《Signal Transduction and Targeted Therapy》：The role of ER-associated degradation and ER-phagy in health and disease
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本综述系统阐述了内质网相关降解（ERAD）和ER-自噬（ER-phagy）在维持细胞蛋白质稳态（proteostasis）中的核心作用及其分子机制。文章重点讨论了ERAD如何通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）精确调控错误折叠蛋白的降解，并揭示了其与多种细胞应激程序（如未折叠蛋白反应UPR）的复杂互作网络。进一步分析了ERAD功能失调在癌症、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病AD、帕金森病PD）、代谢性疾病（如糖尿病、肥胖）及遗传病（如囊性纤维化CF）等人类疾病发生发展中的关键影响，并对靶向ERAD的相关治疗策略前景进行了展望。
内质网（ER）作为细胞中负责分泌蛋白和膜蛋白合成、折叠及组装的关键细胞器，其正常功能对维持细胞器稳态、组织功能及机体生理至关重要。内质网蛋白质质量控制（PQC）系统包括未折叠蛋白反应（UPR）、内质网相关降解（ERAD）和ER-自噬（ER-phagy），它们共同监控内质网稳态，并引导错误折叠蛋白进行再折叠、隔离或降解。
ERAD通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）控制蛋白质的质量和数量
泛素化是一个由E1泛素激活酶、E2泛素结合酶和E3泛素连接酶顺序催化的过程，它们协同将泛素以特定拓扑结构连接到底物上。泛素本身含有8个可用于泛素化的位点，包括7个内部赖氨酸残基（K6、K11、K27、K29、K33、K48、K63）和N末端甲硫氨酸的α-氨基基团（M1），这些位点参与形成不同类型的同型或异型多聚泛素链。不同的泛素链拓扑结构决定了底物的命运，例如，K48连接的多聚泛素链通常靶向底物至蛋白酶体进行降解，而K63连接的链则参与信号转导、DNA修复等过程。
UPS是细胞主要的降解系统，通过26S蛋白酶体发挥作用。被靶向至26S蛋白酶体的蛋白质需经过E1、E2、E3酶催化的顺序泛素化反应，生成作为蛋白酶体降解信号的“泛素密码”。26S蛋白酶体由19S调节颗粒和20S核心颗粒组成。19S颗粒识别泛素化蛋白并去泛素化、去折叠，然后将底物易位到20S核心颗粒中进行肽键水解。
ERAD最初被认识到是因为内质网面临的高强度蛋白质合成负担。它作为一种质量控制机制，清除内质网中未组装的“孤儿”蛋白复合物亚基或错误折叠的蛋白质。该过程需要p97/VCP（Cdc48）等AAA+ ATPase的参与，将错误折叠的蛋白质从内质网提取到细胞质中，以便被专用的E3泛素连接酶识别并标记，最终被26S蛋白酶体降解。
底物识别：识别和区分底物的途径
ERAD遵循三条既有重叠又有不同底物选择性的途径，分别识别降解决定子位于内质网腔（ERAD-L）、脂双层（ERAD-M）或细胞质（ERAD-C）的底物。N-连接聚糖在ERAD-L的底物选择中很重要。内质网腔内的凝集素如OS9和XTP3B优先识别底物内的糖基化降解决定子。SEL1L与多种分子伴侣（如BiP、HERP、OS9、XTP3B、PDI、EDEMs和ERdj5）的相互作用参与底物识别，并与HRD1形成复合物，将底物递送给E3连接酶。
底物泛素化
在ERAD过程中，泛素化标记延伸至细胞质的底物区域，以便被泛素依赖性去折叠机制识别，并提供底物运输至26S蛋白酶体并被其识别的信号。目前，在哺乳动物中已报道约40种ERAD E3泛素连接酶。ERAD E2酶负责在底物上生成特定拓扑结构的泛素链。例如，膜嵌入的E2酶UBE2J1和UBE2J2将泛素附着到底物的赖氨酸或丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸残基上。
ERAD与未折叠蛋白反应（UPR）的相互联系
蛋白酶毒性内质网应激诱导UPR，UPR通过其三个主要传感器（ATF6、IRE1α/β、PERK）协调应激反应以维持内质网功能。ERAD与UPR密切相关，共同确保蛋白质的质量和数量控制，并诱导基因表达程序以维持正常生理功能。例如，组成型HRD1介导的IRE1α降解可抑制其活性，而在内质网应激下，IRE1α从HRD1复合物中释放并被稳定。这种相互作用对于维持细胞稳态至关重要，其失调与多种疾病相关。
ERAD与ER-自噬的相互作用
除了ERAD介导的错误折叠蛋白清除外，内质网的选择性自噬（ER-自噬）也通过溶酶体降解来处理ERAD无法识别或过大而无法从内质网易位到细胞质的错误折叠蛋白或蛋白质聚集体。ER-自噬有助于在内质网应激缓解后提取受损的内质网膜并促进内质网收缩。
ERAD的生理学意义
维持蛋白质稳态的机制对于协调细胞需求与环境挑战以及缓解应激条件至关重要。大约三分之一的哺乳动物蛋白质组被导向内质网，因此，内质网中蛋白质的质量和数量必须通过ERAD等PQC系统充分维持，以确保稳态不受干扰。研究表明，ERAD通过确保蛋白质的质量和数量，对脂质稳态、细胞器间接触、钙流和核膜组织等几乎所有内在细胞功能进行转录后控制。
ERAD与疾病
ERAD功能失调与多种疾病的发展有关，包括癌症、代谢性疾病、神经退行性疾病和遗传性疾病。
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ERAD与代谢性疾病：细胞和小鼠模型研究表明，HRD1复合物在能量代谢、水盐平衡、免疫反应和衰老中发挥关键作用。例如，脂肪细胞特异性缺失SEL1L会导致LPL在内质网中聚集，引起餐后高甘油三酯血症。HRD1通过降解TGF-β受体I来控制β细胞特性。
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ERAD与囊性纤维化（CF）：最常见的CFTR突变体F508del CFTR因错误折叠而被滞留于内质网，并被靶向进行ERAD降解，其中涉及CHIP、RNF5等E3连接酶。目前已有药物矫正剂用于帮助特定突变体CFTR重新折叠并恢复部分功能。
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ERAD与神经退行性疾病：ERAD成分的失调在神经退行性疾病的发展中起关键作用。例如，在阿尔茨海默病（AD）中，ERAD成分如RHBDL4可切割淀粉样前体蛋白（APP），减少Aβ肽的产生。在帕金森病（PD）中，α-突触核蛋白（α-SYN）聚集体可激活UPR，而E3连接酶PARKIN的突变与家族性PD相关。
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ERAD与癌症发病机制：癌细胞持续暴露于环境压力下，需要强大的蛋白质稳态能力。ERAD失调与癌症的发展、进展和治疗耐药性有关。例如，在乳腺癌和肝癌中，HRD1通过降解IGF-1R、PFKP等底物影响癌症进程。RNF5通过降解PHGDH等底物调节癌细胞代谢。
ERAD与治疗
针对蛋白质稳态的治疗领域近年来取得了显著进展，包括使用蛋白酶体抑制剂（如硼替佐米、卡非佐米）、以及开发靶向UPR和ERAD的抑制剂。例如，靶向HRD1的小分子抑制剂LS-102在类风湿性关节炎模型中显示出疗效。p97/VCP ATP酶的抑制剂（如Eeyarestatin I、CB-5083）也被广泛研究，用于诱导癌细胞死亡。此外，免疫蛋白酶体抑制剂（如ONX-0914）在多种癌症和自身免疫性疾病模型中显示出治疗潜力。
结论与展望
ERAD作为一个重要的PQC系统，不仅负责清除内质网中的错误折叠蛋白，还通过调节具有正常折叠能力的蛋白质的丰度，在精细调控关键生理过程中发挥核心作用。对ERAD调控和功能机制的深入理解将有助于开发针对癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病等多种人类疾病的新治疗策略。未来的研究需要进一步阐明ERAD的基本生物学特性、其在生理和病理条件下的具体作用机制，以及如何在不影响其正常生理功能的前提下，安全有效地靶向ERAD进行疾病治疗。
