未折疊蛋白反應(yīng)與女性生殖障礙的研究進(jìn)展2024（全文）

未折疊蛋白反應(yīng)與女性生殖障礙的研究進(jìn)展2024(全文)子伴侶與蛋白折疊酶的表達(dá)，調(diào)整蛋白折疊、胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[1]。UPR是一種細(xì)胞面對應(yīng)激刺激時(shí)所作出適應(yīng)性改變的生理性應(yīng)答，若其在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體響應(yīng)不細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失衡，并誘發(fā)炎癥、代謝及衰老相關(guān)表明UPR在女性正常生殖過程中發(fā)揮重要作用，UPR異常可能會導(dǎo)致卵巢早衰(prematureovarianfail通過其發(fā)生細(xì)胞器的不同可分為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊蛋白反應(yīng)(endoplasmicreticulumunfoldedproteinresponse,UPRer)與線粒體未折疊蛋白詳見圖1。線粒體基質(zhì)ATF6PERK細(xì)胞核相關(guān)降解程序相關(guān)降解程序心長正確折疊NRF1R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶；IRE1示I型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白激酶；SIP示位點(diǎn)1蛋白酶；S2P示位點(diǎn)2蛋白酶；RIDD示調(diào)控IRE1依賴性衰變；ERSE示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)元件；eiF2a示真核細(xì)胞起始因子2α;XBP1示X盒結(jié)合蛋白1;HSP示熱休克蛋白；CLPP示ATP依賴性蛋白水解酶；LONP1示Lon蛋白酶1;CHOP示CEBP同源蛋白；PKB示磷酸激酶B;ERα示雌激素受體α;FOX03A示叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子3A;NRF1示核呼吸因子1;SOD2示超氧化物歧化酶2;SIRT示去乙?；笀D1未折疊蛋白反應(yīng)分類與其信號通路途徑1.UPRer:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為真核細(xì)胞的關(guān)鍵細(xì)胞器，是蛋白質(zhì)合成、加工與修飾的核心場所，并在脂質(zhì)合成、鈣離子貯存以及糖原合成與分解過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[3]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)使蛋白質(zhì)的折疊能力及新合成的蛋白質(zhì)量處于動(dòng)態(tài)平衡——當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)受到氧化應(yīng)激、鈣離子失衡及炎癥刺激等因素影響時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)加工受阻，為避免未折疊蛋白或錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積聚，細(xì)胞會啟動(dòng)UPRer,促進(jìn)細(xì)胞核中分子伴侶及蛋白折疊酶表達(dá)，以緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmicreticulumstress,ERS)壓力，確保內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。這一過程涉及細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核雙向通信，通過增強(qiáng)蛋白質(zhì)折疊能力、加速錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)降解等方式釋放內(nèi)胞凋亡[5]。kinaseR-likeendoplasmicreticulumkinase,PERK)通路與I型內(nèi)路的協(xié)同激活，共同促進(jìn)UPRer的發(fā)生[7]。位點(diǎn)2蛋白酶(site2protease,S2P)切割和修飾。這一過程會產(chǎn)生具反應(yīng)元件(endoplasmicreticulumresponseelement,ERSE)上的蛋白質(zhì)的正常加工[9-10]。核細(xì)胞起始因子2a(eukaryoticinitiationfactor2a,eiF2a)的第51酸化，此時(shí)通過其內(nèi)切酶活性剪切X盒結(jié)合蛋白1(X-boxbindingprotein1,XBP1)mRNA中切酶還可以剪切內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)mRNA,通過調(diào)控IRE1依賴性衰變(regulatedIRE1-dependent(proteindisulfide質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)伴侶蛋白47,與BIP競爭性結(jié)合IRE1,使BIP與IRE1解離，成分或物理性質(zhì)改變造成的細(xì)胞應(yīng)激稱為脂雙層應(yīng)激(lipidbilayerstress,LBS),以區(qū)別于ERS,并認(rèn)為LBS激活跨膜蛋白感受器的機(jī)制不同于ERS,但仍需進(jìn)一步研究探索[19]。核連蛋白1(nucleobindin1,NUCB1)是首次被確定的定位于高爾基的切割修飾作用，從而阻止ATF6的激活，負(fù)調(diào)控UPRer減弱PERK信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而負(fù)反饋調(diào)控UPRERβ的5種亞型之一，它是野生全長型ERβ,編碼含530個(gè)氨基酸的蛋 轉(zhuǎn)錄因子應(yīng)激相關(guān)激活轉(zhuǎn)錄因子-1(activatingtranscriptionfactorassociatedwithstress-1,ATFS-1)的雙向定位所調(diào)控[28]。相比于線蟲，哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的線粒體功能更為復(fù)雜及多樣化，并存在多條及C/EBP同源蛋白(C/EBPhomologousprotein,CHOP)的YME1L1)的啟動(dòng)子上，從而促進(jìn)誘導(dǎo)線粒體HSP與蛋白酶表達(dá)，增強(qiáng)線粒體內(nèi)部的蛋白折疊能力[29-31]。UPR。當(dāng)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)在線粒體內(nèi)膜間隙大量積累時(shí)，致使活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)依賴性的磷酸激酶B(proteinkinaserespiratoryfactor1,NRF1)轉(zhuǎn)錄激活以促進(jìn)蛋白酶表達(dá)與激活蛋白酶體活性，調(diào)節(jié)線粒體呼吸鏈功能與線粒體蛋白質(zhì)量水平[32-33]。也參與調(diào)控UPRmt[34]。SIRTs是一類進(jìn)化上高度保守的NAD+依賴表達(dá)由線粒體內(nèi)積聚的未折疊與錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)蛋白未折疊毒性應(yīng)激時(shí)，SIRT1/SIRT3被激活從而介導(dǎo)叉頭樣轉(zhuǎn)3A(forkheadboxO3A,FOXO3A)去乙?；⒅匦露ㄎ恢良?xì)胞核，誘導(dǎo)超氧化物歧化酶2(superoxidedisumtase2,SOD2)和過氧化氫復(fù)正常[34]。SIRTs信號通路是通過抗氧化作用，保護(hù)細(xì)胞免受ROS應(yīng)激，從而從根源上抵抗?jié)撛诘腻e(cuò)誤折疊蛋白與未折疊蛋白的積聚。性氧(mitochondrialreactiveoxygen粒體蛋白前體(mitochondrialproteinc-mtProt)的積累[35]。當(dāng)細(xì)胞受到應(yīng)激刺激，細(xì)胞質(zhì)中mtROS的表proteinfamily氧化細(xì)胞質(zhì)中的DNAJA1,進(jìn)而增強(qiáng)細(xì)胞質(zhì)中HSP70對c-mtProt的招募，也因此，原本與HSP70結(jié)合的熱休克轉(zhuǎn)錄因子1(heatshock人員通過計(jì)算機(jī)篩選并設(shè)計(jì)一種與HSP60頂端結(jié)構(gòu)域相結(jié)合的藥理學(xué)抑制劑DCME1,可破壞HSP60與CLPP的相互作用，抑生，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)無法生長存活[36]。在亨廷頓舞蹈癥(Huntington'sdisease,HD)中也發(fā)現(xiàn)HD細(xì)胞中亨廷頓蛋白突變可使細(xì)胞中線粒體HSP60與CLPP的表達(dá)下降，抑制UPRmt的激活，這可能是導(dǎo)致該疾病患者線粒體功能異常的發(fā)生機(jī)制之一[37]。在乳腺癌中發(fā)現(xiàn)，癌細(xì)胞中存在SIRT3/FOXO/SOD2軸激活導(dǎo)致的UPRmt可使癌細(xì)胞對順鉑的敏感性下降，而SIRT3沉默可通過抑制UPRmt信號來恢復(fù)其對化療的敏感性，防止癌細(xì)胞進(jìn)展，然而其具體機(jī)制尚不明確[38]。如前文所述，DNAJA1在UPRmt中可作為HSF1的上游信號，感受氧化還原變化，增強(qiáng)細(xì)胞質(zhì)中HSP70對線粒體蛋白前體的招募作用，同時(shí)釋放HSF1,激活UPRmt基因轉(zhuǎn)錄。最新研究顯示，在HeLa細(xì)胞中敲降DNAJA1的表達(dá)，可通過抑制HSF1的核轉(zhuǎn)位，有效抑制UPRmt轉(zhuǎn)但其抑制作用的效力仍需更多的研究證明[35]。二.研究UPR的常用技術(shù)方法1.檢測UPR關(guān)鍵信號分子：在目前研究中，判斷UPR是否被激活最常用的檢測方法即分析細(xì)胞中UPR信號通路關(guān)鍵調(diào)控分子的轉(zhuǎn)錄及蛋白水在UPRer中，可通過實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及免疫分析如免疫印跡法或免疫熒光法標(biāo)記分析UPRer中的主要信號分子如BIP、ATF6、IRE1、XBP1、CHOP等。然而，單獨(dú)的UPRer標(biāo)志物水平分析并不能直接判斷它的激活或抑制。由于UPRer通常由3條關(guān)鍵反應(yīng)通路的協(xié)同與UPRer研究方法類似，判斷細(xì)胞中UPRmt是否被激活或抑制，主要也是通過分析UPRmt相關(guān)反應(yīng)標(biāo)志分子的mRNA或蛋白水平。例如分析UPRmt經(jīng)典通路中的關(guān)鍵核轉(zhuǎn)錄分子ATF4、ATF5、CHOP,伴侶蛋蛋白水平變化是目前科學(xué)研究中常用的技術(shù)方法之一。此外，分析評估ERa的磷酸化水平及其下游NRF1的mRNA與蛋白表達(dá)水平則可判斷是否通過ERa信號通路途徑介導(dǎo)UPRmt的激活。2.直接檢測未折疊蛋白質(zhì)：當(dāng)細(xì)胞受到應(yīng)激刺激時(shí)，細(xì)胞會啟動(dòng)UPRer間接判斷UPR的激活狀態(tài)。馬來酰亞胺修飾四苯乙烯(tetraphenylethenemaleimide,TPE-MI)是一種測定細(xì)胞內(nèi)未折疊硫醇結(jié)合。正常情況下硫醇通常埋在球形蛋白質(zhì)白質(zhì)反應(yīng)增強(qiáng)，因此可通過分析TPE-MI熒光水平判斷細(xì)胞中未折疊蛋白(ER-tracker、mito-tracker)進(jìn)行共定位分析，以此直觀判斷UPRer與UPRmt的未折疊蛋白水平。1.UPR與卵母細(xì)胞成熟：卵巢的主要功能包括卵母細(xì)胞發(fā)育及排卵的生期之后，始基卵泡被陸續(xù)募集并發(fā)育為成熟卵泡后排出體外[40]。從始基卵泡發(fā)育為排卵前卵泡的成熟過程中，卵母態(tài)、位置及功能上的改變，例如在細(xì)胞質(zhì)中出目也逐漸增加，并出現(xiàn)線粒體嵴等[41-42]。多項(xiàng)研究表明，UPR信號會影響卵母細(xì)胞的成熟及后續(xù)的胚胎發(fā)育[43-48]。在卵母細(xì)胞成熟過程中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為蛋白質(zhì)與脂減數(shù)分裂過程，在母豬的卵丘-卵母細(xì)胞復(fù)合物(cumulus-oocyteATF6的蛋白水平顯著增加[43]。在小鼠GV期卵母細(xì)胞向MI期卵母管，提示UPRer在卵母細(xì)胞成熟過程中激活[44]。然而，若ERS過度激活致使錯(cuò)誤折疊蛋白與未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中持續(xù)積累且無法通過酸蛋白酶-12(cysteine-containingaspartate-specific程中，線粒體數(shù)目從胚胎原始生殖細(xì)胞中的10個(gè)左右可增長至大約100激素(follicle-stimulatinghormone,FSH)與黃體生成素(luteinizing顆粒細(xì)胞膜上的卵泡刺激素受體(follicle-stimulatinghormonereceptor,FSHR)和黃體生成素受體(luteinizinghormonereceptor,用，最終造成卵泡發(fā)育及性激素合成異常[52]。3.UPR與子宮內(nèi)膜容受性：在胚胎植入時(shí)期，子宮內(nèi)膜微環(huán)境會經(jīng)歷一細(xì)胞因子、黏附分子、免疫因子等多種調(diào)控作為UPRer關(guān)鍵蛋白，BIP在子宮內(nèi)膜腺上皮及基質(zhì)細(xì)胞中均有表達(dá)，且其表達(dá)水平隨著月經(jīng)周期的改變而改變。在期，子宮內(nèi)膜BIP表達(dá)水平較其他時(shí)期顯著升高[54],這可能與該時(shí)期低水平雌激素引起的炎癥激活狀態(tài)有關(guān)。研究表平狀態(tài)時(shí)，子宮內(nèi)膜對白細(xì)胞的招募增加，誘導(dǎo)升高，繼而激活ERS與UPRer信號通路[55]。而在小鼠子宮中，雌激素可促進(jìn)內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中BIP的表達(dá)，激活UPRer,并通過改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)做準(zhǔn)備[56]。在山羊子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞中，當(dāng)使用UPRer激活劑處理細(xì)胞時(shí)，可顯著增加UPR標(biāo)志蛋白BIP、CHOP、ATF6、IRE1的蛋白表達(dá)水平，上調(diào)下游信號分子前列腺素E2與前列腺素F2a比值，從而促進(jìn)合體滋養(yǎng)細(xì)胞黏附能力，調(diào)控胚胎植入[57]。1.POF:POF是指女性卵巢功能減退導(dǎo)致在40歲前出現(xiàn)超過6個(gè)月以上的閉經(jīng)，伴有FSH水平升高及雌激素水平降低的現(xiàn)象[58]。POF嚴(yán)重影響患者的生殖功能及生活質(zhì)量，近年來，研究表明UPR與卵巢儲備密切相關(guān)[59-60]。育。研究顯示，POF患者早期閉鎖卵泡的顆粒細(xì)胞中BIP的表達(dá)水平升但若卵泡進(jìn)一步閉鎖，BIP表達(dá)量則顯著下調(diào)，由過度的ERS引起的水平降低，導(dǎo)致卵母細(xì)胞耗竭[59]。因此ERS引起的過度UPRer與卵UPRmt作為線粒體保護(hù)性反應(yīng)也在卵巢生殖儲備過程中發(fā)除Clpp,出現(xiàn)了卵子耗竭，并產(chǎn)生了類似于POF的臨床表型。在小鼠Clpp敲除后，卵丘細(xì)胞中的線粒體超微結(jié)構(gòu)異常造成線粒體動(dòng)力學(xué)相關(guān)基因表達(dá)減少且卵丘復(fù)合體凋亡顯著增加、增與功能的顯著變化[60],可能是小鼠卵子耗竭的原因。發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[62-65]。研究表明，在PCOS臨床患者卵巢顆粒細(xì)胞中UPRer相關(guān)活化標(biāo)記分子如BIP、XBP1、CHOP的蛋白水平顯著高于正常女性，提示UPRer在PCOS顆粒細(xì)胞中顯著激活[62].盡管UPRer是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)保護(hù)性反應(yīng)，但如前文所述，其過度激活會導(dǎo)致顆粒細(xì)胞凋亡及中ATF4相關(guān)的PERK信號通路可通過誘導(dǎo)下游Notch同源物2信號調(diào)小鼠中觀察到，ATF4功能異?？赡茉斐蒀OC擴(kuò)張減少，導(dǎo)致排卵障礙[64]。另外，在PCOS患者中觀察到持續(xù)及過度的ERS反應(yīng)可能通過而加劇卵巢纖維化，造成排卵障礙及性激素合成紊亂[65]。3.子癇前期(preeclampsia,PE):PE是以高血壓與蛋白尿?yàn)橹饕R床表現(xiàn)的嚴(yán)重妊娠期并發(fā)癥。氧化應(yīng)激誘導(dǎo)母體血旋動(dòng)脈重塑障礙造成胎盤血流灌注不足是造成PE發(fā)病的重要原因[66]。盤發(fā)育等過程，可能是造成PE發(fā)病的重要原因[66]。與胎盤形成，還可通過激活XBP1的翻譯促進(jìn)胎盤組織中血管內(nèi)皮生長因Iwawaki等[68]研究中，敲低UPRer關(guān)鍵信號分子IRE1可使小鼠VEGFA表達(dá)下調(diào)，造成子宮螺旋動(dòng)脈重塑異常，從而導(dǎo)致PE