分子伴侶氧調節蛋白150在內質網應激相關疾病中的研究進展

郭曉宇 高 宇

(承德醫學院附屬醫院內分泌科，河北 承德 067000)

分子伴侶氧調節蛋白150在內質網應激相關疾病中的研究進展

郭曉宇 高 宇

(承德醫學院附屬醫院內分泌科，河北 承德 067000)

氧調節蛋白(ORP)150；內質網應激；未折疊蛋白反應；糖尿??；心血管疾病

多種因素可以影響內質網(ER)的功能，當未折疊蛋白或折疊錯誤的蛋白在ER腔中積聚時，可觸發ER應激(ERS)，進而導致ER未折疊蛋白反應(UPR)。氧調節蛋白(ORP)150是ERS重要的標志分子伴侶，且參與許多疾病的病理過程，但確切的作用機制尚不明確。本文綜述ORP150在ERS相關疾病中的表達變化可能發揮的作用。

1 ERS與ORP150

ER是真核細胞內重要的細胞器，主要參與各種跨膜蛋白質的合成、修飾和轉運。ER膜上的核糖體將新合成的蛋白分泌入ER腔內，在不同的分子伴侶和折疊酶的協助下對其進行翻譯后修飾和折疊。許多因素如營養物質缺乏或過剩，蛋白糖基化作用，鈣調節失調，氧化應激和腫瘤等，均可干擾ER正常的折疊功能，誘發ERS〔1〕。ERS時未折疊或錯誤折疊蛋白在ER腔積聚，激活UPR，參與多種疾病如糖尿病、動脈粥樣硬化、神經退行性疾病和癌癥等疾病的病理生理過程〔2，3〕。研究表明，ERS與糖尿病并發癥如糖尿病腎病(DKD)和糖尿病早期神經病變的發病機制有關，因此減輕ERS的相關藥物有望成為該類疾病治療的新靶點〔4，5〕。為了應對ERS所激發的特定信號轉導通路稱為UPR，主要包括以下3條途徑：蛋白激酶樣ER激酶(PEPK)，轉錄激活因子(ATF)6和肌醇激酶(IRE)1α與78 kD葡萄糖相關蛋白(GRP78)在ER膜上相結合，以保持其非活動狀態，當錯誤折疊的蛋白質在ER腔中積聚時，分子伴侶GRP78與PERK、ATF6、IRE1α受體解離，以促進未折疊或錯誤折疊的蛋白進行正確折疊。GRP78啟動后產生級聯式反應：PERK磷酸化后，真核起始因子(eIF)2α抑制mRNA的翻譯，從而減少蛋白質的進一步積累；然而，磷酸化的eIF2α可以選擇性誘導ATF4 mRNA翻譯。ATF6激活后從ER異位至高爾基體，隨后被S1P、S2P絲氨酸蛋白酶水解，形成有活性的ATF6。IRE1α通過裂解26個核苷酸的內含子誘導X-box結合蛋白(XBP)1 mRNA的表達。上述途徑產生的ATF4，ATF6和XBP進入細胞核后，激活核轉錄因子C/EBP同源蛋白(CHOP)和ORP150基因的轉錄。應激相關ORP150的表達與ATF4和ATF6有關〔6〕。

ORP150是10多年前首先在低氧環境大鼠星形膠質細胞中發現的，也稱為低氧上調因子(Hyou)1，它位于11號染色體長臂，由999個氨基酸編碼，全長3 301 bp〔7〕。ORP150基因序列包含了豐富的CCAATT順式作用元件，為ERS相關反應元件(ERSE)，當發生UPR時，ERSE與轉錄因子作用誘導ORP150轉錄。有研究指出，ATF4與ATF6可誘導ORP150在UPR時轉錄〔8〕。然而，UPR并不是ORP150轉錄的唯一途徑。Wang等〔9〕根據AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)調節的叉頭狀轉錄因子(FOX)O1與乙酰ORP150表達轉錄因子和脫乙酰FOXO1基因的啟動子區域直接合成ORP150，提出了AMPK上調轉錄依賴模型。以往ORP150被認為是ER中的一種常駐蛋白，然而Arrington等〔10〕證實了ORP150在線粒體中的存在。ORP150是分子伴侶熱休克蛋白(HSP)70家族中的一員，是機體應對應激產生的結果。缺氧、高葡萄糖狀態、衣霉素治療均可引起ERS從而上調ORP150 mRNA及蛋白的表達。ORP150高表達與許多ERS相關疾病密切相關，對某些疾病如糖尿病、心血管疾病等的發生發展中發揮促進或抑制作用。

2 ORP150與2型糖尿病

糖尿病的發病機制是由于胰島素抵抗和胰島β細胞胰島素分泌減少。胰島β細胞是體內糖代謝時唯一可以產生胰島素的細胞，其凋亡增加及數量減少是導致糖尿病發病的關鍵因素。2型糖尿病時由于拮抗外周胰島素抵抗導致的高胰島素分泌可能會加重ER中蛋白的錯誤折疊，使UPR慢性過度活化，從而導致ERS，時間過長或較為嚴重時可致胰島β細胞的凋亡，通過給予抗凋亡蛋白(APC)(帶有caspase功能域的凋亡抑制因子)治療后可以減輕ERS，促進β細胞的存活〔11〕。

研究發現ORP150高表達與糖尿病的發生發展密切相關。Nakatani等〔12〕通過研究先天性肥胖糖尿病小鼠(C57BL/KsJ-db/db)和C57BL6非糖尿病小鼠證實ORP150表達上調可減輕胰島素抵抗，改善糖尿病小鼠的血糖控制。反義ORP150高表達的非糖尿病C57BL6小鼠則出現了胰島素抵抗。與C57BL6非糖尿病小鼠相比，C57BL/KsJ-db/db肥胖糖尿病小鼠體內分子伴侶ORP150的表達顯著增高，證實在高血糖情況下肝臟內確實發生了ERS。為了進一步明確ORP150在胰島素抵抗和糖尿病中的作用，應用ORP150表達的腺病毒(AD-S-ORP150)轉染小鼠，上調其肝臟ORP150的表達，檢測是否可減輕肝臟的ERS。通過腹腔胰島素耐量試驗及正糖鉗夾試驗方法，探索ORP150在C57BL/KsJ-db/db小鼠肝臟胰島素抵抗過表達的作用，結果表明ORP150高表達時可以減輕肝臟胰島素抵抗，明顯改善葡萄糖耐量情況，而轉染了反義ORP150(Ad-AS-ORP150)過高表達的非糖尿病C57BL6小鼠的實驗結果則與上述結果完全相反。相對于被轉染ORP150的小鼠，轉染了反義ORP150的小鼠肝臟內重鏈結合蛋白(Bip)表達水平升高，腹胰島素敏感性下降，說明ERS在誘發糖尿病胰島素抵抗中起到關鍵作用，ORP150表達水平上調可以改善胰島素抵抗和糖耐量異常。Ozawa等〔13〕研究發現2型糖尿病中ORP150高表達可以增加骨骼肌和肝臟對胰島素的敏感性。雜合子ORP150-/+秋田小鼠ORP150高表達可以延遲糖尿病發病時間，并提高胰島素敏感性。相反，ORP150基因低表達可導致胰島素抵抗，從而加速糖尿病的發病進程。此外，ORP150的高表達可以減輕秋田小鼠骨骼肌和肝臟的氧化應激，這些結果均表明，ORP150表達高低與機體胰島素敏感性和氧化應激有關。ERS是糖尿病發病過程的一個關鍵因素，ORP150可能是緩解ERS狀態的重要介質。孫衛平等〔14〕研究早期胰島素治療糖尿病大鼠可以上調ORP150表達，減少Bip和膽固醇調節元件結合蛋白(SREBP)1的表達，促使肝內脂肪組織的重新分配，延緩糖尿病大鼠脂肪肝的進展。

ORP150高表達可以減輕胰島素抵抗，改善葡萄糖耐量，在緩解糖尿病癥狀中起到重要作用。然而其分子機制及信號途徑的潛在影響尚未研究清楚，可能是由于ORP150高表達增強了胰島素經胰島素底物受體(IRS)-1/蛋白激酶B(Akt)信號通路的轉導，從而發揮作用。ORP150高表達也可能參與抑制胰島β細胞的凋亡。以上研究結果表明，減輕ERS狀態有望成為糖尿病治療的新方法。

DKD是慢性腎臟疾病和終末期腎臟疾病一個主要原因。然而DKD是否可逆轉仍存在爭議。越來越多的證據〔15〕表明，ERS在腎小球疾病蛋白尿的產生機制中起到重要作用。研究表明由于ERS引起的足細胞凋亡在腎小球硬化過程中起重要作用，ORP150和CHOP是ERS在細胞凋亡作用中的關鍵〔16〕。Wang 等〔17〕證明黃芪甲苷可以緩解鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病大鼠ERS狀態，降低GRP78，ORP150 mRNA和蛋白水平的表達，減少CHOP的表達，抑制caspase-3的活化，進而減少足細胞的凋亡。糖尿病周圍神經病變是一種常見且嚴重的糖尿病并發癥，其特點是外周神經軸突的漸進性喪失。有研究表明，ERS在糖尿病周圍神經病變的發病機制中起著關鍵的作用，ORP150高表達可抑制神經元細胞中caspase-3的活性，抑制CHOP的表達，從而減少神經元細胞的凋亡〔18〕。

3 ORP150與心血管疾病

動脈粥樣硬化是一種慢性進展性疾病，其生理特點是由于粥樣斑塊的形成使動脈硬化和狹窄。當斑塊開始形成時，載脂蛋白B在動脈內皮下聚集，巨噬細胞可吞噬積聚的脂蛋白形成泡沫細胞，進而激活炎癥反應。ERS對動脈壁的影響也是導致動脈粥樣硬化的原因之一。ER參與多種脂質合成，而且脂質代謝和UPR有直接聯系〔19〕。ORP150在人類動脈粥樣硬化病變區高表達，甚至嚴重動脈粥樣硬化患者體內可以檢測到ORP150自身抗體，表明ORP150在ERS情況下可保護巨噬細胞，其機制可能與細胞的氧化應激有關。ERS介導的血管細胞凋亡可能會增加斑塊破裂的風險，引起血栓形成和心血管問題。因此，應更加關注ERS和隨后的凋亡在疾病的預防和治療中發揮的作用。

氧化型低密度脂蛋白(oxLDLs)是促進細胞凋亡也是動脈粥樣硬化的發病機制之一，Sanson 等〔20〕研究表明oxLDLs可以導致ERS誘導細胞凋亡，oxLDLs增多可使0RP150高表達，保護內皮細胞、平滑肌細胞和血管內皮細胞，從而抑制由于oxLDLs誘導的細胞凋亡。內皮細胞培養時加入oxLDLs后，ERS標記分子伴侶蛋白GRP78和ORP150表達均增高，ORP150表達增高可以顯著抑制oxLDLs誘導的caspase-3途徑的激活，從而抑制IRE1α和c-Jun氨基末端激酶(JNK)的磷酸化。此外，ORP150表達增多還可以抑制Akt磷酸化。

已有研究〔21〕證實ORP150可以抑制細胞凋亡，從而對缺氧心肌細胞起到保護作用。此外，應用ORP150腺病毒載體轉染心肌細胞，在缺血再灌注損傷后可維持鈣平衡，抑制caspase-3途徑的激活，減少線粒體細胞色素c釋放，拮抗由于缺氧引起的細胞凋亡的效應。因此，目前認為巨噬細胞、血管內皮細胞及心肌細胞中ORP150高表達在抑制凋亡中有重要作用，可成為防治心血管疾病的新療法。

4 ORP150與其他疾病

吸煙是慢性阻塞性肺疾病(COPD)的主要危險因素。香煙煙霧中含有尼古丁、重金屬、自由基、氧化劑、活性氧和氮等大量有害物質。過量或長期吸煙，可誘導肺泡上皮細胞ERS從而引起UPR和細胞凋亡〔22〕。依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的組蛋白脫乙酰酶(SIRT)1是一個著名的長壽基因，有利于減緩細胞衰老、抵抗應激、炎癥和基因修復，有研究證明COPD患者和小鼠模型的肺部，SIRT1表達下調〔23〕。Zhang等〔24〕研究證實當ORP150和SIRT1表達增多時，可以減少凋亡標記蛋白caspase-3，caspase-4和CHOP的表達，抑制肺泡上皮細胞凋亡，有望為COPD的預防和治療提供新方法。Kretowski等〔25〕研究表明，ORP150可在缺氧條件下誘導成纖維細胞中的表達，延緩人皮膚成纖維細胞凋亡與衰老。ORP150還可以抑制人乳腺癌MCF7細胞的凋亡與衰老，抑制腫瘤細胞中ORP150的表達或許可成為今后腫瘤治療中新的研究方向〔26〕。

缺氧、高血糖狀態、鈣調節失衡及某些化學刺激如毒胡蘿卜素均可導致ERS，ORP150作為ERS伴侶蛋白之一，它可以通過抑制ERS進而對細胞起到保護作用，維持鈣穩態，抑制細胞凋亡。此外，由于ORP150高表達可以促進IRS-1和Akt的磷酸化，對胰島細胞的存活及減輕胰島素抵抗具有積極作用，還可以促進血管內皮生長因子，促進新生血管的形成，有利于恢復機體正常的血流量。此外，ORP150高表達還可以影響多種疾病的病理生理過程，然而其在ERS相關疾病中的作用機制尚未研究清楚，但它可能是一個很有前途的藥物靶點。

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R587

A

1005-9202(2017)23-5995-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.23.113

河北省2017年度醫學科學研究重點課題(20170232)

高 宇(1973-)，女，醫學博士，碩士生導師，主任醫師，主要從事內分泌與代謝疾病研究。

郭曉宇(1989-)，女，碩士，主要從事內分泌與代謝疾病研究。

〔2016-10-12修回〕

(編輯 杜 娟)