心脏缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）损伤是在心肌缺血基础上再灌注导致的心肌组织的进一步损伤，最终会导致心肌细胞坏死或凋亡。心肌发生缺血再灌注时，炎症反应、钙超载及大量氧自由基生成，导致内质网内环境破坏，功能紊乱，发生心肌内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）。ERS在缺血再灌注的发生发展中具有重要意义，被认为是调节缺血再灌注中的关键靶点 ^［1］。缺血预处理（ischemia proconditioning，IPC）即预先重复短暂缺血能够减轻继发的长时间的缺血所引起的组织损伤的现象 ^［2］，IPC能通过调节ERS发挥心肌保护作用。本文旨在对ERS调节缺血再灌注心肌生存及凋亡途径、心肌缺血再灌注损伤过程中ERS的发生发展以及心肌缺血预处理通过减轻过度的ERS保护心肌的机制进行综述，为将其更好的应用于临床提供新思路。

内质网（endoplasmic reticulum，ER）是除成熟红细胞外真核细胞中普遍存在的细胞器，在细胞钙稳态的维持、脂质的生物合成以及蛋白的折叠中起重要作用。细胞在应激状态下，内质网腔内环境破坏，钙稳态失调，内质网功能紊乱，发生ERS ^［3］。ERS激活的主要信号通路有三个：①未折叠蛋白反应；②内质网超负荷反应；③固醇调节级联反应。基因突变和许多环境因素如缺血、氧化应激、营养不足等都会破坏内质网的功能，导致ERS，引起ERS反应。早期ERS反应有助于恢复内质网蛋白折叠和细胞功能，是促细胞生存的保护机制，但是长期或者严重的应激刺激，就会启动内质网促凋亡信号途径，导致细胞进一步损伤 ^［4］。

ERS感受器是由内质网膜上三个跨膜蛋白构成的，即双链RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶（PKR-like ER kinase，PERK）、肌醇需求酶-1（inositol requiring enzyme-1，IRE-1）、转录激活因子6（activating transcription factor-6，ATF-6）。ERS发生，内质网上蛋白质不能正确折叠，未折叠及错误折叠的蛋白在内质网积聚，启动非折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR），UPR是一种细胞内适应性反应，帮助内质网恢复稳态。内质网分子伴侣葡萄糖调节蛋白78/免疫球蛋白结合蛋白（glucose regulated protein 78/binding immunoglobulinprotein，GRP78/BIP）与这三个应激感受器解离，三个跨膜蛋白自身结构域激活，启动下游信号通路 ^［3］。

GRP78/BIP作为内质网分子伴侣，在维持内质网稳态抗凋亡中发挥重要作用。正常生理状态下，GRP78主要位于内质网腔，帮助蛋白质的正确折叠、运输和分泌，避免内质网腔内过多的蛋白聚集，并与内质网三个跨膜蛋白结合封闭其活性。在应激状态下，ERS发生，GRP78解离，转而去结合异常蛋白，缓解内质网腔内过多的蛋白积聚压力。近年来有研究证明，GRP78能调节内质网内钙存贮和减轻线粒体钙超载，同时，解离后的GRP78能结合内质网膜上caspase-12，抑制caspase-12活性从而抑制细胞凋亡的发生，因此GRP78对缓解早期的ERS具有重要意义 ^［3-6］。

IRE1及PERK是位于内质网上Ⅰ型丝/苏氨酸蛋白激酶，心肌缺血再灌注应激发生时，两者与分子伴侣GRP78解离后均发生二聚体化及自身磷酸化而激活。活化的IRE1α发挥其核酸内切酶活性，特异性的剪切XBP1mRNA，产生转录因子XBP1，XBP1能够促进内质网上错误折叠蛋白降解，激活大量内质网-高尔基复合体系统的基因，对恢复内质网功能、维持细胞内环境稳定具有重要意义 ^［7］；XBP1也可以通过抑制P58蛋白的表达，降低PERK过度激活，促进内质网功能的恢复。激活后的PERK作用于下游的eIF2α，使其磷酸化失活，从而使细胞内蛋白合成明显受阻，减轻内质网的前负荷。内质网膜上Ⅱ型跨膜蛋白ATF6在心肌缺血再灌注发生时，解离并易位至高尔基复合体，在高尔基复合体内被特异蛋白酶位点1和特异蛋白酶位点2裂解，产生具有转录活性的片段，易位至核与ERS反应元件结合，诱导GRP94、GRP78等内质网分子伴侣及相关分子的表达，帮助内质网上蛋白正确折叠 ^［3］。

内质网作为细胞内调节钙稳态的重要细胞器，在应激状态下，其腔内Ca ²⁺分子伴侣钙网蛋白（Calreticulin，CRT）表达增加，抑制内质网Ca ²⁺释放，缓解胞浆及线粒体Ca ²⁺超载 ^［8］。

持续或者过强的应激状态下，内质网损伤过重不能及时恢复，ERS诱导促凋亡因子活化，引起细胞凋亡。

　CHOP存在于细胞胞浆内，细胞缺血再灌注诱导ERS持续发生，内质网腔内大量累积的IRE1、ATF6及PERK的活化，促使CHOP被活化并易位至细胞核，通过下调抗凋亡基因Bcl-2，并上调促凋亡基因BH3，导致细胞凋亡的发生，加重缺血再灌注损伤，CHOP ^-/-大鼠缺血再灌注后心肌梗死面积及细胞凋亡明显减少 ^［4，9］。

　caspase-12位于内质网外膜，缺血再灌注导致内质网腔钙平衡破坏，激活的IRE1α途径进一步导致内质网钙平衡失调，特异性激活caspase-12，通过caspase-9、caspase-3等级联，导致细胞凋亡。将caspase-12导入细胞会促进细胞凋亡，敲除caspase-12基因的细胞对ERS诱导的凋亡具有更强的保护作用。caspase-12是ERS诱导凋亡的关键分子，介导特异性的内质网凋亡途径，被认为是ERS凋亡途径中的标志性分子 ^［10］。

　JNK主要是由内质网跨膜蛋白IRE1激活的。过度的ERS诱导IRE1自身磷酸化并与TRAF2和凋亡信号调节激酶1（apoptosis-signal-regulating kinase 1，ASK1）结合，形成的IRE1-TRAF2-ASK1复合物会激活JNK及其下游分子，诱导细胞凋亡 ^［3］。JNK1 ^-/-或者JNK2 ^-/-大鼠心肌缺血再灌注后细胞凋亡降低达到40% ^［11］。

大量研究集中于抑制过度的ERS相关凋亡保护缺血组织。近年来，有研究提出ERS预处理的保护作用。ERS预处理指的是在组织缺血前给予治疗剂量的衣霉素或胡萝卜素内酯诱导细胞ERS促生存途径激活，抑制随后的缺血再灌注损伤，有效的发挥心肌保护作用，在缺血前应用ERS抑制剂会消除药物的心肌保护作用 ^{［12，13］}，但其机制仍有待进一步研究。临床上患者存在个体差异性，要保证诱导的ERS只激活促生存途径而不激活凋亡途径，必须更好地理解缺血再灌注过程ERS发生发展的机制及影响因素。

心脏手术患者或者心脏患者非心脏手术围手术期都极易发生心肌缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R） ^［4］。缺血再灌注心肌缺血缺氧，能量供应不足，无氧糖酵解增多，pH降低，氧自由基等毒性物质及炎症介质积聚，细胞内钙超载，引起过度的ERS，诱发心肌细胞自噬或凋亡，最终导致心肌细胞致死性的损伤。

内质网是细胞内Ca ²⁺存贮器。生理状态下，内质网释放少量Ca ²⁺进入胞浆作为第二信使，内质网上存留的Ca ²⁺调节蛋白酶活性帮助蛋白质的加工和转运。心肌发生缺血再灌注损伤时，细胞外pH降低，能量匮乏，细胞膜功能损伤，导致Ca ²⁺内流增加；细胞内ATP生成不足，氧化应激爆发，内质网膜上Ca ²⁺-ATP酶及Ca ²⁺释放通道蛋白表达下调 ^［5，14］，导致内质网上Ca ²⁺释放增加，摄入减少，造成细胞内钙超载。细胞内钙超载对细胞功能产生严重而广泛的损害，间接破坏内质网功能引起ERS，而且内质网上Ca ²⁺的丢失也会使内质网上蛋白酶活性改变，蛋白质不能正常加工及转运，内质网腔内未折叠或错误折叠的蛋白积聚，促进ERS的发生和发展。

心肌缺血再灌注后心肌细胞自噬对细胞存活至关重要，心肌细胞自噬调节过程与ERS关系密切。细胞自噬是不同于凋亡和坏死的一种新的细胞程序死亡，当自噬被诱导后细胞内待降解物被包裹形成自噬体，并在Atg1蛋白的帮助下运送至溶酶体降解。ERS促进自噬的发生发展。心肌发生缺血再灌注时，缺血期心肌细胞外界能量及氧气供应不足，氧化应激及细胞内ERS过度，ATP生成不足，细胞内能量感受器AMP-活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）被激活，AMPK使mTOR发生磷酸化并失活；同时缺血导致ERS启动UPR，PERK及eIF2α磷酸化，促使LC3-Ⅰ合成LC-Ⅱ，促进自噬小体的组装，ERS还会增加Atg1激酶活性，帮助其转运 ^［15］。反过来，细胞自噬与蛋白酶体相互作用，降解细胞内错误折叠的蛋白，特别是ERS导致的内质网腔内大量积聚的错误折叠或者未折叠的蛋白，缓解内质网压力，帮助内质网稳态及功能恢复，抑制ERS细胞凋亡通路的激活 ^［16］。

缺血再灌注导致心肌细胞内有毒的氧自由基的积聚，细胞高表达NADPH等促活性氧酶类及诱导型一氧化氮合酶，组织对氧化损伤敏感性增强，产生大量的活性氧族（reactive oxygen species，ROS），引起再灌注损伤。内质网上存在大量的蛋白质、脂质，ROS生成时很容易发生脂质过氧化，内质网膜上Ca ²⁺-ATP酶活性被抑制，Ca ²⁺摄取障碍，释放增多，同时，ROS会导致内质网上氧化蛋白和非正常蛋白的产生和积聚，加重ERS ^{［17，18］}。NO可直接诱发或加剧ERS，可能与NO调节内质网、高尔基复合体、线粒体之间Ca ²⁺流动有关 ^［19］。应用外源性SOD和过氧化氢酶作用于大鼠缺血再灌注心肌，可抑制脂质过氧化反应，减轻过度ERS，提高细胞对钙的处理能力，表明抑制氧化应激是保护内质网功能、减轻过度ERS的一种重要机制 ^［20］。

炎症反应在心肌缺血再灌过程中发挥重要作用。心肌缺血再灌注后，氧自由基及促炎因子等细胞毒性物质释放，导致白细胞黏附于血管内皮细胞阻塞微血管，引发“无复流”现象。同时，聚集在血管内皮下的白细胞又能释放大量的细胞因子和炎性介质，吸引更多的中性粒细胞聚集浸润，诱发炎症级联反应。缺血再灌注心肌细胞、聚集的炎症细胞、血管内皮细胞，都可以释放肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor，TNF α）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）、干扰素调节因子（interferon regulatory factor，IRF）、核转录因子-κB （nuclear factor-κB，NF-κB）等炎症因子，导致炎症反应进一步加剧，引起心肌严重损伤甚至死亡 ^［21］。

心肌遭受缺血再灌注损伤后发生的炎症反应与ERS存在广泛联系，炎症介质NF-κB在其间发挥重要作用。炎症反应会加剧ERS ^［22］，炎症因子TNFα、IL-1β、IL-6等均可引起多种细胞发生ERS，损伤内质网功能，但其确切机制仍不清楚。ERS在炎症反应的发生、发展中也起重要作用。心肌缺血再灌注早期，内质网发生UPR，跨膜蛋白IRE1α发生二聚体化及自身磷酸化，其胞浆内段结构改变，使其与肿瘤坏死因子α受体相关因子2（tumor necrosis factor α receptor associated factor 2，TRAF 2）相结合，形成的IRE1α-TRAF2复合物同时激活JNK和NF-κB，同时PERK活化使eIF2α磷酸化，介导的翻译减缓也参与激活NF-κB；激活的JNK和NF-κB协同作用，共同导致心肌组织炎症级联反应 ^［23］。炎症反应后期，ERS诱导A20表达增强，NF-κB活性被抑制，炎症反应减轻 ^［24］。

IPC即预先反复短暂缺血延缓或者减轻组织后续缺血损伤现象，最先由Murry等于1986年提出，是限制急性缺血再灌注损伤后心肌梗死面积有效的干预手段 ^［2］。根据其心脏保护作用持续时间，将其分为两个时相：早期预处理时相，发生于短暂缺血后2～3h内，即Murry提出的经典预处理，主要是膜受体及其下游激酶的激活；延迟预处理时相，即随后的持续保护作用时相，发生在短暂缺血12h后，一般至少持续72h，此时IPC诱导心肌细胞内信号转导及基因转录发生广泛变化，引起心肌表观遗传重组。目前研究认为缺血预处理刺激产生腺苷、NO、细胞因子、ROS等作为启动子，激活信号转导通路，进一步激活转录因子，使机体表观遗传发生改变，再作用于终末效应器，增强细胞抗缺血再灌注损伤的能力 ^{［25，26］}。因此，可以认为IPC是一种多基因反应，会显著影响机体信号转导、新陈代谢及基因转录。

大量研究表明，IPC保护缺血再灌注心肌与ERS存在广泛联系。早期预处理会启动适应性UPR，激活内质网促生存信号途径，进一步激活转录因子调节基因转录，再作用于内质网，帮助内质网稳态及功能恢复，从而保护心肌细胞。例如Brooks等研究发现，IPC 3h后胞浆内磷酸化的PERK显著增加，转录因子ATF6、ATF4大量入核，IPC 24h后心肌ATF4、ATF3及内质网本地蛋白如GRP78水平上调，心肌梗死面积显著减少 ^［26］。

大量研究发现，IPC能激活多条信号通路，转导其胞外激活的物质进入细胞内作用于不同靶点，发挥心肌保护作用 ^［27］。目前研究认为介导IPC抑制过度ERS的通路主要有磷脂酰肌醇-3-激酶/丝-苏氨酸激酶（phos-phatidylinositide-3-OH-kinase/serine-threonine kinase，PI3K/Akt）、分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）通路中的p38MAPK通路、信号转导与转录激活因子（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信号途径。IPC能激活PI3K/Akt通路，Akt能增强IXP基因的转录及表达，从而抑制caspase家族激活，削弱过度ERS ^［28］；应用p38MAPK ^{［29，30］}通路抑制剂会明显削弱甚至消除IPC抑制过度ERS保护缺血组织的效应。Min Wang ^［31］等在H9c2心肌细胞缺氧复氧模型中发现，灵芝酸能通过抑制ERS相关凋亡发挥心肌保护作用，应用STAT3抑制剂后IPC抑制ERS作用被消除，提示STAT3能抑制过度的ERS，但其确切机制仍有待进一步研究。IPC抑制过度ERS很可能需要STAT3介导。但是IPC调节ERS保护心肌细胞的机制目前仍不完全清楚，仍需进一步研究。

IPC对缺血组织的保护效应受多种因素影响。目前代谢性疾病发病率日趋增高，且很多都是缺血性心肌病的危险因素。代谢性疾病破坏机体内环境紊乱，使机体长期处于氧化应激、炎症反应状态，机体发生急性应激时损伤可能会更重。如在代谢性疾病应激状态下，由于机体长期处于氧化应激状态，NO生成抑制，机体发生急性应激时其ERS反应加剧，损伤加重 ^［32］。因此理解各种应激状态下IPC调节ERS保护心肌缺血再灌注损伤就更有临床意义。

IPC会诱导自噬激活，应用自噬抑制剂会显著抑制IPC的保护作用，自噬的激动剂能模拟IPC的保护作用。IPC启动UPR，诱导细胞自噬，细胞自噬反过来也会作用于内质网，抑制过度的ERS。目前自噬调节IPC减轻ERS的研究主要集中在神经系统。Gao等在大鼠脑缺血模型中发现，IPC诱导GRP78、PERK、磷酸化eIF2α表达增加，诱导LC-Ⅱ表达上调，p62下调，细胞自噬发生，缺血的皮质损伤减轻；用牛磺酸抑制eIF2α磷酸化抑制ERS，细胞自噬被抑制，而裂解的caspase-12上调，导致细胞凋亡，IPC的保护作用被消除，提示IPC诱导的自噬能抑制过度的ERS，发挥保护作用 ^［33］。在小鼠皮层细胞OGD模型中，IPC诱导LC3-Ⅱ上调、p62上调，ERS相关蛋白HSP70、HSP60、GRP78上调，应用3-MA抑制自噬后也会抑制HSP70、HSP60、GRP78上调，增加caspase-12裂解及CHOP表达，IPC神经保护作用被消除，同时应用ERS抑制剂牛磺酸能恢复IPC的神经保护作用 ^［34］。在缺血再灌注前应用治疗量的衣霉素或胡萝素内酯诱导ERS，启动UPR，PERK、eIF2α磷酸化增加，模拟IPC的心肌保护作用，能上调LC3-Ⅱ、beclin-1、Atg5，细胞内自噬小体增多，细胞凋亡减少，心肌梗死面积降低，提示ERS预处理能诱导细胞自噬，减少细胞凋亡，发挥心肌保护作用 ^［15］。IPC保护心肌的过程中ERS与自噬之间的相互调节目前研究甚少。

　IPC激活Akt信号通路，增强eNOS表达，抑制过度ERS，缓解细胞凋亡发挥心肌保护作用，应用NOS抑制剂如L-NAME会使IPC抑制ERS的作用被消除。Mahfoudh-Boussaid等发现IPC降低细胞溶解、脂质过氧化，增加Akt磷酸化、eNOS、硝酸盐及亚硝酸盐水平，同时，IPC抑制过度的ERS，表现为上调GRP78，抑制PERK、ATF4和TRAF2的表达，但是预先应用L-NAME抑制NOS会使这一作用被消除 ^［35］。目前大量研究表明，IPC抑制过度ERS，能减少炎症因子的释放，抑制炎症损伤的进一步加重 ^［26］。

如前所述，机体应激状态下氧化应激及炎症反应均与ERS联系广泛，但是应激状态对IPC抑制ERS的影响仍需进一步研究。

内质网是细胞内功能的细胞器，内质网应激是应激状态下心肌细胞内常见的病理生理现象。代谢性疾病如糖尿病患者心肌长期处于应激状态，大部分研究认为代谢性疾病会削弱缺血预处理心肌保护效应 ^［36］，但其具体机制仍不完全清楚，是否与内质网应激有关，能否以内质网应激为靶点，恢复心肌缺血预处理对糖尿病患者的心脏保护作用，值得进一步研究。