应激颗粒的发现与研究背景
长久以来，蛋白质翻译后错误折叠引发的聚集被视作多种人类疾病的关键病理机制，它会破坏蛋白质稳态系统。不过近年来，分子生物学的突破让科研焦点转移到蛋白质与核糖核酸（RNA）的重要相互作用上。信使核糖核酸（mRNA）转录并转运到细胞质后，常与特定的 RNA 结合蛋白（RBPs）结合，形成信使核糖核蛋白（mRNP）复合物，也就是 RNA 颗粒，这是一种无膜细胞器，在 mRNA 翻译过程中起着关键作用。
应激颗粒（SGs）是在细胞遭遇压力时形成的特殊 RNA 颗粒，最早由 Kedersha 等人在 1999 年描述。当细胞面临营养匮乏、热应激、氧化应激或渗透压应激等环境压力，威胁细胞和组织内稳态，甚至可能导致细胞死亡时，SGs 就会在细胞质中组装形成。它能通过暂停 mRNA 翻译和蛋白质合成，来应对各种细胞应激，是细胞保护 mRNA 信息、维持蛋白质稳态的重要防御策略。
应激颗粒的生物发生
SGs 是无膜的大型 RNA - 蛋白质复合物，除了未翻译的 mRNA，还包含多种蛋白质，像 RBPs、40S 核糖体、翻译起始因子，以及参与各种信号通路的非 RNA 结合蛋白。在 SGs 形成过程中，非 RNA 结合蛋白会通过蛋白质 - 蛋白质相互作用被招募过来。组装完成后，SGs 通常会诱导 mRNA 翻译停滞，但编码管家蛋白和某些应激反应蛋白（如热休克蛋白（HSPs））的 mRNA 仍可继续翻译，这一过程能让细胞在应激时优先翻译关键 mRNA，减少能量消耗，维持核糖体和蛋白质稳态。
SGs 的形成有经典和非经典两种途径。经典途径一般具有细胞保护作用，通过真核起始因子（eIF2α）磷酸化（p - eIF2α）来组装，p - eIF2α 会阻碍 eIF2 - GTP - MettRNAiMet三元复合物的形成，从而阻断整体 mRNA 翻译起始。不过，研究发现多柔比星（DOX）诱导的 eIF2α 激活并不一定导致经典的 1 型 SGs 形成，说明 p - eIF2α 依赖的组装存在不同亚型。非经典形式（2 型 SGs）主要源于 eIF4A 解旋酶失活，3 型 SGs 则独立于 eIF3 形成，还有研究表明，营养缺乏时，某些非经典 SGs 的形成需要 mTORC1 信号通路与 eIF2α 磷酸化之间的相互作用。
细胞受到应激时，翻译机制暂停，mRNPs 从多聚核糖体（正在翻译 mRNA 的核糖体）上快速释放。多数情况下，eIF2α 磷酸化引发翻译停滞，使核糖体与 mRNA 解离，多聚核糖体解体，释放的 mRNA 招募细胞质中的 RBPs，引发脂质 - 脂质相分离（LLPS），浓缩形成预起始复合物，最终形成离散的 SGs 颗粒。这个过程可以依赖 eIF2α 磷酸化，也可以不依赖。当细胞应激消退，SGs 会解体，mRNA 重新回到多聚核糖体恢复翻译，部分 mRNA 还可能被转运到加工小体（P - bodies）进行降解。若 SGs 在应激细胞中持续存在，会干扰正常细胞过程，引发病理状况。此外，一些药物刺激也能诱导 SGs 组装，比如 eIF4A 抑制剂 Pateamine A，它通过阻断 eIF4A 活性，破坏 eIF4A 与 eIF4G 的相互作用，阻止 eIF4F 复合物形成，进而诱导 SGs 组装。
RNA 结合蛋白在应激颗粒形成中的作用
参与 SGs 形成的 RBPs 主要有核心 RBPs 和外壳 RBPs 两类。细胞遭遇的应激类型会影响 SGs 的蛋白质组成，例如在渗透应激下，G3BP1/2 这类 SGs 成核因子对 SGs 组装并非必需，但在氧化应激中，G3BP 蛋白则不可或缺，TIA - 1 也仅在氧化应激时被特异性激活。
蛋白质的翻译后修饰对 SGs 组装调节至关重要。G3BP 磷酸化会抑制其多聚化，损害 SGs 组装，而 eIF2α 磷酸化却是 SGs 形成的关键。研究还发现 SGs 内核糖体蛋白存在 O - GlcNAc 修饰，有助于 48S mRNP 复合物招募到 SGs 中。蛋白质乙酰化也会影响 SGs 组装，线虫和哺乳动物细胞中，核内的 Sirtuin6（Sirt6）在应激时会转移到细胞质与 G3BP 蛋白相互作用，可能诱导 G3BP 去乙酰化，影响 SGs 组装。另外，Hsp70 和 Hsp104 等蛋白伴侣也能调节 SGs 组装，Hsp70 促进 SGs 清除，Hsp104 阻止蛋白质招募到 SGs 中，二者都抑制 SGs 组装。不过，目前对修饰蛋白启动或抑制 SGs 形成的具体机制还了解有限。
应激颗粒的生物学功能
传统观点认为，SGs 的形成是细胞在有害条件下保护 RNA 的机制，但越来越多的证据表明，它还参与多种病理过程，如炎症反应、细胞衰老和心血管疾病等。
- 细胞衰老和老化：细胞衰老在生理稳态和病理过程中都有重要作用，适度的衰老能抑制肿瘤发生、防止器官损伤，但衰老细胞积累会引发与衰老相关的疾病。研究发现，SGs 成核因子与细胞衰老和老化密切相关。在秀丽隐杆线虫中，T - 细胞内抗原受体 2（TIAR - 2）积累会缩短寿命；在人类神经元祖细胞中，TDP - 43 会加速衰老进程，引发神经退行性疾病。而且，细胞衰老可能通过 G3BP1 依赖的机制损害 SGs 组装，影响应激反应途径。此外，SGs 与细胞衰老的关联还涉及多种调节蛋白和信号通路，比如抑制纤溶酶原激活物抑制剂 - 1（PAI - 1）能减轻亚砷酸盐诱导的衰老，说明 PAI - 1 可能介导了 SGs 相关的衰老途径。SGs 组装和拆卸异常还与线粒体功能障碍、蛋白质错误折叠有关，这些都是衰老和衰老相关疾病的特征。
- 缓解氧化损伤：氧化应激发生时，细胞内活性氧（ROS）积累超过抗氧化防御能力，ROS 会对细胞造成严重损伤，导致 DNA 损伤、蛋白质错误折叠，激活应激相关信号通路，破坏细胞内稳态，加速衰老和疾病进展。研究表明，ROS 能触发 SGs 组装，调节氧化应激诱导的损伤。在果蝇 S2 细胞中，亚砷酸盐（一种氧化诱导剂）会诱导 SGs 形成，去除亚砷酸盐后 SGs 迅速解体。关键 SGs 成核因子 TIA - 1 和核糖体 S6 激酶 2（RSK2）能促进 SGs 组装，在乳腺癌细胞中，RSK2 缺失会显著减少 SGs 形成，降低细胞在氧化应激下的存活率。不过，在神经元细胞中，H2O2会抑制 SGs 形成，氧化 TIA - 1，加速细胞凋亡。此外，亚砷酸盐还会诱导转运 RNA（tRNA）裂解，产生的 tRNA 衍生小 RNA 能促进肌萎缩侧索硬化症（ALS）和帕金森病患者的 SGs 组装，这为研究氧化应激诱导的 SGs 失调与神经元细胞死亡和神经退行性变的关系提供了线索。
- 减轻炎症反应：SGs 与炎症反应关系密切，且可能是双向的。SGs 组装能抑制 NLRP3 炎性小体介导的炎症反应，减少巨噬细胞在内毒素刺激下促炎细胞因子的释放。相反，炎症也会影响 SGs 组装，在黏膜炎症中，干扰素（IFN）γ 和肿瘤坏死因子（TNF - α）会诱导 eIF2α 磷酸化，触发 SGs 形成，抑制 HSP70 翻译。SGs 的抗炎作用依赖于特定情况下产生的炎症介质，它能以 eIF4G 依赖的方式抑制 TNF - α依赖的 NF - κB 信号通路激活，阻断促炎反应的正反馈回路，防止炎症扩散到邻近细胞和组织。在血管平滑肌细胞（VSMCs）中，G3BP1 缺失会导致炎症基因上调，进一步证明了 SGs 的抗炎特性。
应激颗粒与心血管疾病
心血管疾病（CVDs）是全球主要的死亡原因之一，SGs 在调节细胞对氧化应激和免疫反应中起重要作用，而这些与 CVDs 的发生发展密切相关。
- 动脉粥样硬化：研究发现，氧化低密度脂蛋白（ox - LDL）或高脂饮食（HFD）会诱导小鼠巨噬细胞和血管平滑肌细胞（VSMCs）中 SGs 组装，说明异常脂质代谢可能导致 SGs 异常形成。在动脉粥样硬化进展中，SGs 组装可能起有害作用，而非细胞保护作用。它会限制维持信号通路和细胞防御所需蛋白质的翻译，影响下游信号激活，破坏细胞内稳态。高血糖会增加 SGs 成核因子 G3BP1 的产生，在单核细胞 / 巨噬细胞中增加血栓形成风险；在小鼠 VSMCs 中，甘油磷酸刺激会上调 G3BP1 表达，加速动脉硬化；在体内，葡萄糖可能通过 G3BP1 - 炎性小体依赖的机制影响动脉粥样硬化斑块稳定性。抑制 G3BP1 能减轻 ox - LDL 诱导的动脉粥样硬化病变中的炎症反应。
- 心肌缺血 / 再灌注损伤：急性心肌梗死（AMI）时，及时再灌注治疗是最有效的方法，但再灌注本身会导致缺血 / 再灌注（I/R）损伤，引发 ROS 大量产生，造成氧化应激，导致细胞功能障碍和细胞死亡。鉴于 SGs 的抗氧化特性，它可能在 AMI 后机体的防御和修复过程中发挥作用。研究表明，增强的 SGs 组装能促进白细胞介素 - 33（IL - 33）的核质转运，IL - 33 是减轻糖尿病小鼠心肌 I/R 损伤的关键保护因子，说明 SGs 组装在 I/R 损伤后具有心脏保护作用。在脑缺血后的神经元中也观察到 SGs 组装，且在海马 CA1 区细胞中持续存在，表明 SGs 组装是 I/R 损伤后的一种普遍调节反应。G3BP1 是 I/R 损伤后促进 SGs 组装的关键蛋白，在巨噬细胞中起重要作用，调节免疫反应和修复过程；另一种 SGs 相关蛋白 FUS 能增强血管内皮生长因子（VEGF）表达，促进心肌梗死小鼠模型和人类心脏的修复，这些蛋白可能成为 AMI 患者的潜在治疗靶点。
- 心脏重塑：心脏重塑是心脏在损伤后的一种适应不良反应，涉及基因表达、分子、细胞和间质层面的变化，表现为心脏大小、形状和功能的改变。G3BP1 参与了 miR - 1 干预后心肌细胞的代偿性肥大过程，还能调节 USP10，而 USP10 可减轻心肌纤维化，预防心脏功能障碍，说明 G3BP1 在心脏重塑中可能起有益作用。但另一方面，SGs 解体可能与扩张型心肌病（DCM）的发生有关。
- 心房颤动：心房颤动（AF）是最常见的持续性心律失常，在 AF 患者的心房肌细胞中，SGs 组装能降低 ROS 水平，但 SGs 在调节 AF 患者心脏细胞凋亡、组织纤维化或局部炎症中的作用还不清楚。有研究发现，G3BP1 能抑制心脏成纤维细胞增殖，减少 I 型胶原蛋白表达，这与 AF 的进展有关，为 AF 治疗提供了新的潜在靶点。
- 心肌炎：在病毒性心肌炎中，SGs 组装这一抵御病原体感染的关键防御机制减少，表明 SGs 可能参与感染性心肌病，但其中涉及的调节分子和途径还不明确。
- 应激性心肌病：应激性心肌病，又称 Takotsubo 综合征（TS），是一种可逆的急性心力衰竭，通常由儿茶酚胺激增引发，与 ROS 产生增加、亚硝化应激和全身促炎细胞因子水平升高有关，最终导致心肌收缩功能短暂受损。虽然应激性心肌病与 SGs 之间的机制联系尚不清楚，但鉴于 SGs 的抗氧化和抗炎特性，在 TS 发生时，尤其是心肌细胞受到严重应激时，RNA 颗粒化可能会被触发。研究 TS 发病机制中 SGs 的作用，有助于深入理解 TS 的病理生理学，为治疗提供新方向。
靶向应激颗粒的治疗潜力
由于 SGs 与多种疾病的发病机制相关，靶向 SGs 动态变化成为一种有前景的治疗策略。目前已发现多种小分子和化学物质能特异性调节 SGs 组装。比如抗肝癌化合物索拉非尼，能以 p - eIF2α 依赖的方式诱导 SGs 组装，促进细胞存活，降低抗肿瘤效果；硼替佐米（一种 SGs 增强剂）诱导的 eIF2α 磷酸化会降低癌细胞对化疗的敏感性。在心血管疾病方面，激活 HSP70 伴侣活性的药物能消除病理性 SGs，保护心肌细胞，减轻心肌纤维化和细胞凋亡。
也有一些化学物质能抑制 SGs 组装，如综合应激反应抑制剂（ISRIB），它是首个被报道的 SGs 拮抗剂，能抑制所有 eIF2α 激酶的下游信号级联反应，阻止毒胡萝卜素或亚砷酸盐诱导的 SGs 组装。机制研究表明，ISRIB 能将 mRNA 转移到活跃翻译的核糖体上，拆解已有的 SGs。研究发现，ISRIB 能通过阻断 eIF2α 磷酸化途径，减轻动脉粥样硬化中的炎症反应和内皮损伤，减少异常 SGs 聚集。
此外，靶向 SGs 的核心调节蛋白也是治疗心血管疾病的潜在策略。抑制 SGs 成核蛋白 G3BP1/2 能阻断 SGs 组装，减少 I/R 损伤小鼠的巨噬细胞浸润和促炎反应，改善心脏损伤和功能；在高脂饮食喂养的小鼠中，敲低 G3BP2 能减缓动脉粥样硬化进展。研究还表明，G3BP1 上调能显著抑制心脏成纤维细胞增殖和 I 型胶原蛋白表达，为房颤治疗提供了潜在靶点。
还有其他一些化学物质也能调节 SGs 形成，如 mTOR 信号通路抑制剂能使 eIF4E 与 eIF4GI 解离，破坏应激条件下的 SGs 组装；酪蛋白激酶 2（CK2）能磷酸化多种翻译起始因子，以 G3BP1 依赖的方式抑制 SGs 组装；针对 RBPs（如 TIA - 1、G3BP、TDP - 43 和 FUS）的小分子也可能影响 SGs 组装和解体过程，例如曲克芦丁（维生素 P4）能以 TIA - 1 依赖的方式增加 SGs 形成。不过，目前这些研究大多基于细胞培养，考虑到 SGs 在不同细胞类型和应激条件下的复杂生物学效应，将 SGs 相关药物转化应用于体内特定疾病模型时需要谨慎。
结论
本文详细探讨了 SGs 的生物发生、生物学功能，以及它与心血管疾病的潜在因果关系，并讨论了靶向 SGs 及其相关信号通路的治疗策略。然而，SGs 在不同疾病模型中可能具有双向作用，目前对 SGs 组装影响细胞内稳态的机制还不完全清楚，未来还需要进一步深入研究，以更好地理解 SGs 在疾病发生发展中的作用，为心血管疾病等相关疾病的治疗提供更有效的靶点和策略。
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