心力衰竭是在长期、慢性神经内分泌和细胞因子系统激活引起心肌重塑的基础上出现的重要心血管系统病理过程，是心血管疾病晚期共有的终末器官损害，疗效差，死亡率高，是临床上亟待解决的重大问题。防止和延缓心肌重塑的发展是心力衰竭治疗的根本策略。钙稳态失衡、蛋白质合成改变和细胞凋亡是影响心肌重塑发生、发展和转归的重要因素，因而也是心力衰竭进展和预后主要的影响因素。内质网(endoplasmic reticulum, ER)是调控细胞钙稳态、蛋白质合成和细胞凋亡的重要亚细胞器，还调控脂质和胆固醇合成、钙稳态、细胞凋亡等细胞基本生命活动。内质网通过启动并整合细胞核、线粒体和高尔基体等亚细胞器反应，决定肥大心肌细胞的转归：恢复自稳态和修复损伤发挥代偿作用，或损伤加重乃至死亡，以致出现心力衰竭。ERS常早于、并可进一步诱导基因转录水平上的核反应和代谢水平上的线粒体反应。适度的内质网应激有利于心肌细胞代偿，持续而严重的内质网应激则触发内质网相关细胞凋亡，造成肥大心肌由代偿转向衰竭，是心力衰竭发生的重要分子机制。

    心肌细胞的内质网系统非常发达，通常被称为肌浆网 (sacoplasmic reticulum, SR)。肌浆网，心肌细胞内肌浆网沿肌原纤维排列，并通过T管与心肌细胞膜联系。心肌细胞的肌浆网主要由包绕肌丝的网状纵形小管（longitudinal SR, L-SR）、参与形成三联管的终末池(Junctional SR, J-SR)和位于肌节I带的特化非终末池(specialized non-junctional SR)三部分组成。肌浆网理化环境改变和肌浆网过负荷等因素均可以导致未折叠/误折叠蛋白聚集和钙稳态失衡等内质网功能紊乱状态，即内质网应激。其中理化性因素的改变主要是细胞营养物质如氨基酸、葡萄糖和脂类的剥夺和高血糖、高同型半胱氨酸血症、缺血(氧)和毒性物质(如重金属)等。而肌浆网过负荷主要包括未/误折叠蛋白质增加和钙浓度改变，如肌浆网内误折叠蛋白聚集，或突变蛋白、未组装蛋白多肽的表达和正常蛋白质的过表达和肌浆网Ca²⁺超载或耗竭。内质网应激反应(ER stress response)主要包括未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)、内质网过负荷反应(ER overload response，EOR)和类固醇调节级联反应三类。其中EOR发生于过多的膜蛋白通过ER的转运时，主要见于病毒感染产生大量病毒糖蛋白时，此时ER发出信号活化转录因子NF-κB以诱导免疫与促炎反应基因如干扰素和细胞因子表达。类固醇调节级联反应主要发生于ER膜上固醇剥夺时，引起类固醇合成基因的转录^[5]。而未折叠蛋白反应是研究最为充分的一类内质网应激反应，与心力衰竭的发病密切相关。UPR主要表现为蛋白质合成的暂停和肌浆网功能相关蛋白的上调，旨在调节肌浆网蛋白质合成稳态。

    UPR时细胞首先出现蛋白合成暂停，其调控发生在蛋白合成起始阶段，由PERK(PKR like ER kinase)途径介导，旨在减少未折叠蛋白/错误折叠蛋白在ER沉积和聚集。PERK属I型ER跨膜蛋白，具有感受器和效应器两个功能域，前者位于ER腔面的氨基端，可以感受未折叠蛋白/错误折叠蛋白聚集信息，后者位于ER膜胞浆侧的羧基端，具有蛋白激酶活性，也可以由膜上寡聚化而激活^[7]。正常状态下，与GRP78结合的PERK以无活性复合物存在；ER内聚集未折叠蛋白或误折叠蛋白与GRP78结合后，暴露PERK，使其寡聚化并活化，进而磷酸化真核细胞翻译起始因子2(eukaryotic initiation factor 2, eIF2)，从而减少蛋白合成^[8]。eIF2蛋白包含α、β和γ等3个亚基，生理状态下，eIF2α与GTP结合募集起始子蛋氨酰(methionyl)tRNA到40S小亚基核蛋白体上，形成活性较低的eIF2α－小亚基核蛋白复合体，后者识别并结合mRNA,再装配成具有蛋白质合成功能的核蛋白复合体，随后GTP被降解，形成GDP结合型eIF2α，后者经eIF2β作用重新形成GTP结合型eIF2蛋白，进入下一轮核蛋白复合体组装与启动。内质网应激时，PERK磷酸化eIF2 蛋白的第51位丝氨酸，使eIF2无法由GDP型向GTP型转换，因此eIF2 不能再被重复利用，造成真核细胞蛋白质翻译启动和合成降低，新蛋白合成减少。

    UPR还诱导内质网与蛋白质合成、折叠和钙稳态调控有关的蛋白质上调，以恢复内质网功能。这些上调的蛋白质主要有：① ER伴侣蛋白，如GRP78、GRP94、内质网应激蛋白（endoplasmic reticulum protein  Erp）29和72、钙网蛋白(calreticulin, CRT)、calnexin、氧调节蛋白(oxtgen-regulated protein，ORP) 150。②与ER蛋白质加工和钙稳态相关的酶，如蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase, PDI)、肌浆网Ca²⁺-ATP酶(sarco/endoplasmic reticulum Ca^2＋-ATPase, SERCA)。③其它ER应激相关蛋白，包括血红素加氧酶-1(hemooxygenase-1, HO-1)、应激相关ER蛋白-1(stress-associated endoplasmic reticulum protein 1, SERP-1)。上述三类蛋白质的上调具有促进ER内未折叠/误折叠蛋白质正确折叠、调节ER钙稳态和抵抗氧化应激等作用，与终止ERS反应、恢复细胞功能有关^[9]。

    UPR时蛋白质合成上调主要由铁反应元件1(iron responsible element 1, Ire1)途径介导，Ire1属于I型ER跨膜蛋白，其ER腔侧的氨基端具有感受未折叠蛋白的功能域，正常状态下与GRP78的结合掩盖其二聚化位点，而羧基端具有2个功能域，分别与丝/苏氨酸蛋白激酶和病毒感染激活RNA酶(RNaseL)同源，具有蛋白激酶和核酸内切酶活性。内质网内聚集的未折叠蛋白与GRP78结合,暴露出Ire1的二聚化位点，活化其效应器功能域的蛋白激酶；二聚化的Ire1发生交叉磷酸化，激活核酸内切酶，后者特异性剪接平时活性很低的转录因子Hac1的mRNA,去除其上一段252bp的抑制序列，然后在tRNA连接酶Rlg的作用下形成高活性的Hac1，翻译成Hac1p。Hac1p上调靶基因的表达;另外ATF4和ATF6途径也具有重要作用。

    多种致心肌肥大和心力衰竭的因素，如压力过负荷、自身免疫性心肌病、缺血缺氧、糖尿病性心肌病、血管活性物质异常和慢性酒精中毒致心肌肥大过程中均出现内质网应激反应，提示内质网应激反应可能是影响上述因素致心肌肥大发生、发展和心力衰竭形成的机制之一。

    心肌缺血后重塑是心力衰竭最重要的发病学因素之一，缺血/再灌注过程中的氧化应激、缺氧、葡萄糖/营养物质匮乏、ATP耗竭及钙超载等均可引起ER功能障碍，触发ERS反应。缺血可引起ER应激分子如GRP78、GRP94、PDI等表达上调。培养的乳鼠心肌细胞缺氧复氧模型上证实，缺氧复氧引起严重的内质网应激反应，表现为内质网应激分子钙网蛋白和GRP78等上调，内质网应激相关细胞凋亡途径分子CHOP(C/EBP homologous protein)表达上调和caspase-12剪切活化。在成年大鼠心肌梗死模型上进一步发现，缺血/再灌注诱导内质网应激分子钙网蛋白表达明显增多，出现内质网应激反应，其机制涉及CaN信号途径。

    以心肌肥大和收缩功能障碍为特征的酒精性心肌病是心力衰竭的原因之一，长期酒精摄入可以造成的酒精性心肌病，乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase， ADH）转基因小鼠本身不出现内质网应激分子的变化，但是该转基因小鼠在服用酒精12周后内质网应激分子eIF2a、IRE-1a和CHOP表达上调，与心肌肥大相关的转录因子GATA4, c-jun表达和c-jun磷酸化上调，并出现心肌肥大和心肌收缩功能障碍，提示酒精性心肌病发生、发展过程中出现内质网应激反应。

    小鼠主动脉缩窄（transverse aortic constriction，TAC）后1周心脏超声显示心脏扩大，左室壁增厚；此时GRP78和钙网蛋白mRNA表达上调，免疫组化显示心肌细胞内内质网蛋白标志序列KDEL阳性细胞数目增加，提示出现内质网应激反应。术后4周该小鼠出现心力衰竭，此时心肌组织钙网蛋白、GRP78和94蛋白上调，并出现内质网应激相关凋亡分子CHOP蛋白上调，心肌细胞内TUNEL阳性细胞数目增加，提示压力负荷升高致心肌肥大过程中存在持续的内质网应激现象，而内质网相关CHOP途径引发的细胞凋亡参与了肥大心肌转向衰竭的过程。大鼠腹主动脉狭窄致高血压心肌肥大后，心肌收缩功能降低，内质网应激分子钙网蛋白表达上调，与Zwadlo等发现人类心肌肥大时内质网应激分子CRT编码基因明显激活的结果一致。大鼠腹主动脉狭窄致心肌肥大模型上证实，心脏压力过负荷可以诱导内质网应激分子GRP78表达，并上调CHOP和内质网应激诱导的转录因子XBP-1；提示压力过负荷可以诱导未折叠蛋白质在肌浆网聚集，扩大的肌浆网和阻塞的T管可能干扰细胞钙稳态，后者损伤心肌收缩功能，受损的收缩功能又加重压力过负荷，持续的压力负荷升高加重肌浆网未折叠蛋白质的聚集，诱导细胞凋亡最终导致扩张型心肌病和心力衰竭。

    血管紧张素II 在心肌肥大和心力衰竭的发生中具有重要作用，心肌局部血管紧张素II与心肌肥大过程中心肌正性肌力反应和过负荷表型改变有关，主动脉狭窄致小鼠心肌肥大模型上证实，血管紧张素II的I型受体拮抗剂CS-866明显抑制TAC术后1和4周心肌组织内质网应激分子钙网蛋白和GRP78的mRNA表达，并减少TUNEL阳性细胞数和衰竭心肌caspase-3活化，阻止心力衰竭的发生。10^－9 mol/L的血管紧张素II诱导成年大鼠心肌细胞蛋白质合成增加、心肌肥大和细胞凋亡，并伴有可以识别内质网应激分子GRP78/94的KDEL和CHOP表达, 上述变化均被CS-866的活性代谢物RNH-6270抑制。特别是TUNEL和CHOP阳性细胞共存，提示CHOP介导的内质网应激凋亡途径参与了心力衰竭的发病。精氨酸－加压素引起H9c2细胞肥大和收缩功能下降，细胞内出现mRNA翻译速率降低继而上调，ER分子伴侣GRP78和GRP94合成增加。

    单核细胞趋化蛋白(monocyte chemoattractant protein-1 ,MCP-1)转基因小鼠出现心肌肥大、间质纤维化，6月龄时发展为充血性心力衰竭;基因芯片证实2、4和6月龄转基因小鼠心肌组织ER应激相关基因表达上调，内质网应激反应相关的ER分子伴侣、蛋白质二硫键异构酶家族mRNA和蛋白表达均上调，提示内质网应激参与该转基因小鼠心肌肥大的发生。过表达phospholamban突变体造成小鼠心肌肥大为主要表现的心肌病，心肌组织蛋白质组分析证实8，16和24周使包括内质网应激反应和心力衰竭相关分子标志在内的593个蛋白质差异表达，与基因芯片检测的mRNA水平变化一致。

    成年心肌细胞为终末分化细胞，一般不再具备分裂增殖能力，心肌细胞收缩相关蛋白质合成增加是心肌细胞肥大的重要分子基础，而损伤因素致心肌细胞凋亡则加重心肌细胞的丧失，触发肥大心肌由代偿转向失代偿，导致心力衰竭发生。因此，由内质网应激调控的蛋白质合成异常和细胞凋亡是影响心肌细胞肥大发生、发展和转归的重要环节。

    心肌肥大需要心肌细胞蛋白质合成的增加，分泌型蛋白质如ANP和BNP编码基因的上调是临床判断心肌肥大和心力衰竭的分子标志^[1]。而心肌细胞肌浆网是细胞内膜性/分泌性蛋白合成的场所，新合成的蛋白质在内质网腔内发生折叠和糖基化，质量控制机制保证只有正确折叠的蛋白质才能出内质网，误折叠蛋白质滞留在内质网并被降解。心肌肥大时长期蛋白质合成增加会引起持续内质网应激反应，进而导致心力衰竭。Maron等^[20]证实心肌病患者心肌组织出现不同程度的退行性变，其中肥大的心肌细胞内出现肌浆网增生，而中、重度退行性变心肌细胞出现广泛的肌原纤维溶解和肌浆网管丧失，提示肌浆网改变与肥大心肌细胞的代偿向失代偿的转化有关。内质网驻留分子均包含Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL)序列，而KDEL受体可以协助内质网识别和回收内质网伴侣分子，在内质网蛋白质控中发挥作用，表达突变KDEL受体的转基因小鼠出现扩张型心肌病，超微结构分析显示该基因突变小鼠心肌收缩装置和线粒体排列均正常，但是肌浆网增生，肌浆网内观察到疑似蛋白质聚集的电子致密物质，而野生型小鼠无此变化。衣霉素处理正常对照组乳鼠心肌细胞显示肌浆网区弥漫性表达BiP,但是在KDEL受体突变的心肌细胞BiP分布不均，提示该心肌细胞易于发生内质网应激。KDEL受体突变成年心脏BiP表达明显增加和CHOP聚集，提示该心脏出现细胞凋亡，上述结果表明KDEL受体突变心脏出现内质网应激，后者引起心肌病发生^[16]。

    广泛存在的蛋白小体（proteasome）是蛋白质合成质控机制的关键成员，30%的新合成蛋白质在蛋白小体内降解。26S蛋白小体以能量依赖形式识别并降解蛋白质，其蛋白降解的抑制通过未折叠蛋白质反应反馈抑制新蛋白质合成，已经证实，抑制26S蛋白小体通过eIF2 途径抑制蛋白质合成的起始环节而导致蛋白质合成下调。压力负荷诱导小鼠心肌肥大过程中出现蛋白小体降解途径的上调，以 epoxomicin 抑制26S蛋白小体可以消除压力负荷诱导的上述心肌肥大。小鼠主动脉狭窄4周出现心力衰竭时，eIF2磷酸化依赖的促凋亡蛋白CHOP上调、细胞凋亡增加。推测抑制蛋白小体消除压力负荷致心肌肥大可能是心肌细胞蛋白质合成抑制的结果，蛋白小体的抑制可能成为心肌肥大的新防治途径，但是由于抑制蛋白小体不仅引起蛋白质合成抑制，同时引起误折叠蛋白质在内质网的聚集，触发内质网应激反应，严重的内质网应激将导致细胞凋亡，因此应该权衡蛋白小体抑制剂在心肌肥大防治中应用的利弊。

    心肌细胞肌浆网的另一个功能是调节细胞凋亡，缺血(氧)、热休克、基因突变引起的蛋白质合成等因素均可以引起内质网应激，过强和持续的内质网应激可以通过CHOP、应激活化蛋白激酶和capase12等内质网相关凋亡途径引起细胞凋亡^[3]。多种因素致心肌肥大过程中均出现内质网应激相关细胞凋亡,提示内质网应激相关细胞凋亡是影响心力衰竭发生的重要因素。

    CHOP又称生长停滞及DNA损伤诱导基因(growth arrestand DNA damage inducible gene 153, GADD153)。内质网应激反应时Ire1-α和Ire1-β、ATF6及PERK的活化均可诱导CHOP生成，CHOP通过下调Bcl2表达而促进细胞凋亡^[24]。CHOP^-/-细胞可抵抗内质网应激诱导的细胞凋亡，而过表达CHOP促进细胞凋亡。培养的乳鼠心肌细胞和骨骼肌细胞缺氧/复氧和内质网应激诱导剂毒胡萝卜素致内质网应激细胞模型上证实，缺氧/复氧和内质网应激诱导剂诱导上述细胞CHOP表达上调，出现细胞凋亡；在大鼠腹主动脉结扎致高血压心肌肥大模型上证实，心肌肥大存在CHOP表达上调，出现细胞凋亡。长期摄入酒精致乙醇脱氢酶转基因小鼠出现CHOP表达上调、心肌肥大和心肌收缩功能障碍。压力负荷升高致高血压、心肌肥大小鼠术后4周出现心力衰竭，心肌组织内质网应激相关凋亡分子CHOP蛋白上调，心肌细胞内TUNEL阳性细胞数目增加，提示压力负荷升高致心肌肥大过程中存在严重内质网应激反应，CHOP凋亡途径激活可能参与了肥大心肌转向衰竭的过程。Hamada等认为大鼠腹主动脉狭窄致持续的压力负荷升高加重肌浆网未折叠蛋白质的聚集，诱导细胞凋亡最终导致扩张型心肌病和心力衰竭。

    Caspase-12存在于ER膜上，只被内质网应激所活化，Caspase-12^-/-小鼠及细胞在内质网应激时细胞死亡明显较轻，ERS引起Caspase-12活化的因素包括半胱氨酸水解酶m-Calpain、Caspase-7，另外ERS活化的IRE1可以通过募集肿瘤坏死因子受体相关因子2 (tumor necrosis factor receptor-associated factor 2, TRAF2)而导致Caspase-12 在ER膜上聚集。目前发现，Caspase-12通过激活caspase-9、caspase-3而诱导细胞凋亡，其活化过程可不涉及细胞色素c从线粒体释放，表明caspase-12通过不同于线粒体凋亡途径的独立信号转导途径介导细胞凋亡。缺氧复氧引起乳鼠心肌细胞内质网应激反应，caspase-12活化，并导致细胞凋亡，其机制涉及p38 MAPK/NF-κB途径，提示内质网应激特异性的caspase-12活化凋亡途径可能参与缺血致肥大心肌细胞凋亡发生。在SERCA2a基因敲除致小鼠心力衰竭模型上，证实在SERCA2a基因敲除后7周小鼠心肌组织内质网应激分子CRT和GRP78表达上调，蛋白质合成调节分子PERK和eIF2α磷酸化上调明显，内质网应激相关细胞凋亡分子CHOP表达、Caspase-12剪切活化上调，TUNEL检测显示心肌细胞凋亡显著，提示内质网应激是心肌重塑和心力衰竭重要的发病因素，其机制涉及内质网应激介导的心肌细胞蛋白质合成抑制和心肌细胞凋亡。

    综上所述，心肌肌浆网调控的蛋白质合成改变和细胞凋亡是决定心力衰竭发生的重要因素。多种致心力衰竭因素均诱导内质网应激反应，适度的内质网应激可以恢复心肌细胞钙和蛋白质合成稳态，有利于肥大心肌的修复与代偿；持续而严重的ERS，触发内质网相关细胞凋亡，造成细胞的丧失，并造成心肌细胞蛋白质合成抑制，心肌重塑不良，促使肥大心肌转向衰竭，内质网应激影响致肥大因素作用下心肌细胞适应、肥大或衰竭的发生与发展，调控内质网应激反应可能成为心力衰竭防治新的靶点。

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