2.1   内质网生理学   内质网在脂质、蛋白质合成中起着核心作用，并通过控制Ca2+的运动来调控几条信号通路。内质网是由一系列连续的膜组成的，这些膜被组织成亚域，包括粗糙的、平滑的、过渡的内质网以及核膜。粗面内质网主要为片层状，与多聚核糖体有关，参与蛋白质合成和Ca2+信号传导。光滑的内质网主要由提供脂质生物合成场所的管状结构组成，在Ca2+信号传导中起主要作用，并被称为与其他细胞器的主要接触点[13]。
内质网是各种脂质(包括磷脂、胆固醇和神经酰胺)的主要细胞生物合成室，随后通过分泌途径的小泡转运到其他细胞器和细胞膜[14]。内质网参与监测脂质膜的组成，帮助激活适当的反应以维持脂质的动态平衡。新合成的蛋白质被转移到内质网进行特定的修饰，包括折叠、糖基化和二硫键的形成[15]。内质网质量控制系统通过促进不正确折叠多肽的正确折叠或选择性降解它们来防止错误的蛋白质聚集[16]，各种内质网功能紧密地联系在一起，例如，错误折叠蛋白质的积累可以改变Ca2+的动态平衡，而Ca2+管腔含量的变化又对蛋白质合成过程有重大影响[17]。真核细胞中多达30%的蛋白质以分泌途径为目标，准备分泌的蛋白质被转位穿过或插入内质网膜，在被运输到高尔基体之前，它们折叠和组装到它们的自然状态；不能正确折叠的蛋白质会通过内质网膜转回到胞浆中，在那里它们作为底物被降解，这个过程称为内质网相关降解[18]。
内质网既可以接收信号，也可以发送信号。输入信号包括Ca2+，1，4，5-三磷酸肌醇、1-磷酸鞘氨醇、活性氧和固醇，为了响应这些输入信号，内质网生成各种输出信号，例如Ca2+瞬变、存储操作通道的激活剂、应激信号、花生四烯酸代谢产物和各种转录因子(核因子κB、增强子结合蛋白同源蛋白、激活转录因子6和固醇调节元件结合蛋白)。细胞器形态的结构差异与内质网功能的差异相关[13]。如上所述，内质网是蛋白质折叠和成熟的纽带，这些蛋白质通过分泌途径进行折叠和成熟。蛋白质折叠既受内质网常驻分子伴侣的调控，也受其感知，例如葡萄糖调节蛋白78和葡萄糖调节蛋白94[19]。葡萄糖调节蛋白78是一种相对分子质量78 000的蛋白质，在缺乏葡萄糖的培养基中生长的培养细胞中其合成得到增强。随后，葡萄糖调节蛋白78被确定为是一种内质网驻留蛋白，其合成可能受到各种环境和生理应激条件的刺激，从而干扰内质网功能和动态平衡。葡萄糖调节蛋白78，通常称为BiP，为一种免疫球蛋白重链结合蛋白，是公认的内质网应激标记物[20]。与葡萄糖调节蛋白78一样，葡萄糖调节蛋白94也参与蛋白质折叠，与内质网蛋白质折叠机制的其他组件相互作用，控制钙的储存，并协助将错误折叠的蛋白质降解[21]；与葡萄糖调节蛋白78相比，葡萄糖调节蛋白94的靶向蛋白更具选择性，在免疫、生长信号和细胞黏附中起关键作用。
2.2   内质网应激中的未折叠蛋白反应及其信号通路   内质网是一个与核膜连续的膜性网络，是钙储存、脂质合成和蛋白质稳态(合成、折叠、修饰、运输和降解)的场所[22]。由于蛋白质折叠的复杂性，它是基因表达中最容易出错的一步[23]。因此，机体进行内质网相关降解和/或自噬，来降解错误折叠的蛋白质或激活未折叠蛋白反应，未折叠蛋白反应是一种适应性机制，可以在内质网中重新建立蛋白平衡。葡萄糖调节蛋白78通常与3种跨膜蛋白结合并使其失活，它们分别是蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase R(PKR)-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)、肌醇需要酶1α(inositol requiring enzyme 1α，IRE1α)和激活转录因子6[24]。当内质网应激发生时，错误折叠的蛋白积聚，葡萄糖调节蛋白78就会从这些跨膜蛋白中分离出来，并结合错误折叠的蛋白来正确折叠它们，由此引发未折叠蛋白反应。未折叠蛋白反应包括3条信号通路：PERK信号通路、IRE1α信号通路和激活转录因子6信号通路[25]，如图2所示。












在内质网“稳态”状态下，内质网维持蛋白质和Ca2+稳态；在内质网“应激”状态下，错误折叠蛋白的积累诱导PERK、IRE1α和激活转录因子6释放伴侣蛋白(BiP)。这些通路可随后在未折叠蛋白反应的信号级联中被激活，包括下调翻译蛋白和激活转录因子，这些转录因子调节靶基因以促进内质网稳态和细胞存活。
第一条通路是PERK信号通路。PERK信号通路是最先被激活，也是早期在内质网应激中起主要保护的通路[26]。内质网应激发生时，激活的PERK磷酸化其下游的真核翻译起始因子2α，磷酸化的真核翻译起始因子2α减少了蛋白质翻译，从而减少了内质网折叠蛋白质的负担[27]。PERK激活还导致激活转录因子4和CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白的优先翻译，这2个转录因子转位到细胞核增加葡萄糖调节蛋白78、生长停滞与DNA损伤可诱导蛋白34和凋亡基因的表达[28-29]。内质网应激的促凋亡作用主要通过激活PERK-真核翻译起始因子2-激活转录因子4-增强子结合蛋白同源蛋白-Bcl-2通路来实现[27]，且与多种疾病的发生和发展有关[30-31]，其中，增强子结合蛋白同源蛋白在内质网应激诱导的凋亡过程中扮演着重要的角色[32]。近年来，PERK信号通路在激素性股骨头缺血坏死中的研究正日渐增多。
第二条通路是IRE1α通路。内质网应激发生时，IRE1α与葡萄糖调节蛋白78分离，自体发生磷酸化，激活自身RNA酶的活性[33]。IRE1α激活主要有3个作用，首先，二聚化的IRE1剪切了X盒结合蛋白1 mRNA，导致其翻译为X盒结合蛋白1(一种有效的转录因子)[22，34]；X盒结合蛋白1可以促进葡萄糖调节蛋白78和内质网相关降解因子的转录，重新折叠或降解错误折叠蛋白[22，29]；其次，二聚化的IRE1α通过切割将被翻译成内质网的mRNA来阻止新蛋白质的翻译[29]；第三，IRE1α二聚体暴露了TRAF2的结合位点，激活了ASK1，活化的ASK1激活其下游信号分子c-Jun N末端激酶，导致细胞凋亡[22，35]。
第三条通路是激活转录因子6信号通路。激活转录因子6蛋白具有高尔基体定位信号，内质网应激时，葡萄糖调节蛋白78与激活转录因子6解离，并将激活转录因子6转移到高尔基体，在那里激活转录因子6被Site-1蛋白酶和Site-2蛋白酶切割[24]。在这种切割后，激活转录因子6从高尔基体中释放出来，移动到细胞核，在那里它充当转录因子，上调内质网伴侣蛋白，促进蛋白质折叠[22]，还诱导增强子结合蛋白同源蛋白等凋亡因子的表达[36]，从而触发凋亡，恢复内质网稳态。
研究表明，糖皮质激素可诱导内质网中未折叠或错误折叠的蛋白积聚，引起内质网应激[37]；而当内质网应激不能及时修复时，内质网一方面可通过启动内质网特有的凋亡途径促使细胞凋亡[38]；另一方面可通过激活自噬致使细胞死亡[39]。近年研究结果显示，内质网应激介导的细胞自噬及凋亡与许多肿瘤的发生发展和治疗有关[40]，可见内质网应激是自噬与凋亡相互调控的重要途径。
2.3   激素性股骨头缺血坏死与内质网应激   激素性股骨头缺血坏死与内质网应激的具体联系仍无定论，由于激素会引起股骨头组织的缺血缺氧[41-42]，而缺血、缺氧可作为细胞发生内质网应激的应激源[43-44]，目前研究认为，内质网应激与激素性股骨头缺血坏死的发病机制有直接或间接的联系，主要包括内质网应激引起的骨细胞自噬与凋亡、内皮细胞损伤及血管损伤，从而参与到疾病的发生当中。
2.3.1   激素性股骨头缺血坏死中的细胞自噬与内质网应激   激素性股骨头缺血性坏死是由于骨细胞和成骨细胞凋亡，导致骨小梁减少，骨小梁在骨重下骨折，股骨头重建修复延迟导致股骨头塌陷[45-47]，这一机制的核心是骨脆性增加和骨量丢失。破骨细胞是骨再吸收细胞，破骨细胞的过度活跃会导致骨丢失和骨质疏松，而自噬与破骨细胞关系密切。自噬所必需的蛋白质，包括自噬相关蛋白5、自噬相关蛋白7、自噬相关蛋白4B和自噬相关蛋白LC3，在破骨细胞“褶边边界”的产生和破骨细胞的分泌功能以及体外、体内的骨吸收中发挥重要作用[48-49]。FIP200是ULKs-Atg13-FIP200复合体的重要组成部分，在哺乳动物雷帕霉素靶点下游作用，参与自噬的形成，这是诱导哺乳动物细胞自噬的必要条件[50]。此外，LIU等[51]发现FIP200的缺失会抑制成骨细胞自噬，导致骨丢失和骨强度降低，这说明自噬在成骨细胞分化和骨发育中发挥了积极作用。破骨细胞通过骨相关质膜与溶酶体分泌物融合产生的褶边边界吸收骨[52]，自噬蛋白自噬相关蛋白5、自噬相关蛋白7和自噬相关蛋白4B/LC3可以调节溶酶体和吞噬体的融合[53]；脂质体LC3在破骨细胞的褶边边界定位依赖于自噬相关蛋白5，自噬相关蛋白5-自噬相关蛋白12结合体和自噬相关蛋白4B是高效溶酶体定位和骨吸收的必要条件[49]；自噬和细胞凋亡参与了激素性股骨头缺血坏死的发病机制[54]。
越来越多的数据表明，内质网应激可以触发自       噬[55-56]，在不同类型的细胞中自噬可以促进细胞存活或细胞死亡[57-58]。GAO等[59]通过对地塞米松处理的人内皮细胞进行研究发现，糖皮质激素激活了未折叠蛋白反应下游IRE1α- X 盒结合蛋白1的信号通路，从而引起细胞自噬，在内皮细胞中发挥抗凋亡和促增殖作用。相反，LIU等[60]通过在地塞米松处理的Mc3T3-E1成骨样细胞研究中发现，糖皮质激素通过引起内质网应激和增加自噬导致成骨细胞的凋亡；但自噬诱导也与内质网应激的产生有关。
综上所述，糖皮质激素可以引起内质网应激，进而引发自噬，但是在激素性股骨头缺血坏死中，内质网应激与自噬的互相关系以及自噬具体起到保护还是不利作用，自噬与凋亡的关系现在还没有明确，仍需要进一步研究。
2.3.2   激素性股骨头缺血坏死中的细胞凋亡与内质网应激  目前，大多数学者认为激素性股骨头缺血坏死的发生机制与缺血诱导的细胞凋亡是分不开的[4，61]。细胞凋亡途径有线粒体途径和内质网途径，内质网途径也激活线粒体途径[62]。适度的内质网应激会诱导未折叠蛋白反应来适当保护细胞，而过度和持续的内质网应激可能通过激活增强子结合蛋白同源蛋白、半胱氨酸蛋白酶12和c-Jun N末端激酶通路而导致细胞凋亡[8，63]。
大剂量糖皮质激素治疗增加了细胞凋亡，糖皮质激素诱导的细胞凋亡是由于激素对骨细胞的直接作用[64]。最近，一些学者将糖皮质激素诱导细胞凋亡的机制着眼于内质网应激的途径上[27]。SATO等[10]通过抑制真核翻译起始因子2α去磷酸化来对抗内质网应激，从而在体内外阻止了成骨细胞和骨细胞的凋亡以及糖皮质激素诱导的成骨细胞功能下降。同样的，Liu等[7]在手术诱导的激素性股骨头缺血坏死大鼠模型研究中发现，Salubrinal，一种选择性真核翻译起始因子2α去磷酸化抑制剂，可以促进激素性股骨头缺血坏死中的成骨细胞分化，并且抑制破骨细胞生成。TAO等[65]通过在地塞米松处理的体外细胞模型和甲基强的松龙处理的体内大鼠模型中研究发现，富血小板血浆外泌体通过Akt/Bad/Bcl-2信号通路促进内质网应激下Bcl-2的表达，从而阻止糖皮质激素诱导的激素性股骨头缺血坏死中骨细胞和内皮细胞的凋亡。此外，YANG等[66]检测了地塞米松处理的MC3T3-E1成骨细胞中葡萄糖调节蛋白78、增强子结合蛋白同源蛋白和磷酸化真核翻译起始因子2a的表达水平，糖皮质激素可能通过增强内质网应激促进成骨细胞凋亡，并且4-苯基丁酸可以抑制内质网应激进而减少糖皮质激素诱导的成骨细胞凋亡。
综上所述，激素性股骨头缺血坏死中，内质网应激不仅调控骨细胞[67]、成骨细胞及内皮细胞凋亡，还促进软骨细胞的凋亡[68]，但具体调节机制还有待进一步研究。
2.3.3   内质网应激与血管损伤  糖皮质激素诱导股骨头坏死的两种主要学说是细胞凋亡和缺血[69]。传统理论认为缺血是主要致病因素，因为激素性股骨头缺血坏死的最终共同途径是骨血供中断[70-71]。一些学者也认为血管损伤才是激素性股骨头坏死的主要原因[2，72]，而之后表现的病理变化仅是缺血后导致的继发性损伤[73]。
Liu等[7]研究表明，缺血是内质网应激的诱导者，而过度的内质网应激诱导破骨细胞生成并抑制血管生成。高彦淳[74]在激素性股骨头缺血坏死的早期发现，血管损伤中发生了内皮细胞凋亡，其发生机制可能与内质网应激下的PERK信号通路激活有关。刘大全[75]的体内、外实验结果表明，真核翻译起始因子2α去磷酸化抑制剂可以改善坏死股骨头中的血管重建，促进血管生成，通过上调磷酸化真核翻译起始因子2α、激活转录因子4和血管内皮生长因子的表达水平来缓解内质网应激。
糖皮质激素可直接导致股骨头组织中纤溶功能低下，间接导致内皮细胞功能障碍和损伤。血管内皮细胞的凋亡、脂质代谢和血小板的活化导致集体高凝状态，使股骨头缺血，最终导致股骨头坏死[76]。而上述结果表明，内质网应激参与其中的病理变化，与激素性股骨头中的内皮细胞凋亡和血管损伤有一定的联系。

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过度使用糖皮质激素是激素性股骨头缺血坏死最常见的原因之一[1-3]。虽然糖皮质激素诱导激素性股骨头缺血坏死的确切机制尚不清楚，但它似乎与骨细胞凋亡、骨骼缺血有关[4]。目前，有学者认为糖皮质激素的使用会诱导骨细胞与成骨细胞的凋亡，减缓破骨细胞死亡，延长其寿命，从而吸收骨质来降低骨密度[5]。另外，也有学者发现糖皮质激素可以抑制血管内皮细胞血管内皮生长因子A的表达，减少骨血管的形成[6]。
最近的证据表明，骨细胞及内皮细胞的凋亡与内质网应激有关，内质网应激是错误折叠与未折叠蛋白积累的结果[7]。长时间的内质网应激条件下，蛋白质折叠负荷大于内质网折叠能力的情况下，往往会发生细胞功能障碍和死亡。然而，未折叠蛋白反应信号也是骨细胞正常成熟所必需的[8]。了解内质网应激如何在骨细胞、内皮细胞病理生理学中起作用，是对激素性股骨头缺血坏死疾病进行治疗调整的重要一步。
尽管国内外报道了许多疾病与内质网应激关系密切，如神经退行性疾病、骨质疏松症和成骨不全等[9-11]，但是糖皮质激素引起的内质网应激导致股骨头坏死的病理生理过程依旧不明确[12]。此文就内质网应激与激素性股骨头缺血坏死发病机制中可能存在的关系作一综述。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

1.1   资料来源   
1.1.1    检索人相关内容  第一作者。
1.1.2    检索文献时限  2000至2020年。
1.1.3   检索数据库  CNKI、万方、维普、PubMed、Web of science等数据库。
1.1.4   检索词  中文检索词为“内质网应激，股骨头坏死，未折叠蛋白反应，糖皮质激素，自噬，凋亡，缺血”；英文检索词为“endoplasmic reticulum stress ，femur head necrosis，unfolded protein response，glucocorticoid，autophagy，apoptosis，ischaemia”。
1.1.5   检索文献类型  包括研究原著、综述、病例报告等
1.2   纳入和排除标准 
1.2.1   纳入标准  ①论述内质网应激信号通路的文章；②论述内质网应激信号通路对激素诱导的自噬及凋亡调控机制的文章；③论述内质网应激与激素性股骨头缺血坏死最新研究的文章。
1.2.2   排除标准  重复性研究，较陈旧的文献，Meta 分析文章。
1.3   质量评估  通过上述计算机检索与手工检索，共检索到4 668篇文献。按入选标准进行人工筛选，排除与主题相关性差及重复、陈旧的文献，最终纳入81篇文献。文献检索流程见图1。

激素性股骨头的特征是由于软骨下骨的血管供应中断导致成骨细胞死亡和股骨头关节面塌陷[77]，这种破坏性的疾病已经成为全球日益突出的问题，主要累及中青年，多为双侧性，坏死范围广，通常需要髋关节置换[78]，但是一些研究表明股骨头坏死患者的假体耐久性较差[79]。激素性股骨头缺血坏死病理生理学还不完全清楚，临床上缺乏行之有效的治疗手段。因此，探明激素性股骨头缺血坏死的病因学机制，仍然是该领域研究的重要内容。
在真核细胞中，大约有1/3的蛋白质在到达它们的目的地之前在内质网中经历了一系列的修饰。内质网为蛋白质提供稳定舒适的环境以获得其自身的三维结构，多种伴侣蛋白和酶驻留在内质网中，参与蛋白质底物的靶向、易位、折叠和运输。由于基因突变、转录或翻译错误、恶劣环境等随机负性因素，多肽的折叠和组装容易出错，这就要求内质网快速处理异常产物。通常，错误折叠的蛋白质可以通过内质网相关降解立即消除；在某些情况下，特别是在炎症或肿瘤的持续作用下，内在或外在的负面因素，如缺氧、营养剥夺和氧化应激，使内质网的清除机制失效，并触发内质网应激。内质网应激是一种内质网蛋白质折叠能力不足的结果，导致大量的未折叠蛋白积累。内质网为恢复稳态，启动未折叠蛋白反应，其功能是抑制转录和翻译，增加折叠和输出速率，促进内质网各种伴侣蛋白的合成，从而促进内质网相关降解和自噬，所有这些活动的目的是清空内质网，解决应激。然而，在长期或严重的应激状态下，未折叠蛋白反应倾向于促进细胞凋亡，内质网功能障碍可导致许多人类疾病。
内质网应激启动的凋亡途径是近年才发现的一种新的凋亡途径[80]，已成为多种疾病的研究热点，虽然目前内质网应激的分子机制和调控机制等方面取得了一些进展，但是与激素性股骨头缺血性坏死关系的研究却鲜有报道。有研究认为，细胞在受到一些刺激后，会发生内质网应激，短期的、轻微的内质网应激可以帮助细胞恢复稳态，而强度过大、时间过长的内质网应激则导致细胞发生凋亡[81]。为了充分理解这一过程，需要进一步探索应激源启动未折叠蛋白反应的机制以及未折叠蛋白反应对不同类型应激的反应；了解未折叠蛋白反应如何使细胞适应应激而不是促进细胞凋亡，将为通过内质网应激预防激素性股骨头缺血坏死提供线索。此外，内质网应激是自噬与凋亡相互调控的重要途径，但细胞凋亡与细胞自噬在内质网应激中的相互关系仍不明确。此次综述通过对内质网应激与细胞凋亡及自噬的相关介绍，有助于日后将内质网应激作为激素性股骨头缺血性坏死发病过程中的病理环节做进一步研究，其相互的关系可能是：激素通过让细胞缺血缺氧激发内质网应激，进而诱导细胞的自噬与凋亡，最终导致股骨头坏死。这些结论还需要进一步的实验去验证，达到探明激素性股骨头坏死发病机制及防治的效果。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

文题释义：#br# 内质网应激：内质网是哺乳动物中一种重要的细胞器，是细胞内蛋白质合成、修饰、折叠及其储存并调节Ca2+的重要场所。由缺血缺氧、营养缺乏、氧化应激等原因引起的错误折叠与未折叠蛋白在内质网腔内聚集以及Ca2+平衡紊乱的状态，称为内质网应激。#br# 激素性股骨头缺血坏死：是指因长期或短期大量使用肾上腺皮质激素后造成股骨头活性成分死亡所引起的病理过程，其发病机制仍不明确，主要表现为骨细胞缺血、坏死、骨小梁断裂；临床表现为股骨头塌陷，引起患者关节疼痛、关节功能障碍的疾病，是骨科领域常见的难治性骨病。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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