馬廣鵬

(科技部中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心，北京100045)

細胞凋亡是與機體組織自我穩(wěn)定機制有關(guān)的主動的程序性死亡，是細胞在一定生理和病理條件下遵循自身程序的生理性死亡。熱休克蛋白(Heat shock protein,HSP)是廣泛存在于原核和真核細胞中的一組結(jié)構(gòu)上高度保守的多肽，HSP 70家族因具有分子伴侶、細胞保護、抗細胞凋亡、抗氧化以及參與免疫應(yīng)答等多種重要生理功能而成為研究熱點。

HSP是一組在結(jié)構(gòu)上高度保守的多肽，廣泛存在于自然界原核、真核細胞中。根據(jù)HSP的相對分子質(zhì)量，主要的HSP被分成6個家族：大分子量HSP家族、HSP90家族、HSP70家族、HSP60家族、小分子量HSP家族和泛素[1]。其中HSP70家族是最保守、最重要的一族，在大多數(shù)生物中含量最多，由于在應(yīng)激反應(yīng)中的敏感性，以及在臨床實踐中的各種作用而成為研究的熱點[2]。HSP70家族成員眾多，它們在進化上高度保守，種屬間同源性高，并且在正常細胞內(nèi)和應(yīng)激狀態(tài)下均有表達。當進入應(yīng)激狀態(tài)時，機體通過對HSP70 mRNA的優(yōu)先翻譯和增強其穩(wěn)定性等調(diào)控機制來以適應(yīng)變化的需要。HSP70家族具有多種重要的功能，業(yè)已證明其在充當分子伴侶、細胞保護、抗細胞凋亡、抗氧化以及在免疫應(yīng)答中都發(fā)揮著重要作用[3-7]。

細胞凋亡是與機體組織自穩(wěn)機制有關(guān)的主動性死亡，是細胞在一定生理和病理條件下，遵循自身程序的生理性死亡。細胞凋亡作為一種主動死亡形式，見于許多正常的生理過程。其最突出的形態(tài)學特點是細胞的死亡起始于細胞核的改變，主要表現(xiàn)為核固縮，DNA非隨機降解成小片段，胞質(zhì)濃縮，胞膜皺折或“出芽”，后期裂解成數(shù)個大小不等的凋亡小體(apoptotic body)。細胞凋亡涉及了許多生理和病理過程，且往往是細胞活動短暫過程的最終結(jié)果。細胞凋亡是一個高度精確調(diào)節(jié)的過程，它首先對初始的刺激產(chǎn)生響應(yīng)，爾后在一些激酶和調(diào)節(jié)因子的作用下發(fā)生一系列級聯(lián)反應(yīng)。細胞凋亡過程大體可以分為三個階段：(1)起始階段(或信號感應(yīng)階段)，包括細胞表面死亡受體的激活，主要是腫瘤壞死因子(TNF)家族成員 ；(2)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)階段(或準備階段)，包括caspases感應(yīng)器和特定激酶/磷酸酶的活化；(3)執(zhí)行階段(或死亡階段)，主要是caspases效應(yīng)器的活化[8]。

自1972年Kerr等首次提出這一概念以來，對細胞凋亡的研究越來越受到人們的重視，逐漸深入到病理學、細胞生物學、腫瘤學、免疫學等各個學科。從20世紀80年代末期開始成為腫瘤學、病理學研究的熱點，人們對細胞凋亡的認識逐漸深入，對細胞凋亡發(fā)生的復(fù)雜分子調(diào)控機制了解得越來越透徹。細胞凋亡的調(diào)控包括以下幾個方面：(1)細胞凋亡相關(guān)因素，即誘導(dǎo)因素和抑制因素。細胞凋亡是一個程序化的過程，正常情況下這一程序不“隨意”啟動，只有當細胞受到來自細胞內(nèi)外的凋亡誘導(dǎo)因素作用時，它才啟動，使細胞一步步走向死亡；另外，一些細胞因子(IL-2、神經(jīng)生長因子等)具有抑制凋亡的作用[9]。(2)細胞凋亡信號的傳導(dǎo)。細胞凋亡信號傳導(dǎo)系統(tǒng)是連接凋亡誘導(dǎo)因素與抑制因素的中間環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)具有多樣性、偶聯(lián)性、同一性和多途徑性。(3)細胞凋亡相關(guān)基因。在細胞中存在著促進和抑制凋亡的兩類基因，正常情況下這兩類基因處于協(xié)調(diào)的對立統(tǒng)一狀態(tài)，以確保細胞生死有序。目前，細胞凋亡相關(guān)基因多達數(shù)十種，分為抑制凋亡基因如Bcl-2[10]、EIB、IAP，促進凋亡基因如Fas、Bax[11]、P53等，雙向調(diào)控基因如 c-myc、Bcl-x 等[12]。

HSP70的功能是近年來的研究熱點，其參與細胞凋亡調(diào)控的作用在認識、診斷和治療與細胞凋亡密切相關(guān)的疾病具有重要的意義。本文結(jié)合近幾年國內(nèi)外對HSP70的研究概況，將HSP70對細胞凋亡的調(diào)控以及HSP70參與細胞凋亡調(diào)控的機制進行了綜述。

1 HSP70 與細胞凋亡的關(guān)系

HSP與細胞凋亡的相關(guān)性研究的逐步深入，目前已經(jīng)確認HSP家族中HSP60、HSP70、sHSP與細胞凋亡最為密切。研究表明HSP家族對細胞凋亡有雙向調(diào)控作用，可以對細胞凋亡信號通路的多個水平調(diào)控，起促進或抑制細胞凋亡的作用[13]。HSP70主要表現(xiàn)為抗細胞凋亡的作用，對熱休克、氧化應(yīng)激、電離射線、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等引起的細胞凋亡具有保護作用。HSP70對應(yīng)激細胞的保護作用可以歸因為阻止受損蛋白質(zhì)的凝集，加速受損蛋白質(zhì)的再折疊[14]；但有些應(yīng)激并不直接引起細胞蛋白的損傷，HSP70對這種情況下的保護作用就難以用蛋白修復(fù)功能來解釋。有研究表明，熱處理和轉(zhuǎn)染HSP70基因誘導(dǎo)的HSP70高表達與細胞對有毒物質(zhì)誘導(dǎo)的細胞凋亡的抗性相關(guān)，HSP70的高表達可以對熱誘導(dǎo)的細胞凋亡起到抑制作用。Hirata等[15]在胃上皮細胞中過表達HSP70，可抑制吲哚美辛誘導(dǎo)的細胞凋亡。張新龍[16]等使用HSP70單抗結(jié)合細胞內(nèi)已存在的HSP70，阻斷了其抗凋亡的作用，使胰腺癌細胞的增殖被抑制并且發(fā)生凋亡，為胰腺癌的生物治療提供一種新的思路。Park SR等[17]通過用綠膿桿菌外毒素A體外殺死口腔鱗狀細胞癌細胞證明綠膿桿菌外毒素A是通過抑制HSP70的表達，進而誘導(dǎo)細胞凋亡來降低口腔鱗狀細胞癌細胞對化療的抗性，為臨床治療口腔鱗狀細胞癌提供了很好的依據(jù)。Yang X[18]將HSP70反義核苷酸(ASODN)轉(zhuǎn)染到肝癌細胞(SMMC-7721 cells)中，結(jié)果顯示ASODN明顯降低HSP70蛋白的表達量，進而加快了細胞的凋亡，抑制了癌細胞的生長，為肝癌的臨床治療提供了啟示。在癌癥的治療中，增加HSP70蛋白的表達可以增強癌細胞對細胞凋亡的抗性，降低HSP70蛋白的表達可以增強癌細胞對自然殺傷細胞的殺細胞作用的敏感性。Bae JH[19]等通過用槲皮素(具有抑制HSP轉(zhuǎn)錄和翻譯的特點)降低HSP70蛋白的表達量，證明癌細胞對自然殺傷細胞的殺傷作用的敏感性提高是因為HSP70蛋白的表達量降低抑制了NFkabarB和磷脂酰激酶3通路，從而誘導(dǎo)自然殺傷細胞2D群配體的表達，加強自然殺傷細胞的作用，從而為自然殺傷細胞介導(dǎo)的癌癥細胞免疫治療提供了一個很好的對策。

2 HSP70 參與細胞凋亡調(diào)控的機制

2.1 通過絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases，MAPK)信號途徑調(diào)節(jié)細胞的凋亡MAPK信號傳導(dǎo)通路主要包括ERK信號通路、JNK信號通路以及p38信號通路，三條通路分別依靠ERK、JNK與p38三種蛋白激酶發(fā)揮其生理功能。三種激酶在結(jié)構(gòu)及傳導(dǎo)特性上有類似之處，但是它們對外界刺激反應(yīng)的差異性及底物的特異性決定它們在細胞中執(zhí)行不同的生理功能，ERK通路主要促細胞存活，而JNK與p38通路促進細胞死亡。Goel G[20]等在對HSP70在缺氧損傷中調(diào)節(jié)細胞凋亡以及ERK通路的作用中發(fā)現(xiàn)，HSP70是用過激活ERK1/2信號通路從增加抗凋亡蛋白水平以及減少凋亡前體的量來抑制缺氧條件下的細胞凋亡。Li H等[21]在HSP70抵抗紫外誘導(dǎo)的細胞凋亡研究中發(fā)現(xiàn)，敲低HSP70的表達可激活JNK信號通路以及BAX，HSP70的過表達則抑制了JNK信號通路和BAX的活化。證明HSP70是通過抑制JNK信號通路活化，從而抑制BAX的活化，進而抑制細胞的凋亡。Gao Y[22]等在腫瘤壞死因子-α引起的細胞凋亡研究中發(fā)現(xiàn)，HSP70與CHIP(與HSP70相互作用的羧基端蛋白，HSP70的伴侶分子)聯(lián)合可以降解細胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶(ASK)，而ASK是一種絲裂原活化蛋白激酶的激酶，它的活化可以激活JNK信號通路和p38信號通路，因此HSP70通過與伴侶分子結(jié)合降解ASK，從而抑制JNK信號通路和p38信號通路的活化，進而達到抗細胞凋亡的作用。

2.2 抑制caspase3和caspase9的活性及其前體的加工caspases是一類半胱氨酸蛋白酶，在促凋亡信號的作用下被激活，作用于肽鏈的天冬-丙-甘鍵，在天冬氨酸殘基之后將底物裂解，從而導(dǎo)致細胞凋亡。Caspases家族有12個成員，caspase-3、9為效應(yīng)caspases，是細胞凋亡的直接效應(yīng)者。阿耳茨海默(氏)病是由于B淀粉狀蛋白(A-beta)在腦細胞中反常聚集從而導(dǎo)致caspase3和caspase9的活化，從而引起腦細胞的凋亡所引起的，Di Carlo M[23]等在研究阿耳茨海默(氏)病中發(fā)現(xiàn)，胰島素可以顯著地減輕A-beta所引起的腦細胞的損傷，而胰島素進入機體后可以使HSP70過量表達，證明HSP70抑制細胞凋亡是通過抑制caspase3和caspase9的活化從而抑制細胞凋亡的效應(yīng)器caspase活化而發(fā)揮作用的。

2.3 調(diào)控細胞凋亡基因的表達 Yuan ZQ[24]等在HSP70保護腸上皮細胞免受缺氧環(huán)境引起的細胞凋亡損傷的機理研究中發(fā)現(xiàn)，HSP70的過表達伴隨著細胞內(nèi)抑制細胞凋亡基因Bcl-2的表達量增加，揭示HSP70是通過上調(diào)細胞內(nèi)抑制細胞凋亡基因Bcl-2的表達量來抑制缺氧環(huán)境所誘導(dǎo)的細胞凋亡，達到保護細胞的作用。Jiang B等[25]在研究HSP70對氧化應(yīng)激引起小鼠肌原細胞凋亡的保護作用中發(fā)現(xiàn)，HSP70抑制細胞凋亡作用與細胞內(nèi)抑制細胞凋亡基因Bcl-2有很大的關(guān)系，是由于在氧化應(yīng)激條件下HSP70增加了Bcl-2在細胞內(nèi)的穩(wěn)定性。

2.4 調(diào)控線粒體通路介導(dǎo)的細胞凋亡途徑 在細胞凋亡的過程中，經(jīng)線粒體通路介導(dǎo)的凋亡信號重要的特征是凋亡小體的形成。研究顯示，HSP70能抑制線粒體釋放細胞色素C，或者抑制細胞色素C與凋亡蛋白酶激活因子l(apop-tosis P rotease aetivaing facto-1，Apaf-1)結(jié)合，從而抑制caspase途徑的變化達到對細胞凋亡的調(diào)控。Yuan ZQ[24]等在HSP70保護腸上皮細胞免受缺氧環(huán)境引起的細胞凋亡損傷的機理研究中發(fā)現(xiàn)，HSP70的過表達促進細胞內(nèi)抑制細胞凋亡基因Bcl-2的表達，進而抑制細胞凋亡的線粒體通路，抑制線粒體通路是通過阻止細胞色素C從線粒體中釋放實現(xiàn)的，最終達到抑制細胞凋亡保護細胞的作用。Hwang IY[26]等在弓形蟲感染的細胞研究中發(fā)現(xiàn)，HSP70通過與Apaf-1結(jié)合從而抑制Apaf-1與細胞色素C的結(jié)合，進而抑制caspase途徑的變化破壞線粒體通路介導(dǎo)的細胞凋亡。

2.5 調(diào)控死亡受體通路介導(dǎo)的細胞凋亡途徑 Fas和TNF受體是死亡受體家族的最典型代表，大量研究證實，HSP能調(diào)節(jié)Fas、TNFR和TNF相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體介導(dǎo)的細胞凋亡途徑。Zhao Y等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，HSP70可通過抑制Fas介導(dǎo)的細胞凋亡來調(diào)控心肌炎導(dǎo)致的心肌細胞凋亡。Dai S[28]等發(fā)現(xiàn)。在人的結(jié)腸癌細胞中，過表達的HSP70通過與TNFR偶聯(lián)因子2相互作用抑制TNF-α介導(dǎo)的NF-B信號通路的活化，促進了JNK通路，從而達到調(diào)控在結(jié)腸癌細胞中TNF-α介導(dǎo)的細胞凋亡。

2.6 調(diào)節(jié)NF B通路 NF B是細胞核轉(zhuǎn)錄因子，由Rel亞基和p52或p50亞基組成異二聚體復(fù)合物，NF B的激活可以抑制細胞凋亡。Mitsuhashi M等[29]研究表明，HSP70可以調(diào)控NF B受體的mRNA表達量來調(diào)控NF B受體的活性，從而調(diào)控NF B通路活化。

3 小結(jié)

HSP70與細胞凋亡的關(guān)系主要是抗細胞凋亡，是其細胞保護作用機制之一，HSP70參與細胞凋亡的機制很復(fù)雜，雖然有很多相關(guān)研究報道，但其調(diào)控細胞凋亡的機制還遠未弄清。深入研究HSP70與細胞凋亡的關(guān)系具有重要的臨床意義，可為與細胞凋亡密切相關(guān)疾病發(fā)病機制、診斷和治療提供眾多啟示，特別是在治療方面具有重大的意義，值得重點研究。

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