综述：秀丽隐杆线虫中未折叠蛋白反应与氧化应激交汇处的分子伴侣网络

《Stresses》：Chaperone Networks at the Intersection of the Unfolded Protein Response and Oxidative Stress in Caenorhabditis elegans

　　

秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）已作为内质网未折叠蛋白反应（UPR-ER）以及由SKN-1/Nrf协调的氧化应激反应的模型生物。内质网中的氧化蛋白折叠会产生活性氧（ROS），这也是这些系统经常被一同研究的缘由之一。此外，多种应激源可同时激活这两条通路。尽管分子伴侣对这两个过程均至关重要，但当前的研究很少将其作为一个整合性概念加以考虑，而是将二者的相互作用严格归类于不同的通路机制之中。本综述聚焦于分子伴侣系统本身，包括定位于内质网的HSP-4和蛋白二硫键异构酶（PDI）、位于细胞质中且受HSF-1调控的HSP-70家族，以及在线粒体中发挥功能并受ATFS-1调控的HSP-6和HSP-60。氧化应激以机制上各异的方式与各区室相互作用，这分别对应于内质网中的直接氧化还原化学、SKN-1介导的转录偶联，以及线粒体和细胞质中区室特异性ROS感知的证据。氧化应激与伴侣诱导通过多条独立通路而非单一顺序通路汇聚，并且这种汇聚以通路和组织特异性的方式随年龄增长而衰退，这一点已通过聚焦于翻译相关伴侣丢失、颗粒物暴露和蛋白酶体介导降解的研究得到证实。最后，研究人员讨论了一些悬而未决的问题，例如与内质网应激相关的人类疾病的转化相关性，以及线虫中氧化还原调控的伴侣机制的功能。

1. 引言
秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是研究细胞应激反应分子机制的高效模式生物，其透明结构、全基因组测序完成及遗传学简洁性使其成为研究内质网未折叠蛋白反应（UPR-ER）的基础模型，该通路以IRE-1、PEK-1和ATF-6三个保守应激传感器为核心，负责感知错误折叠蛋白的积累并促进分子伴侣表达、减少翻译及增强折叠功能。同时，线虫也被广泛用于研究氧化应激，即活性氧（ROS）产生与抗氧化防御之间的失衡，主要通过SKN-1/Nrf转录过程加以对抗。内质网中的氧化蛋白折叠是ROS的直接来源，且环境与代谢应激源通常同时激活两条通路，例如百草枯可同时刺激内质网（hsp-4）、细胞质（hsp-16.2）和线粒体（hsp-6、hsp-60）伴侣基因。现有综述多从单一通路视角出发，缺乏以分子伴侣网络为组织框架的整合性分析，本综述旨在填补这一空白。

2. 绘制线虫的分子伴侣网络
2.1 内质网的分子伴侣
内质网控制约三分之一的细胞蛋白质生产。核心伴侣为HSP-4（BiP/GRP78的线虫直系同源物），静息状态下通过直接物理结合抑制三种UPR-ER应激传感器（IRE-1、PEK-1和ATF-6）；错误折叠蛋白积累时HSP-4被竞争性结合，从而释放传感器激活下游通路。hsp-4p::GFP报告基因是UPR-ER激活的标准指标。蛋白二硫键异构酶（PDI）家族与HSP-4协同催化二硫键的形成与重排。PDI-6被证明调控Wnt配体分泌，其表达随年龄下降，缺失缩短寿命。

2.2 细胞质分子伴侣
细胞质蛋白质量控制由热休克反应（HSR）协调，受HSF-1调控。应激下HSF-1经历翻译后修饰、寡聚化并转位至细胞核，结合热休克元件诱导HSP-70家族及HSP-16.2等小热休克蛋白。HSF-1也是寿命的重要决定因素，与胰岛素/IGF-1信号减弱、TOR抑制及饮食限制相关的寿命延长均需要HSF-1。研究发现HSF-1对过氧化物应激的保护分为依赖转激活域（热休克诱导的伴侣保护）和不依赖转激活域（通过asp-4和组织蛋白酶、dapk-1等靶标提供组成性保护）两条途径。

2.3 线粒体分子伴侣
线粒体基质含有HSP-6（线粒体Hsp70）和HSP-60（线粒体伴侣蛋白），二者均为核编码并导入线粒体，其表达由线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）协调，主调控因子为ATFS-1。ATFS-1同时具有线粒体靶向序列和核定位信号，正常条件下被导入线粒体降解，线粒体应激下导入受阻，ATFS-1转而积累于细胞核驱动hsp-6、hsp-60等基因转录。ATFS-1的激活足以同时上调SKN-1介导的氧化应激反应、DAF-16应激反应、UPR-ER和HSR，是线粒体伴侣生物学与整体应激网络之间最重要的整合节点。

2.4 非经典伴侣活性
新生多肽相关复合物（NAC）由icd-1和icd-2编码，其耗竭触发UPR-ER激活和hsp-4上调，ire-1和hsf-1突变体对其缺失表现出高度敏感性，说明伴侣功能障碍即使发生在经典UPR-ER机器之外，也能驱动蛋白稳态与应激反应激活之间的汇聚。

3. 氧化应激与伴侣功能：直接机制
3.1 氧化蛋白折叠作为ROS来源
二硫键形成本质上是一种氧化反应。在经典ERO1-PDI通路中，PDI接受底物蛋白的二硫键后被ER氧化酶ERO1再氧化，并直接产生过氧化氢（H₂O₂）。PDI与过氧化物氧化还原蛋白4（PRDX4）偶联的通路也在参与氧化折叠的同时缓冲所产生的H₂O₂。线虫PDI-1、PDI-2和PDI-3已被纯化并直接证明可催化硫醇-二硫键交换，且具有不同的底物偏好。

3.2 氧化还原作为调节因子而非应激源
PDI自身的氧化还原状态作为调节开关。ER应激下PDI的磷酸化相关构象变化使其从折叠酶（foldase）转变为保持酶（holdase），从而限制IRE1信号输出以维持适应性反应。PDIA6直接衰减IRE1和PERK信号。线虫中PDI-6过表达增加对氧化、ER和线粒体应激的抵抗，同时增加对还原应激的敏感性，表明其保护功能针对特定氧化还原方向而非广谱应激缓冲。

3.3 局限性：该生化机制尚未在线虫中表征
完整的ERO1-PDI-H₂O₂循环、磷酸化依赖的折叠酶-保持酶构象转换以及PDIA6对IRE-1和PEK-1传感器的直接物理衰减尚未在秀丽隐杆线虫中直接证明，这是未来研究的重要目标。

3.4 内质网之外的区