内质网应激与心脏

1. 内质网应激与心脏 华中科技大学同济医学院附属同济医院心血管内科 汪道文 2012-04-07

2. 内质网 • 内质网：真核细胞细胞质内广泛分布的由膜构成的扁囊、小管或小泡连接形成的连续的三维网状膜系统。根据膜上有无附着核糖体又分为糙面内质网和滑面内质网两种。 • 内质网功能： 蛋白质合成 蛋白质胞内转运 蛋白质折叠 翻译后修饰包括N端糖基化 磷脂和胆固醇合成 钙离子稳态调节

3. 内质网应激定义 当细胞受到某些打击（如缺氧、药物毒性等）后，发现内质网腔内氧化环境被破坏，钙代谢紊乱，突变蛋白质产生或者蛋白质二硫键不能形成，大量蛋白质聚集在内质网腔内，造成蛋白质过负荷，内质网稳态失衡，这些现象被称为内质网应激。

4. 内质网应激 • 干扰内质网功能，导致未折叠蛋白在内质网腔内聚集的各种原因： （1）氧化应激 （4）正常蛋白过度合成 （2）缺血缺氧 （5）非正常蛋白合成增加 （3）钙超载 • 内质网应激发生后，首先启动未折叠蛋白反应（unfolded protein response ），通过三条途径促细胞生存： （1）增加内质网分子伴侣 （3）促进未折叠蛋白的降解 （2）抑制蛋白质翻译 • 当应激程度过重或者应激时间过长，内质网激活三条促细胞凋亡信号通路： （1）诱导CHOP (C/EBP homologous protein)表达 （2）JNK (c-Jun amino-terminal kinase) 激活 （3）caspase-12水解 • 内质网应激介导的细胞凋亡可以与线粒体凋亡途径相关联，也可以独立于线粒体凋亡途径。

5. ER-initiated apoptosis Endoplasmic Reticulum Stress multiple stimuli and inadequate extracellular conditions unfolded protein Response (UPR) upregulation of ER chaperones reduced translation degradation of proteins misfolded in the ER Survival Pathways PERK-eIF2α-ATF4 IRE1-XBP-1 ATF6 restore cellular homeostasis integrated stress response GADD34 Prolonged stress p-eIF2α dephosphorylation Apoptosis pathways remove the injured cells CHOP/GADD153 ASK1/JNK caspase12

9. 内质网应激与心脏疾病 • 内质网应激与未折叠蛋白反应与人体很多病理状况相关，在心脏的病理生理调节中也起很重要的作用 • 内质网应激反应，内质网腔钙离子释放，蛋白质和脂类合成可以影响心脏很多功能，包括能量代谢，心肌发育，缺血再灌注，冠状动脉硬化性心脏病，心肌病和心衰等 • 内质网分子和内质网应激相关信号通路可以作为心血管疾病治疗的重要靶点之一

10. Induction of ER Stress in Failed Human Heart 小结：人心衰心脏标本中检测发现有非常明显的内质网应激发生，提示 内质网应激是心衰发生发展的重要机制之一。

11. β-AR Blockers Suppresses ER Stress in Cardiac Hypertrophy and Heart Failure β受体阻滞剂抑制心肌肥厚和心力衰竭过程中的内质网应激

12. 很多临床研究表明，β受体阻滞剂可以提高心脏功能，减少心衰病人死亡率很多临床研究表明，β受体阻滞剂可以提高心脏功能，减少心衰病人死亡率 可能的解释包括与去甲肾上腺素和肾上腺素竞争性结合β受体，减慢心率，减弱心肌收缩力,降低血压,减少心肌耗氧量,防止儿茶酚胺对心脏的损害,改善左室和血管的重构及功能 但β受体阻滞剂对心衰治疗的具体机制仍不清楚 β-AR blockers

13. β-AR blockers attenuated cardiac hypertrophy and improved the function of failing hearts 小结：β受体阻滞剂美托洛尔和普莱诺尔可减轻腹主动脉缩窄(AAC)和异丙肾上腺素(ISO)诱导的大鼠心肌肥厚和心力衰竭。

14. β-AR blockers suppressed ER stress in hypertrophic and failing hearts of rats 小结：β受体阻滞剂美托洛尔和普莱诺尔可抑制腹主动脉缩窄（AAC）和 异丙肾上腺素（ISO）诱导的肥厚和心衰心脏中内质网应激的发生。

15. β-AR blockers suppressed ER stress-mediated apoptosis in cardiac hypertrophy and failure 小结：β受体阻滞剂美托洛尔和普莱诺尔可抑制腹主动脉缩窄（AAC）和 异丙肾上腺素（ISO）诱导的大鼠心肌肥厚和心力衰竭心脏中内质网应激 凋亡信号通路的激活和心肌凋亡的发生。

16. β-AR blockers alleviated ER stress in cardiomyocytes 小结：β受体阻滞剂美托洛尔和普莱诺尔可抑制内质网应激刺激剂TM和TG诱导心肌细胞内质网应激的发生。

17. β-AR blockers protected cardiomyocytes against ER stress-mediated apoptosis 小结：β受体阻滞剂美托洛尔和普莱诺尔可抑制内质网应激刺激剂TM和TG诱导 心肌细胞内质网应激凋亡信号通路的激活和心肌细胞凋亡的发生。

18. β-AR blockers suppressed overactivation of Calmodulin Kinase II in rat failing hearts 小结：β受体阻滞剂美托洛尔和普奈诺尔通过抑制CaMKII 信号通路的激活而 可减轻心肌细胞内质网应激的发生（心肌细胞和心衰心脏两方面证据）。

19. β受体阻滞剂抑制细胞膜上β受体激活， 抑制钙调蛋白激酶CaMKII对受磷蛋白 PLB的活化，解除PLB对内质网膜钙泵 的活性抑制，促钙离子向内质网腔回流， 减轻细胞内钙离子超载，从而抑制过度 内质网应激诱导的心肌细胞凋亡，减缓 心衰的发生发展。 β-AR blockers β-AR CaMKII PLB SERCA Ca2+ overload Heart failure

20. 小 结 β受体阻滞剂抑制细胞膜上β受体激活， 抑制钙调蛋白激酶CaMKII对受磷蛋白 PLB的活化，解除PLB对内质网膜钙泵 的活性抑制，促钙离子向内质网腔回流， 减轻细胞内钙离子超载，从而抑制过度 内质网应激诱导的心肌细胞凋亡，减缓 心衰的发生发展。

21. The role of unfolded protein response mediated angiogenesis in cardiac hypertrophy心肌肥厚时UPR反应介导的新生血管生成作用

22. Disruption of coordinated cardiac hypertrophyand angiogenesis contributes to the transitionto heart failure 作为代偿机制，冠状血管毛细血管生成促进心肌肥厚的发生发展。当心脏促血管生成因子分泌不足，心肌血管生成减少时，肥厚增大的心肌细胞得不得足够的氧气和营养物质的供应，心肌细胞发生凋亡，从而导致心力衰竭的发生。

23. Cardiac expression of pro-angiogenic factor, VEGF-A, is correlated with the UPR in hypertrophic and failing heart Abdominal aortic constriction（AAC） 小结：AAC模型心脏中内质网应激保护阶段的未折叠蛋白反应（UPR）被激活， VEGF-A的表达与UPR关键转录因子XBP-1的激活密切相关。

24. Cardiac expression of VEGF-A is correlated with XBP-1s in hypertrophic and failing human hearts 小结：人心衰心脏标本中心脏VEGF-A的表达与UPR关键转录因子XBP-1的激活密切相关。

25. Activated UPR increases both XBP-1 and VEGF-A expression in cardiomyocytes Real time PCR Western blot ELISA 小结：内质网应激刺激剂TM和TG诱导心肌细胞UPR的激活和VEGF-A的表达。

26. Silencing of XBP-1 blocks ER stress-induced VEGF expression in cardiomyocytes XBP-1在VEGF启动子区预测的结合位点 在胶质瘤细胞C6中，ChIP结果证实XBP-1在内质网应激条件下可结合到VEGF启动子区。 Ethel. etal. PLoS ONE 2010;5(9): e12521 小结：沉默XBP-1表达可以抑制内质网应激刺激剂TM和TG诱导心肌细胞VEGF-A mRNA的表达。

27. 在压力过负荷等刺激因素作用下，心脏组织发生内质网应激，诱导XBP-1表达，促进VEGF的分泌，促进血管生成，从而促进心肌肥厚的发生发展，是心肌肥厚阶段重要的代偿机制之一。在压力过负荷等刺激因素作用下，心脏组织发生内质网应激，诱导XBP-1表达，促进VEGF的分泌，促进血管生成，从而促进心肌肥厚的发生发展，是心肌肥厚阶段重要的代偿机制之一。

28. ER stress and atherosclerosis

29. Chronic Endoplasmic Reticulum Stress in Arterial Endothelium in Regions of Susceptibility to Atherosclerosis Mete Civelek etal. Circ Res. 2009;105:00-00 小结：动脉粥样硬化斑块组织内有内质网应激的激活。

30. C/EBP homologous protein (CHOP) deficiency suppressed hypercholesterolemia- induced atherosclerosis in apoE-/- mice. Junhong Gao etal. Circulation. 2011;124:830-839 小结：敲除内质网应激促细胞凋亡关键信号分子CHOP，可以抑制巨噬细胞炎症分子的分泌，从而抑制高脂饮食诱导apoE-/-小鼠动脉粥样硬化的进展。

31. chemical chaperone • TUDCA: tauroursodeoxycholic acid • PBA: 4-phenyl butyric acid • TUDCA 和 PBA 是被很多研究证明有效的两种化学合成分子伴侣，通过增强内质网对蛋白质的折叠能力而抑制内质网应激。

32. Long-term administration of TUDCA reduces ER stress and aortic lesions in mice deficient for both LDLr and AMPK2 Ming-Hui Zou etal. Circulation. 2010;121:792-803 小结：内质网蛋白折叠分子伴侣模拟物TUDCA，通过抑制动脉内膜内内质网应激的发生， 而抑制高脂饮食诱导LDLr-/-小鼠动脉粥样硬化的进展。

33. Reducing endoplasmic reticulum stress through a macrophage lipid chaperone alleviates atherosclerosis Ebru Erbay et al. Nat Med. 2009;15:1383-91 小结：内质网蛋白折叠分子伴侣模拟物PBA，通过抑制动脉内膜内内质网应激的发生， 而抑制高脂饮食诱导apoE-/-小鼠动脉粥样硬化的进展。

34. Chemical chaperone atherosclerosis Inflammation apoptosis 内质网分子伴侣通过增强内质网对蛋白质折叠的功能， 减轻内质网应激的发生，减轻内质网应激诱导的脂质合成、炎症和细胞凋亡，从而减轻动脉粥样硬化。

35. 总结 • 内质网应激与心血管疾病和病理生理有广泛关联 • 内质网应激研究方兴未艾 • 内质网应激可能成为心血管疾病治疗新的靶点

36. 谢谢！