细胞应激-参考

(一)丝裂原活化的蛋白激酶
(mitogen-activited protein kinase, MAPK）
1. 2.
包括JNK/SAPK、p38、ERK途径。激活的级 联反应类似：MAPKKK→MAPKK→MAPK 效应：激活转录因子→保护性蛋白质生成→增 强细胞对应激原的抵抗力、或介导细胞调亡的 信号转导 激活因素:① JNK/SAPK：紫外线、DNA损伤 剂、活性氧、高渗状态、促炎细胞因子；② p38：高渗状态、 LPS、细胞因子等；③ ERK： 多种应激原

PLA2 催化磷脂水解，促使前列腺素、白三烯等 炎症介质形成，在炎症过程中发挥重要作用 与各种病症如急性胰腺炎、败血性休克、多种器 官损伤有关，血中的PLA2活性可用于这些疾病的 诊断和预后 IL-1β能以时间依赖和剂量依赖的方式诱导PLA2 的表达和分泌 PLA2 基因表达机制：涉及一些转录因子激活状 态的修饰，包括核转录因子(NF-κB)
当蛋白错误折叠或未折叠蛋白增多时促使 GRP78/Bip与其解离→ PERK二聚→真核翻译因 子(eIF2α)的磷酸化→终止翻译或阻止新合成的 蛋白持续进入内质网；上调应激相关信号(如 ATF4)

2. IRE1-XBP1路径

IRE1具有核酸内切酶功能
Bip耗尽→IRE1二聚磷酸化激活→切割XBP1
内质网的功能


内质网在蛋白质转运和折叠中起重要作用 内质网腔是一个独特的环境


内质网中Ca2+浓度是细胞内最高的 内质网腔是一个氧化性环境：这对于二硫键的 形成和分泌蛋白以及细胞表面蛋白的正确折叠 至关重要 内质网中富含使蛋白质折叠稳定的介质—— Ca2+依赖性分子伴侣[如葡萄糖调节蛋白 78(GRP78)以及钙网蛋白等],使其在蛋白质转 运和折叠中发挥作用
premRNA→生成XBP1→结合ERSE (ER
stress response element，应激反应元件)
→刺激内质网伴侣蛋白的基因转录
ATF6路径

ATF6：含有bZip转录因子结构域的Ⅱ型跨膜蛋
白，在非内质网应激状态下ATF6主要以酶原形
式(P90ATF6)存在于内质网

未折叠蛋白在内质网聚集增多→ATF6从ER进入 Golgi→被S1P(site1 protease)和S2P酶切成 p50bZip转录因子到细胞核→激活XBPI转录增 加→结合ERSE→UPR gene表达→内质网伴侣 蛋白合成↑
3.
(二)激活多种磷脂酶
1. 磷脂酶C(PLC)、磷脂酶D(PLD)：
产生:①二酰甘油(DAG) →PKC，拮抗细胞调亡；
②三磷酸肌醇(IP3) →[Ca2+]i增高（如：炎 症细胞被激活的重要标志）
2. 磷脂酶A2 (PLA2 )：炎症反应中发挥重要作用
激活因素：TNF、凝血酶、缓激肽
PLA2 与炎症和器官组织损害
2. HSP70的作用：①参与新合成蛋白质的正确折 叠和运输；②识别变性蛋白质并与之结合，促使 其重新形成天然构象或加速其降解
（二）产生特异性防御反应

1.
2. 3. 4.
特异性防御反应：除产生HSP之外，依据应激 原的不同产生不同的特异性蛋白，对细胞产生 特异性的保护作用。如： 缺氧性应激 基因毒应激 氧化应激 ……

binding and keeping Ca2+ in the ER lumen
UPR信号传导途径

哺乳动物中有三条途径涉及UPR信号传导

PERK-elF2α磷酸化-ATF4路径 IRE1-XBP1路径 ATF6路径 相关信号转导蛋白：
PERK：RNA激活蛋白激酶的内质网类似激酶 elF2α：真核翻译因子 IRE1（inositol requiring enzyme–1, 肌醇必需酶-1, 属丝／苏氨 酸激酶） XBP1（X-box binding protein1，X盒结合蛋白1）：转录因子，促 进多种基因的表达 ATF6(avtiviting transcription factor：激活作用转录因子)
内质网应激（endoplasmic
reticulum stress，ER stress）

各种应激原作用于细胞后，通过诱发内质网 腔中错误折叠和未折叠蛋白质的堆积以及 Ca2+平衡紊乱而激活未折叠蛋白反应 （unfolded protein response, UPR） 及 细胞凋亡信号通路等内质网反应，称为~。

Science 2006, 313: 1564-1566）






PERK-elF2α磷酸化-ATF4路径 IRE1-XBP1路径 ATF6路径
1. PERK-elF2α磷酸化-ATF4路径

IRE1和PERK是内质网膜上的跨膜蛋白激酶

无应激情况，IRE1和PERK与GRP78/Bip形成稳 定的复合物
Conditions interfering with the function of ER are collectively called ER stress.

引起ER应激的因素

细胞内氧化还原调节紊乱 葡萄糖耗竭：干扰蛋白质N末端的糖基化而导致内质网应激 Ca2+调节紊乱：由于GRP78、GRP94以及钙网蛋白的 Ca2+依赖性分子伴侣的性质，内质网内Ca2+调节紊乱将导 致蛋白质不能折叠 病毒感染：内质网应激导致细胞死亡是为了防止病毒扩散的 一种古老而有效的机制 蛋白酶体功能受损：内质网内本身存在一定数量的蛋白质错 误折叠→被转运至胞浆→在蛋白酶体中降解。蛋白酶体功能 受损→蛋白质转运障碍→ER应激(如：导致神经退行性变中 常见的包涵体疾病）

应激原





物理因素：压力 化学物质、药物、毒物 生物：病毒、细菌等 细胞必须物质缺乏：低氧、蛋白质或各种 物质缺乏 内环境失衡：体内产生的活性氧、渗透压 改变等
细胞应激反应
(cellular stress)
细胞应激包括一系列高度有序的事件
1. 启动细胞内信号转导通路进而调节靶蛋白的活性，


ER应激的诱导途径



wk.baidu.com
未折叠蛋白反应(unfold protein response， UPR): accumulation of unfolded protein aggregates 内质网超负荷反应(ER overload response, EOR)：excessive protein traffic usually caused by viral infection 固醇调节级联反应
• • • •
抑制细胞增殖的通路均与调亡有关。如： SAPK通路 P38通路 神经酰胺信号转导通路 P53通路
内质网应激
内质网(endoplasmic reticulum，ER)




内膜表面积占细胞所有膜结构的50 %，体 积占细胞总体积的10 %，参与重要的生理 功能的维持 内质网巨大的膜结构为细胞内活性物质的反 应提供了一个广阔的平台，在许多信号调控 中起到关键作用 基本生理功能：负责蛋白质的合成转运、信 号肽识别、糖基化修饰、钙离子的贮存和调 节、信号转导及细胞内钙的再分布 内质网是细胞凋亡调节中的重要环节
特别是促进转录因子如AP-1、NF-κB、p53、低 氧诱导因子表达（或提高其转录活性）
2. 多种特异性和非特异性的对细胞具有保护作用的
应激蛋白质合成：保护细胞免受损伤或修复已有 的损伤
3. 若细胞损伤严重而修复无望，则诱导细胞调亡—
—以细胞的自杀行为保护整体的利益
一.应激激活的细胞内信号转导 通路和转录因子
酸化
(四) 其他的信号转导通路
PI3K-蛋白激酶(PKB)：促进细胞生存、 抗凋亡作用 其他


二.应激引发的生物效应
（一）产生非特异性防御反应
◘ 热休克反应：应激原→热休克蛋白→对细胞的非
特异性保护作用
1.应激原→蛋白质变性→变性蛋白与HSP70结合→ 热休克因子(heat shock factor, HSF)活化→调 节热休克基因→HSP70表达↑。 其他HSP表达也增多，但以HSP70最多
葡萄糖调节蛋白(glucose regulated proteins，GRPs）

一种内质网分子伴侣，是细胞为适应内质网应激状态所产生 的一类应激蛋白，与热休克蛋白（heat shock proteins， HSPs）有高度的同源性 1977年，Shiu等发现，在无葡萄糖介质中培养鸡胚成纤维 细胞的过程中，可诱导产生两种分子质量分别为78kD和 94kD的蛋白质，分别将其命名为GRP78和GRP94。 GRP94只存在于真核生物中，是内质网内数量最多的糖蛋白， 可结合未折叠的多肽链，阻止蛋白质聚集，协助蛋白质折叠、 伸展、组装和转运，抑制错误折叠蛋白质的分泌
UPR效应

内质网伴侣蛋白基因转录的上调，内质
网伴侣蛋白合成↑

蛋白质翻译减少

非折叠蛋白由内质网移入胞浆，并在蛋
白酶体中降解
UPR的生物学意义

适应环境变化、重建ER的正常功能

适应性机制：

转录水平的调节：通过诱导相关基因表达而提高 ER的蛋白质折叠能力 增强ER中蛋白降解，清除错误折叠的蛋白质



3. 鞘磷脂酶(SMase)：
①作用：降解鞘磷脂→生成神经酰胺（CM, 重要的 第二信使）——鞘磷脂-神经酰胺通路； ②分类： 中性SMase：分布于细胞膜上，与ERK通路及促 进细胞增殖、炎症反应的发生有关； 酸性SMase：分布于溶酶体，与SAPK通路和细 胞调亡密切相关；
(三) DNA损伤激活的蛋白激酶
（三）对细胞增殖的影响
1. 促进细胞增殖：通过MAPK/ERK通路。 心肌负荷过重，机械牵拉刺激→心肌肥厚； 慢性炎症：炎症介质→细胞增殖 2. 抑制细胞增殖： 通过JNK/SAPK通路和P38→细胞周期阻滞、 增殖抑制； DNA损伤→P53通路→G1期或G2期阻滞，修 复损伤的DNA
（四）诱导细胞调亡
1. 诱导因素：紫外线、电离辐射、DNA损伤剂 2. 激活酶类：DNA活化的蛋白激酶(DNA-
activated protein kinase, DNA-PK)、毛细
血管扩张共济失调突变（ATM）激酶
3. 作用：活化多种转录因子：P53、c-Jun、c-
Fos、c-myc等；使热休克蛋白90(HSP90)磷
Cellular Stress
广州医学院病理生理学教研室
董伟华
细胞应激
概述 细胞应激反应
常见细胞应激的类型及机制
细胞应激与疾病的关系
概 述
细胞应激
细胞处于不利环境和遇到有害刺激时 所产生的防御或适应性反应。 高度保守 在进化中形成；应激导致的选择性压 力也有益于物种的进化



GRP94可促进肿瘤细胞增殖、转移及耐药，在肿瘤的治疗及 预后方面具有重要的临床意义
Role of GRP (glucose regulated protein) :GRP78, GRP94

preventing protein aggregation (keeping the unfolded proteins in a folding-competent state)
ER stress

内质网是细胞中加工蛋白质及贮存Ca2+的 主要细胞器，对应激原的刺激十分敏感


内质网是完成蛋白质四级结构折叠形成的部位， 在内质网内存在着多种相关的酶系统 这些蛋白质中的大部分功能与Ca2+浓度的动态 变化密切相关

内质网应激对于增强细胞对损伤的抵抗及 适应能力具有重要意义，对细胞存亡具有 重要影响


上述适应性机制失效后，通过激活NF－κB， ER开始进入警报信号途径

前两者由于蛋白质加工紊乱引起，后者是由于在 ER表面合成的胆固醇损耗所致
未折叠蛋白反应
（unfolded protein response, UPR）


蛋白质在内质网内的正确折叠需要许多分子伴侣 蛋白协助，包括Bip/GRP78(immunoglobulin binding protein78)和GRP94(glucose regulated protein94)、折叠酶类等 当内质网中未折叠或错误折叠的蛋白增多时，应 激信号通过内质网膜传递到细胞核中，继而引起 一系列特定的靶基因转录和蛋白质翻译水平下调， 以利于内质网蛋白折叠形成，使细胞继续存活， 这种反应就是未折叠蛋白反应(UPR)