郑州大学第一附属医院 内分泌科 450052
摘要：越来越多研究表明内质网应激介导β细胞功能障碍参与了糖尿病的发生及发展过程。内质网应激（Endoplasmic reticulus stress ERS）信号通路参与维持胰岛β细胞内质网稳态，适度的ERS对有利于细胞内环境恢复，但过久或太强的ERS可引起内质网稳态失去平衡，进而导致胰岛β细胞死亡或自身免疫性反应，引起糖尿病。减少内质网应激可能会成为治疗糖尿病的一个靶点。本文就ERS与各型糖尿病之间关系作一综述。
一、ERS和UPR
1、ERS
内质网在细胞内有多种重要功能，是细胞内钙离子的贮存场所，也是蛋白质合成与翻译后修饰、正确折叠和装配的主要细胞器，对应激比较敏感。不论在生理或病理状态下，均可使内质网腔Ca2+消耗、蛋白质从内质网向高尔基体转运减少、蛋白质过度表达，导致错误折叠及UP在内质网腔蓄积，引起内质网功能紊乱，称为ERS[1]。根据诱发原因不同，将ERS分3种：①未折叠或错误折叠蛋白在内质网腔大量蓄积引发UPR；②正确折叠的蛋白质在内质网腔内大量积累，进而激活NF-κB而引发的内质网负荷过度反应；③胆固醇缺少引起的固醇调节元件结合蛋白质通路调节的反应。无特殊说明，一般所说的ERS指促进内质网对腔中未折叠或错误折叠蛋白处理，使细胞内环境稳态的恢复和维持细胞存活有利，即未折叠蛋白反应（unfolded protein responss UPR）。但持久或过强的ERS就会使内质网功能受到损害，从而引起细胞代谢紊乱及凋亡[2]。
2、UPR
ERS产生使细胞适应的保护反应即为UPR，UPR可缓解ERS，维持蛋白质稳态，已明确有四种UPR：①分子伴侣表达过多，减少UPR聚集；②减少翻译，防止未折叠蛋白继续聚集；③通过与内质网相关蛋白降解途径增加UPR清除；④功能损伤过于激烈时引起的细胞凋亡。
UPR是由内质网的一个分子伴侣GRP78与3个内质网应激的感受蛋白所调节的。三个感受蛋白分别为 ATF6、PERK和IRE-1。这三种跨膜蛋白也被称作内质网感受器[3-4]。无ERS时，这三种蛋白分别与分子伴侣GRP78/BIP 结合，处于失活状态。当ERS时，UPR在内质网内蓄积使GRP78/BIP与三种跨膜蛋白分离，结合UPR，解离后的蛋白被激活，并启动UPR，以减少未折叠或错误折叠蛋白在内质网腔蓄积，这是一个促进生存的过程[5]。
2.1 ATF6-ERSE信号通路 ATF6为存在内质网上的跨膜蛋白，在内质网内主要负责感应蛋白的折叠情况。由激活结构域和含bZIP的与DNA结合的区域组成[11]。ERS时，BIP/GRP78与ATF6的偶联即解除，ATF6可从内质网转到高尔基体，并被高尔基体内S1P与S2P蛋白酶分别依次切割，释放出含有N端的激活结构域，产生有活性的ATF6，激活后的ATF6作为转录因子进入细胞核，诱导含有ERS反应元件CCAAT（N）9CCACG的基因启动子开始转录。一些重要分子伴侣，如 BIP、XBP1都认为ATF6下游靶基因。最近研究表明，ATF6活化后可抑制转录因子cAMP的反应元件结合蛋白的活性，降低肝糖异生关键酶PEPCK与G6Pase的表达[6]。
2.2 PERK-eIF2α信号通路 PERK是eIF2α蛋白激酶家族中的一员。ERS时，与BIP/GRP78解除关联的PERK蛋白可形成同源二聚体，和真核生物起始因子2的α亚单位结合并使eIF2α上的N端第51位丝氨酸磷酸化，磷酸化后的eIF2a能抑制翻译起始复合物中GDP和GTP的数量，抑制蛋白的翻译与合成，降低新生蛋向内质网内流，防止UP的增加。ATF4属于CCAAT 增强子结合蛋白的转录因子，进入细胞核后可作用下游因子。通过加强氨基酸代谢、氧化还原反应和缓解细胞应激反应使细胞存活。持久ERS也会激活CCAAT增强子结合蛋白和细胞生长抑制、DNA损伤诱导基因等蛋白的表达，使细胞进入ERS诱导的凋亡程序[7-8]。
2.3 IRE1-XBP1s 信号通路 IRE1是Ⅰ型内质网跨膜蛋白。IRE1的N端是位于内质网腔可以感应未折叠蛋白，通过自身二聚化而感受ESR。在哺乳动物和人类细胞中，IREI基因有两种类型，IREla在不同组织和细胞中普遍表达，IRElβ表达比较局限，主要存在胃肠道上皮细胞。XBP1单独或与ATF6一起可以激活下游一系列UP基因的转录。虽然XBPl是现在唯一已知的IREI内切酶底物，但也有研究报道IREI的内切酶活性可以使某些特定的mRNA降解，进而减少相关的蛋白质的翻译以减轻ERS的压力[9]。
二、ERS在各型糖尿病中的作用
1.ERS在T1DM中的作用 研究证明，ERS介导的自身免疫性β细胞破坏在T1DM中起重要作用[10]。ERS不同于免疫介导在β细胞破坏中所起的重要作用，它可以在1型糖尿病自身免疫反应中通过调节免疫细胞的功能而产生影响[11]。特定β细胞抗体在T1DM自身免疫的发生和进展中作为重要标志物已被广泛认可。近期研究[12-13]主要强调固有免疫在T1DM发病机制中的重要性，且UPR通路中的元素参与调解固有免疫应答。CREBH，一种ERS相关的转录因子的表达，可以被炎症细胞因子（如IL-6和IL-1β）诱导，这些炎症细胞因子反过来调解血清淀粉样物如P结合蛋白和CRP的转录。
在1型糖尿病患者中，β细胞减少是胰岛素缺乏的直接原因。T1DM的β细胞中发生的ERS主要是渗透性免疫细胞产生的前炎性细胞活素诱导的β细胞破坏。NO是TIDM自身免疫应答中产生的炎症介质。研究表明，过多的NO可以以CHOP依赖型的方式诱导β细胞凋亡[14]。因此NO在T1DMβ细胞的凋亡中起重要作用。
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2.ERS在T2DM中的作用 ERS在β细胞功能障碍方面中起重要作用，在T2DM患者中发现，其可能是β细胞凋亡的引爆点。据研究表明[17]β细胞凋亡主要是不断升高的血糖和游离脂肪酸不能合理地处理和储存所致。不论是长期的高血糖状态还是饱和游离脂肪酸均可导致胰岛β细胞凋亡和减少。长期的高血糖状态可通过代谢、饱和游离脂肪酸产生代谢产物所致脂毒性引起氧化应激。氧化应激通过上调ROS、减少mRNA表达、灭活β细胞特定的转录因子，以减少胰岛素原合成，并且调节β细胞分化、增殖、存活所必需的胰岛素原基因和多个下游基因。因此，氧化应激是诱导β细胞凋亡的一个重要因素。
3.ERS在Wolfram综合征中的作用 Wolfram 综合征是一种常染色体隐性遗传病。近年来研究发现，其胰岛素依赖性糖尿病与WFS1 基因突变有关[15]。WFS1所编码的产物Wolframin，是内质网上的一种跨膜蛋白。WFS1在ERS负反馈调节信号通路中起重要作用并且可以抑制细胞的分泌功能，比如，ERS所致的胰腺β细胞凋亡，引起糖尿病。研究表明[16]，WFS1是内质网应激信号通路的一个重要调节器，WFS1基因可以通过泛素-蛋白酶体通路下调内ERS信号通路的转录因子ATF6a。同时，WFS1可限制内质网上的Na+/K+ ATP酶β-1亚单位。Na+/K+ ATP酶的缺陷在细胞凋亡和神经退行性疾病中起重要作用，而WFS1基因突变可以诱导多种器官的Na+/K+ ATP酶发生缺陷，进而导致Wolfram综合征。
4.ERS在Wolcott-Rallison 综合征中的作用 Wolcott-Rallison 综合征是一种少见的常染色体隐性遗传病。以新生儿期或婴儿期发生的1型糖尿病、多发性骨骺发育不良及肝肾功能异常、智力缺陷和心血管功能异常为主要特点。
WRS是由于真核生物翻译起始因子-2a-激酶-3基因（编码PERK的基因）发生突变，导致胰岛β细胞功能缺陷及数量减少，胰岛素分泌不足所致。对于PERK-/-的小鼠，极易患糖尿病，且随着年龄增长，β细胞进行性凋亡，血糖水平越来越高。相同的，eIF2a的突变所导致的UPR的破坏，可以增强ERS诱导的细胞凋亡的敏感性，从而导致糖异生缺陷。对于eIF2a基因，Ser51Ala杂合突变的小鼠，表现为胰岛素分泌减少。总而言之，当PERK/eIF2a缺陷时，不论在人类还是在小鼠中均表现为在ERS时β细胞极易受到攻击。
三、问题与展望
尽管各型糖尿病和ERS的关系均有研究，但是具体机制尚不清楚，仍需进一步的深入研究。另外，通过研究内质网应激与糖尿病的关系，可为糖尿病的治疗提供新的切入点，将来有望通过改善内质网功能而治疗糖尿病。
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论文作者:彭佳欣（综述）,栗夏莲（审校）
论文发表刊物:《健康世界》2015年12期
论文发表时间:2016/5/23
标签：内质网论文; 细胞论文; 蛋白论文; 转录论文; 糖尿病论文; 凋亡论文; 基因论文; 《健康世界》2015年12期论文;