內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心血管疾病EndoplasmicReticulumStressERS課件

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激—

與心血管疾病

EndoplasmicReticulumStress，ERS唐朝樞北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部生理與病理生理學(xué)系北大醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究所1

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激—

與心血管疾病

基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)步基因組關(guān)聯(lián)研究(Genome-wideAssociationStudy,GWAS)對(duì)復(fù)雜性疾病成套DNA和全基因組測(cè)序和掃描，建立世界資源共享的相關(guān)疾病的基因變異數(shù)據(jù)庫(kù)-dbGAP。5-10年內(nèi)鑒定出人類各重要疾病的主要基因及其變異類型。十幾個(gè)國(guó)家“癌基因組計(jì)劃”(ICGC)10-15年，計(jì)劃對(duì)十幾種腫瘤，25000個(gè)樣本全基因組序列和SNP分析。人們對(duì)此寄予巨大的期待和希望。2基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)步2GWAS（2019），公布了乳腺癌、白血病、冠心病、肥胖癥、糖尿病、精神分裂癥等幾十種疾病的結(jié)果。累計(jì)9900篇論文；確定了一系列疾病發(fā)病的致病基因、相關(guān)基因、易感區(qū)域和SNP的變異。我國(guó)十一五優(yōu)先安排，獲得銀屑病的結(jié)果。反思：NEJM(09.4.15)和Nature(09.5.12)：全基因組分析高出低入，所得結(jié)果龐雜無(wú)序，多數(shù)的基因變異與疾病并不關(guān)聯(lián)。實(shí)施的100余項(xiàng)GWAS的結(jié)果，許多是罕見的基因變異而不是關(guān)鍵基因，部分變異僅與疾病危險(xiǎn)因子、誘發(fā)或影響因子有關(guān)，而不是疾病直接相關(guān)聯(lián)的基因。3GWAS（2019），公布了乳腺癌、白血病、冠心病、肥胖癥例：高血壓[PLoSOne.2009Jun29;4(6):e6034.]160generegions(genicregion+/-10kb)covered2,411SNPsacross11.4Mb.Markerdensitiesingenesvariedfrom0(n=11)to0.6SNPs/kb.

ThelackofassociationsinBPcandidategenesmaybeattributedtoinadequatemarkercoverageonthegenome-widearrays,smallphenotypiceffectsofthelociand/orcomplexinteractionwithlife-styleandmetabolicparameters.

調(diào)整：以“外顯子”為全基因組分析的中心。但是基因的改變不僅在外顯子，不限于單核苷酸序列的變化，在內(nèi)含子、非編碼區(qū)，特別有功能的非編碼區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能改變也重要。不能急功近利，而應(yīng)回歸理性，進(jìn)行更長(zhǎng)遠(yuǎn)的科學(xué)研究。以疾病表現(xiàn)型為靶的全基因組關(guān)聯(lián)研究是目前轉(zhuǎn)換醫(yī)學(xué)研究的重要任務(wù)。4例：高血壓[PLoSOne.2009Jun29;4(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

EndoplasmicReticulumStress，ERS5內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

EndoplasmicReticul內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmicreticulumstress,ERS)機(jī)體應(yīng)激----機(jī)體調(diào)動(dòng)內(nèi)源性防御性體系對(duì)損傷的抵抗或適應(yīng)性反應(yīng)[下丘腦—神經(jīng)內(nèi)分泌體液]應(yīng)激相關(guān)性疾病physicalS,mentalS,oxidativeS,metabolicS,andgenotoxicS,….細(xì)胞應(yīng)激細(xì)胞-生命的最基本單位細(xì)胞器反應(yīng)--核應(yīng)激,線粒體應(yīng)激,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

ER--細(xì)胞腦；ER—Mt對(duì)話as腦腸對(duì)話ERS—細(xì)胞應(yīng)激的始動(dòng)（/共同）環(huán)節(jié)ER內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)ER功能的保證，ERS反應(yīng)實(shí)際上一種亞細(xì)胞水平上的保護(hù)性手段[調(diào)動(dòng)細(xì)胞的防御體系]6內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmicreticulumst內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的研究進(jìn)展

ERS廣泛參與阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病、雙相性精神障礙、朊病毒病、糖尿病、代謝綜合征、腫瘤、酒精中毒、藥源性臟器損傷、病毒感染、遺傳性高酪氨酸血癥等發(fā)病7內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的研究進(jìn)展ERS廣泛參與阿爾茨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能蛋白合成與修飾固醇代謝細(xì)胞內(nèi)Ca2＋調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)自由基生成啟動(dòng)凋亡始動(dòng)線粒體應(yīng)激（ER-Mitosignaling)始動(dòng)核應(yīng)激(ER-Nuclearsignaling)合成與組裝應(yīng)激蛋白分子可興奮組織富含ER/SR：神經(jīng)腺體肌肉8內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能8ChristopherC.Glembotski.Circ.Res.2019;101:975-984EndoplasmicReticulumStressintheHeart

------doubleedgedsword

9ChristopherC.Glembotski.CiERS激活的信號(hào)通路細(xì)胞環(huán)境改變：缺血缺氧溫度滲透壓中毒等[細(xì)胞應(yīng)激原]（一）Unfoldedproteinresponse,UPR

錯(cuò)誤折疊與未折疊蛋白質(zhì)不能按正常途徑出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)從而在其腔內(nèi)聚集所致的細(xì)胞器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與胞核、核糖體、高爾基體等多種細(xì)胞器的信號(hào)傳遞。（二）ER-overloadresponse，EOR

蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)聚集所致。EOR的效應(yīng)是激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，與ERS時(shí)Ca2＋貯釋放以及活性氧產(chǎn)生有關(guān)。10ERS激活的信號(hào)通路10TheUPRpathwayinmammaliancellsZhaoLH,etal.CurrentOpinioninCellBiology2019;18:444–45211TheUPRpathwayinmammaliancProteintraffickingfromtheERMALHOTRAJD,etal.

ANTIOXIDANTS&REDOXSIGNALING.2019;9(12):2277-229312ProteintraffickingfromtheE（三）固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)

ER膜含有sterolregulatoryelementbindingprotein（SREBP）和SREBPcleavage-activatingprotein（SCAP）。ERS時(shí)在ER膜表面合成的膽固醇耗竭，激活了SREBP，其與SCAP形成復(fù)合物，進(jìn)而被酶解成為轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入胞核，與靶基因的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合，增強(qiáng)靶基因轉(zhuǎn)錄。13（三）固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)13CellDeathandDifferentiation.2019;13:363–373ERstresssignalingpathway14CellDeathandDifferentiationMammalianresponsepathwaysforERstressHiderouYoshida.FEBSJournal.2019;274:630–65815Mammalianresponsepathwaysfo

ERS的效應(yīng)（一）誘導(dǎo)應(yīng)激蛋白表達(dá)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶，如glucose-regulatedprotein/immunoglobulin-bindingprotein（GRP78、GRP94）、ERp29、ERp72、calreticulin、calnexin和ORP150（oxygen-regulatedprotein）與蛋白加工和Ca2+相關(guān)的酶，如proteindisulfideisomerase(PDI）、SERCA其它:HO-1、SHPs、stress-associatedERprotein1(SERP1）、Herp、胞漿蛋白和核蛋白等（二）抑制蛋白質(zhì)翻譯

UPR和EOR主要效應(yīng)，其一是eukaryotictranslationinitiationfactor2α(eIF2α)被雙鏈RNA激活的蛋白激酶(PKR)或PKR樣ER激酶(PERK）磷酸化而激活；二是Ire1β酶切28S核糖體RNA意義：減輕ER內(nèi)蛋白加工機(jī)制的負(fù)擔(dān)可減輕細(xì)胞損傷16ERS的效應(yīng)16（三）NF-κB激活的效應(yīng)NF-κB是EOR的核心靶因子，也是免疫-炎癥反應(yīng)的核心轉(zhuǎn)錄因子（四）影響脂類代謝

固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)所激活的轉(zhuǎn)錄因子SREBP的靶基因包括：膽固醇合成酶系的基因，脂肪酸合成酶系的基因，與細(xì)胞攝取膽固醇和脂肪酸相關(guān)的蛋白的基因等。意義：調(diào)節(jié)膽固醇和脂肪酸的合成與攝取，影響生物膜合成。

(五）[Ca2+]i調(diào)節(jié)和氧化應(yīng)激反應(yīng)

17（三）NF-κB激活的效應(yīng)17（六）過(guò)強(qiáng)/持續(xù)ERS誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與自噬

ER含有促凋亡因子如caspase-12、CHOP/GADD153、Cnx1;也含有抑制因子如BaxinhibitorI、Bap31、GRP78、PDI、ORP150激活Caspase-12:ERS使胞漿caspase-7轉(zhuǎn)位至ER表面，酶切ER漿面的caspase-12。GRP78可抑制caspase-12所致凋亡誘導(dǎo)CHOP（C/EBPhomologyprotein）表達(dá)。其基因含有ERSE，可被ERS誘導(dǎo)表達(dá)繼而促進(jìn)凋亡激活線粒體介導(dǎo)的凋亡通路其它機(jī)制，如活化的Ire1激活JNK;激活A(yù)poptosissignal-regulatingkinase1(ASK1)-amemberoftheMAPKKK(MAP3K)family

18（六）過(guò)強(qiáng)/持續(xù)ERS誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與自噬18ERstress-inducedapoptoticpathwaysHiderouYoshida.FEBSJournal.2019;274:630–65819ERstress-inducedapoptoticpaMammalianERstressresponseHiderouYoshida.FEBSJournal.2019;274:630–65820MammalianERstressresponseHi應(yīng)激-適應(yīng)相關(guān)疾病發(fā)病的細(xì)胞分子機(jī)制誘發(fā)ERS產(chǎn)生細(xì)胞保護(hù)；通過(guò)轉(zhuǎn)基因等方法使ER分子伴侶等高表達(dá)可能成為細(xì)胞保護(hù)的重要策略抑制持續(xù)或過(guò)強(qiáng)ERS作為防治‘慢性適應(yīng)不良性疾病’的重要策略

問(wèn)題：ERS與線粒體和胞核等其它細(xì)胞器應(yīng)激之間的關(guān)系、其在組織與器官功能障礙中的作用、在疾病發(fā)生與發(fā)展中的意義等，這些問(wèn)題的解決將有助于揭示疾病的亞細(xì)胞機(jī)制并尋找有效的防治措施21應(yīng)激-適應(yīng)相關(guān)疾病發(fā)病的細(xì)胞分子機(jī)制21ERS反應(yīng)過(guò)程（一）早期蛋白質(zhì)合成啟動(dòng)暫停

迅速發(fā)生（~數(shù)分鐘）參與翻譯起始復(fù)合體形成的eIF2有α、β、γ亞基,磷酸化eIF2α蛋白可抑制eIF2β的GTP-GDP交換功能，使eIF2不能被重復(fù)利用促進(jìn)磷酸化反應(yīng)的蛋白激酶分別是GCN2、HRI、PKR。ERS都經(jīng)過(guò)PERK（PKR-likeERKinase,PERK）激活eIF2α蛋白磷酸化，然后產(chǎn)生蛋白質(zhì)翻譯啟動(dòng)的停頓負(fù)反饋性抑制蛋白質(zhì)合成，減輕了新合成蛋白的進(jìn)一步堆積，這種抑制是一種臨時(shí)的防御性措施22ERS反應(yīng)過(guò)程22

（二）ERS中期整合應(yīng)激反應(yīng)

ERS原較長(zhǎng)時(shí)間暴露時(shí)，ER特有應(yīng)激蛋白如伴侶蛋白GRP78、GRP94以及GADD34、CHOP、ATF4等表達(dá)增加，從而提高受損細(xì)胞應(yīng)付未折疊蛋白或抵御其它應(yīng)激因素的能力這些應(yīng)激蛋白表達(dá)增加的中間環(huán)節(jié)離不開磷酸化eIF2α的直接參與磷酸化eIF2α蛋白整合了包括蛋白質(zhì)合成的恢復(fù)與特有應(yīng)激蛋白的表達(dá)等后磷酸化eIF2α蛋白反應(yīng)，這類反應(yīng)總稱為整合應(yīng)激反應(yīng)（integratedstressresponse,ISR),需1-2小時(shí)才能完成23（二）ERS中期整合應(yīng)激反應(yīng)23（三）后期內(nèi)質(zhì)網(wǎng)性凋亡過(guò)程

整合應(yīng)激反應(yīng)的演進(jìn)，一方面調(diào)動(dòng)應(yīng)激反應(yīng)蛋白以抵御應(yīng)激誘因所存在的有害影響和調(diào)整ER功能以適應(yīng)新的內(nèi)環(huán)境變化要求另一方面也表達(dá)有可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡的應(yīng)激蛋白調(diào)節(jié)基因如CHOP等，以備最后清除根本無(wú)法恢復(fù)正常功能的受損細(xì)胞.有一套自身完整的、與線粒體性細(xì)胞凋亡平行的信號(hào)傳遞通路：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性降解（ER-associateddegradation,ERAD）.ERAD大體包含ERS誘導(dǎo)CHOP/GADD153表達(dá)、c-JNK的活化和/或capase-12蛋白水解酶的活化等方式24（三）后期內(nèi)質(zhì)網(wǎng)性凋亡過(guò)程24內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心肌重塑和心力衰竭

細(xì)胞應(yīng)激原(缺血缺氧牽張神經(jīng)內(nèi)分泌因子)---細(xì)胞應(yīng)激(ERS,分子markers)---適應(yīng)反應(yīng)心肌肥大向心衰發(fā)展(持續(xù)ER