內質網應激與內皮功能障礙關系及臨床治療研究進展

付亞萌　張光明

【摘要】內皮功能障礙作為動脈粥樣硬化的早期關鍵事件，不僅貫穿動脈粥樣硬化病變全程，還與其他多種心血管疾病的發病密切相關。近年來有研究發現，內質網應激（ERS）相關蛋白在心血管疾病中的表達呈上升趨勢，ERS可能通過促進內皮功能障礙加重心血管疾病的進展?，F總結ERS與內皮功能障礙及動脈粥樣硬化發病機制的關系，并介紹一些緩解ERS的藥物，有望為臨床實現內皮功能障礙及心血管疾病的治療提供一定參考價值。

【關鍵詞】內質網應激；未折疊蛋白質反應；內皮功能障礙；動脈粥樣硬化

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.03.012

The Relationship Between Endoplasmic Reticulum Stress and Endothelial Dysfunction and Its Clinical Treatment

FU Yameng，ZHANG Guangming

（Department of Cardiology，The Second Hospital of Hebei Medical University，Shijiazhuang 050000，Hebei，China）

【Abstract】As an early critical event in atherosclerosis （AS）， endothelial dysfunction runs throughout the AS process and is closely related to the pathogenesis of many other cardiovascular diseases.It has been found that the expression of endoplasmic reticulum stress （ERS）-related proteins is increasing in cardiovascular disease，and ERS may exacerbate the progression of cardiovascular disease by promoting endothelial dysfunction.ERS may aggravate the progression of cardiovascular disease by promoting endothelial dysfunction.This article summarizes the research progress of the relationship between ERS and endothelial dysfunction and AS，and introduces some drugs to alleviate ERS，which is expected to provide certain reference value for the clinical treatment of endothelial dysfunction and cardiovascular diseases.

【Keywords】Endoplasmic reticulum stress；Unfolded protein response；Endothelial dysfunction；Atherosclerosis

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）作為冠心病最重要的病理改變，是一種發生在大動脈和中動脈內膜的慢性炎癥反應和退行性病變。內皮功能障礙與AS發病密切相關，現已證實可作為冠心病的獨立危險預測因子。生理情況下，機體通過特殊機制維持蛋白質的合成穩定性。當機體長期處于高血糖、高血脂、氧化應激等病理條件下時，細胞蛋白質合成穩定性受損，發生內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）。ERS不僅參與內皮功能障礙，加重AS進展，在缺血性心臟病、糖尿病心肌病、心力衰竭、血管鈣化、高血壓等其他心血管疾病的發病中同樣發揮著重要作用［1］。緩解ERS有助于減緩心血管疾病進展，ERS涉及的多種反應通路有望成為未來治療心血管疾病的重要靶點。

1 內質網及其生理功能

20世紀中期，Porter等[2]在光學顯微鏡下觀察雞細胞時第一次在鏡下發現“延展整個細胞質的細花邊狀物質”。1954年，Palade和Porter［3］將其命名為內質網。內質網主要由分支小管和扁平囊組成，參與細胞合成、折疊和轉運各種分泌蛋白和膜蛋白［4］。除了調控蛋白質生物合成外，內質網在鈣儲存、脂質生物合成、解毒和能量代謝以及細胞核-細胞質信號傳導中也發揮著重要作用。

內質網作為體內蛋白質合成的重要場所，蛋白質生物合成的異常升高、二硫鍵形成的抑制、代謝能耗竭以及N-糖基化的擾動等任何蛋白質合成過程的異常中斷，都會導致錯誤折疊蛋白的形成，且蛋白質錯誤折疊速率與合成蛋白質的復雜程度和數量成正比［5］。為了幫助多肽正確折疊或選擇性降解錯誤折疊的蛋白，細胞衍生出一套內質網質量控制系統控制蛋白質合成。葡萄糖調節蛋白78（glucose regulated protein 78，GRP78），又稱為免疫球蛋白重鏈結合蛋白質（immunoglobulin heavy chain binding protein，BiP），作為內質網質量控制系統中最重要的一種伴侶分子，對錯誤蛋白質的識別具有高度敏感性，在蛋白質合成過程中發揮著重要作用［6］。

2 內質網蛋白穩定調控中心

多種遺傳和環境有害因素破壞細胞正確折疊和修飾蛋白質的能力，造成細胞器中大量未折疊或錯誤折疊蛋白異常累積，擾亂內質網穩態，引起經典意義上的ERS［7］。ERS影響細胞內功能性轉錄和翻譯過程，與多種臨床疾病的發生密切相關［8］。當細胞受高血脂、氧化應激、高血糖等因素刺激時，首先激活細胞內一種被稱為未折疊蛋白質反應（unfolded protein response，UPR）的信號傳導途徑。

哺乳動物UPR傳感器分為肌醇需求酶1α（inositol-requiring enzyme 1α， IRE1α）、PKR樣內質網激酶（PKR-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）和 轉錄激活因子（activating transcription factor，ATF）6［9］。UPR傳感器主要與BiP相結合維持其非活性狀態［6］。IRE1α的胞質尾區為絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域和核糖核酸內切酶結構域。細胞發生ERS時，錯誤折疊蛋白與BiP結合，IRE1α與BiP解離并發生磷酸化，磷酸化IRE1α的核糖核酸內切酶從編碼X盒結合蛋白1（X-box binding protein 1，XBP-1）轉錄因子的mRNA中切除26 nt內含子形成XBP-1s。隨后XBP-1s轉位到細胞核誘導多種基因的轉錄，增加內質網功能，初步恢復內質網的穩態。PERK作為一種內質網跨膜蛋白，包括腔內內質網應力傳感結構域和胞質激酶結構域，含有單一胞質激酶。ERS時，BiP與錯誤折疊蛋白結合，PERK與BiP解離發生自磷酸化。磷酸化的PERK進一步選擇性磷酸化真核翻譯起始因子2α（eukaryotic initiation factor 2α，eIF2α），eIF2α控制蛋白質的合成，eIF2α磷酸化導致細胞內蛋白質翻譯速度減慢，細胞獲得更多的時間進行蛋白重新折疊。BiP結合錯誤折疊的蛋白，致使ATF6與BiP解離并易位到高爾基體，被位點-1和位點-2蛋白酶裂解以釋放其胞質尾區所含ATF6（N）轉錄因子。被切割的ATF6-p50繼而進入到細胞核后，促進有關GRP78合成、蛋白折疊以及內質網相關蛋白降解（endoplasmic reticulum-associated degradation，ERAD）相關基因的轉錄表達，以增強蛋白質的折疊、分泌、修飾功能。

UPR作為細胞內蛋白穩定性的調控中心，維持內質網內蛋白折疊的穩定性。UPR通路的激活在ERS早期初步恢復細胞的蛋白合成穩定性，有助于細胞存活（見圖1）。但在不可補救的ERS環境中，UPR將轉變為一種被稱為終末UPR的替代信號平臺，主動促進細胞死亡［10］。

3 ERS與內皮功能障礙

內皮細胞參與調節血管張力、免疫反應、炎癥反應、止血、物質交換等重要生理過程。其分泌的舒血管性因子、縮血管性因子、血小板活化因子及纖溶酶原激活物抑制劑等物質生理條件下維持動態平衡。內皮細胞受各種因素刺激發生功能障礙，不僅引起上述因子的失衡，還與臨床多種心血管疾病的發生和發展密切相關。且內皮功能障礙發生先于顯性心血管疾病的臨床表現，可作為心血管事件及死亡率的強有力的獨立預測因子［11］。

Gargalovic等［12］最早發現ERS與內皮細胞功能紊亂之間存在相關性。ERS可能通過直接作用于內皮衍生的血管活性物質或通過激活其他致病細胞網絡如炎癥和氧化應激來破壞內皮功能。UPR慢性激活引起的ERS已被證實是內皮功能障礙的重要發病機制之一。

在對肥胖成年人建立內皮功能障礙的研究［13］發現，UPR的三種傳感器PERK、IRE1α和ATF6均不同程度地參與內皮功能障礙的發生。當各種因素刺激引起細胞內發生不可挽救的ERS時，IRE1α發生同源寡聚化，這將引起數百個內質網定位的含有N-末端信號序列的mRNA的核酸內裂解衰變，加劇細胞ERS。同時，IRE1α與腫瘤壞死因子受體相關因子2相互作用，通過活化核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）促進炎癥因子的產生及內皮細胞炎癥反應［14］。腫瘤壞死因子受體相關因子2還可進一步刺激細胞凋亡信號調節激酶1，增強p38絲裂原活化蛋白激酶的活性，觸發腫瘤壞死因子受體相關因子2/細胞凋亡信號調節激酶1/c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號通路，抑制凋亡蛋白B細胞淋巴瘤-2基因在內等多種編碼抗凋亡蛋白基因的表達，最終引起下游炎癥信號的激活以及內皮細胞凋亡［15］。ERS時，PERK選擇性磷酸化eIF2α的同時也減弱了NF-κB的抑制劑IκB的翻譯，這一結果導致細胞核內NF-κB水平升高，同樣促進細胞發生炎癥反應［14］。ATF4作為一種翻譯效率較高的轉錄因子，控制細胞內氨基酸合成與轉運、促凋亡等基因的表達，其活性不受eIF2α磷酸化的影響。eIF2α被PERK磷酸化后上調ATF4的表達，ATF4轉位入核，促進細胞核內CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白（CCAAT/enhancer-binding protein homologous protein，CHOP）的轉錄。細胞內PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路的持續激活，其最終結果是引起CHOP過表達導致的細胞凋亡［9］。同樣，ATF6轉位到細胞核后，在促進蛋白折疊相關基因轉錄的同時也將促進CHOP和NF-κB的轉錄，一定程度上也參與細胞凋亡和炎癥反應的發生（見圖2）［14］。除此之外，UPR還可作為與其他因素引起內皮功能障礙的共同反應通路。同型半胱氨酸作為甲硫氨酸在體內的主要代謝產物，具有誘導內皮細胞炎癥反應與凋亡的作用，已被多項研究證實參與血管內皮功能障礙，是心血管疾病的獨立危險因素。近年來有研究［16］發現，同型半胱氨酸誘導的內皮功能障礙可能與PERK和IRE1α磷酸化、CHOP表達水平以及炎癥因子的增加有關。

ERS還可通過影響體內其他分子水平引起內皮功能障礙。內皮細胞通過釋放一氧化氮（nitric oxide，NO）參與調節血管張力，其活性依賴于內皮細胞的完整性。ERS增加內皮細胞炎癥反應與凋亡，引起NO生物利用度降低，損傷血管內皮依賴性舒張功能。環氧二十碳三烯酸作為內皮細胞產生的一種具有內皮源性超極化因子特性的強效血管擴張劑，具有抑制炎癥和血小板聚集以及維持血管穩態的重要作用。環氧二十碳三烯酸在體內被可溶性環氧化合物水解酶（soluble epoxide hydrolase，sEH）水解失去生理活性。有研究［17］發現，ERS通過介導血管緊張素Ⅱ誘導的血管內皮細胞sEH的上調，增加環氧二十碳三烯酸水解，損傷血管功能。在另一項對缺血再灌注小鼠模型的研究［18］發現，ERS可能通過IRE1α/JNK-c-Jun/AP-1-sEH信號軸上調sEH表達，引起心肌損傷與內皮依賴性舒張功能受損，進一步證實了ERS在內皮功能障礙發病機制中的作用。

4 ERS與AS

AS的形成和發展包括內皮功能障礙、局部炎癥反應、動脈壁脂質堆積和斑塊破裂等病理過程。脂質攝取、泡沫細胞形成和炎癥反應是啟動AS的關鍵事件，同時提供了觸發細胞ERS的條件。

越來越多的證據表明ERS在AS發病過程中發揮著重要作用。不同的心血管疾病雖然有不同的臨床表現，但其發病機制均與蛋白質穩態破壞導致的內質網中未折疊或錯誤折疊蛋白異常累積相關［19］。氧化低密度脂蛋白作為一種重要致病因素參與AS病理過程。有研究［20］發現，氧化低密度脂蛋白通過上調細胞凋亡信號調節激酶1表達和誘導內皮細胞ERS，激活NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3炎癥小體，損傷內皮細胞。CHOP與ATF4在AS早期階段的平滑肌細胞和巨噬細胞中高度表達，與NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3炎癥小體激活后介導的基質金屬蛋白酶上調共同作用促進斑塊破裂，與臨床急性冠脈綜合征的發生密切相關［21］。正常血管壁彈性維持一定張力，血液與管壁之間形成低剪切應力可直接誘導內皮ERS［22］。低剪切應力增加內皮細胞對ERS的敏感性，加速AS的炎癥反應［23］。除此之外，低剪切應力還可能參與白細胞介素-1受體相關激酶2/CHOP信號通路介導的ERS，引起動脈內皮細胞凋亡。

5 總結和展望

內皮功能障礙是AS發生和進展的標志，與AS病變周圍的炎癥、活性氧（reactive oxygen species，ROS）和細胞凋亡增加以及NO生物利用度降低密切相關［24］。ERS參與內皮功能障礙，加重AS的進展，還與其他多種心血管疾病的發病密切相關，可作為心血管疾病的調節因子［25］。近年來有研究發現，部分藥物或化合物通過抑制ERS，可以有效改善內皮功能障礙，發揮抗AS作用，進一步證實了ERS與內皮功能障礙及AS的發病關系，同時也為未來可能開展的針對內皮功能障礙的治療提供一定的臨床指導價值（見表1和圖2）。下調ERS對于改善血管內皮功能障礙和延緩心血管疾病的進展具有重要意義，有望為未來心血管疾病的治療提供潛在治療價值。

利益沖突 所有作者均申明無利益沖突

作者貢獻聲明 付亞萌：文章內容構思、文獻查找與閱讀、文章撰寫；張光明：文章的內容審核、修訂，對文章整體負責，全程監督

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基金項目：2020河北省直醫療衛生機構老年病防治項目（303163320）

通信作者：張光明，E-mail：zhangguangming76@sina.com