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1、细胞应激第1页，本讲稿共67页stress各各种种刺刺激激(应应激激原原)非特异性全身反应非特异性全身反应神经内分泌反应神经内分泌反应以以交交感感-肾肾上上腺腺髓髓质质和和下下丘丘脑脑-垂垂体体-肾肾上腺皮质反应为主上腺皮质反应为主提高对刺激的防御适应能力提高对刺激的防御适应能力第2页，本讲稿共67页活性氧UV电离辐射缺氧渗透压变化细胞因子炎症因子冷热药物机械作用毒物第3页，本讲稿共67页细胞应激的概念细胞应激的概念是是细细胞胞对对环环境境因因素素导导致致大大分分子子损损伤伤的的一一种种防防御御反反应应，目目的的是是对对抗抗伤伤害害、修修复复损损伤伤、增增加加对对损损伤伤的的耐耐受受性性，以以
2、最最终终保保护护细细胞胞和和/或或通通过过细细胞胞死死亡亡过过程程最最终终除除去去损损伤伤后后不能修复的细胞。不能修复的细胞。第4页，本讲稿共67页细胞应激反应的特点和基本模式细胞应激反应的特点和基本模式细胞的应激反应包括一系列高度有序事件。细胞的应激反应包括一系列高度有序事件。细细胞胞应应激激高高度度保保守守(细细菌菌、酵酵母母、植植物物、动动物等都有物等都有)；第5页，本讲稿共67页有害刺激有害刺激/应激原应激原清除应激原、保护细胞、修复损伤清除应激原、保护细胞、修复损伤细胞细胞damagesensors对损伤的感知对损伤的感知激活细胞信号传导通路激活细胞信号传导通路激活下游的转录因子激活
3、下游的转录因子改变靶基因表达，诱导具有保护作用的蛋白质改变靶基因表达，诱导具有保护作用的蛋白质细胞死亡细胞死亡过强过强第6页，本讲稿共67页常见细胞应激的类型常见细胞应激的类型（一）热应激（一）热应激（二）氧化应激（二）氧化应激（三）低氧应激（三）低氧应激（四）内质网应激（四）内质网应激（五）基因毒应激（五）基因毒应激第7页，本讲稿共67页（一）热应激（热休克反应）（一）热应激（热休克反应）19621962年年年年，RitossaRitossa等等等等将将将将培培培培养养养养的的的的果果果果蝇蝇蝇蝇幼幼幼幼虫虫虫虫由由由由2525移移移移至至至至3030环环环环境境境境中中中中，3030min
4、min后后后后在在在在果果果果蝇蝇蝇蝇唾唾唾唾液液液液腺腺腺腺的的的的多多多多丝丝丝丝染染染染色色色色体体体体上上上上观观观观察察察察到到到到了了了了蓬蓬蓬蓬松松松松或或或或膨膨膨膨突突突突(puff(puff）现现现现象象象象，提提提提示示示示该该该该区区区区带带带带基基基基因因因因转转转转录录录录加加加加强强强强,并并并并可可可可能能能能有有有有某些蛋白质合成增加。某些蛋白质合成增加。某些蛋白质合成增加。某些蛋白质合成增加。生生物物细细胞胞在在热热应应激激（或或其其他他应应激激）状状态态下下所所表表现现的的以以基基因因表表达达变变化化为为特特征征的的一一种种防防御御适适应应反反应应称称为热
5、休克反应为热休克反应（heatshockresponse,HSRheatshockresponse,HSR）。第8页，本讲稿共67页1974年年，Tissieres采采用用聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺凝凝胶胶电电泳泳从从遭遭受受热热休休克克的的果果蝇蝇唾唾液液腺腺中中分分离离出出6种种新新的的蛋蛋白质白质，命名为热休克蛋白。，命名为热休克蛋白。热休克蛋白（热休克蛋白（heat shock protein,HSP）后后后后来来来来发发发发现现现现，除除除除热热热热休休休休克克克克外外外外，许许许许多多多多对对对对机机机机体体体体有有有有害害害害的的的的应应应应激激激激因因因因素素素素，如如如如低低低低氧
6、氧氧氧、缺缺缺缺血血血血、活活活活性性性性氧氧氧氧、基基基基因因因因毒毒毒毒物物物物质质质质、ATPATP缺缺缺缺乏乏乏乏、酸酸酸酸中中中中毒毒毒毒、炎炎炎炎症症症症、以以以以及及及及感感感感染染染染等等等等也也也也可可可可诱诱诱诱导导导导HSPHSP的的的的生生生生成成成成，故故HSP又又被被称称为为应应激激蛋蛋白白（stressprotein，SPs）。第9页，本讲稿共67页按照分子量分：按照分子量分：Hsp110，Hsp90，Hsp70以及小分子量的以及小分子量的Hsps按生成方式分：按生成方式分：组成型和诱导型组成型和诱导型与热应激关系最为密切的是诱导型的与热应激关系最为密切的是诱导型
7、的Hsp70。HSP的分类的分类第10页，本讲稿共67页第11页，本讲稿共67页HSP的诱导的诱导热热热热休休休休克克克克、氧氧氧氧化化化化应应应应激激激激、缺缺缺缺血血血血/氧氧氧氧、重重重重金金金金属属属属等等等等多多多多种种种种应应应应激激激激原原原原可可可可激激激激活活活活热热热热休休休休克克克克因因因因子子子子(heat(heatshockshockfactorfactor，HSF)HSF)。HSFHSF是是是是参参参参与与与与热热热热休克反应和诱导热休克蛋白表达的主要转录因子。休克反应和诱导热休克蛋白表达的主要转录因子。休克反应和诱导热休克蛋白表达的主要转录因子。休克反应和诱导热休
8、克蛋白表达的主要转录因子。活活活活化化化化的的的的HSFHSF三三三三聚聚聚聚体体体体转转转转入入入入核核核核内内内内，与与与与靶靶靶靶基基基基因因因因启启启启动动动动子子子子区区区区中中中中的的的的热热热热休休休休克克克克反反反反应应应应元元元元件件件件（heatheatshockshockresponseresponseelementelement，HSEHSE）结结结结合合合合而而而而诱诱诱诱导导导导一一一一系系系系列列列列基基基基因因因因，如如如如Hsp70Hsp70、Hsp90Hsp90和和和和Hsp27Hsp27、HSBP1HSBP1、IL-6IL-6、IL-10IL-10、细细细
9、细胞胞胞胞泵泵泵泵如如如如多多多多药药药药耐耐耐耐药药药药1 1蛋蛋蛋蛋白白白白（ABCB1ABCB1）等基因的转录。等基因的转录。等基因的转录。等基因的转录。第12页，本讲稿共67页HSP的诱导与调节的诱导与调节第13页，本讲稿共67页HSP的结构的结构HSP具具有有N端端的的高高度度保保守守的的ATP酶酶区区和和C端端的的底物识别序列，后者易于结合蛋白质的疏水结构区。底物识别序列，后者易于结合蛋白质的疏水结构区。第14页，本讲稿共67页HSP的功能的功能1.分子伴侣（分子伴侣（molecular chaperon）分分子子伴伴侣侣是是细细胞胞一一类类保保守守蛋蛋白白质质，可可识识别别肽肽链
10、链的的非非天天然然构构象象，促促进进各各功功能能域域和和整整体体蛋蛋白白质质的的正正确确折折叠叠。但但自自身身并并不不成成为为被被折折叠叠的的蛋蛋白白质的一部分。质的一部分。第15页，本讲稿共67页已已知知多多种种应应激激原原可可导导致致蛋蛋白白质质变变性性，使使之之成成为为伸伸展展的的(unfolded)或或错错误误折折叠叠的的(misfolded)多多肽肽链链，其其疏疏水水区区域域可可重重新新暴暴露露在在外外，因因而而较较易易形形成成蛋蛋白白质质聚聚集集物物，对对细细胞胞造造成成严严重损伤。重损伤。HSPHSP能能能能识识识识别别别别和和和和结结结结合合合合新新新新合合合合成成成成的的的的
11、尚尚尚尚未未未未折折折折叠叠叠叠或或或或因因因因有有有有害害害害因因因因素素素素破破破破坏坏坏坏了了了了其其其其折折折折叠叠叠叠结结结结构构构构的的的的肽肽肽肽链链链链结结结结合合合合，并并并并依依依依赖赖赖赖其其其其N N端端端端的的的的ATPATP酶酶酶酶活活活活性性性性，利利利利用用用用ATPATP促促促促成成成成这这这这些些些些肽肽肽肽链链链链的的的的正正正正确确确确折折折折叠叠叠叠、移移移移位位位位、修复或降解。修复或降解。修复或降解。修复或降解。第16页，本讲稿共67页HSP response to stress第17页，本讲稿共67页泛泛素素是是一一个个使使蛋蛋白白质质降降解解的
12、的分分子子标标签签。机机体体在在试试图图清清除除某某些些异异常常蛋蛋白白质质（如如变变性性蛋蛋白白、错错误误折折叠叠蛋蛋白白等等）之之前前，先先将将这这些些蛋蛋白白质质标标上上泛素标签，然后经蛋白酶体将其降解。泛素标签，然后经蛋白酶体将其降解。2.2.调控蛋白转归调控蛋白转归 第18页，本讲稿共67页 20042004年年年年1010月月月月1616日日日日瑞瑞瑞瑞典典典典皇皇皇皇家家家家科科科科学学学学院院院院将将将将本本本本年年年年度度度度诺诺诺诺贝贝贝贝尔尔尔尔化化化化学学学学奖奖奖奖授授授授予予予予以以以以色色色色列列列列科科科科学学学学家家家家阿阿阿阿龙龙龙龙 切切切切哈哈哈哈诺诺诺
13、诺沃沃沃沃、阿阿阿阿夫夫夫夫拉拉拉拉姆姆姆姆 赫赫赫赫什什什什科科科科和和和和美美美美国国国国科科科科学学学学家家家家欧欧欧欧文文文文 罗罗罗罗斯斯斯斯，以以以以表表表表彰彰彰彰他他他他们们们们在在在在泛泛泛泛素素素素调调调调节节节节的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质降降降降解解解解研究领域中的卓越成就。研究领域中的卓越成就。研究领域中的卓越成就。研究领域中的卓越成就。第19页，本讲稿共67页泛素碳端水泛素碳端水解酶解酶 泛素泛素E3E3连接酶连接酶 第20页，本讲稿共67页作作 为为 损损 伤伤/危危 险险 相相 关关 分分 子子 模模 式式(DAMPs)(DAMPs)，通通过过模模式式识识别
14、别受受体体，引引发发炎炎症反应。症反应。3.介导炎症反应介导炎症反应第21页，本讲稿共67页 当当当当机机机机体体体体受受受受到到到到损损损损伤伤伤伤时时时时，DAPMDAPM从从从从支支支支离离离离破破破破碎碎碎碎的的的的细细细细胞胞胞胞释释释释放放放放出出出出来来来来，这这这这些些些些成成成成分分分分，对对对对于于于于免免免免疫疫疫疫系系系系统统统统来来来来说说说说，作作作作为为为为机机机机体体体体已已已已受受受受到到到到损损损损伤伤伤伤的的的的危危危危险险险险信号。信号。信号。信号。DAPM为为细细胞胞的的组组成成部部分分:如如高高迁迁移移率率族族蛋蛋白白（HMGB1)；热热休休克克蛋蛋
15、白白；钙钙结结合合蛋蛋白白S100等。等。损损伤伤/危危险险相相关关分分子子模模式式(damage-associatedmolecularpatterns,DAMPs)第22页，本讲稿共67页外源性外源性Hsp的功能的功能 应应应应激激激激时时时时，当当当当HSPHSP从从从从受受受受损损损损细细细细胞胞胞胞中中中中释释释释放放放放出出出出来来来来时时时时，这这这这种种种种HspHsp作作作作为为为为危危危危险险险险信信信信号号号号”(danger”(danger signal)signal)，能能能能被被被被单单单单核核核核/巨巨巨巨噬噬噬噬细细细细胞胞胞胞、树树树树突突突突状状状状细细细细
16、胞胞胞胞（DCDC）、血血血血管管管管内内内内皮皮皮皮细细细细胞胞胞胞上上上上的的的的模模模模式式式式识识识识别别别别受受受受体体体体所所所所识识识识别别别别，导导导导致致致致细细细细胞胞胞胞合合合合成成成成和和和和释释释释放放放放出出出出各各各各种种种种促促促促炎炎炎炎因因因因子子子子，如如如如NONO、TNF-aTNF-a、IL-1IL-1、IL-6IL-6、IL-10IL-10等等等等，增增增增强强强强细细细细胞胞胞胞的的的的免免免免疫功能，并参与炎症反应。疫功能，并参与炎症反应。疫功能，并参与炎症反应。疫功能，并参与炎症反应。第23页，本讲稿共67页（二）氧化应激（二）氧化应激（oxi
17、dative stress）是是 由由 活活 性性 氧氧(reactiveoxygenspecies,ROS)增增多多和和/或或清清除除减减少少导导致致ROS相对超负荷引起的细胞应激反应。相对超负荷引起的细胞应激反应。第24页，本讲稿共67页活性氧活性氧(reactive oxygen speciesreactive oxygen species，ROSROS)及自由基及自由基在在化化学学反反应应性性能能方方面面比比氧氧活活泼泼的的含含氧氧化化合合物物，包包括括氧氧自自由由基基，如如超超氧氧阴阴离离子子(O2)以以及及羟羟自自由由基基(OH)、脂脂氧氧自自由由基基、氮氮氧氧自自由由基基和和非非
18、自自由由基基形形式的过氧化氢（式的过氧化氢（H2O2）和单线态氧（）和单线态氧（1O2)等等。ROS是细胞正常代谢的产物，参与许多生理过程。是细胞正常代谢的产物，参与许多生理过程。-.第25页，本讲稿共67页氧自由基的生成氧自由基的生成图.氧自由基的生成第26页，本讲稿共67页体内体内ROS的清除的清除抗抗氧氧化化酶酶：如如SOD、过过氧氧化化氢氢酶酶(CAT)和和谷谷胱胱甘甘肽肽过过氧氧化化物物酶酶(GSH-Px)等等分分别别清清除除O2及及H2O2。抗抗氧氧化化剂剂：如如VitE、VitC、胡胡萝萝卜卜素素、GSH及及微微量量元元素素(如如硒硒、锌锌)等等清清除除脂脂自自由由基及脂过氧自由
19、基等基及脂过氧自由基等 第27页，本讲稿共67页 生生理理状状态态下下，GSH/GSSG维维持持在在高高比比率率，而而在在氧氧化化应应激激时时，GSH氧氧化化成成GSSG，GSH/GSSG比比率率下下降降，故故可可借借以评估脂质过氧化损伤情况。以评估脂质过氧化损伤情况。第28页，本讲稿共67页在在缺缺血血缺缺氧氧、缺缺血血再再灌灌注注损损伤伤、化化学学性性放放射射性性损损伤伤、炎炎症症、肿肿瘤瘤、重重金金属属等等病病理理情情况况下下以以及及老老化化等等过过程程中中，ROS产产生生增增多多，而而清清除除能能力力不不足足，结结果果导导致致ROS和和氧氧自由基增多。自由基增多。氧化应激氧化应激第29
20、页，本讲稿共67页ROS或自由基或自由基通过靶基因通过靶基因起效应起效应激活转录因子激活转录因子激活信号转激活信号转导通路导通路MAPK和和AKT通路等通路等Nrf2、NF-B 等等清除清除ROS修复细胞损伤修复细胞损伤细胞凋亡细胞凋亡氧化应激氧化应激第30页，本讲稿共67页ROS激活的信号转导通路激活的信号转导通路1.MAPK家族成员，包括家族成员，包括ERK、JNK和和p38通路通路2.PI-3K/AKT信号通路信号通路3.PLC-PKC通路，通路，PLC-Ca2+通路通路4.激活鞘磷脂酶（激活鞘磷脂酶（SMase）第31页，本讲稿共67页紫外线、电离辐射、活性氧、细胞因子等紫外线、电离辐
21、射、活性氧、细胞因子等 应激原应激原?Rac,cdc42 Ras?Rac,cdc42 Ras PAK/GCK PAK/GCK MEKK1/2 MEKKs Raf MEKK1/2 MEKKs Raf MAPKKKMAPKKKSEK1/JNKK MKK3/6 MEK1/2 SEK1/JNKK MKK3/6 MEK1/2 MAPKKMAPKKSAPK/JNKSAPK/JNK p38MAPK ERK1/2p38MAPK ERK1/2 MAPKMAPKc-Junc-Jun等等 ATF-2 CHOPATF-2 CHOP等等 c-Mycc-Myc等等 转录因子转录因子第32页，本讲稿共67页鞘磷脂鞘磷脂SM
22、aseSMase神经酰胺神经酰胺磷酸胆碱磷酸胆碱+鞘磷脂神经酰胺通路鞘磷脂神经酰胺通路介介导导多多种种受受体体和和环环境境应应激激在在细细胞胞内内的的信号转导。信号转导。鞘磷脂酶（鞘磷脂酶（SMase）第33页，本讲稿共67页Smase中性中性Smase(细胞膜上细胞膜上)酸性酸性Smase(溶酶体溶酶体)。ERK通路通路细胞凋亡细胞凋亡促进细胞增殖促进细胞增殖炎症反应炎症反应SAPK/JNK第34页，本讲稿共67页Nrf2 -参与氧化应激的重要转录因子参与氧化应激的重要转录因子在生理条件下，在生理条件下，Nrf2与与Keap1结合被扣押在胞浆，并易于结合被扣押在胞浆，并易于被泛素化降解，因此
23、被泛素化降解，因此Nrf2蛋白的半寿期只有蛋白的半寿期只有20分钟，在细分钟，在细胞内维持低水平。胞内维持低水平。在氧化应激过程中被激活的一些蛋白激酶，如在氧化应激过程中被激活的一些蛋白激酶，如ERK和和p38以以及及PKC等可使等可使Keap1和和Nrf2磷酸化。导致二者结合的亲和磷酸化。导致二者结合的亲和性下降并与其解离，之后性下降并与其解离，之后Nrf2转入核内与靶基因启动子中转入核内与靶基因启动子中的抗氧化反应元件（的抗氧化反应元件（antioxidantresponseelements，AREs）相互作用，调节血红素加氧酶）相互作用，调节血红素加氧酶-1、谷胱甘肽、谷胱甘肽S-转移转
24、移酶酶A2和和NAD(P)H醌氧还酶醌氧还酶-1（NQO1）等靶基因的转录。）等靶基因的转录。第35页，本讲稿共67页氧化应激激活的转录因子氧化应激激活的转录因子Nrf2第36页，本讲稿共67页上上述述信信号号转转导导通通路路能能够够激激活活多多种种转转转转录录录录因因因因子子子子，如如Nrf-2、NF-B、AP-1、ATF-2、NF-IL6等等。诱诱 导导MnSOD、CAT和和GSH-Px等等的的表表达达，从从而而清清除除ROS，具有特异性细胞保护作用。，具有特异性细胞保护作用。NF-NF-B还能上调多种抗凋亡基因，如还能上调多种抗凋亡基因，如Bcl-XL,c-FLIP,cIAPs等的表达，
25、发挥抗凋亡和促细胞存等的表达，发挥抗凋亡和促细胞存活的作用。活的作用。氧化应激激活的靶基因及生物效应氧化应激激活的靶基因及生物效应第37页，本讲稿共67页 氧化应激也可以诱导细胞凋亡。如激活的氧化应激也可以诱导细胞凋亡。如激活的氧化应激也可以诱导细胞凋亡。如激活的氧化应激也可以诱导细胞凋亡。如激活的JNKJNK可通过可通过可通过可通过激活转录因子激活转录因子激活转录因子激活转录因子AP-1,AP-1,上调具有促凋亡作用的基因表达，上调具有促凋亡作用的基因表达，上调具有促凋亡作用的基因表达，上调具有促凋亡作用的基因表达，诱导细胞凋亡。诱导细胞凋亡。诱导细胞凋亡。诱导细胞凋亡。JNKJNK还能通过
26、线粒体凋亡途径诱导细还能通过线粒体凋亡途径诱导细还能通过线粒体凋亡途径诱导细还能通过线粒体凋亡途径诱导细胞凋亡。胞凋亡。胞凋亡。胞凋亡。NF-NF-B B也也可通过上调其具有促凋亡作用的靶蛋白，促也也可通过上调其具有促凋亡作用的靶蛋白，促也也可通过上调其具有促凋亡作用的靶蛋白，促也也可通过上调其具有促凋亡作用的靶蛋白，促进细胞凋亡。进细胞凋亡。进细胞凋亡。进细胞凋亡。高浓度的高浓度的高浓度的高浓度的ROSROS可攻击各种细胞成分可攻击各种细胞成分可攻击各种细胞成分可攻击各种细胞成分,直接造成细胞结构损直接造成细胞结构损直接造成细胞结构损直接造成细胞结构损伤和功能代谢障碍，诱导细胞凋亡或死亡。伤
27、和功能代谢障碍，诱导细胞凋亡或死亡。伤和功能代谢障碍，诱导细胞凋亡或死亡。伤和功能代谢障碍，诱导细胞凋亡或死亡。氧化应激后细胞的命运（存活还是死亡），取决于氧化应激后细胞的命运（存活还是死亡），取决于ROS的浓度、细胞的功能状态和整体的环境的浓度、细胞的功能状态和整体的环境第38页，本讲稿共67页由由于于在在多多种种应应激激原原（如如低低氧氧、基基因因毒毒）作作用用和和炎炎症症、缺缺血血再再灌灌流流损损伤伤等等病病理理生生理理过过程程中中都都有有ROS和和自自由由基基的的生生成成增增多多，而而在在应应激激反反应应中中涉涉及及的的基基因因几几乎乎都都受受细细胞胞氧氧还还状状态态所所影影响响。因因
28、此此氧氧氧氧化化化化应应应应激激激激反反反反应应应应是是是是多多多多种种种种细细细细胞胞胞胞应应应应激激激激反反反反应应应应中中中中最最最最中中中中心心心心的的的的通通通通路路路路，参参与与了了缺缺血血再再灌灌流流损损伤伤、炎炎症症、肿肿瘤瘤、衰衰老老以以及及多多种种疾疾病病，如如帕帕金金森森氏氏病病、Alzheimer病病、艾艾滋滋病病、糖糖尿尿病病血血管管并并发发症症、心心脑脑血血管管病病等等重重要要疾疾病病的的发发生生和发展过程。和发展过程。第39页，本讲稿共67页三、低氧性应激三、低氧性应激(hypoxia stress)单单纯纯性性的的缺缺氧氧或或缺缺血血缺缺氧氧可可诱诱发发缺氧性应
29、激反应缺氧性应激反应第40页，本讲稿共67页细胞反应细胞反应缺氧缺氧激活激活HIF-1和相关信号转导通路和相关信号转导通路低氧感受器低氧感受器提高机体耐受缺氧能力提高机体耐受缺氧能力低氧应激低氧应激第41页，本讲稿共67页低氧感受器低氧感受器1.含血红素蛋白假说含血红素蛋白假说 2.氧敏感性离子通道假说氧敏感性离子通道假说 3.NAD(P)H氧化酶复合物学说氧化酶复合物学说 4.线粒体逸出活性氧假说线粒体逸出活性氧假说5.氨基酸羟化酶学说氨基酸羟化酶学说 6.乙酰转移酶学说乙酰转移酶学说 7.NO和和CO学说学说 第42页，本讲稿共67页研究背景研究背景EpoEpoEpoVEGFVEGFVEG
30、FGLUT3GLUT3GLUT3ADMADMADM第43页，本讲稿共67页缺氧诱导因子VHL蛋白为蛋白为E3-泛素连泛素连接酶的组成部分，在常接酶的组成部分，在常氧下，它导致氧下，它导致HIF-1 的多泛素化进而被降解。的多泛素化进而被降解。低氧能抑制低氧能抑制VHL，使，使HIF-1 稳定性增加，稳定性增加，VHL蛋白为蛋白为E3-泛素连泛素连接酶的组成部分，在常接酶的组成部分，在常氧下，它导致氧下，它导致HIF-1 的多泛素化进而被降解。的多泛素化进而被降解。低氧使低氧使HIF-1 稳定性稳定性增加，增加的增加，增加的HIF-1 与与HIF-1 以二聚体的形式以二聚体的形式转入核中调节靶基
31、因表达。转入核中调节靶基因表达。第44页，本讲稿共67页EPO增多：增多：红细胞生成增多红细胞生成增多VEGF增多：增多：血管增生，使氧部位的血液增加血管增生，使氧部位的血液增加iNOS增多：增多：血管舒张（血管舒张（NO）GLUT1（glucose transport 1)和和糖酵解糖酵解酶酶增多增多 无氧酵解增无氧酵解增强强HIF-1诱导的靶基因和生物效应诱导的靶基因和生物效应第45页，本讲稿共67页（四）内质网应激（四）内质网应激（endoplasmic reticulum stress）真真真真核核核核细细细细胞胞胞胞的的的的内内内内质质质质网网网网是是是是细细细细胞胞胞胞内内内内蛋蛋
32、蛋蛋白白白白质质质质合合合合成成成成和和和和折折折折叠叠叠叠、CaCa2+2+存储、脂质合成的重要部位。存储、脂质合成的重要部位。存储、脂质合成的重要部位。存储、脂质合成的重要部位。各各各各种种种种原原原原因因因因，如如如如缺缺缺缺氧氧氧氧、氧氧氧氧化化化化应应应应激激激激、脂脂脂脂质质质质过过过过度度度度负负负负荷荷荷荷、病病病病毒毒毒毒感感感感染染染染、药药药药物物物物和和和和毒毒毒毒素素素素等等等等均均均均可可可可扰扰扰扰乱乱乱乱内内内内质质质质网网网网稳稳稳稳态态态态，导导导导致致致致内内内内质质质质网网网网内内内内未未未未折折折折叠叠叠叠蛋蛋蛋蛋白白白白或或或或错错错错误误误误折折折
33、折叠叠叠叠蛋蛋蛋蛋白白白白积积积积聚聚聚聚或或或或细细细细胞胞胞胞内内内内钙钙钙钙稳稳稳稳态态态态失失失失衡衡衡衡，引引引引起起起起内内内内质质质质网网网网应应应应激激激激，因因因因此此此此内质网应激是多种细胞应激反应的共同通路。内质网应激是多种细胞应激反应的共同通路。内质网应激是多种细胞应激反应的共同通路。内质网应激是多种细胞应激反应的共同通路。第46页，本讲稿共67页 内内内内 质质质质 网网网网 应应应应 激激激激 的的的的 主主主主 要要要要 反反反反 应应应应 是是是是 未未未未 折折折折 叠叠叠叠 蛋蛋蛋蛋 白白白白 反反反反 应应应应（unfoldedunfoldedprotei
34、nproteinresponseresponse，UPRUPR），当当当当各各各各种种种种原原原原因因因因导导导导致致致致内内内内质质质质网网网网内内内内未未未未折折折折叠叠叠叠蛋蛋蛋蛋白白白白或或或或错错错错误误误误折折折折叠叠叠叠蛋蛋蛋蛋白白白白积积积积聚聚聚聚时时时时，为为为为了了了了减减减减轻轻轻轻内内内内质质质质网网网网的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质过过过过荷荷荷荷，细细细细胞胞胞胞会会会会启启启启动动动动（UPRUPR）以以以以恢恢恢恢复复复复内内内内质质质质网网网网的的的的蛋白质折叠环境和稳态。蛋白质折叠环境和稳态。蛋白质折叠环境和稳态。蛋白质折叠环境和稳态。第47页，本讲稿共
35、67页UPR包括：包括：1.使蛋白质合成减少，以减轻未折叠蛋白的进一使蛋白质合成减少，以减轻未折叠蛋白的进一使蛋白质合成减少，以减轻未折叠蛋白的进一使蛋白质合成减少，以减轻未折叠蛋白的进一 2.步聚积；步聚积；步聚积；步聚积；2.通过诱导伴侣分子（如通过诱导伴侣分子（如HSP）和折叠酶的表达，）和折叠酶的表达，增强内质网蛋白质的折叠能力；增强内质网蛋白质的折叠能力；3.通过激活泛素通过激活泛素-蛋白酶体系统和自噬作用，促进错误蛋白酶体系统和自噬作用，促进错误折叠蛋白的降解；折叠蛋白的降解；4.若通过上述反应仍不能缓解内质网异常蛋白堆积若通过上述反应仍不能缓解内质网异常蛋白堆积导致的内质网受压，
36、将触发受损细胞凋亡或死亡。导致的内质网受压，将触发受损细胞凋亡或死亡。第48页，本讲稿共67页 目前已知的哺乳动物三条感受目前已知的哺乳动物三条感受UPR的信号转导通路。的信号转导通路。它们上游是存在于内质网膜上起应激传感器作用的它们上游是存在于内质网膜上起应激传感器作用的三个蛋白：三个蛋白：1.跨膜蛋白活化转录因子跨膜蛋白活化转录因子6(activating transcription factor 6,ATF6)；2.双链双链RNA-依赖的蛋白激酶样内质网激酶（依赖的蛋白激酶样内质网激酶（PKR-like ER kinase,PERK）3.需肌醇酶需肌醇酶1(inositol requir
37、ing enzyme 1,IRE1)。未未/错误折叠蛋白反应的感受和信号转导错误折叠蛋白反应的感受和信号转导第49页，本讲稿共67页 正常情况下，正常情况下，正常情况下，正常情况下，ATF6 ATF6、PERK PERK 和和和和IRE1IRE1与位于内质网的伴与位于内质网的伴与位于内质网的伴与位于内质网的伴侣分子侣分子侣分子侣分子78kD78kD的葡萄糖调节蛋白（的葡萄糖调节蛋白（的葡萄糖调节蛋白（的葡萄糖调节蛋白（GRP78GRP78）结合而处于失活）结合而处于失活）结合而处于失活）结合而处于失活状态。状态。状态。状态。GRP78 GRP78是是是是HSP70HSP70同系物，当内质网中未
38、折叠蛋白发生同系物，当内质网中未折叠蛋白发生同系物，当内质网中未折叠蛋白发生同系物，当内质网中未折叠蛋白发生积聚时，作为分子伴侣，积聚时，作为分子伴侣，积聚时，作为分子伴侣，积聚时，作为分子伴侣，GRP78GRP78与未折叠与未折叠与未折叠与未折叠/错误折叠的错误折叠的错误折叠的错误折叠的蛋白多肽结合而与蛋白多肽结合而与蛋白多肽结合而与蛋白多肽结合而与ATF6,PERK ATF6,PERK 和和和和IRE1IRE1解离，导致它解离，导致它解离，导致它解离，导致它们激活，从而将未折叠蛋白信号通过内质网膜传向胞们激活，从而将未折叠蛋白信号通过内质网膜传向胞们激活，从而将未折叠蛋白信号通过内质网膜传
39、向胞们激活，从而将未折叠蛋白信号通过内质网膜传向胞浆和胞核。浆和胞核。浆和胞核。浆和胞核。未未/错误折叠蛋白反应的感受和信号转导错误折叠蛋白反应的感受和信号转导第50页，本讲稿共67页图图.未折叠蛋白反应信号通路介导的内质网应激未折叠蛋白反应信号通路介导的内质网应激和炎症反应和炎症反应第51页，本讲稿共67页内质网应激的意义内质网应激的意义1.减少蛋白质合成，减轻未折叠蛋白的聚积；减少蛋白质合成，减轻未折叠蛋白的聚积；2.2.诱导伴侣分子和折叠酶表达，增强蛋白质折叠能力；诱导伴侣分子和折叠酶表达，增强蛋白质折叠能力；诱导伴侣分子和折叠酶表达，增强蛋白质折叠能力；诱导伴侣分子和折叠酶表达，增强蛋
40、白质折叠能力；3.促进错误折叠蛋白的降解；促进错误折叠蛋白的降解；4.4.若通过上述反应仍不能维持内质网稳态，将触发受损若通过上述反应仍不能维持内质网稳态，将触发受损若通过上述反应仍不能维持内质网稳态，将触发受损若通过上述反应仍不能维持内质网稳态，将触发受损细胞凋亡或死亡。细胞凋亡或死亡。细胞凋亡或死亡。细胞凋亡或死亡。第52页，本讲稿共67页第53页，本讲稿共67页迄迄今今的的研研究究表表明明内内质质网网应应激激和和未未折折叠叠蛋蛋白白反反应应与与许许多多疾疾病病，如如糖糖尿尿病病、神神经经退退行行性性疾疾病病、肿肿瘤瘤、心心脑脑血血管管病病、病病毒毒感感染染以以及及一一些化学毒物引发的疾病
41、都有关。些化学毒物引发的疾病都有关。第54页，本讲稿共67页（五）基因毒应激（五）基因毒应激（genotoxic stress）由由DNA损伤引起的细胞应激。损伤引起的细胞应激。1.概念：概念：第55页，本讲稿共67页2.DNA损伤的原因损伤的原因自发的自发的DNA损伤；损伤；各各种种应应激激原原的的作作用用如如紫紫外外线线、电电离离辐辐射射、病病毒毒感感染染、化化学学诱诱变变剂剂等等，导导致致DNA损伤。损伤。第56页，本讲稿共67页 DNA双双链链断断裂裂（dsb）、DNA核核苷苷酸酸加加成成物物的的形形成成和和碱碱基基修修饰饰、DNA碱碱基基错错配配和和DNA单链断裂（单链断裂（ssb）
42、。）。3.DNA损伤类型损伤类型第57页，本讲稿共67页募集蛋白激酶，如募集蛋白激酶，如DNADNA活化的蛋白激酶活化的蛋白激酶活化的蛋白激酶活化的蛋白激酶(DNA-PK)(DNA-PK)，PI-3KPI-3K样样样样激酶（激酶（激酶（激酶（ATMATM和和和和ATRATR）至损伤处至损伤处DNA损伤传感器（损伤传感器（DNAdamagesensors）(蛋白复合物蛋白复合物)细胞周期停滞细胞周期停滞损伤损伤DNA的修复的修复激活下游酶和转录因子激活下游酶和转录因子 如如如如chk1、chk2和和P53等等4.DNA损伤激活的信号转导通路损伤激活的信号转导通路DNA损伤（主要是损伤（主要是双链
43、双链双链双链DNA断裂）断裂）断裂）断裂）第58页，本讲稿共67页(1)DNA损伤的信号识别损伤的信号识别DNA活化的蛋白激酶活化的蛋白激酶(DNA-PK)调调节节亚亚基基识识别别并并结结合合到到DNA双双链链断断裂裂的的末末端端，再再与与催催化化亚亚基基结结合合并并激激活活其其活活性性，磷磷酸酸化化转转录录因因子子如如P53、c-Jun、c-Fos等等而而发挥作用。发挥作用。第59页，本讲稿共67页ATM/ATR激酶激酶 ATM和和ATR属属于于PIKK家家族族,是是DNA损损伤伤检检查查点点的的主主要要成成员员.ATM和和ATR在在维维持持基基因组的稳定性中起到至关重要的作用因组的稳定性中
44、起到至关重要的作用 毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白(mutatedinataxiatelangiectasia,ATM)ATM和Rad-3相关蛋白（ATMandRad-3related，ATR）第60页，本讲稿共67页1.磷酸化并抑制磷酸化并抑制CDC25A（一种（一种 参与细胞周期调控参与细胞周期调控的磷酸酶）活性，阻滞细胞周期进展。的磷酸酶）活性，阻滞细胞周期进展。2.磷酸化转录因子磷酸化转录因子p53，导致其稳定性增加和激活。激，导致其稳定性增加和激活。激活的活的P53能诱导多种与细胞周期停顿相关基因，如能诱导多种与细胞周期停顿相关基因，如P21、GADD45 和和MDM-2的表达。的
45、表达。DNA损伤激活损伤激活ATM/ATR,它们进而磷酸化并激活它们进而磷酸化并激活下游的细胞周期关卡激酶下游的细胞周期关卡激酶2（checkpoint kinase，Chk2）和）和Chk1。激活的。激活的Chk1和和Chk2：以上结果导致细胞周期阻滞，为损伤以上结果导致细胞周期阻滞，为损伤DNA修复修复争取时间。争取时间。第61页，本讲稿共67页第62页，本讲稿共67页诱导凋亡1.P531.P53诱导的细胞凋亡诱导的细胞凋亡诱导的细胞凋亡诱导的细胞凋亡 如果的如果的DNA损伤严重损伤严重,不能修复，已磷酸化的不能修复，已磷酸化的P53在其在其 Ser46位可被进一步磷酸化。之后位可被进一步
46、磷酸化。之后P53可诱导多种促细可诱导多种促细胞凋亡相关的基因，如胞凋亡相关的基因，如Bax、Fas、p53 诱导蛋白诱导蛋白（PIGs）、死亡受体）、死亡受体5(DR5)等的表达，以及等的表达，以及下调抗凋亡下调抗凋亡下调抗凋亡下调抗凋亡成员成员成员成员Bcl2Bcl2和和和和BclXLBclXL的表达，的表达，的表达，的表达，导致细胞凋亡。导致细胞凋亡。2.P532.P53非依赖性细胞凋亡非依赖性细胞凋亡非依赖性细胞凋亡非依赖性细胞凋亡 NF-B也能诱导促凋亡蛋白，如也能诱导促凋亡蛋白，如Fas、DR4和和DR5的的表达，从而发挥促细胞凋亡作用。表达，从而发挥促细胞凋亡作用。JNK第63页
47、，本讲稿共67页细胞凋亡的意义细胞凋亡的意义 清清除除基基因因受受损损细细胞胞，防防止止突突变变细胞的扩散和肿瘤形成。细胞的扩散和肿瘤形成。第64页，本讲稿共67页应激反应通路间的串话（cross-talk）1.一一种种应应激激原原,如如ROS能能可可以以引引起起多多种种细细胞胞应应激激（氧化应激、内质网应激和基因毒应激）（氧化应激、内质网应激和基因毒应激）。2.不不同同应应激激原原可可以以激激活活不不同同的的信信号号通通路路和和转转录录因因子子，基基因因毒毒应应激激-p53,热热应应激激-HSF-1，低低氧氧应应激激-HIF-1，氧化应激，氧化应激-Nrf2等；等；3.不不同同的的应应激激原
48、原可可激激活活相相同同的的细细胞胞内内信信号号传传导导通通路路，如如JNK和和p38MAPK通通路路，以以及及相相同同的的转转录录因因子子，如如NF-B。第65页，本讲稿共67页4.在在应应激激反反应应基基因因启启动动子子上上发发生生转转录录因因子子间间的的相相互互作用。作用。这这是是由由于于很很多多相相关关基基因因的的启启动动子子上上存存在在多多个个应应激激转转录录因因子子结结合合部部位位。例例如如氧氧化化应应激激的的反反应应基基因因Hmox1的的启启动动子子中中不不仅仅有有Nrf2结结合合部部位位还还有有转转录录因因子子MTF-1、HIF-1、HSF-1和和NF-B的的反反应应元元件件，使它可对多种应激刺激发生反应。使它可对多种应激刺激发生反应。第66页，本讲稿共67页实验说明：实验说明：1.分为分为5组组2.上课时间上课时间月/日星期分组节次地点10/15一A组14:00-17:30病生教研室（基础部1号楼2楼，231室）10/22一B组10/29一C组11/5一D组11/22一E组第67页，本讲稿共67页