细胞应激-参考
细胞受到氧化应激后损伤的检测方法
细胞受到氧化应激后损伤的检测方法杨丽娟;游育红【摘要】正常生理状态下,机体活性氧的产生与消除处于一个动态平衡中.而在某些病理生理状态下,细胞内的自由基产物超出其自身的抗氧化能力时,便会产生氧化应激.活性氧基团引起的氧化损伤在许多慢性疾病中起着重要作用,如糖尿病、动脉粥样硬化等.近年来,一些动物、细胞实验及临床试验对细胞氧化损伤的方法展开了研究.对目前国内外常用的检测细胞氧化损伤的方法予以综述,以期为检测细胞氧化受损提供更好的参考.【期刊名称】《医学综述》【年(卷),期】2010(016)006【总页数】4页(P924-927)【关键词】细胞损伤;活性氧;氧化应激;检测【作者】杨丽娟;游育红【作者单位】福建医科大学药学院药理系,福州,350004;福建医科大学药学院药理系,福州,350004【正文语种】中文【中图分类】R392氧化应激是机体或细胞内以氧自由基为代表的氧化性物质的产生与消除失衡,或外源性氧化物质的过量摄入,导致氧化性物质在细胞内蓄积而引发氧化反应的状态[1]。
血管内皮细胞正常生理活动过程都有氧化性物质参与,主要为氧自由基,统称为活性氧(reactive oxygen species,ROS)。
ROS是需氧生物在自身的新陈代谢过程中,由于受到内外环境的刺激而在其机体内持续产生的活性产物。
ROS因含有未成对电子,所以极不稳定,容易与其邻近分子反应,并可诱发产生新的自由基。
一般情况下可以参与机体的物质代谢和信号转导,对细胞的正常代谢起着重要作用。
它的产生会受到体内抗氧化防御系统的调节,从而保持在平衡的健康状态。
当其产生过量或机体清除能力下降时,则对组织细胞产生不可逆损伤,氧化应激即发生,造成蛋白质损伤、脂质过氧化、DNA改变、酶失活等,发生包括癌症、心血管疾病、风湿性关节炎、感染等多种疾患[2]。
1.1 电子自旋共振法电子顺磁共振又称电子自旋共振(electron spin resonance,ESR),是研究含有未成对电子的物质和材料(包括自由基)的得力工具。
细胞应激-参考
Science 2006, 313: 1564-1566） Fra bibliotek
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
• • • •
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
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)
细胞氧化应激基本概念
细胞氧化应激基本概念1、细胞氧化细胞⽣命活动过程中所需的能量约有95%是来⾃于线粒体，其来源是将细胞内的供能物质氧化、分解、释放能量，并排出CO2和H2O，这⼀过程称之为细胞氧化（cellular oxidation)，⼜称细胞呼吸（cellular respiration)。
其基本步骤有：糖酵⼄酰辅酶A（CoA)的形成、进⾏三羧酸循环及电⼦传递和化学渗透偶联磷酸化作⽤。
酶能使细胞的氧化过程在此⽐较低的温度下进⾏，并释放出仅仅使细胞能够扑获和储存的能量。
这个受⽣物学控制的氧化结果起初就和简单的燃烧现象⼀样：复杂的分⼦被降解为⽔，⼆氧化碳，并释放能量。
这个过程中⼀些经过交换的电⼦永久地逃离细胞的呼吸或从呼吸中⼼遗漏掉并同周围的氧分⼦相互作⽤，产⽣有毒性氧分⼦—⾃由基。
在细胞呼吸的过程中，估计有2-5%的电⼦转化为过氧化物分⼦和其他类型的氧化⾃由基，⾃由基的持续增加就对机体组织造成⼤量的氧化压⼒。
⾃由基被认为与⼤约60种(⽽且⾄少是60种)疾病的发⽣有关，科学有证据证实，抗氧化剂能停⽌甚⾄逆转(在某些疾病中)由于⾃由基所导致的损伤。
⾃由基与机体细胞发⽣作⽤后，给机体留下了毁灭性的灾难。
在细胞膜上留下了许多微笑的孔洞，使细胞的分⼦结构发⽣改变，破坏了细胞的蛋⽩和脂类分⼦。
⼀旦我们机体细胞内有⾜够的抗氧化剂储备，我们就能将⾃由基对机体的损伤程度降到最低。
2、OS氧化应激（Oxidative Stress，OS）是指体内氧化与抗氧化作⽤失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋⽩酶分泌增加，产⽣⼤量氧化中间产物。
氧化应激是由⾃由基在体内产⽣的⼀种负⾯作⽤，并被认为是导致衰⽼和疾病的⼀个重要因素。
指机体在内外环境有害刺激的条件下，体内产⽣活性氧⾃由基（Reactive Oxygen Species，ROS）和活性氮⾃由基（Reactive Ntrogen Species，RNS）所引起的细胞和组织的⽣理和病理反应。
内质网应激与细胞毒性反应
内质网应激与细胞毒性反应人类体内细胞中有一个非常重要的结构，称为内质网(endoplasmic reticulum, ER)。
内质网存在于细胞质中，是由一系列形态和功能不同的膜系统所组成。
在细胞的代谢过程中，内质网扮演着非常重要的角色，它不仅是细胞合成和分泌蛋白质的基础，还是多种重要的代谢和信号传递通路的核心。
然而，在一些异常的情况下，内质网可能会出现各种应激反应，导致细胞毒性和细胞死亡。
这种现象被称为内质网应激和细胞毒性反应。
内质网应激是内质网受到各种内外源性刺激后所产生的一系列生物学反应，其中包括如下刺激：1. 高蛋白质合成率：在细胞进行大量的蛋白质合成时，内质网可能会过度负荷，造成功能障碍甚至死亡。
2. 钙离子紊乱：某些肿瘤细胞、感染细胞、化学药物等可以导致内质网钙离子平衡失调，从而引起细胞毒害。
3. 氧化应激：内质网膜上的糖蛋白，容易被氧化氮、超氧阴离子等自由基氧化，导致内质网应激反应的发生。
4. 非生理性因子：包括细胞病毒、烟草素、自由基等，可以导致大量的蛋白质合成和小波动的水平，从而触发内质网应激。
在内质网应激发生的情况下，细胞会通过一些机制来调节应激平衡。
例如，细胞可以通过合成和积累细胞状态下所需要的重要分子，例如较小的蛋白质和信号分子，来调节应激平衡。
细胞还可以通过细胞自噬来代谢和使内质网钙离子浓度恢复正常。
此外，细胞还可以通过ATF6、IRE1、PERK等信号途径调节内质网蛋白质折叠，从而维持内质网稳态并保护细胞不受毒害。
然而，当内质网应激严重时，这些机制可能无法保护细胞免受损害，进而导致细胞毒性和细胞死亡。
这种细胞死亡被称为内质网应激性细胞死亡，也是一种新型的、独特的细胞死亡方式。
内质网应激性细胞死亡是一种自身更新过程中的重要方式之一。
它不像其他细胞死亡那样受到一些特定的外部刺激，例如培养基缺乏、化学药物、辐射等，也不像自噬和凋亡那样受到特定的信号途径的调节，而是有自身的独特通路来调节内质网的应激平衡，从而导致细胞死亡。
细胞应激反应
目
CONTENCT
录
• 引言 • 细胞应激反应的类型 • 细胞应激反应的机制 • 细胞应激反应与疾病 • 细胞应激反应的研究方法 • 细胞应激反应的未来研究方向
01
引言
细胞应激反应的定义
细胞应激反应是指细胞在面对各种内外环境刺激时，所产生的一 系列复杂的生物化学反应，旨在维持细胞的正常生理功能和生存 。
加强国际合作与交流，共同推进细胞应激反应研究 的进步和发展，提高其在全球范围内的应用价值。
THANK YOU
感谢聆听
机制
当细胞受到高温刺激时，细胞内的热休克蛋白会迅 速被激活，通过调控细胞内代谢和信号转导通路， 减轻热损伤。
影响
热应激反应有助于维持细胞内环境的稳定，保护细 胞免受外界环境因素的干扰，对维持机体正常生理 功能具有重要意义。
氧化应激反应
定义
氧化应激反应是指细胞在氧化 还原状态失衡时产生的适应性 反应，以清除过多的活性氧簇 （ROS）。
开展跨学科研究，将细胞应激 反应与生物化学、物理学和工 程学等领域的知识相结合，以 开拓新的研究领域和思路。
寻找新的药物靶点和治疗策略
通过高通量筛选和基因组学、蛋白质组学等技术手段，发现新的药物靶点，为药物设计和开发提供新 的候选分子。
研究细胞应激反应与疾病发生、发展的关系，开发针对特定疾病的细胞应激反应干预策略，以提高治疗 效果和降低副作用。
动物模型
使用动物模型来模拟人类疾病，研究细胞应激反应在疾病发生和发展中的作用。
06
细胞应激反应的未来研究方向
深入探究细胞应激反应的机制
深入研究细胞应激反应的分子 机制，包括信号转导、基因表 达和蛋白质相互作用等方面， 以揭示其在生理和病理过程中 的作用。如细胞凋 亡、自噬和细胞周期等，以揭 示其内在联系和协同作用。
在细胞应激反应中HSP70的保护与调节作用
在细胞应激反应中HSP70的保护与调节作用【摘要】HSP70是HSP家族的重要成员,由于其在应激反应中的敏感性以及临床实践中的重要作用而成为研究的热点。
当进入应激状态时,机体通过对HSP70mRNA的优先翻译和增强其稳定性等调控机制的变化以适应需要,对细胞具有保护作用。
可以缓解细胞损伤,增强机体对应激的抵抗力,并能在抗细胞凋亡、抗氧化和免疫等反应中起着重要作用。
【关键词】HSP70;应激反应; 保护; 调节细胞在受热和其他理化因素(如缺血、缺氧、重金属离子、病毒感染、DNA 损伤等)作用后发生热休克反应(Heat shock response,HSR),抑制一些正常蛋白质的合成,同时启动一类新的蛋白合成基因热休克蛋白基因,合成热休克蛋白(heat shock protein,HSP)。
细胞应激反应中能起保护作用的应激蛋白主要是热休克蛋白家族,其中以HSP70最重要。
1 HSP家族及生物学特性1.1 HSP家族成员及其胞内定位HSP包括一个庞大的糖蛋白超家族,分子量在6000～170 000。
现已发现30余种,根据同源程度及分子量大小分为HSP90、HSP70、HSP60、小分子HSP及泛素4组,分子量大小为110 000的HSP,位于细胞质或细胞核中;分子量为90 000的HSP家族,包括HSP90和GRP94,前者位于细胞质,后者位于内质网(ER);HSP90家族常见有HSP90、gp96(葡萄糖缺乏时诱导合成的一类蛋白)等。
其中HSP90指HSP90 和gp96,这两种蛋白具有相似或相同的功能,都是细胞正常生长所必需的蛋白;分子量在70 000左右的HSP家族,包括HSC70,GRP78(Bip)和GRP75,分别位于细胞质、内质网和线粒体;分子量在60 000的HSP位于线粒体;低分子量HSP,分子量为20 000～30 000,位于细胞质或细胞核中;分子量为10 000的HSP位于线粒体;泛素(ubiquitin)分子量为8000,位于细胞质或细胞核。
14-1-细胞应激
第14章细胞生存与死亡（引言）细胞作为生命活动的基本单位，和我们现实社会中的每一个个体一样，时刻要面对种种生存的压力和挑战，并对此做出适当的应激反应。
每一个细胞也有或长或短的寿命，会慢慢变老，直到死亡。
接下来我们将一起从细胞应激、细胞衰老和细胞死亡三个方面探讨细胞的一般生活历程。
14-1 细胞应激应激是机体在各种内外环境因素及社会，心理因素刺激时所出现的全身性非特异性适应反应。
这个章节我们来谈一下细胞的应激。
细胞应激是指原核或真核细胞针对应激原产生的一系列适应性变化，最终导致基因表达的改变，以增强细胞抗损伤能力和在不利条件下的生存能力。
细胞应激是在进化中形成的高度保守的过程，应激导致的选择性压力也有益于物种的进化。
应激原是指能引起机体或细胞产生应激反应的刺激因素。
有些应激原可刺激产生全身性应激反应，有些应激原则主要刺激产生细胞应激反应。
应激原根据其特性可以分为：物理因素（例如压力），化学因素（例如药物和毒物），生物因素（例如病毒和细菌，营养物质缺乏（包括低氧，蛋白质或其他各种物质缺乏以及内环境失衡（体内产生的活性氧、渗透压改变）等）。
（出镜）（旁白形式）细胞应激反应包括了一系列高度而有序的事件：首先是启动细胞内信号转导通路进而调节靶蛋白的活性，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）；然后诱导合成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，保护细胞免受损伤或修复已有的损伤。
如果细胞损伤严重而修复无望，则诱导细胞调亡以保护个体的整体利益。
细胞应激的信号通路主要包括MAPK（丝裂原活化的蛋白激酶）信号通路，紫外线、电离辐射，DNA损伤剂、活性氧、高渗状态、促炎细胞因子等，可以MAPkinase 级联反应激活包括JNK/SAPK、p38、ERK在内的信号途径，继而激活c-Jun,c-Myc 等转录因子从而上调保护性蛋白质的合成，增强细胞对应激原的抵抗力，或者介导细胞调亡的信号转导。
《细胞应激反应的》课件
热应激
总结词
热应激是指细胞暴露于高温环境时所产生的一种应激状态。
详细描述
当细胞暴露于高温环境时，细胞内的蛋白质和酶会受到损伤，导致细胞功能受 损。热应激还会影响细胞内的信号转导和基因表达，进一步影响细胞的生存和 死亡。
营养应激
总结词
营养应激是指细胞在缺乏必需营养物质时所产生的一种应激状态。
详细描述
物学效应，如细胞凋亡、细胞增殖和细胞分化等。
PI3K/Akt信号转导途径
要点一
总结词
PI3K/Akt信号转导途径是细胞应激反应中另一个重要的信 号转导途径，它参与了细胞的生存和凋亡过程。
要点二
详细描述
PI3K/Akt信号转导途径在细胞应激反应中被激活后，会通 过一系列的生物学效应来调节细胞的生存和凋亡过程。其 中，Akt的激活可以抑制细胞凋亡，促进细胞生存，而 PI3K的激活则可以促进细胞的增殖和分化。
JAK/STAT信号转导途径
总结词
JAK/STAT信号转导途径是细胞应激反应 中一个重要的信号转导途径，它参与了 多种应激反应的信号转导过程。
VS
详细描述
JAK/STAT信号转导途径在细胞应激反应 中被激活后，会通过一系列的生物学效应 来调节细胞的生长、发育和免疫反应等过 程。其中，STAT分子的激活可以促进细 胞的生长和发育，而JAK分子的激活则可 以调节免疫细胞的反应。
细胞应激反应的信号转导途径
MAPK信号转导途径
总结词
MAPK信号转导途径是细胞应激反应中重要的信号转导途径之一，它参与了多种应激反 应的信号转导过程。
详细描述
MAPK信号转导途径包括ERK、JNK和p38等亚型，它们在细胞应激反应中发挥着不同 的作用。当细胞受到应激刺激时，MAPK信号转导途径会被激活，进而引发一系列的生
细胞应激-参考课件
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↑
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)
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)
内质网应激在细胞生命过程中的作用和调节机制
内质网应激在细胞生命过程中的作用和调节机制内质网是一种细胞质内的复杂结构，包括内质网膜和内质网腔。
内质网负责蛋白质合成和折叠，聚糖合成和降解等生命活动，是维持细胞稳态的重要器官。
然而，当内质网功能发生异常时，会引起内质网应激，威胁细胞生存，严重时可导致多种疾病的发生。
本文将从内质网应激对细胞生命过程的影响和调节机制两个方面，对内质网应激进行阐述。
内质网应激对细胞生命过程的影响内质网应激是指由于内质网功能变化引起的应激反应。
当内质网存在大量未折叠或折叠不完全的蛋白质时，内质网会通过识别这些蛋白质的不合格特征，而引起质量控制机制，将这些蛋白质定向向降解途径，如泛素-蛋白酶体途径（UPS）或自噬途径。
但当蛋白质折叠不完整、结构紊乱或者是变异等情况时，内质网将无法发挥质量控制作用，使得不合格蛋白质积累在内质网中，从而触发内质网应激反应。
内质网应激反应主要包括三个信号分子，即内质网应激酶1（IRE1）、蛋白激酶RNA样内质网激酶（PERK）和激活转录因子6（ATF6）。
这三个信号分子被内质网特异性分子与Abelson相关（IKK）介导的磷酸化修饰后，分别在细胞核、内质网和胞质中集中响应，启动内质网应激反应的信号通路，调控特定的基因表达和基因组稳态，以对抗应激的影响。
当内质网应激酶IRE1激活，会激活下游分子X-box结合蛋白1（XBP1）切割酶，进而启动XBP1转录因子，调节相关基因的表达；当内质网应激酶PERK激活时，会激活下游转录因子ATF4，从而启动氧化还原、蛋白质折叠和泛素化等特定途径；当内质网应激酶ATF6激活时，会激活下游二甲基酰化转录因子4（DDIT4），以帮助细胞增加内质网膜的表面积和质量，以承受内质网应激的影响。
内质网应激对细胞生命过程有着深远的影响。
首先，内质网应激可以引起细胞凋亡。
内质网应激引起蛋白质聚集和不稳定，会激活伴随凋亡相关蛋白（Bax、Bak）等，在随后引发细胞凋亡的过程中欠缺足够的成熟蛋白分子的第一步问题就在于引起内质网应激。
病理生理学第九章 应激试题和答案
E．以上都是
B．铜蓝蛋白
28．应激时交感-肾上腺髓质系统兴奋所产生
C．血清淀粉样 A 蛋白
的防御性反应不包括：
D．C－反应蛋白
A．心率增快、心肌收缩力增强
E．α1－酸性糖蛋白
B．支气管扩张加强通气
23．临床上作为炎症和疾病活动性指标的 AP 是：
C．促进糖原分解使血糖升高
A．铜蓝蛋白
D．血液重分布
B．结合珠蛋白
效应是：
C．增强机体抗出血能力
A．CRH 释放
D．抑制蛋白酶活性
B．血浆肾上腺素、去甲肾上腺素浓度迅速
E．清除自由基
升高
43．热休克基因的转录活性是通过下列哪项作
C．糖皮质激素分泌增加
用而启动的?
D．ACTH 释放
A．热休克转录因子三聚体的作用
E．引起兴奋、警觉、紧张、焦虑等情绪反应
B．热休克转录因子单体蛋白的作用
E．血黏度增高
C．α2－巨球蛋白
29．应激时交感-肾上腺髓质系统兴奋所产生
D．C－反应蛋白
的对机体不利的反应是：
E．血清淀粉样 A 蛋白
A．组织缺血
24．慢性应激出现的贫血与缺铁性贫血不．同．点是： 化物生成
B．黄疸
D．能量消耗过多
C．血红蛋白尿
E．以上都是
D．贫血常呈低色素性
一、选择题 【A型题】
参考答案
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B
D
E
C
E
E
C
C
E
C
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
C
细胞生物学：13应激
皮质系统
功能代谢变化
一、应激的神经内分泌反应
(Neuroendocrine responses in stress)
❖ 交感-肾上腺髓质系统
❖ 下丘脑-垂体-肾上腺皮质激素系统
❖ 其他内分泌反应
(一) 交感-肾上腺髓质系统
(Sympathetic-adrenal medulla system)
1.基本组成单元
二、应激的细胞体液反应
(Cellular and humoral responses in stress)
Puff
❖ 热休克蛋白
(Heat shock protein, HSP)
❖ 急性期反应蛋白
(Acute phase protein, AP)
(一)热休克反应与热休克蛋白
(Heat shock response，HSR Heat shock protein, HSP)
❖ 促进多种激素的分泌：
促进ACTH、GH、EPO、Renin
5.对机体的不利影响:
外周血管 持续收缩 心肌耗氧量
应激性高血压；组织缺血 应激性心功能异常
血小板数目 粘附聚集 分解代谢 自由基
诱发DIC 能量过度消耗 损伤生物膜
(二) 下丘脑-垂体-肾上腺皮质激素系统
(Hypothalamus-pituitary -adrenal cortex system，HPA)
1.非特异性（nonspecific nature） 2.反应模式大致相同
二、应激原(Stressor)
（一）概念 能引起应激反应的各种内外环境因素。
（二）种类 ❖ 外环境因素 (external factors)
❖ 内环境因素 (internal factors )
与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应
与细胞中(p)ppGpp相关的环境胁迫信号感知和应激反应2120141293 王德美摘要(p)ppGpp，即鸟苷五磷酸或鸟苷四磷酸盐，是细菌细胞内的一种小分子信号物质，其合成和分解均由RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白调控。
RelA/SpoT蛋白家族或Rel/Spo双功能蛋白可感知环境胁迫条件并通过(p)ppGpp 代谢调控诱导细胞发生应激反应，如DNA 复制受阻、rRNA合成抑制及降解、基因的差别表达以及代谢酶的激活或抑制。
关键词环境胁迫信号；互惠调控；应激反应；转录抑制及激活正文一、(p)ppGpp催化活性蛋白1.(p)ppGpp催化活性蛋白的功能在大肠杆菌和其他变形菌纲细菌细胞，RelA和SpoT酶家族严谨调控(p)ppGpp 代谢。
RelA 为核糖体蛋白，催化合成pppGpp或ppGpp合成。
SpoT为胞质蛋白，在有Mn2+存在时，具有(p)ppGpp 水解酶活性和微弱的合成酶活性。
而在一些革兰氏阳性菌以及蓝细菌细胞，染色体上含有Rel/spo同源基因，可编码具有(p)ppGpp 合成酶和水解酶双重功能的Rel/Spo同源蛋白(RSH)。
胞内(p)ppGpp合成酶活性蛋白通过对环境胁迫的感知和催化调控信号分子(p)ppGpp合成的引发细胞应激反应的发生【1】。
2.(p)ppGpp催化活性蛋白对环境胁迫信号的感知2.1 RelA/SpoT酶家族对环境胁迫信号的感知2.1.1感知氨基酸饥饿的机制在大肠杆菌中，当氨基酸缺乏时，非氨酰基化的tRNA 结合于核糖体的A 位点阻滞蛋白质的合成，多肽延伸时核糖体空置反应诱导RelA 合成(p)ppGpp。
2.1.2感知脂肪酸饥饿的机制酰基载体蛋白(ACP)结合于SpoT 的TGS 结构域（可能具有调控与核苷类配体结合的功能），细胞中非酰基化ACP和酰基化ACP的比率可能影响这种结合。
因此，脂肪酸饥饿改变SpoT 两种催化活性的平衡并导致合成酶活性升高，(p)ppGpp积累。
细胞应激-参考课件
(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
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
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
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：
chop蛋白
chop蛋白1. 简介chop蛋白，也被称为C/EBP-homologous protein（CHOP），是一种转录因子，属于basic leucine zipper（bZIP）家族。
它在哺乳动物细胞中广泛表达，并在应激情况下起关键作用。
在研究中，chop蛋白经常被用作细胞应激反应的指标，对于我们理解细胞应激和细胞死亡具有重要意义。
2. 结构chop蛋白的基因位于人类基因组的9q22.3位置，包含3个外显子和2个内含子。
该基因编码其中一个重要的亚型，该亚型包含347个氨基酸残基。
chop蛋白的结构包含一个N端的转录激活域（TA），一个C末端的bZIP结构域，以及一个一次性磷酸化位点。
3. 功能chop蛋白在细胞应激中扮演着重要角色。
它的表达受到多种应激因子的诱导，例如内质网应激、氧化应激和细胞缺氧等。
chop蛋白的表达可被一系列信号通路调控，如p38MAPK、JNK、ERK和PERK等。
传统上，chop蛋白被视为在应激条件下抑制转录的转录因子。
它可以与其他蛋白相互作用，如CCAAT / enhancer-binding protein（C/EBP）家族和C/EBP-homologous protein（CHOP）家族中的其他成员。
这些相互作用可能会改变基因表达，导致细胞应激和凋亡等生理过程。
4. 作用机制chop蛋白的作用机制仍在研究中。
一个重要的作用机制是chop蛋白通过直接或间接调节其他基因的表达来参与细胞应激反应。
它可以通过与DNA结合，在某些基因的启动子区域中结合并抑制转录复合物的形成。
此外，chop蛋白还可以调节一些关键蛋白的表达，如Bcl-2家族成员（负调节因子）、Akt（正调节因子）等。
这些蛋白的表达变化可以进一步影响细胞的存活或凋亡。
5. 与疾病的关联由于chop蛋白在细胞应激和细胞死亡中的重要作用，它与多种疾病的发生和发展有关。
例如，许多炎症性疾病、心血管疾病和癌症等都与chop蛋白的表达异常相关。
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2. IRE1-XBP1路径
Hale Waihona Puke IRE1具有核酸内切酶功能
Bip耗尽→IRE1二聚磷酸化激活→切割XBP1
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 ……
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
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
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
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
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
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
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~。
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
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)
ER应激的诱导途径
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
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
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）
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)
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↑
（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
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)
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
(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
葡萄糖调节蛋白(glucose regulated proteins，GRPs）