内质网是多种细胞活动的重要中心，参与合成、代谢及对抗细胞内外的应激等，在维持细胞稳态中发挥着决定性的作用^[1]。内质网是真核细胞分泌蛋白、膜结合蛋白及细胞器靶蛋白等处理和折叠的场所，当细胞内存在糖剥夺、Ca²⁺调节异常、病毒感染、缺氧等应激因素时，内质网腔特异的内环境被改变，可导致未折叠蛋白的异常聚集，称内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)。真核细胞可启动一系列保守的适应性反应即未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)，以对抗ERS、提高细胞生存率。此时，转录过程受到抑制，帮助蛋白正确折叠的分子伴侣表达上调，以增加内质网处理蛋白的能力；如细胞仍不能恢复蛋白的正确折叠，将发生内质网相关降解(ER-associated degradation,ERAD)。未折叠或错误折叠的蛋白继续聚集，可对细胞产生毒性，最终导致细胞死亡^[2,3]。ERS机制在神经退行性疾病中的作用逐渐受到关注，本文就内质网及其相关机制在维持神经细胞稳态方面作一综述。 1 内质网与神经细胞内钙平衡

内质网是细胞中一种独特的细胞器，同时参与细胞内两大重要功能，一方面帮助新生蛋白正确折叠，另一方面作为细胞内的钙储存库，在与其它细胞器和效应蛋白相互作用中发挥着关键作用；而这两方面之间关系又非常密切。完成初生蛋白的折叠有赖于内质网腔内高浓度的分子伴侣蛋白，而后者中的多数要发挥作用又依赖于高浓度的Ca²⁺；内质网腔内大部分的Ca²⁺与伴侣蛋白如Bip/GRP78(immunoglobulin-binding protein/glucose-regulated protein)、GRP94(immunoglobulin-binding protein 94)、钙联结蛋白(calnexin)及钙网织蛋白(calreticulin)等呈结合状态。作为细胞内重要的第二信使，Ca²⁺在控制突触功能和细胞存活方面发挥着重要作用。就细胞整体来讲，Ca²⁺进出内质网与许多信号通路和生理反应联系密切^[4,5,6]。

细胞质Ca²⁺的调节有赖于内质网膜上转运蛋白的活动，包括由胞质向内质网腔转运Ca²⁺的钙离子泵SERCA(sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium-ATPase)和Ca²⁺从内质网释放的通道理阿诺碱受体(the ryanodine receptor,RyR)和三磷酸肌醇受体(the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor,IP3R)^[6]，上述两类受体分别存在三种亚型。最近，Alberdi等^[7]研究发现，Aβ寡聚体可引起星形胶质细胞的内质网伴侣蛋白Bip/GRP78表达增加、内质网钙释放，从而升高胞质Ca²⁺浓度，其中RyR和IP3R相关的Ca²⁺释放参与了此过程，而此种效应可被以上两种受体的阻断剂降低，提示内质网钙稳态失衡导致ERS的发生，从而引起胶质细胞增生，这在阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)发病过程中可能起着重要作用。此外，Fu等^[8]研究表明，自身分泌活动因子／磷酸葡糖异构酶(autocrine motility factor/phosphoglucose isomerase,AMF/PGI)对细胞存活具有促进作用，其中，减少内质网的Ca²⁺释放率是其对抗ERS反应、保护细胞的重要机制。Zherebitskaya等^[9]发现糖尿病周围神经病变与内质网的钙摄取能力减低有关。可见，内质网钙的储存是一个动态过程，不论是Ca²⁺的释放还是再摄取，均在精细的调节下维持着相对平衡，任何因素打破了这种平衡都有可能引起细胞功能障碍甚至死亡。 2 内质网与线粒体功能

作为细胞内Ca²⁺的重要储存库，内质网不仅本身参与Ca²⁺平衡的调节，还通过与其它细胞器如线粒体、高尔基体等相互作用，共同调节神经细胞的各种活动。研究发现ERS调控线粒体的功能和代谢的机制与Ca²⁺的转运有密切关系^[10,11]。

内质网和线粒体的存在对神经细胞突触的活动起关键作用。内质网通常被认为是一种相对固定的连续性细胞结构，然而，研究发现内质网也可形成囊泡样结构，其同样具有钙储库的作用，但是具有一定活动能力，可到达与突触近端相邻区域，通过与线粒体相互作用调节突触的Ca²⁺信号及整体细胞活动^[12]。内质网本身与线粒体动力学高度相关，其常与线粒体之间形成连接结构，称为线粒体相关的内质网膜(mitochondria-associated ER membranes,MAMs)，即使在线粒体分裂活动中，这种连接结构仍然可以保留^[13]。Ⅲ型IP3R存在于MAMs中，在调节线粒体中Ca²⁺浓度起重要作用^[14]。电压依赖性阴离子通道(voltage-dependent anion channel,VDAC)是近年来发现的一种存在于线粒体外膜的离子通道，其通过GRP75(immunoglobulin-binding protein 75)与内质网膜上的Ⅰ型IP3R链接，成为两种细胞器间Ca²⁺流通的桥梁^[14]。

以AD为例，内质网(特别是MAMs)功能的改变可引起钙信号缺陷，导致Ca²⁺平衡失调、线粒体减少现象^[15,16]。此外，Area-Gomez等^[17]研究表明，MAMs功能及内质网与线粒体之间的相互作用在早老素突变细胞以及AD病人的成纤维细胞中明显增加；随后Hedskog等^[18]提出，Aβ可导致内质网与线粒体的接触点增多及线粒体内钙离子浓度升高。提示内质网与线粒体的相互作用可能在AD的病理过程中发挥重要作用。 不仅在AD，持续的ERS和线粒体功能障碍是多种神经退行性疾病的重要特征。研究表明，线粒体功能障碍及结构损伤参与了帕金森病(Parkinson’s disease,PD)的发病过程^[19]。上述结论提示内质网－线粒体轴(ER-mitochondrial axis)可能参与了神经细胞的代谢改变，从而与其它病理机制共同导致了疾病的发生^[20]。 3 内质网与ROS

在ERS的早期阶段，Ca²⁺从内质网释放，其中大部分被线粒体摄取，导致线粒体基质Ca²⁺浓度升高，从而刺激线粒体代谢，产生ROS。此外，由于内质网中蛋白折叠或重新折叠是一个高度耗能的过程，ERS发生时，由蛋白错误折叠引起的ATP耗竭同样可以刺激线粒体氧化磷酸化，以增加ATP和ROS的产生^[21]。研究认为持续的UPR能导致氧化应激、从而导致细胞死亡^[22]。与此机制相反的是，Yokouchi等^[23]研究表明，ROS的大量产生可继发引起ERS，即ROS可抑制Ca²⁺-ATP酶，以致钙储库耗竭，最终引起ERS。另外，氧化应激产生的氧化修饰后的异常蛋白亦可导致ERS^[24]。氧化应激和ERS是近年来研究较多的两种病理现象。当细胞内外环境发生变化时，二者常常同时存在。病理性细胞死亡是某些组织功能障碍的共同特征，而ERS和氧化应激逐渐被认识到是病理性细胞死亡的诱因^[25,26]。Li等^[27]研究认为，某些ERS相关信号可诱导NADPH氧化酶合成以及NADPH氧化酶介导的氧化应激，后者又进一步通过双链RNA激活蛋白激酶样内质网激酶(double stranded RNA-activated protein kinase-like ER kinase,PERK)通路引起CAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)增加，从而促进凋亡；敲除NADPH氧化酶亚基2基因或抗氧化剂处理可阻断ERS凋亡通路。

如上所述，ROS的产生和ERS反应之间存在交互作用，有文献将氧化应激与ERS之间的级联反应称之为ROS-UPR stress cascade，认为其可能是细胞在病理状态下的自我防御机制，通过合理调控炎症反应核心转录因子NF-κB的活动而达到保护细胞内环境的稳定、抑制凋亡的作用^[21,24]。其中，NF-κB的活化也是内质网超负荷反应(endoplasmic reticulum-overload response,EOR)的后果之一，继而诱导白介素等细胞因子的生成^[28]。 4 内质网与神经细胞凋亡

越来越多的证据表明，内质网在调节多种细胞、包括神经元的存活与凋亡方面发挥着枢纽性的作用，而且认为内质网Ca²⁺释放增加是ERS导致的凋亡的起始因素^[1,4]。内质网本身具有一定的对抗应激的能力，即启动UPR，此时，内质网膜上的三个传感器，即PERK、肌醇需求酶1(inositol-requiring enzyme-1,IRE1)及活化转录因子6(activating transcription factor 6,ATF6)与Bip/GRP78脱离，呈激活状态，将信息传递至胞浆和胞核。其中，PERK将核糖体真核起始因子2(eukaryotic initiation factor 2,eIF2)磷酸化，从而抑制核糖体组装，减少蛋白合成。这种负性调节不仅减少了内质网的蛋白堆积的负担，而且提高了ATP在蛋白折叠及降解过程中的利用率。IRE1促进下游的X盒结合蛋白1(X-box binding protein 1,XBP1)的mRNA发生剪接，形成有活性的sXBP1，并和ATF6及其下游分子共同促进UPR相关靶基因转录，如内质网分子伴侣GRP78以及ERAD相关基因EDEM(ER degradation-enhancing α-mannosidase-like protein)、ERdj4等，以增强内质网折叠蛋白的能力并促进错误折叠蛋白的降解^[29]。ERS发生时，Bip/GRP78尚可与内质网膜的caspase12结合并抑制其表达^[30]。近年来研究发现，在非致死性ERS情况下，内质网膜上的同型半胱氨酸诱导的内质网蛋白(homocysteine-induced ER protein,Herp)表达增加，以稳定内质网Ca²⁺浓度、保护线粒体功能并抑制caspase3活化，达到促进细胞生存的作用^[4]。当UPR不足以使细胞对抗应激时，CHOP等内质网相关的促凋亡因子表达增加、caspase12活化并激活下游caspase9、caspase3，最终导致凋亡发生。然而，持久的UPR活动也意味着ERS不能缓解以及细胞内稳态失衡，此时，细胞将生存还是死亡将决定于ERS是否能及时缓解；若细胞内稳态遭到破坏，UPR将作为凋亡的执行者，去除组织中的损伤细胞^[31]。 5 内质网与自噬

自噬现象是细胞清除异常聚集蛋白的基本途径之一，最近有观点认为自噬与ERS之间存在直接联系，在维持神经细胞稳态中发挥着关键作用。目前将自噬分为三种类型：巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)及分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。通常所讲的自噬一般指巨自噬，是细胞内通过溶酶体途径清除聚集的异常蛋白及损伤的细胞器的重要方式。当异常蛋白积累到一定程度后，ERAD可能处于饱和状态，更多的蛋白将积聚于内质网腔。此时，内质网部分批量地降解能更好地清除异常蛋白，从而恢复细胞稳态。从分子层面来看，内质网膜上的三个传感器启动UPR，继而促进某些转录因子的表达(例如XBP1等)，从而上调参与蛋白处理的一些靶基因表达，其中包括自噬相关蛋白，以增强自噬，达到保护细胞的目的^[32]。研究发现，在AD患者大脑中存在颗粒空泡变性(granulovacuolar degeneration,GVD)，其中含有ERS标志性蛋白；在此种神经元中微管相关蛋白1轻链3(microtubule associated protein 1 light chain 3,LC3)等自噬标志性蛋白也有所增加^[33]。Hoyer-Hansen等^[34,35]提出，内质网通过IP3受体和Bcl2与自噬现象相关联，并认为胞质Ca²⁺浓度升高可有效地诱导自噬发生；在AD患者的大脑中，神经细胞发生ERS时，自噬是UPR中异常聚集蛋白降解的主要途径，而非蛋白酶体途径。有观点认为，在Tau蛋白沉积形成神经纤维缠结之前，UPR已经被激活。故对ERS及自噬相关机制的调节有可能成为AD早期干预的途径。

尽管UPR在细胞内信号调节、帮助细胞适应各种应激及维持细胞稳态中的作用被广泛研究，但是内质网的形态学改变以及ERS的损伤对细胞存亡的决定性并不完全清楚。此外，除了UPR三条经典通路外是否有其它信号通路参与了ERS的发生及内质网腔中的未折叠或错误折叠蛋白的清除，目前尚未可知^[29]。

Sanz等^[36]发现单胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)抑制剂预处理培养细胞可以减少XBP1剪接及CHOP表达，降低ERS诱导剂导致的细胞死亡。MAO抑制剂目前应用于缓解帕金森病的症状。此研究结果提示MAO抑制剂有可能通过调节ERS相关信号而发挥治疗作用，使人们对神经退行性疾病的治疗有了新的认识。由于内质网损伤机制不论在结构还是功能方面均与细胞各种病理生理过程密切相关，对相关机制研究的不断深入对神经退行性疾病研究领域具有重要意义。