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,腸上皮細胞(IEC)缺陷導致的腸黏膜屏障損傷是IBD的重要病因。其中,IEC內質網(wǎng)應激(endoplasmicreticulumstress,ERS)導致腸黏膜屏障功能受損,繼而參與IBD患病,更是倍受關注。1pro生產非負局部治療的ers作為細胞內最大的膜網(wǎng)絡結構,內質網(wǎng)(ER)擔負著蛋白質修飾、加工以及新生肽鏈的折疊、組裝和運輸?shù)闹厝?且為細胞內Ca2+的貯存場所。多種應激因素(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內蓄積以及Ca2+平衡紊亂,引發(fā)ERS。ER腔內的重要分子伴侶GRP78(又稱為BiP)協(xié)助新生蛋白正確折疊,ERS時表達增加,可視為ERS的標志蛋白。由ERS引發(fā)的真核細胞為減輕其而激活的一系列自身保護機制則稱為未折疊蛋白反應(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靶基因轉錄,減輕ERS。量化Xbp1s是判斷ERS的有效指標。PERK活化后則磷酸化eIF2α(p-eIF2α),導致蛋白翻譯無法啟動,緩解內質網(wǎng)負荷,并激活UPR靶基因如ATF4等。ATF6活化后轉移至高爾基體,經特異切割后釋放活性片段ATF6f,轉移至細胞核,并激活UPR靶基因轉錄。UPR的主要效應有:①上調分子伴侶(如GRP78)表達,以促進未折疊蛋白折疊;②抑制新蛋白質合成,以減輕負荷;③通過內質網(wǎng)相關降解作用(ERAD),降解未折疊或錯誤折疊蛋白。當上述效應仍無法緩解蛋白折疊缺陷并恢復內質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)時,ERS將啟動細胞凋亡(apoptosis),以清除產生缺陷蛋白的細胞。CHOP、JNK和caspase-12通路是ERS誘導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,介導細胞凋亡。需指出,UPR途徑通過相關信號間的“互話”平衡,對細胞轉歸至關重要。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的保護劑,化學或藥物分子伴侶,如苯基丁酸(PBA)或牛磺熊脫氧膽酸(TUDCA),能穩(wěn)定蛋白質的合成,增強ER折疊功能和促進突變蛋白的轉運,并在ERS相關疾病(如糖尿病)治療中,顯示出潛在應用前景。2ire1-/-小鼠腸道行為的核心產物—UPR途徑異常與黏膜屏障損傷腸黏膜上皮細胞(IEC)是代謝最為旺盛的細胞群之一,具有發(fā)達的內質網(wǎng)結構。同時,IEC受到腸腔共生菌群、黏膜炎性介質等ER應激原的持續(xù)作用。在4種IEC中,Paneth細胞和杯狀(Goblet)細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基因的小鼠可以產生類似于人類IBD的回腸炎,且純合子(Xbp1-/-)和相當一部分雜合子(Xbp1+/-)小鼠都會出現(xiàn)上述改變。與之相應,Xbp1-/-的IEC出現(xiàn)ERS,表現(xiàn)為grp78和Atf4轉錄增加等。一方面Paneth數(shù)量和分泌抗微生物肽(如α防御素)能力受損;另一方面杯狀細胞因凋亡減少近30%。XBP1缺陷時,IEC對炎性介質(TNF-α)或共生菌群產物(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,導致自發(fā)性回腸炎,并對DSS結腸炎易感性增加。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的敏感性。所以,IEC能自主調節(jié)其對共生菌群和炎性環(huán)境的反應性,但當反應達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表達均增加,提示IRE1β缺失可導致ER功能缺陷。與野生型或IRE1β+/-小鼠相比,IRE1β-/-小鼠在DSS處理后的結腸炎更重,并且反映腸道炎性標志物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是一種轉錄因子,主要參與ERS誘導的細胞凋亡過程。CHOP缺失小鼠能抵抗DSS結腸炎,GRP78表達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系。針對HIV的蛋白酶抑制劑能誘導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激活能介導外來刺激導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)是腸化學屏障的重要組成部分。這種強大的分泌功能無疑給杯狀細胞的ER造成極大負擔。當各種原因導致未折疊蛋白過度產生和蓄積時,就很容易產生ERS引起炎癥,甚至凋亡。MUC2需在ER中完成亞單位折疊及修飾。當基因突變導致MUC2蛋白裝配錯誤并在ER蓄積時,小鼠表現(xiàn)為杯狀細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、Xbp1mRNA剪切增加和細胞凋亡增多等。但當杯狀細胞完全缺失時,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胞內積聚,導致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)生的病因可能與調控上皮ERS有關。與IBD相關的一個關鍵驅動因素是腸腔菌群,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節(jié)UPR通路,誘導或抑制腸道炎癥。如鏈霉菌以產生“trierixin”毒素,抑制XBP1活化。產志賀毒素大腸桿菌中也有一種叫做AB5的強力細胞毒素,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生調節(jié)上皮UPR的因子。IL-10是重要的抑炎和黏膜屏障保護因子。IL-10-/-小鼠是經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表達上調,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的腸道上皮ERS。IL-10缺失時,上調的GRP78使促炎介質產生增多,甚至可誘發(fā)細胞凋亡。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產生增加,可引起嚴重的回腸炎。蛋白質組學分析表明,TNFARE/WT小鼠的IEC中延胡索酰乙酰乙酸酶(FAH)表達下降,導致FAA(fumarylacetoacetate)積聚。而體外實驗已表明,FAH下調和FAA積聚可誘導ERS,包括grp78表達增加、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細胞存在超微結構改變和炎性基因表達異常,在ATG16L1純合子突變的CD病人也有類似的改變。全基因組關聯(lián)研究(Genomewideassociationstudies,GWAS)證實,ATG16L1與人類CD有著極強的相關性。另一個自噬基因IRGM也與CD關系密切。這提示腸上皮細胞的自噬過程在黏膜屏障的維護和防止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誘導劑誘導的自噬小泡積聚。IRE1的過度活化是XBP1功能不全的重要特征。而IRE1的活化可能使細胞啟動自噬過程適應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-/-小鼠因細胞凋亡導致Paneth細胞缺失不同,Xbp1+/-小鼠雖有腸道炎癥和Paneth細胞功能不全,但無細胞數(shù)量減少,可能系JNK活化的程度不足以引起細胞凋亡,但可引起其他適應性改變,以應對ERS(如自噬)。在ERS細胞中,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胞的激活作用在IBD病人的小腸和結腸中,都能檢測到Xbp1剪切增加和ERS的存在。對超過1000例IBD病人進行基因組分析后發(fā)現(xiàn),在5個非同義SNP(nsSNPs,可導致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表達下降50%,就能引起IRE1的強烈活化,可以預測,在攜帶高危位點的XBP1位點突變人群中,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的細胞質中,MUC2前體的積聚和杯狀細胞超微結構的改變,并伴grp78表達增加,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,故UC時的ERS可能繼發(fā)于炎性反應或由于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,腸上皮細胞grp78表達增加程度是類似的。故當前的臨床研究顯示,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果?？梢灶A測,那些由于遺傳易感性而無法恰當處理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,會因炎性反應誘導的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細胞和Goblet細胞數(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的