内质网(endoplasmic reticulum，ER)广泛存在于真核细胞中，是调节蛋白质合成及合成后折叠、聚集的场所，是调节细胞的应激反应及细胞钙水平的场所，也是胆固醇、类固醇及许多脂质合成的场所。ER应激在细胞凋亡中起重要作用，现就ER应激在细胞中的作用、ER应激与Ca2+ 水平的调节及与相关凋亡蛋白之间的关系等方面进行综述。
[关键词] 内质网;细胞凋亡;应激
Relationship of endoplasmic reticulum with apoptosis
FANG Xi-min，CHEN Ming-zhen
(Institution of Pediatrics，Affiliated Hospital，Guangdong Medical College，Zhanjiang，Guangdong，524001，China)
Abstract:Endoplasmic reticulum(ER)extensively exists in eukaryocytes，where protein synthesis，and fold，recruitment are regulated after protein synthesis，the stress action of cell and calcium level in cell are adjusted，as well as cholesterol，steroids and most of lipid are synthesized.ER stress plays an important role in the cell apopto-sis.This article reviews the role of ER stress，the regulation of ER stress and the level of Ca2+ and the relation to apoptotic proteins.
Key words:endoplasmic reticulum;apoptosis;stress
细胞凋亡(apoptosis)又称程序性细胞死亡(pro-grammed cell death，PCD)，在维持机体正常的生理平衡中起重要作用。调节细胞凋亡的途径目前主要有3种:线粒体途径、死亡受体途径和内质网(ER)途径。ER主要通过它的应激而调节细胞的死亡程序。在凋亡过程中，ER途径与线粒体途径相似，和Bcl.2家族成员及caspases关系密切。
1 ER的应激作用
ER首先停留于分泌的通路上[1] ，在那里，伴侣分子(chaperone)辅助的多肽折叠与修饰使蛋白获得成熟的转变。当有害刺激使ER正确折叠蛋白的能力被削弱或压制时，应激信号能通过ER膜传递到细胞核中，继而引起一系列特定的靶基因转录上调和蛋白质翻译水平下调，一种高度保守的未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)信号传导通路被激活[2] 。UPR通过阻止普通蛋白的合成，同时上调ER残存伴侣蛋白或其它通路的调节成分，这些伴侣蛋白介导的能量代谢确保ER蛋白高效率地折叠，为细胞生存提供一个较好的环境。但是如果损伤太大而致内环境稳定不能恢复，UPR最终激发凋亡。这些作用既能为受损细胞提供修复机会，又能最大限度清除过度损伤的细胞，为维护机体的生理平衡和内环境的稳定起到重要作用。
1.1 维护细胞内环境的稳定
哺乳类动物细胞有3个ER跨膜蛋白(Irel、ATF6、PEPK)，它们均对腔内未折叠蛋白的聚集起作用[3] 。它们调节基本亮氨酸拉链的质和量，通过相互作用对不同的UPR产生不同的应答，如果这种反应不能充分地减少ER应激，细胞可能发生凋亡或坏死。Irel是Ⅰ型丝
氨酸.苏氨酸激酶，有一个特殊的RNA酶激活位点，当其活化RNA酶后能编码HAC1，HAC1经剪切、翻译，产生一个强的活性因子，后者激活UPR元素上游的UPR诱导基因，引起UPR。Irel核内区的C端能产生一个活化的bZIP转录因子，刺激ER伴侣蛋白的基因转录[4] 。PEPK正常情况下通过N端区域与伴侣蛋白Bip联系而保持一种失活状态。在ER应激时，Bip(结合在未折叠蛋白上的)和其失去联系而解离，Irel、PEPK进行同源寡聚化，刺激丝氨酸.苏氨酸蛋白激酶区域内的反.自身磷酸化，PEPK能翻译起始因子eIF2α，在蛋白折叠条件被减弱时eIF2α能终止翻译或阻止新合成的蛋白持续进入ER。ATF6(activation tran-scription factor6)是另一种调节蛋白，能结合应激反应元件。ATF6在ER中进行蛋白水解分裂，释放它的活性bZIP转录因子到细胞核，并激活XBP1增强子，使XBP1转录增加，导致UPR的活化。所有这一切都能维护细胞内环境的稳定，使细胞更好地生存。
1.2 ER应激引起细胞凋亡的机制
实验表明，如果ER损伤太严重或在一定时间内稳态未恢复，凋亡反应即会发生。ER应激导致细胞死亡可能存在以下机制。
1.2.1 线粒体.Apaf.1依赖途径
线粒体是ER应激诱导凋亡通路的重要元件，因为(1)ER应激导致线粒体释放细胞色素C(cytochrome c，cyt.c)并丧失线粒体的跨膜电位;(2)Bcl.2.Bcl.xl阻止ER应激诱导凋亡;(3)Bax-.-、Bak-.-及MEFs能抵抗TG.、TN.和BAF诱导凋亡。此外，URP可能上调别的单一BH.3结构蛋白，类似于单一BH.3基因对P53介导的应激反应[5] 。ER应激诱导cyt.c释放依赖于c.Abl的苏氨酸激酶，因为c.Abl-.-鼠纤维母细胞能抵抗A23187.、BAF.及TN.诱导的cyt.c释放与细胞凋亡。哪一种c.Abl在这一位点起作用，其机制可能与JNK激酶有关，这些激酶在ER应激时可被Irel所招募并活化，如UPR能上调CHOP.GADD153(一种核转录因子，可抑制Bcl.2的启动)，通过减少Bcl.2蛋白表达而提高线粒体对促凋亡因子的敏感性 [6] ，导致cyt.c由线粒体膜间隙(the intermembrane space，IMS)释放到胞浆。在dATP.ATP存在下，cyt.c首先与胞浆中的凋亡蛋白激活因子1(apoptotic protease activating factor，Apaf.1)结合，形成多聚复合体，后者充分聚集于胞质中并导致其自动活化成caspases.9，然后启动级联反应，继续活化下游的caspases如caspase.3和caspase.7。整个过程为一正反 馈，活化的caspases能对其底物进行特异的切割，导致DNA片段化，促使细胞发生凋亡[7] 。
1.2.2 caspase.12的活化途径
Caspase.12与其它的caspases一样以无活性的酶原形式存在(由1个调节区和2个催化的P20和P10亚单位组成)。但是，与其它caspases不一样的是caspase.12对诱发ER应激时的攻击非常特异。
内质网参与细胞凋亡的途径主要包括：(1)内质网蛋白质成熟和折叠的破坏导致内质网损伤从而引发细胞凋亡;(2)内质网凋亡蛋白酶caspase-12的激活;(3)内质网钙信号的异常(Breckenridge et al。2003)。此外，内质网膜上也存在Bak等凋亡蛋白，在凋亡因子的刺激下，Bax也能在内质网上富聚，Bax和Bak的多聚化和caspase·12的激活可导致细胞凋亡(Zong et al.2003)。
内质网在细胞凋亡中的作用越来越受到关注。目前知道，内质网在凋亡信号‘的接收和放大中有重要作用(Nakagawa et al.2000)。内质网参与细胞凋亡的途径主要包括：(1)内质网蛋白质成熟和折叠的破坏导致内质网损伤从而引发细胞凋亡;(2)内质网凋亡蛋白酶caspase-12的激活;(3)内质网钙信号的异常(Breckenridge et al。2003)。此外，内质网膜上也存在Bak等凋亡蛋白，在凋亡因子的刺激下，Bax也能在内质网上富聚，Bax和Bak的多聚化和caspase·12的激活可导致细胞凋亡(Zong et al.2003)。
内质网是细胞内蛋白质合成和成熟的主要场所，蛋白质成熟和折叠的异常可导致内质网损伤。如用衣霉素(tunicamycin)抑制蛋白质糖基化或改变内质网内的氧化还原状态使蛋白质糖基化和蛋白质二硫键形成发生异常，可使没有折叠奸的蛋白质在内质网内积累。未折叠的蛋白质与内质网内伴侣蛋白BiP/Grp78结合，从而BiP/Grp78干扰与lrel-α的结合，导致Irel-α与TRAF-2的结合(Nakagawa et al.2000)。TRAF-2能吸附并激活内质网特异的蛋白酶caspase-12，从而激活细胞凋亡过程。Caspase-12也能被细胞内Ca2+激活的m-calpain所切割和激活，被激活的caspase-12能直接激活caspase-9，从而诱发不依赖于线粒体的细胞凋亡过程。Caspase-12基因缺失的小鼠神经细胞等多种细胞对内质网损伤诱导的凋亡变得不敏感，这进一步说明内质网损伤能直接导致细胞内caspase激活。
内质网是细胞内钙库，Ca2+在内质网内可以游离状态存在，也可同内质闹内部的钙网蛋白(ca/reticulin)和钙联蛋白(calnexin)等蛋白结合。内质网钙的吸收主要靠内质网的Ca2+-ATPase，其Ca2+释放主要靠lnsP3受体或雷诺丁(ryanodine)受体。InsP3受体或雷诺丁受体表达水平的降低使细胞变得对凋亡不敏感。钙吸收或释放的抑制可直接导致细胞凋亡。毒胡罗萝素(thapsigargin)抑制内质网的Ca2+-ATPase，是常用的凋亡诱导剂。钙网蛋白能调节钙库吸收和释放的平衡，其表达异常也影响细胞对凋亡诱导剂的敏感性(Scorrano et al.2003)。
内质网应激一方面通过直接激活caspase-12来参与细胞凋亡的，另一方面，内质网钙的释放可直接诱导线粒体的膜孔开放，从而导致线粒体凋亡物质的释放。在细胞内，线粒体钙吸收的位点和内质网钙释放存在近距离相互作用，即InsP3受体释放的钙能直接被线粒体膜上钙吸收蛋白在纳米范围内吸收。有意义的是，最新的研究表明，线粒体释放的细胞色素c能直接与InsP3受体结合，并激活其钙释放活性。因此诱导大量释放的钙再作用于线粒体引发线粒体凋亡物质的释放。由此看来，内质网和线粒体在凋亡调控中存在直接的相互串话和相互作用。内质网通过其钙库在凋亡信号接收和放大巾起关键作用，而线粒体在接收凋亡信号后，通过释放大量的凋亡物质来启动和实施细胞凋亡。
内质网(endoplasmic reticulum，ER)广泛存在于真核细胞中，是调节蛋白质合成及合成后折叠、聚集的场所，是调节细胞的应激反应及细胞钙水平的场所，也是胆固醇、类固醇及许多脂质合成的场所。ER应激在细胞凋亡中起重要作用，现就ER应激在细胞中的作用、ER应激与Ca2+ 水平的调节及与相关凋亡蛋白之间的关系等方面进行综述。
[关键词] 内质网;细胞凋亡;应激
Relationship of endoplasmic reticulum with apoptosis
FANG Xi-min，CHEN Ming-zhen
(Institution of Pediatrics，Affiliated Hospital，Guangdong Medical College，Zhanjiang，Guangdong，524001，China)
Abstract:Endoplasmic reticulum(ER)extensively exists in eukaryocytes，where protein synthesis，and fold，recruitment are regulated after protein synthesis，the stress action of cell and calcium level in cell are adjusted，as well as cholesterol，steroids and most of lipid are synthesized.ER stress plays an important role in the cell apopto-sis.This article reviews the role of ER stress，the regulation of ER stress and the level of Ca2+ and the relation to apoptotic proteins.
Key words:endoplasmic reticulum;apoptosis;stress
细胞凋亡(apoptosis)又称程序性细胞死亡(pro-grammed cell death，PCD)，在维持机体正常的生理平衡中起重要作用。调节细胞凋亡的途径目前主要有3种:线粒体途径、死亡受体途径和内质网(ER)途径。ER主要通过它的应激而调节细胞的死亡程序。在凋亡过程中，ER途径与线粒体途径相似，和Bcl.2家族成员及caspases关系密切。
1 ER的应激作用
ER首先停留于分泌的通路上[1] ，在那里，伴侣分子(chaperone)辅助的多肽折叠与修饰使蛋白获得成熟的转变。当有害刺激使ER正确折叠蛋白的能力被削弱或压制时，应激信号能通过ER膜传递到细胞核中，继而引起一系列特定的靶基因转录上调和蛋白质翻译水平下调，一种高度保守的未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)信号传导通路被激活[2] 。UPR通过阻止普通蛋白的合成，同时上调ER残存伴侣蛋白或其它通路的调节成分，这些伴侣蛋白介导的能量代谢确保ER蛋白高效率地折叠，为细胞生存提供一个较好的环境。但是如果损伤太大而致内环境稳定不能恢复，UPR最终激发凋亡。这些作用既能为受损细胞提供修复机会，又能最大限度清除过度损伤的细胞，为维护机体的生理平衡和内环境的稳定起到重要作用。
1.1 维护细胞内环境的稳定
哺乳类动物细胞有3个ER跨膜蛋白(Irel、ATF6、PEPK)，它们均对腔内未折叠蛋白的聚集起作用[3] 。它们调节基本亮氨酸拉链的质和量，通过相互作用对不同的UPR产生不同的应答，如果这种反应不能充分地减少ER应激，细胞可能发生凋亡或坏死。Irel是Ⅰ型丝
氨酸.苏氨酸激酶，有一个特殊的RNA酶激活位点，当其活化RNA酶后能编码HAC1，HAC1经剪切、翻译，产生一个强的活性因子，后者激活UPR元素上游的UPR诱导基因，引起UPR。Irel核内区的C端能产生一个活化的bZIP转录因子，刺激ER伴侣蛋白的基因转录[4] 。PEPK正常情况下通过N端区域与伴侣蛋白Bip联系而保持一种失活状态。在ER应激时，Bip(结合在未折叠蛋白上的)和其失去联系而解离，Irel、PEPK进行同源寡聚化，刺激丝氨酸.苏氨酸蛋白激酶区域内的反.自身磷酸化，PEPK能翻译起始因子eIF2α，在蛋白折叠条件被减弱时eIF2α能终止翻译或阻止新合成的蛋白持续进入ER。ATF6(activation tran-scription factor6)是另一种调节蛋白，能结合应激反应元件。ATF6在ER中进行蛋白水解分裂，释放它的活性bZIP转录因子到细胞核，并激活XBP1增强子，使XBP1转录增加，导致UPR的活化。所有这一切都能维护细胞内环境的稳定，使细胞更好地生存。
1.2 ER应激引起细胞凋亡的机制
实验表明，如果ER损伤太严重或在一定时间内稳态未恢复，凋亡反应即会发生。ER应激导致细胞死亡可能存在以下机制。
1.2.1 线粒体.Apaf.1依赖途径
线粒体是ER应激诱导凋亡通路的重要元件，因为(1)ER应激导致线粒体释放细胞色素C(cytochrome c，cyt.c)并丧失线粒体的跨膜电位;(2)Bcl.2.Bcl.xl阻止ER应激诱导凋亡;(3)Bax-.-、Bak-.-及MEFs能抵抗TG.、TN.和BAF诱导凋亡。此外，URP可能上调别的单一BH.3结构蛋白，类似于单一BH.3基因对P53介导的应激反应[5] 。ER应激诱导cyt.c释放依赖于c.Abl的苏氨酸激酶，因为c.Abl-.-鼠纤维母细胞能抵抗A23187.、BAF.及TN.诱导的cyt.c释放与细胞凋亡。哪一种c.Abl在这一位点起作用，其机制可能与JNK激酶有关，这些激酶在ER应激时可被Irel所招募并活化，如UPR能上调CHOP.GADD153(一种核转录因子，可抑制Bcl.2的启动)，通过减少Bcl.2蛋白表达而提高线粒体对促凋亡因子的敏感性 [6] ，导致cyt.c由线粒体膜间隙(the intermembrane space，IMS)释放到胞浆。在dATP.ATP存在下，cyt.c首先与胞浆中的凋亡蛋白激活因子1(apoptotic protease activating factor，Apaf.1)结合，形成多聚复合体，后者充分聚集于胞质中并导致其自动活化成caspases.9，然后启动级联反应，继续活化下游的caspases如caspase.3和caspase.7。整个过程为一正反 馈，活化的caspases能对其底物进行特异的切割，导致DNA片段化，促使细胞发生凋亡[7] 。
1.2.2 caspase.12的活化途径
Caspase.12与其它的caspases一样以无活性的酶原形式存在(由1个调节区和2个催化的P20和P10亚单位组成)。但是，与其它caspases不一样的是caspase.12对诱发ER应激时的攻击非常特异。
内质网参与细胞凋亡的途径主要包括：(1)内质网蛋白质成熟和折叠的破坏导致内质网损伤从而引发细胞凋亡;(2)内质网凋亡蛋白酶caspase-12的激活;(3)内质网钙信号的异常(Breckenridge et al。2003)。此外，内质网膜上也存在Bak等凋亡蛋白，在凋亡因子的刺激下，Bax也能在内质网上富聚，Bax和Bak的多聚化和caspase·12的激活可导致细胞凋亡(Zong et al.2003)。
内质网在细胞凋亡中的作用越来越受到关注。目前知道，内质网在凋亡信号‘的接收和放大中有重要作用(Nakagawa et al.2000)。内质网参与细胞凋亡的途径主要包括：(1)内质网蛋白质成熟和折叠的破坏导致内质网损伤从而引发细胞凋亡;(2)内质网凋亡蛋白酶caspase-12的激活;(3)内质网钙信号的异常(Breckenridge et al。2003)。此外，内质网膜上也存在Bak等凋亡蛋白，在凋亡因子的刺激下，Bax也能在内质网上富聚，Bax和Bak的多聚化和caspase·12的激活可导致细胞凋亡(Zong et al.2003)。
内质网是细胞内蛋白质合成和成熟的主要场所，蛋白质成熟和折叠的异常可导致内质网损伤。如用衣霉素(tunicamycin)抑制蛋白质糖基化或改变内质网内的氧化还原状态使蛋白质糖基化和蛋白质二硫键形成发生异常，可使没有折叠奸的蛋白质在内质网内积累。未折叠的蛋白质与内质网内伴侣蛋白BiP/Grp78结合，从而BiP/Grp78干扰与lrel-α的结合，导致Irel-α与TRAF-2的结合(Nakagawa et al.2000)。TRAF-2能吸附并激活内质网特异的蛋白酶caspase-12，从而激活细胞凋亡过程。Caspase-12也能被细胞内Ca2+激活的m-calpain所切割和激活，被激活的caspase-12能直接激活caspase-9，从而诱发不依赖于线粒体的细胞凋亡过程。Caspase-12基因缺失的小鼠神经细胞等多种细胞对内质网损伤诱导的凋亡变得不敏感，这进一步说明内质网损伤能直接导致细胞内caspase激活。
内质网是细胞内钙库，Ca2+在内质网内可以游离状态存在，也可同内质闹内部的钙网蛋白(ca/reticulin)和钙联蛋白(calnexin)等蛋白结合。内质网钙的吸收主要靠内质网的Ca2+-ATPase，其Ca2+释放主要靠lnsP3受体或雷诺丁(ryanodine)受体。InsP3受体或雷诺丁受体表达水平的降低使细胞变得对凋亡不敏感。钙吸收或释放的抑制可直接导致细胞凋亡。毒胡罗萝素(thapsigargin)抑制内质网的Ca2+-ATPase，是常用的凋亡诱导剂。钙网蛋白能调节钙库吸收和释放的平衡，其表达异常也影响细胞对凋亡诱导剂的敏感性(Scorrano et al.2003)。
内质网应激一方面通过直接激活caspase-12来参与细胞凋亡的，另一方面，内质网钙的释放可直接诱导线粒体的膜孔开放，从而导致线粒体凋亡物质的释放。在细胞内，线粒体钙吸收的位点和内质网钙释放存在近距离相互作用，即InsP3受体释放的钙能直接被线粒体膜上钙吸收蛋白在纳米范围内吸收。有意义的是，最新的研究表明，线粒体释放的细胞色素c能直接与InsP3受体结合，并激活其钙释放活性。因此诱导大量释放的钙再作用于线粒体引发线粒体凋亡物质的释放。由此看来，内质网和线粒体在凋亡调控中存在直接的相互串话和相互作用。内质网通过其钙库在凋亡信号接收和放大巾起关键作用，而线粒体在接收凋亡信号后，通过释放大量的凋亡物质来启动和实施细胞凋亡。