Nat Commun丨王立堃研究组揭示长期内质网应激下钙离子调控CALR-IRE1α互作驱动IRE1α活性动态波动的新机制

未折叠 / 错误折叠蛋白在内质网腔中异常累积 会引起内质网应激（ endoplasmic reticulum stress ） 进而触发未折叠蛋白响应（ unfolded protein responses ，UPR） ，这 是神经退行性疾病、糖尿病与癌症等重大疾病的共同病理特征。 UPR 包含三条信号通路： IRE1 （ inositol-requiring enzyme 1 ）， PERK （ PKR-like ER-resident kinase ） 、 ATF6α （ activating transcription factor 6α ） ， 它们 在细胞对抗内质网应激、维持蛋白质稳态中起重要作用，但在持续且严重的内质网应激 也可 能 诱导 细胞凋亡。在（病理）生理条件下， 内质网应激 可以持续很长时间，但长期 内质网应激 下 UPR 的动态调控机制尚不清楚。

202 6 年 3 月 17 日，中国科学院生物物理研究所王立堃研究 团队在 Nature Communications 在线 发表题为 Calcium-mediated calreticulin-IRE1α interaction drives dynamic fluctuation of IRE1α activity under chronic endoplasmic reticulum stress 的研究 论文 ，揭示了长期内质网应激下，钙离子调控的钙网蛋白（CALR）与IRE1α互作驱动IRE1α活性波动的规律及其在细胞生死命运决定中的作用。 CAL R- IRE1 α 互作 还 在生理状态下与小鼠肝脏中 IRE1 α 的节律性磷酸化同步发生。

为探究 IRE1α 活性在 长时间 不同强度 内质网应激 下的动态变化规律，研究者首先 利用他们 实验室 前期 开发的新型荧光报告系统 （该系统 能够在活细胞 中实时 检测 ER 腔未折叠 蛋白的积累 ，见 Cell Reports (2024): DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114358 ） ，定义了不同程度的 内质网应激 。 在温和 内质网应激 条件下， IRE1α 活性呈现先升高后逐渐下降的趋势， 同时 伴随着未折叠蛋白的出现继而消失； 而在中度和重度 内质网应激 条件下， 内质网 未折叠蛋白一直存在， IRE1α 活性则表现出 “ 上升 - 下降 - 再 次上升 ” 的波动模式，研究者将其命名为 “ UPR 再活化 ” 。进一步结合 转录组测序分析 与 Western blot 三条 UPR 信号分支下游靶基因及蛋白的动态表达， 发现 IRE1α 分支的再活化过程最为稳定， 且该现象在 多种人源（ HeLa 、 293T 、 MDA-MB-231 ）和鼠源（ MEF 、 C2C12 ）细胞系 中普遍存在 。

为阐明 IRE1α 再活化的机制，研究者 通过免疫共沉淀和蛋白质谱实验， 比较了不同时间点 IRE 1 α 互作蛋白 ， 发现 内质网腔定位的钙网蛋白 CALR 是 IRE1α 的新型互作蛋白， 其 与 IRE 1 α 互作强度随着 IRE1α 活性 上升而增强 ，且和分子伴侣 B IP （一个经典的 UPR 负调控因子 ）结合 IRE1α 的强度呈现“此起彼伏”模式 。 进一步研究发现 ， CALR 与 BIP 竞争结合 IRE1α ，且 CALR 与 IRE 1α 的 结合 受到 钙离子 调控 。通过结构域分析 和体外 pull-down 实验 证实， CALR 的 N 结构域是其与 IRE1α 互作的关键 ，而 C ALR C 端钙离子结合区能阻止 CALR 与 IRE1α 互作 。 当钙离子浓度降低时， CALR 构象 变得更为开放 ，并能更好地结合 IRE1 α 。利用 指示 内质网腔钙离子浓度的比例型 荧光 探针 TuNer-s ，研究者发现一个有趣的 现象： 随着 内质网应激 的持续发生， 内质网 腔中钙离子浓度出现“下降 - 部分恢复 - 再次下降”的改变 。 这种变化 与 CALR- IRE1α 互作强度的波动 相 吻合， 提 示 内质网腔 钙离子浓度变化造成 C ALR-IRE1 α 结合程度 的 动态调整 ，最终 促成了 IRE1 α 活 性波动 。 功能上，敲低或敲除 CALR 降低了 IRE1 α 活化水平， 破坏 线粒体膜电 势并 加剧 长期 内质网应激 下的细胞凋亡， 这 提示 CALR - IRE1 α 互作 在 细胞 抵抗长期内质网应激中 起 关键 作用。 进一步在生理条件下证实，正常光照 / 黑暗节律喂 养 小鼠 来源的 肝脏中， CALR-IRE1 α 互作持续存在， 且互作强度的变化 与 IRE1 α 节律性磷酸化同步发生，拓展了该调控轴的生理意义。

该研究首次揭示了细胞通过UPR再活化策略应对中/重度慢性内质网应激，以维持稳态、抵御凋亡，为理解长期内质网应激下UPR的动态响应策略提供了新范式，也为人为开发调节UPR的应对策略、靶向UPR治疗神经退行性疾病、肿瘤等内质网应激相关疾病奠定了理论依据。

中国科学院生物物理研究所 王立堃研究员为 论文 通讯作者，曹建伟特别研究助理为该论文的第一作者 。研究得到北京师范大学王友军 教授 与 中国科学院生物物理研究所 王 磊 研究员 的大力支持。

https://doi.org/10.1038/s41467-026-70679-7

制版人： 十一

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