质和胆固醇的生物合成。内质网中生理反应活跃，对应激极为敏感，当外界刺激因素超过其自身修复能力时，会出现错误折叠与未折叠蛋白在腔内聚集以及Ca2+平衡紊乱的状态，称为内质网应激(endoplasmicreticulumstress，ERS)［6］。诸多因素均可诱发内质网应激:常见病理生理状态下，如缺血再灌注损伤、低血糖、低氧、酸中毒等作用于机体的造成活性氧簇(ROS)的产生，这种情况下会扰乱内质网的稳态，而后续的作用则会打破蛋白质折叠装载与容量间的平衡，继而产生细胞内蛋白质合成过快超过蛋白折叠能力、内质网钙代谢紊乱、卵磷脂合成障碍、过氧化氢酶体系受损等诸多后果［7］;同样，外界自然毒物酚［8］、同型半胱氨酸(homocysteine，HCY)、毒胡萝卜内酯(thapsigargin)，衣霉素(tuni-camycin)、格尔德霉素(geldanamycin)等化学物质［9］都可成为内质网应激的重要诱因。诸多证据表明，内质网(ER)内腔很多酶可以为新生肽链的半胱氨酸残基向分子内二硫键转变提供氧化动力［10］，ER内蛋白质的氧化与活性氧簇(ROS)生成有关。氧化还原状态改变，过量ROS通过影响内质网的通道功能和伴侣蛋白的缓冲而影响Ca2+平衡，线粒体Ca2+负荷加速线粒体的代谢，而线粒体代谢的增加又促进了ROS的生成，形成恶性循环，同时激活ER下游信号使得蛋白质折叠功能恢复或细胞死亡。低氧、高糖、化学毒物或突变等多种因素通过耗竭ER腔内Ca2+，抑制蛋白质的糖基化及二硫键错配，引发蛋白质从ER向高尔基体的转运被抑制;此外，氨基酸剥ChaoXing夺、砷中毒、热休克等细胞应激和硼替佐米，塞来昔布，奈非那韦等处方药［9］都与内质网应激有十分密切的联系，这些纵横交错的关系共同组成了复杂的细胞内应激网络体系。2内质网应激参与白癜风发病的证据2.1黑素细胞内质网有蛋白质沉积20世纪80年代，有研究发现白癜风模型小鼠的发囊中出现选择性黑素细胞破坏且和皮肤外环境与黑素细胞内环境受损有关。基于此，1991年Boissy等［11］从新生白癜风模型小鼠的皮肤中提取黑素细胞进行体外培养，以隔绝体内环境的影响。试验中发现黑素细胞出现了粗面内质网扩张，且培养中加入布雷菲德菌素A(BrefeldinA)可促使内质网进一步膨胀。相反，加入放线菌酮(Cyclobeximi-de)则可减轻膨大。2000年，Saelinger等［12-13］用逆转录病毒将人乳头瘤病毒HPV16型的E6和E7基因转染到白癜风黑素细胞系Ma9308P4，组合成人永生白癜风黑素细胞系PIG3V，并成功表达出酪氨酸酶。重要的是，在PIG3V细胞中发现了扩张的内质网，通过荧光免疫凝胶电泳在内质网中发现分子质量在37.57，4.5及56.5kDa的蛋白质分子，初步内质网的扩张可能是蛋白质滞留引起的。当内质网发生应激时，非折叠或错误折叠的多肽及没有组装好的蛋白将滞留在ER，作为一种亚细胞水平上的保护性手段，ERS早期通过诱导未折叠蛋白反应(unfoldedproteinresponse，UPR)，使蛋白质的生物合成减少，降低ER负担。随着ERS加剧，UPR的激活被抑制，引起ER摄取/释放Ca2+障碍或蛋白质加工/运输障碍，细胞就会由生存向凋亡转换。2.2酪氨酸酶等蛋白质转运障碍酪氨酸酶是黑素细胞中催化黑素生成的限速酶，对黑素生成至关重要，是许多色素缺失性疾病的关键位点。2001年LePoole等［13］首次证实白癜风相关基因-1(VIT-1)与白癜风直接相关并且表达量减少，怀疑与酪氨酸酶在内质网中转运相关，但具体路径未明。之后，许爱娥等［14］发现中国人群白癜风易感基因为VIT-1/FBXO11，沉默该基因可影响黑素细胞的超微结构。接着，又运用沉默和过表达的方法探讨该基因对内质网及酪氨酸酶的作用。结果表明InnVit基因被抑制后直接影响黑素细胞内质网的形态，酪氨酸酶表达量异常增加，并滞留于内质网，未能有效输出［15］。提示酪氨酸酶的非常态增多是蛋白酶体降解途径发生障碍导致的。目前国内外研究的最主要降解途径是F-box蛋白家族中的泛素-蛋白酶体降解途径。有研究表明，在蛋白质降解的过程中，由Skp1，Cullin，Rbx1/Hrt1和F-box家族的一员组成的SCF复合体能使底物通过磷酸化的方式被蛋白酶体降解，该途径的抑制直接导致酪氨酸酶堆积［16］。此外，另一个导致堆积的原因是蛋白质转运障碍。近年来，研究发现钙网织蛋白(calreticulin，CRT)存在于高等生物除红细胞以外的所有细胞中，与内质网中蛋白质转运密切相关。具有调节细胞内Ca2+稳态，协助蛋白质正确折叠、调节细胞凋亡等作用［17］。高天文等［2］发现，胞内的CRT在受到氧化应激情况下会外翻于细胞膜表面，发出“食我”信号吸引树突状细胞(DCcell)攻击黑素细胞，诱导黑素细胞的凋亡，而整合素相关蛋白分子(CD47)扮演“勿食”角色阻止吞噬作用，进而得出二者失衡是白癜风发病的又一机制。也就是说，氧化应激过强的情况下，平衡向CRT倾斜，细胞凋亡增多，原因可能是CRT表达增多或者CD47细胞内的含量减少。总的来说，当黑素细胞内质网应激时，酪氨酸酶受困于内质网进而导致细胞功能紊乱出现细胞凋亡。3内质网应激中UPR通路介导的细胞凋亡黑素细胞缺失是白癜风皮损色素缺失的重要原因，氧化损伤是ERS发生的重要条件，细胞通过ERS产生应激性保护，激活细胞凋亡信号通路，清除受损的细胞。ERS有一套独有的相关性蛋白质降解途径(endoplasmicreticulumas-sociateddegradation，ERAD)诱导细胞凋亡［18］，通过IRE-1α，ATF6，PERK三个主要的内质网跨膜蛋白介导的凋亡通路［19-20］。3.1IRE-1α/X盒蛋白1通路IRE-1α是内质网I型跨膜蛋白，N端位于细胞腔内传导信号，中间为跨膜区域，C端有蛋白激酶和核酸内切酶位点［20］。在未折叠蛋白(UPR)通路中，IRE-1α是控制细胞命运的关键分子，具有丝/苏蛋白激酶和位点特异的核酸内切酶活性。ERS时，IRE-1α与GRP78分离，并形成同源二聚体，发生自身磷酸化，并能剪切XBP1mRNA中一个26bp长度的内含子，形成具有转录因子活性的XBP1s蛋白［21］。XBP1s与已知的启动子元件结合，上调内质网应激的相关基因表达［22］。在最新的研究中发现在酵母菌内质网腔内保守的核心区域研究以及体外IRE-1α与合成肽相互作用研究中，IRE-1α直接锚定在未折叠蛋白上［23］。在这个模式下，锚定免疫球蛋白(bindingim-munoglobulinprotein，BIP)不像以往认为的是决定UPR合成与否的关键因素，相反，BIP降低IRE-1α对低水平应激的敏感性。一旦内质网稳态重新建立，BIP像计时器一样调整IRE-1α的反应时间。诸多证据表明，IRE-1α信号的选择性输出将会导致细胞在应激中不同的命运(存活或死亡)，这取决于内质网应激作用的时间和强度［24］。3.2ATF6通路活性转录因子6(acti-vatingtranscriptionfactor6，ATF6)是内质网II型跨膜蛋白，有高尔基体定位信号能够感知应激［25］。当ERS发生时，错误折叠蛋白或未折叠蛋白堆积促使GRP78和ATF6分离，ATF6转移至高尔基体，游离于细胞质中的部分被丝氨酸蛋白酶1(serineproteasesite-1，S1P)剪切，随后金属蛋白酶(meralloproteasesite-2，SP2)剪切该部分N端并被转运到细胞核，与ATF/cAMP反应元件(CRE)及ERS反应元件(ERSE-1)相结合。这些反应元件被证明与BiP、Grp94、CHOP基因有关。在许多细胞和组织中，ATF6族的亮氨酸拉链转录因子如OASIS、CREB-H、Tis40等均参与了UPR信号的传导［26］。3.3PERK信号通路PERK是内质网的I型跨膜丝/苏蛋白激酶，属真核细胞翻译起始复合物2α(eukaryotictranslationinitiationfactor2，eIF2α)激酶家族成员。ERS时可减少mRNA翻译，抑制新合成的蛋白质进入已经发生应激的内质网腔内。eIF2α的磷酸化阻止eIF2α与GTP结合使多肽链聚合的起始途径激活失败，广泛下调细胞总体的mRNA翻译速·9801·中国皮肤性病学杂志2015年10月第29卷第10期ChinJDermVenereol，Oct.2015，Vol.29，No.10ChaoXing率，减轻内质网内的蛋白载量，但同时保证ATF4mRNA的优先翻译。ATF4蛋白属于bZIP转录因子家族，是一类转录因子，可调节UPR相关基因的表达，其诱导表达的重要下游靶蛋白之一是CHOP，构成PERK-eIF2α-ATF4-CHOP通路。ERS诱导CHOP表达，并使其在核内聚集，CHOP可进一步诱导GADD34表达，促进PP1(蛋白质磷酸酶1)/GADD34复合体的形成，使eIF2α脱磷酸化，形成负反馈环路，恢复应激条件下蛋白翻译水平，加重内质网超载，介导特异的凋亡途径，包括涉及细胞生长和分化的选择性死亡以及疾病中的细胞病理性死亡等［27-28］。此外，PERK可以激活Keap1-Nrf2-ARE通路［29］，增强蛋白修复及降解系统的功能，在保护黑素细胞免受氧化损伤中发挥重要作用。4结语内质网应激反应是机体对环境刺激的一种自身保护性防御机制，同时也是一种信号反应通路系统，与多种基因的表达调控有关。但过强或持续过久的内质网应激反应导致了细胞功能失调，引起细胞的凋亡或死亡。内质网应激作为多种应激过程的共同通路，可能成为白癜风黑素细胞凋亡的始动因素，进而导致免疫失衡。明确内质网应激-黑素细胞脱失的详细通路是后续的研究方向，这将有助于对白癜风的靶向治疗。［参考文献］［1］MalhotraN，DytocM.Thepathogenesisofvitiligo.［J］.JournalOfCutaneousMedi-cineAndSurgery，2013，17(3):153－172.［2］ZhangY，LiuL，JinL，etal.Oxidativestress-inducedcalreticulinexpressionandtranslocation:newinsightsintothedestruc-tionofmelanocytes［J］.JInvestDermatol，2014，134(1):183－191.［3］LaddhaNC，DwivediM，MansuriMS，etal.Vitiligo:interplaybetweenoxidativestressandimmunesystem［J］.ExpDerma-tol，2013，22(4):245－250.［4］PrignanoF，PescitelliL，BecattiM，etal.Ultrastructuralandfunctionalalterationsofmitochondriainperilesionalvitiligoskin［J］.JDermatolSci，2009，54(3):157－167.［5］许文，林福全，刘继锋，等.蛋白酶体抑制对黑素细胞酪氨酸酶表达及输出的影响［J］.中华医学杂志，2013，93(2):123－127.［6］DarlingNJ，CookSJ.TheroleofMAPKsignallingpathwaysintheresponsetoendo-plasmicreticulumstress［J］.BiochimBio-physActa，2014，1843(10):2150－2163.［7］HotamisligilGS.Endoplasmicreticulumstressandtheinflammatorybasisofmetabol-icdisease［J］.Cell，2010，140(6):900－917.［8］ToosiS，OrlowSJ，MangaP.Vitiligo-indu-cingphenolsactivatetheunfoldedproteinresponseinmelanocytesresultinginupregu-lationofIL6andIL8［J］.JInvestDerma-tol，2012，132(11):2601－2609.［9］SchonthalAH.Endoplasmicreticulumstress:itsroleindiseaseandnovelprospectsfortherapy［J］.Scientifica(Cairo)，2012，2012:857516.［10］BorgesCR，LakeDF.Oxidativeproteinfolding:nature＇sknottychallenge［J］.An-tioxidRedoxSignal，2014，21(3):392－395.［11］BoissyRE，BeatoKE，NordlundJJ.Di-latedroughendoplasmicreticulumandpre-maturedeathinmelanocytesculturedfromthevitiligomouse［J］.AmJPathol，1991，138(6):1511－1525.［12］LePooleIC，BoissyRE，SarangarajanR，etal.PIG3V，animmortalizedhumanviti-ligomelanocytecellline，expressesdilatedendoplasmicreticulum［J］.InVitroCellDevBiolAnim，2000，36(5):309－319.［13］LePooleIC，SarangarajanR，ZhaoY，etal.＇VIT1＇，anovelgeneassociatedwithvit-iligo［J］.PigmentCellRes，2001，14(6):475－484.［14］GuanC，LinF，ZhouM，etal.TheroleofVIT1/FBXO11intheregulationofapopto-sisandtyrosinaseexportfromendoplasmicreticuluminculturedmelanocytes［J］.IntJMolMed，2010，26(1):57－65.［15］关翠萍，林福全，洪为松，等.InnVit/FBXO11在白癜风中的表达及其对酪氨酸酶输出内质网的影响［J］.中华医学杂志，2010，90(16):1126－1130.［16］KimHJ，JamartC，DeldicqueL，etal.Endoplasmicreticulumstressmarkersandubiquitin-proteasomepathwayactivityinresponsetoa200-kmrun［J］.MedSciSportsExerc，2011，43(1):18－25.［17］ZamanianM，VeerakumarasivamA，Ab-dullahS，etal.Calreticulinandcancer［J］.PatholOncolRes，2013，19(2):149－154.［18］BernasconiR，GalliC，KokameK，etal.AutoadaptiveER-associateddegradationdefinesapreemptiveunfoldedproteinre-sponsepathway［J］.MolCell，2013，52(6):783－793.［19］TabasI，RonD.Integratingthemecha-nismsofapoptosisinducedbyendoplasmicreticulumstress［J］.NatCellBiol，2011，13(3):184－190.［20］TsaiYC，WeissmanAM.TheUnfoldedProteinResponse，DegradationfromEndo-plasmicReticulumandCancer［J］.GenesCancer，2010，1(7):764－778.［21］HasslerJ，CaoSS，KaufmanRJ.IRE1，adouble-edgedswordinpre-miRNAsli-cingandcelldeath［J］.DevCell，2012，23(5):921－923.［22］LiuY，AdachiM，ZhaoS，etal.Preven-tingoxidativestress:anewroleforXBP1［J］.CellDeathDiffer，2009，16(6):847－857.［23］GardnerBM，WalterP.UnfoldedproteinsareIre1-activatingligandsthatdirectlyin-ducetheunfoldedproteinresponse［J］.Science，2011，333(6051):1891－1894.［24］PincusD，ChevalierMW，AragonT，etal.BiPbindingtotheER-stresssensorIre1tunesthehomeostaticbehavioroftheunfoldedproteinresponse［J］.PLoSBiol，2010，8(7):e1000415.［25］ChoiAY，ChoiJH，LeeJY，etal.Api-geninprotectsHT22murinehippocampalneuronalcellsagainstendoplasmicreticu-lumstress-inducedapoptosis［J］.Neuro-chemInt，2010，57(2):143－152.［26］BaileyD，O＇HareP.TransmembranebZIPtranscriptionfactorsinERstresssignalingandtheunfoldedproteinresponse［J］.An-tioxidRedoxSignal，2007，9(12):2305－2321.［27］OyadomariS，MoriM.RolesofCHOP/GADD153inendoplasmicreticulumstress［J］.CellDeathDiffer，2004，11(4):381－389.［28］MaY，ShimizuY，MannMJ，etal.Plas-macelldifferentiationinitiatesalimitedERstressresponsebyspecificallysup-pressingthePERK-dependentbranchoftheunfoldedproteinresponse［J］.CellStressChaperones，2010，15(3):281－293.［29］LeeS，HurEG，RyooIG，etal.Involve-mentoftheNrf2-proteasomepathwayintheendoplasmicreticulumstressresponseinpancreaticbeta-cells［J］.ToxicolApplPharmacol，2012，264(3):431－438.［收稿日期］2014-11-16［修回日期］2014-12-17·0901·中国皮肤性病学杂志2015年10月第29卷第10期ChinJDermVenereol，Oct.2015，Vol.29，No.10ChaoXing