未折疊蛋白與炎癥性腸病

未折疊蛋白與炎癥性腸病

炎癥腸疾?。╥bd）包括潰瘍性胃炎（tc）和克羅恩?。╟d）。這是一種早期和未完全確定病因的腸慢性炎癥疾病。近年來,我國臨床診治數(shù)量明顯增多。有證據(jù)表明,腸上皮細(xì)胞(IEC)缺陷導(dǎo)致的腸黏膜屏障損傷是IBD的重要病因。其中,IEC內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmicreticulumstress,ERS)導(dǎo)致腸黏膜屏障功能受損,繼而參與IBD患病,更是倍受關(guān)注。1pro生產(chǎn)非負(fù)局部治療的ers作為細(xì)胞內(nèi)最大的膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)擔(dān)負(fù)著蛋白質(zhì)修飾、加工以及新生肽鏈的折疊、組裝和運輸?shù)闹厝?且為細(xì)胞內(nèi)Ca2+的貯存場所。多種應(yīng)激因素(病原微生物、營養(yǎng)底物缺乏、脂肪超載、炎性因子、缺血缺氧等)均可造成未折疊或錯誤折疊蛋白在ER內(nèi)蓄積以及Ca2+平衡紊亂,引發(fā)ERS。ER腔內(nèi)的重要分子伴侶GRP78(又稱為BiP)協(xié)助新生蛋白正確折疊,ERS時表達(dá)增加,可視為ERS的標(biāo)志蛋白。由ERS引發(fā)的真核細(xì)胞為減輕其而激活的一系列自身保護(hù)機制則稱為未折疊蛋白反應(yīng)(unfoldedproteinresponse,UPR)。目前,已知的感知ERS并啟動UPR的主要分子包括IRE1α、PERK和ATF6等。ERS時,上述分子與GRP78解離,并活化。IRE1α活化后將轉(zhuǎn)錄因子XBP1的mRNA(Xbp1u)移碼剪接成為具有活性的Xbp1s,繼而激活一系列UPR靶基因轉(zhuǎn)錄,減輕ERS。量化Xbp1s是判斷ERS的有效指標(biāo)。PERK活化后則磷酸化eIF2α(p-eIF2α),導(dǎo)致蛋白翻譯無法啟動,緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負(fù)荷,并激活UPR靶基因如ATF4等。ATF6活化后轉(zhuǎn)移至高爾基體,經(jīng)特異切割后釋放活性片段ATF6f,轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核,并激活UPR靶基因轉(zhuǎn)錄。UPR的主要效應(yīng)有:①上調(diào)分子伴侶(如GRP78)表達(dá),以促進(jìn)未折疊蛋白折疊;②抑制新蛋白質(zhì)合成,以減輕負(fù)荷;③通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解作用(ERAD),降解未折疊或錯誤折疊蛋白。當(dāng)上述效應(yīng)仍無法緩解蛋白折疊缺陷并恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)時,ERS將啟動細(xì)胞凋亡(apoptosis),以清除產(chǎn)生缺陷蛋白的細(xì)胞。CHOP、JNK和caspase-12通路是ERS誘導(dǎo)凋亡的三條主要途徑,其中以CHOP途徑最為重要,而caspase-12途徑則是其特定的凋亡途徑。ERS時,caspase-12發(fā)生特定位點裂解,活化并激活caspase-9和caspase-3,介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。需指出,UPR途徑通過相關(guān)信號間的“互話”平衡,對細(xì)胞轉(zhuǎn)歸至關(guān)重要。ERS是一種廣泛存在的病因機制,可參與多種疾病的病程。而針對ER的保護(hù)劑,化學(xué)或藥物分子伴侶,如苯基丁酸(PBA)或?；切苊撗跄懰?TUDCA),能穩(wěn)定蛋白質(zhì)的合成,增強ER折疊功能和促進(jìn)突變蛋白的轉(zhuǎn)運,并在ERS相關(guān)疾病(如糖尿病)治療中,顯示出潛在應(yīng)用前景。2ire1-/-小鼠腸道行為的核心產(chǎn)物—UPR途徑異常與黏膜屏障損傷腸黏膜上皮細(xì)胞(IEC)是代謝最為旺盛的細(xì)胞群之一,具有發(fā)達(dá)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。同時,IEC受到腸腔共生菌群、黏膜炎性介質(zhì)等ER應(yīng)激原的持續(xù)作用。在4種IEC中,Paneth細(xì)胞和杯狀(Goblet)細(xì)胞的蛋白分泌功能最強,也最易受到ERS的影響。UPR途徑正常功能的發(fā)揮對維持IEC的ER穩(wěn)態(tài)極其重要,一旦出錯,就可能導(dǎo)致ERS和黏膜屏障損害。Kaser等首次揭示了腸上皮UPR途徑缺陷可引起黏膜屏障損害和IBD。他們發(fā)現(xiàn),腸道上皮條件性敲除Xbp1基因的小鼠可以產(chǎn)生類似于人類IBD的回腸炎,且純合子(Xbp1-/-)和相當(dāng)一部分雜合子(Xbp1+/-)小鼠都會出現(xiàn)上述改變。與之相應(yīng),Xbp1-/-的IEC出現(xiàn)ERS,表現(xiàn)為grp78和Atf4轉(zhuǎn)錄增加等。一方面Paneth數(shù)量和分泌抗微生物肽(如α防御素)能力受損;另一方面杯狀細(xì)胞因凋亡減少近30%。XBP1缺陷時,IEC對炎性介質(zhì)(TNF-α)或共生菌群產(chǎn)物(如Flagellin)更為敏感,更易引起JNK過度活化和趨化因子CXCL1分泌增加,導(dǎo)致自發(fā)性回腸炎,并對DSS結(jié)腸炎易感性增加。故而,ERS途徑不僅可影響腸道上皮的抗微生物能力,而且還能影響IEC對共生菌群和炎性介質(zhì)的敏感性。所以,IEC能自主調(diào)節(jié)其對共生菌群和炎性環(huán)境的反應(yīng)性,但當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定程度時就會引起腸道炎癥。IRE1基因包括IRE1α和IRE1β。IRE1β-/-小鼠腸道GRP78和磷酸化p38表達(dá)均增加,提示IRE1β缺失可導(dǎo)致ER功能缺陷。與野生型或IRE1β+/-小鼠相比,IRE1β-/-小鼠在DSS處理后的結(jié)腸炎更重,并且反映腸道炎性標(biāo)志物ICAM-1出現(xiàn)提前。相反,阻斷ERS凋亡途徑,能減輕甚至阻斷IBD的發(fā)生。CHOP是一種轉(zhuǎn)錄因子,主要參與ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過程。CHOP缺失小鼠能抵抗DSS結(jié)腸炎,GRP78表達(dá)水平也低于野生型小鼠。新近一項研究也支持ERS與腸黏膜機械屏障破壞的密切關(guān)系。針對HIV的蛋白酶抑制劑能誘導(dǎo)IEC的ERS,并繼發(fā)IEC凋亡增加、黏膜屏障削弱。阻斷CHOP后,可減輕黏膜屏障破壞的程度。由此可見,ERS和UPR激活能介導(dǎo)外來刺激導(dǎo)致的黏膜機械屏障受損。3有效控制兩菌株亞單位的累積杯狀細(xì)胞可分泌黏液糖蛋白(如MUC2等)和大量可溶性防御因子(如RELMβ)是腸化學(xué)屏障的重要組成部分。這種強大的分泌功能無疑給杯狀細(xì)胞的ER造成極大負(fù)擔(dān)。當(dāng)各種原因?qū)е挛凑郫B蛋白過度產(chǎn)生和蓄積時,就很容易產(chǎn)生ERS引起炎癥,甚至凋亡。MUC2需在ER中完成亞單位折疊及修飾。當(dāng)基因突變導(dǎo)致MUC2蛋白裝配錯誤并在ER蓄積時,小鼠表現(xiàn)為杯狀細(xì)胞中黏液貯存減少和腸上皮黏液層消失,并有ERS存在,即grp78上調(diào)、Xbp1mRNA剪切增加和細(xì)胞凋亡增多等。但當(dāng)杯狀細(xì)胞完全缺失時,則無自發(fā)性或誘發(fā)性腸炎,說明MUC2蛋白發(fā)生錯誤折疊時,不僅引起黏液層缺失和腸腔共生菌群與上皮直接接觸增加,可能還涉及到錯誤折疊蛋白在細(xì)胞內(nèi)積聚,導(dǎo)致ERS后繼發(fā)的促炎作用,引起腸炎。4il-10-/-小鼠和tnf-腸道菌群和炎性因子等因素影響IBD發(fā)生的病因可能與調(diào)控上皮ERS有關(guān)。與IBD相關(guān)的一個關(guān)鍵驅(qū)動因素是腸腔菌群,這是腸黏膜生物屏障的主體。有證據(jù)提示,腸腔微生物可能直接或間接調(diào)節(jié)UPR通路,誘導(dǎo)或抑制腸道炎癥。如鏈霉菌以產(chǎn)生“trierixin”毒素,抑制XBP1活化。產(chǎn)志賀毒素大腸桿菌中也有一種叫做AB5的強力細(xì)胞毒素,破壞GRP78功能而激活ERS。感染小鼠后其IEC中的UPR與Xbp1/小鼠極為相似。這些研究都顯示了腸腔微生物可產(chǎn)生調(diào)節(jié)上皮UPR的因子。IL-10是重要的抑炎和黏膜屏障保護(hù)因子。IL-10-/-小鼠是經(jīng)典的共生菌群依賴的IBD模型。共生菌群刺激可使IL-10-/-小鼠IEC中GRP78表達(dá)上調(diào),而在野生型小鼠則不會發(fā)生這種情況,提示IL-10能抑制共生菌群誘導(dǎo)的腸道上皮ERS。IL-10缺失時,上調(diào)的GRP78使促炎介質(zhì)產(chǎn)生增多,甚至可誘發(fā)細(xì)胞凋亡。TNF-α是腸黏膜中最重要的致炎因子之一,針對TNF-α的單克隆抗體(如Infliximab)已廣泛應(yīng)用于臨床IBD的治療。TNFARE/WT小鼠因刪除了TNF-α基因上游特定區(qū)域,增強了其mRNA穩(wěn)定性,TNF-α產(chǎn)生增加,可引起嚴(yán)重的回腸炎。蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明,TNFARE/WT小鼠的IEC中延胡索酰乙酰乙酸酶(FAH)表達(dá)下降,導(dǎo)致FAA(fumarylacetoacetate)積聚。而體外實驗已表明,FAH下調(diào)和FAA積聚可誘導(dǎo)ERS,包括grp78表達(dá)增加、eIF2α磷酸化(p-eIF2α)、促凋亡途徑CHOP和caspase-12活化等。5ers與自噬基因Cadwell等發(fā)現(xiàn),自噬(autophagy)基因Atg16l1次形態(tài)突變的Paneth細(xì)胞存在超微結(jié)構(gòu)改變和炎性基因表達(dá)異常,在ATG16L1純合子突變的CD病人也有類似的改變。全基因組關(guān)聯(lián)研究(Genomewideassociationstudies,GWAS)證實,ATG16L1與人類CD有著極強的相關(guān)性。另一個自噬基因IRGM也與CD關(guān)系密切。這提示腸上皮細(xì)胞的自噬過程在黏膜屏障的維護(hù)和防止IBD發(fā)生中發(fā)揮作用。ERS與自噬,這兩種IBD的危險因素都在Paneth細(xì)胞中匯聚,人們自然會聯(lián)想到上述通路之間是否會存在關(guān)聯(lián)。實際上有證據(jù)提示,ERS可能是自噬的啟動因素,可能的紐帶是IRE1。ERS誘導(dǎo)自噬的通路可能為IRE1-TRAF2-JNK途徑。TRAF2缺陷和JNK阻斷劑都可阻斷ERS誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)的自噬小泡積聚。IRE1的過度活化是XBP1功能不全的重要特征。而IRE1的活化可能使細(xì)胞啟動自噬過程適應(yīng)ERS而不至于發(fā)生凋亡。這可能在Xbp1+/-小鼠或XBP1次形態(tài)突變的IBD病人中尤為重要。與Xbp1-/-小鼠因細(xì)胞凋亡導(dǎo)致Paneth細(xì)胞缺失不同,Xbp1+/-小鼠雖有腸道炎癥和Paneth細(xì)胞功能不全,但無細(xì)胞數(shù)量減少,可能系JNK活化的程度不足以引起細(xì)胞凋亡,但可引起其他適應(yīng)性改變,以應(yīng)對ERS(如自噬)。在ERS細(xì)胞中,活化的IRE1可根據(jù)需要,作出凋亡抑或自噬的選擇。6性別民警對新型口周皮細(xì)胞的激活作用在IBD病人的小腸和結(jié)腸中,都能檢測到Xbp1剪切增加和ERS的存在。對超過1000例IBD病人進(jìn)行基因組分析后發(fā)現(xiàn),在5個非同義SNP(nsSNPs,可導(dǎo)致XBP1氨基酸序列改變)中,4個僅出現(xiàn)在IBD病人。研究人員對其中兩個IBD特異性的snSNP(M139I、A162P)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),存在這兩個SNP的IEC的UPR功能顯著降低。鑒于在Xbp+/-上皮中,XBP1表達(dá)下降50%,就能引起IRE1的強烈活化,可以預(yù)測,在攜帶高危位點的XBP1位點突變?nèi)巳褐?XBP1功能的輕度下降就可引起顯著后果。Heazlewood等觀察到,在UC病人IEC的細(xì)胞質(zhì)中,MUC2前體的積聚和杯狀細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的改變,并伴grp78表達(dá)增加,提示存在ERS。由于尚未發(fā)現(xiàn)Muc2基因多態(tài)性與人類IBD相關(guān),故UC時的ERS可能繼發(fā)于炎性反應(yīng)或由于UPR途徑(如XBP1)原發(fā)異常造成。Shkoda等發(fā)現(xiàn),在CD、UC和非IBD的炎性腸病病人中,腸上皮細(xì)胞grp78表達(dá)增加程度是類似的。故當(dāng)前的臨床研究顯示,上皮ERS既可作為腸道炎癥的啟動因素,也可成為腸道炎癥的結(jié)果?？梢灶A(yù)測,那些由于遺傳易感性而無法恰當(dāng)處理ERS的個體,不僅會因腸道上皮ERS的缺陷啟動腸道炎癥,而在炎癥開始后,會因炎性反應(yīng)誘導(dǎo)的ERS而加劇。7ers在染色體上的地位IEC作為具有高度分泌功能的細(xì)胞之一,極易受到ERS的影響。腸上皮XBP1缺失可引起IRE1過度活化,激活下游JNK等通路,引起Paneth細(xì)胞和Goblet細(xì)胞數(shù)量減少和功能障礙。已知Xbp1在染色體上的定位處含IBD易感的基因多態(tài)性,說明ERS是與腸道乃至其他器官炎癥有關(guān)的