内质网(endoplasmicreticulum，ER)是真核细胞分泌蛋白和膜蛋白合成和加工的场所，内质网环境的稳定是保持内质网蛋白质合成顺利进行所必须的。当未折叠蛋白和错误折叠蛋白在内质网内异常聚集时，常常会导致蛋白质合成紊乱并引发内质网应激(endoplasmicreticulumstress，ERS)。内质网可通过诱发未折叠蛋白反应(unfoldedproteinresponse，UPR)来维持内质网稳态和恢复细胞功能。然而，随着ERS的持续加重，持续发生的UPR将引发细胞的程序性死亡。肺癌的发生发展与细胞内的ERS和UPR都有着密切联系。
疫情期间，作为一名来自级麻醉的本科生，在导师和学长的指导下，完成了这篇综述。本文将对ERS和UPR及其相关通路进行介绍，并对其主要诱因、抑制剂以及ERS在肺癌中的作用进行总结，为肺癌的基础研究及临床治疗提供新的思路和潜在治疗靶点。
癌症一直以来极大地威胁着人类的健康，其中肺癌是最常见的肿瘤之一，近年来其发病率逐渐增高。调查结果显示，肺癌的发病率和死亡率均占所有癌症的首位，分别为12．7%和22．4%。肺组织的发病原因与多种因素相关，包括吸入烟雾和空气污染等。通常这些均是诱导内质网应激的重要因素。现已证明，ERS和随后的未折叠蛋白反应在包括肺癌细胞在内的多种癌细胞的稳态过程调节中起着核心作用。ERS参与到肺癌的各种生物学过程中，与增殖、凋亡、耐药性和自噬等生物学功能密切相关。目前关于ERS诱因和UPR通路的相关抑制剂的研究对于研究ERS和其在肿瘤发生中的作用有着重要的参考价值。本文旨在对ERS在肺癌中的作用和ERS的诱因以及相关通路抑制剂作综述。
1ERS与UPR
内质网作为真核细胞中分泌途径相关的重要细胞器，不仅是细胞内蛋白质合成、折叠和运输的主要部位，还是细胞中钙储存和脂质生物合成的重要场所。在真核细胞中，当内质网发生ERS后会使细胞内未折叠的蛋白和错误折叠的蛋白聚集在内质网中，使得内质网功能紊乱，从而引发UPR。在癌症的发生发展过程中，细胞承受着广泛的压力，包括氧水平的变化(缺氧)，酸中*，营养缺乏，钙稳态失调，卵磷脂合成障碍或氧化应激等，这些压力都会引起内质网内未折叠蛋白质的积累从而引起ERS，进而激活细胞的UPR。当发生轻度或中度的ERS，细胞将通过稳态未折叠蛋白反应(homeostaticUPR，hUPR)引起基因转录和mRNA翻译的变化，促进细胞适应和存活。但是，当细胞发生持续且重度的ERS，那么细胞中终末未折叠蛋白反应(terminalUPR，tUPR)将占据主导地位，并主动发出细胞凋亡信号，引起细胞凋亡。
在哺乳动物中，UPR通过三种内质网膜上的跨膜蛋白形成互联信号转导途径(Fig．1)，以恢复内质网的稳定状态。三种跨膜蛋白分别为活化转录因子6(activatingtranscriptionfactor，ATF6)，蛋白激酶样内质网激酶(proteinkinase-likeERkinase，PERK)以及肌醇需求酶1(inositol-requiringenzyme1，IRE1)。当内质网处于稳定状态时，内质网中伴侣蛋白葡萄糖调节蛋白78(glucose-regulatedproteins78，GRP78)，又称免疫球蛋白结合蛋白(bindingimmunoglobulinprotein，Bip)，与三个跨膜蛋白的腔内结构域相互作用，并使它们保持非活性状态。但是，当未折叠的蛋白质在内质网内腔中积累而后引发ERS时，GRP78与三种跨膜蛋白解离并充当未折叠蛋白质的伴侣，来降低未折叠或错误折叠蛋白所造成的负荷。当GRP78与错误折叠的蛋白质结合后，ATF6，PERK和IRE1就会与其解离，从而激活三条UPR信号转导通路和下游信号转导来减轻内质网腔内未折叠蛋白的负担，包括减少蛋白质翻译以减少内质网过载，通过内质网相关降解(endoplasmicreticulum-associateddegradation，ERAD)途径将其引导至细胞质进行泛素化和26S蛋白酶体降解以及将大量靶基因转录以促进正确的分泌蛋白成熟。
2UPR信号通路
2.1ATF6通路
ATF6具有ATF6α和ATF6β两个亚型。ERS激活后ATF6会被包装到转运小泡中，这些转运小泡会连接内质网，然后将其输送到高尔基体中。在高尔基体中，蛋白酶S1P和S2P(site1/2protease)会将ATF6酶切加工成活性ATF6p50转录因子，同时胞质侧的ATF6则被释放，并易位至细胞核以激活包含UPR反应元件(UPRelement，UPRE)或ERS反应元件(ERSelement，ERSE)在内的UPR靶基因的启动子。与PERK和IRE1α不同，ATF6既是UPR的传感器又是其直接执行器。此外，ATF6可以调控相关转录因子的表达，如激活C/EBP同源蛋白(C/EBPhomologyprotein，CHOP)的转录以诱导细胞的凋亡和激活未剪接的X盒结合蛋白(X-boxbindingprotein-1，XBP1)的表达，从而与IRE1α通路进行联系。
2.2PERK通路
PERK是内质网上的I型跨膜激酶，在内质网腔内的N端为应力感应结构域，能够与GRP78结合，以阻止其二聚化，而其胞质C端区域包含一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域，当感应到内质网压力时被激活，磷酸化真核翻译起始因子eIF2α(eukaryoticinitiationfactor2，eIF2α)51位的丝氨酸，从而快速有效地抑制全细胞蛋白翻译。但是，对于部分特定的mRNA的翻译，PERK可以通过包括ATF4在内的上游开放阅读框(upstreamopenreadingframe，uORF)促进其翻译。由ATF4驱动的一个重要的靶基因是CHOP。CHOP是一种转录因子，可控制编码细胞凋亡相关的基因。因此，UPR的PERK分支在适度的压力信号转导水平上具有很强的保护作用。如果ERS超过内质网稳态机制的能力，就会通过激活PERK-eIF2α-ATF4通路，从而诱导CHOP的表达导致细胞发生凋亡。
2.3IRE1α通路
IRE1也是一种I型跨膜蛋白，是真核细胞中最保守的UPR传感器。IRE1是一种具有双功能的蛋白，该蛋白具有两种酶促活性，分别是核糖核酸内切酶(RNase)活性以及在其胞质结构域中的丝氨酸/苏氨酸激酶活性。当细胞发生ERS，IRE1通过其RNase活性和其激酶活性激活多个下游细胞内信号转导途径。IRE1一旦被激活，会在两个特定位置切割XBP1mRNA，去除内含子，产生一个全新的剪接mRNA，该mRNA随后被翻译成转录因子XBP1s并发挥活性作用。切割后的XBP1参与诱导了几乎所有与UPR有关的基因表达，而未剪接的XBP1则会抑制相关基因的表达。
3ERS的主要诱因
ERS对肿瘤细胞的生存至关重要，可以在癌症发生发展过程中通过相关机制发挥作用。在癌症中，不同的外在因素(如:低氧，营养缺乏和酸中*)和内在因素(如:致癌基因激活)都会引起ERS并触发UPR。低氧是引起UPR途径的主要因素之一。肿瘤微环境的一大特性就是低氧浓度，这与肿瘤的快速生长有关。在低氧环境下，癌细胞拥有很高的增殖潜能，并且随着氧气浓度的增加，具有越来越强的侵袭性表型。相关研究发现，由于ERS，缺氧会削弱蛋白质的生物合成，从而激活UPR的反应并引起自噬。同时，引起ERS的主要因素还有氧化应激。活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)是在线粒体呼吸链发生的过程中内生形成的，在细胞的信号转导，基因表达调控和细胞中钙的水平调节等过程中都发挥着重要作用。氧化应激会影响蛋白质折叠的过程，导致未折叠蛋白质沉积物的形成，从而诱发ERS。目前，实验也发现氧化应激的诱导与炎症过程密切相关。慢性炎症可导致炎症因子的释放，例如前列腺素、ROS的产生以及促肿瘤细胞因子的分泌。对胰岛细胞和患有2型糖尿病的小鼠进行的实验表明，IL-1B，IL23和IL-24的等细胞因子均可以诱导ERS。通过给小鼠注射针对这种特定白介素的抗体，可以更好地实现血糖控制和减轻ERS所产生的压力。来自多国的研究人员的实验还表明，干扰素可以导致过度的ERS。此外，物理因素也可以引起ERS，如:电离辐射(ionizingradiation，IR)。实验证明，IR可以激活PERK-eIF2α途径，导致细胞死亡。
近年来，相关研究发现营养缺乏和酸中*也是引起ERS的重要因素。肿瘤细胞因存在“Warburg”效应，可以让肿瘤细胞通过有氧糖酵解来适应低葡萄糖水平，这个现象与葡萄糖转运蛋白GLUT1的表达密切相关。有氧糖酵解产生的丙酮酸会在乳酸脱氢酶LDHA的催化下生成乳酸，从而降低了pH值，引起酸中*。有研究发现葡萄糖调节蛋白家族中UPR的主要调节剂GRP78在葡萄糖缺乏的细胞中表达上调。同样，在暴露于模拟葡萄糖缺乏的不可代谢的葡萄糖类似物时，观察到XBP1剪接水平升高。
诱导ERS的最有效内在因素就是癌基因的激活。RAS，BRAF和c-MYC是目前发现与ERS激活最为相关的癌基因。研究发现，HRAS通过MEK-ERK途径诱导和激活原发表皮角质形成细胞中的IRE1αRNase，并且在小鼠皮肤鳞状肿瘤中增加IRE1α的表达和XBP1的剪接。在恶性周围神经鞘瘤(malignantperipheralnervesheathtumors，MPNSTs)的Nf1/p53突变动物模型中观察到p-eIF2α，XPB1和GRP78的水平升高，这表明ERS在肿瘤内可以被HRAS激活。同时，有实验表明BRAF(VE)的存在增加了人黑素瘤细胞中的蛋白质合成并激活了XBP1和GRP78。UPR的激活与蛋白质合成有关，因为抑制蛋白质合成会减弱XBP1s和GRP78的激活以及通过IRE1和PERK诱导的自噬。最近的研究还发现原癌基因MYC/c-Myc的激活，也可以激活ERS。c-Myc和N-Myc激活了UPR的PERK/eIF2α/ATF4信号通路，通过诱导细胞保护性自噬导致了细胞生存率的增加。抑制PERK则可显着降低Myc诱导的自噬和肿瘤形成。
4ERS在肺癌中的作用
4.1ERS与肺肿瘤细胞增殖
细胞增殖是生长发育的必须过程，癌细胞由于细胞周期的失调，不受正常生长调控系统的控制，因而具有无限增殖的能力，越来越多的研究证明了ERS与肺癌细胞的增殖密不可分。目前，发现有多种中药或者其提取物可以通过ERS调控肺癌的增殖。人参单体皂甙Rh2(ginsenosideRh2，G-Rh2)是一种从人参根中提取的成分，因其具有一定的抗癌药理活性而被人们研究。在非小细胞肺癌(nonsmallcelllungcancer，NSCLC)中，G-Rh2可以通过诱导ROS介导的内质网应激依赖性细胞凋亡来抑制肺癌细胞增殖。同时，一种中药提取物甘草酮A(LicochalconeA，LicA)可以作为ERS的诱导剂，对肺癌细胞的增殖也具有一定的调节作用。当利用LicA处理A细胞和H细胞后发现，由ERS触发的UPR途径被激活，UPR相关通路蛋白p-eIF2α和ATF4的表达升高，并通过阻滞G2/M细胞周期来抑制肺癌细胞增殖。此外，从甘草中提取的甘草次酸(glycyrrhetinicacid，GA)对肺癌细胞的增殖也具有调控作用，其可以通过激活ERS来阻滞细胞周期中G0/G1期，从而抑制A和H细胞的增殖，达到抗肿瘤的作用。除了某些具有抗肿瘤特性的物质外，某些基因和蛋白也可以通过ERS相关途径来调控肺癌细胞增殖。βIII-微管蛋白(βIII-tubulin)是人类表达的7种β-微管蛋白的亚型之一，Parker等人的研究发现βIII-微管蛋白可以促进葡萄糖缺乏型NSCLC细胞的存活和增殖，而葡萄糖缺乏是ERS的诱导因素之一。βIII微管蛋白表达的抑制，可以通过激活ATF6、PERK和IRE1α三条UPR相关通路来抑制NSCLC细胞的增殖。此外，肿瘤转移相关基因CIM、癌基因Kras和抑癌基因TUSC3等都可以通过ERS相关UPR途径来调控肺癌细胞的增殖过程。
4.2ERS与肺肿瘤细胞自噬
自噬是一种高度保守的溶酶体降解途径，细胞中“无用”的副产物和受损的细胞器被吞入称为自噬体的双膜囊泡结构中并运输到溶酶体中，后自噬体与溶酶体融合，其中的物质被降解并循环利用。目前有许多的研究都揭示了肿瘤细胞中ERS途径介导的自噬作用可以刺激一定的信号通路影响肿瘤细胞的发生发展。与调控细胞增殖作用类似，某些抗癌物质对肿瘤的抑制作用可能是通过调控ERS相关的自噬途径来执行的。异硫氰酸苄酯(benzylisothiocyanate，BITC)，一种十字花科蔬菜中富含的天然化合物，已被证实其对多种人类恶性肿瘤具有很强的化学预防作用。进一步研究发现BITC可以通过激活PERK通路来诱导ERS介导的肺癌细胞的保护性自噬。同样，人参总皂苷提取物(totalginsenosidesextract，TGS)也可以激活ERS并通过ATF4-CHOP-AKT1-mTOR通路来促进NSCLC细胞自噬的发生。此外抗癌化合物二甲基丙烯酰紫草素(β，β-Dimethylacrylshikonin，DMAS)通过刺激人肺腺癌细胞中UPR途径的PERK-eIF2α-ATF4-CHOP和IRE1-TRAF2-JNK通路，从而激活ERS并介导自噬作用的发生。Tang等人的研究发现甘草次酸(glycerrhetinicacid，GA)通过激活ERS介导的IRE1α-JNK/c-jun途径在NSCLC细胞中诱导细胞发生保护性自噬。相关研究还发现，部分细胞因子和基因也会参与调控肺癌细胞中ERS相关自噬。例如一种内质网-高尔基中间室蛋白3(endoplasmicreticulum-Golgiintermediate