郭文亮，徐元慶，金 曉，史彬林

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，動(dòng)物環(huán)境與營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010018)

溫度是影響物種健康和生存的重要環(huán)境因素，家畜多為恒溫動(dòng)物，對(duì)環(huán)境溫度變化極為敏感，當(dāng)環(huán)境溫度低于動(dòng)物的適宜溫度下限(肉雞為10 ℃，蛋雞為13 ℃，哺乳豬為30 ℃，仔豬為20 ℃，育肥豬為16 ℃，空懷母豬為16 ℃，公豬為14 ℃，山羊?yàn)?0 ℃，綿羊?yàn)?1 ℃)時(shí)，會(huì)對(duì)動(dòng)物造成冷應(yīng)激。氣候變化綜合指數(shù)(comprehensive climate index，CCI)是目前判斷動(dòng)物冷熱應(yīng)激最準(zhǔn)確的指數(shù)之一，該指數(shù)計(jì)算包括溫度，濕度，風(fēng)速和太陽(yáng)直射時(shí)間，當(dāng)環(huán)境CCI 在0～25時(shí)動(dòng)物處于無(wú)應(yīng)激狀態(tài)(即冷應(yīng)激<0，熱應(yīng)激>25)，北方地區(qū)冬季平均溫度低于-15 ℃，畜舍內(nèi)CCI均<0，持續(xù)低溫引起動(dòng)物的冷應(yīng)激是北方畜牧養(yǎng)殖中普遍存在的福利問(wèn)題，冷應(yīng)激不僅會(huì)降低動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和飼料效率，還會(huì)影響動(dòng)物的免疫和抗氧化功能。冷應(yīng)激對(duì)動(dòng)物免疫和抗氧化功能影響的嚴(yán)重程度與其持續(xù)時(shí)間呈正比，通常認(rèn)為急性冷應(yīng)激(12 h以內(nèi))會(huì)增加機(jī)體產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子和活性氧(reactive oxygen species,ROS)引起炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，且長(zhǎng)期的慢性冷應(yīng)激(幾天甚至幾個(gè)月)則會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體發(fā)生炎癥損傷及抗氧化失衡。熱休克蛋白(heat shock protein，HSP)是機(jī)體緩解應(yīng)激反應(yīng)的重要蛋白，它通過(guò)參與相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)體免疫和抗氧化功能。畜禽在冷應(yīng)激狀態(tài)下通過(guò)提高HSP水平緩解炎癥和氧化損傷，但冷應(yīng)激引起的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激下HSP調(diào)控免疫反應(yīng)和抗氧化功能的機(jī)制卻少有系統(tǒng)報(bào)道。本文通過(guò)歸納前人研究結(jié)果，就冷應(yīng)激引起的炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激下，機(jī)體HSP對(duì)免疫反應(yīng)和抗氧化功能的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為緩解畜禽冷應(yīng)激理論研究提供參考。

1 冷應(yīng)激引起機(jī)體炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激

1.1 誘導(dǎo)機(jī)體炎癥反應(yīng)

機(jī)體免疫系統(tǒng)包括免疫器官、免疫細(xì)胞和免疫分子，在防御病原微生物入侵方面發(fā)揮重要作用。核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)是一種主要在淋巴細(xì)胞中表達(dá)的介導(dǎo)炎癥和免疫反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，急性冷應(yīng)激會(huì)通過(guò)激活NF-κB信號(hào)通路提高下游促炎細(xì)胞因子的基因轉(zhuǎn)錄與分泌，導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，而持續(xù)的慢性冷應(yīng)激則會(huì)抑制NF-κB的核移位，降低促炎細(xì)胞因子的基因轉(zhuǎn)錄，抑制免疫細(xì)胞活性及吞噬抗原能力，引起脾發(fā)生病變、淋巴結(jié)減少，心組織發(fā)生炎癥、空泡、嗜酸性粒細(xì)胞變性和肌肉纖維化，小腸損傷和緊密連接結(jié)構(gòu)被破壞等，從而抑制機(jī)體免疫功能。但也有研究發(fā)現(xiàn)，急性冷應(yīng)激會(huì)抑制炎癥反應(yīng)，而慢性冷應(yīng)激會(huì)誘發(fā)炎癥反應(yīng)。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，3 h 4 ℃急性冷應(yīng)激抑制了小鼠腦組織中NF-κB 核移位，進(jìn)而減少了腫瘤壞死因子α(TNF-α)的基因轉(zhuǎn)錄。Su等研究發(fā)現(xiàn)，35 d的14 ℃持續(xù)冷應(yīng)激會(huì)誘導(dǎo)肉雞血清誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)、環(huán)氧合酶2(COX-2)、前列腺素E合酶(PTGEs)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)和 白細(xì)胞介素(IL)4等細(xì)胞因子的mRNA表達(dá)水平提高，引起炎癥損傷。因此，冷應(yīng)激對(duì)機(jī)體免疫功能的影響與應(yīng)激時(shí)間的長(zhǎng)短及強(qiáng)度，不同物種間的適宜溫度下限和機(jī)體間不同組織等均有關(guān)系。

1.2 誘導(dǎo)機(jī)體氧化損傷

機(jī)體細(xì)胞線粒體呼吸會(huì)產(chǎn)生超氧陰離子(O·)、過(guò)氧化氫(HO)和羥自由基(·OH)等ROS，過(guò)多的ROS會(huì)氧化不飽和脂肪酸產(chǎn)生脂質(zhì)過(guò)氧化物(MDA)，使蛋白變性和DNA損傷，導(dǎo)致細(xì)胞壞死，對(duì)機(jī)體造成嚴(yán)重傷害，而酶和非酶抗氧化劑是保護(hù)機(jī)體抵抗氧化應(yīng)激的重要物質(zhì)。在細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)下，ROS通常保持在較低水平，但冷應(yīng)激引起的代謝加強(qiáng)會(huì)增加自由基負(fù)荷，并產(chǎn)生大量的ROS，降低酶促和非酶促抗氧化水平，還會(huì)誘導(dǎo)瞬間受體電位離子通道(transient receptor potential A1，TRPA1)活化，增加Ca流入，使ROS水平升高，加劇寒冷環(huán)境下的氧化應(yīng)激。臧樹(shù)成研究發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激會(huì)損傷大鼠肝組織，使肝組織出現(xiàn)細(xì)胞間隙變小，脂肪變性，通過(guò)使用HO模擬體內(nèi)大鼠肝組織冷應(yīng)激狀態(tài)后，結(jié)果顯示氧化應(yīng)激下大鼠肝組織中MDA含量上升，超氧化物歧化酶(SOD)蛋白水平和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)活力均下降，肝細(xì)胞凋亡率增加。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是抗氧化防御系統(tǒng)的主要調(diào)控因子，過(guò)量產(chǎn)生的ROS會(huì)激活Nrf2信號(hào)通路，提高下游抗氧化酶的基因轉(zhuǎn)錄來(lái)抵抗氧化失衡。叢培芳等研究發(fā)現(xiàn)，極端低溫導(dǎo)致小鼠心肌組織中過(guò)氧化氫酶(CAT)和Nrf2的mRNA表達(dá)量增加，Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白 1(kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1)的mRNA表達(dá)量降低。Frigault等研究發(fā)現(xiàn)，冬眠松鼠心組織的Nrf2 mRNA轉(zhuǎn)錄水平顯著提高，Keap1的mRNA表達(dá)量顯著降低。因此，急、慢性冷應(yīng)激均會(huì)引起氧化應(yīng)激，損傷機(jī)體抗氧化系統(tǒng)及機(jī)體組織，且機(jī)體會(huì)通過(guò)激活Nrf2信號(hào)通路來(lái)抵抗氧化應(yīng)激。

2 冷應(yīng)激引起機(jī)體HSP表達(dá)提高

HSP家族(HSPs)是一類高度保守的分子伴侶蛋白，通過(guò)恢復(fù)蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊、保護(hù)新生蛋白質(zhì)的翻譯、幫助蛋白質(zhì)的細(xì)胞器轉(zhuǎn)運(yùn)、減少有毒物的聚集等功能參與細(xì)胞的損傷、修復(fù)、增殖、分化和凋亡，在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程、抵抗機(jī)體應(yīng)激方面有重要作用。HSPs依據(jù)分子量的大小可分為HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、小分子HSPs(如HSP12-34)及泛素等幾個(gè)家族。不同分子量的HSP功能也不相同。HSP27的主要功能是修復(fù)心損傷。HSP32也稱為血紅素加氧酶 1(heme oxygenase-1, HO-1)，在脊椎動(dòng)物系統(tǒng)中負(fù)責(zé)幫助機(jī)體適應(yīng)氧化、炎癥和細(xì)胞毒性應(yīng)激，并催化血紅素降解。HSP40是HSP70的合作蛋白，可以調(diào)節(jié)HSP70 的ATP酶活性作用參與蛋白質(zhì)解離和跨膜運(yùn)輸。HSP60在應(yīng)激狀態(tài)下會(huì)迅速活化并修復(fù)變性的蛋白。HSP70是機(jī)體分布與表達(dá)均最高的HSP，在應(yīng)激條件下參與新合成蛋白質(zhì)的折疊、修飾和轉(zhuǎn)運(yùn)。HSP90是細(xì)胞內(nèi)最活躍的HSP，可以維持細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的構(gòu)型。HSP110可結(jié)合多肽，是一種免疫佐劑，可激活免疫細(xì)胞啟動(dòng)免疫應(yīng)答。因此，炎癥和氧化失衡均可激活HSPs的表達(dá)，各個(gè)器官的損傷和修復(fù)過(guò)程也通常伴隨著HSPs的上調(diào)，其含量的高低可用于衡量應(yīng)激程度，也被稱為應(yīng)激蛋白。

冷應(yīng)激產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)激活機(jī)體自我防御機(jī)制，通常機(jī)體會(huì)通過(guò)上調(diào)HSPs水平來(lái)適應(yīng)寒冷環(huán)境。熱休克轉(zhuǎn)錄因子(heat shock transcription factor，HSF)家族(包括鼠類和人HSF-1、2和4以及禽類特有的HSF-3)是HSP的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，其中HSF-1和HSF-3可以響應(yīng)低溫環(huán)境直接上調(diào)HSPs的基因和蛋白表達(dá)；也可以引起機(jī)體內(nèi)分泌狀態(tài)的改變間接誘導(dǎo)HSPs的表達(dá)，冷應(yīng)激狀態(tài)下機(jī)體會(huì)降低胰島素分泌、提高血糖，補(bǔ)償機(jī)體能量消耗，胰島素的降低向受體衰變加速因子2(decayacceleratingfactor-2，DAF-2)傳遞信號(hào)，使DAF-2的調(diào)節(jié)器(DDL-1)磷酸化，解離熱休克蛋白結(jié)合因子(heat shock factor binding protein 1，HSB-1)、HSF-1、DDL-1和DDL-2結(jié)合形成的抑制復(fù)合物，釋放HSF-1，三個(gè)HSF-1單體聚合成一個(gè)有活性的HSF-1三聚體進(jìn)入細(xì)胞核，并與熱休克元件(heat shock element，HSE)結(jié)合增加HSP基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的水平。且HSPs的轉(zhuǎn)錄還受到Nrf2和NF-κB轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，也會(huì)被促炎細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)和ROS激活。Wang等指出，冷(4 ℃)、熱應(yīng)激(40 ℃)均可誘導(dǎo)粉虱的大多數(shù)HSP基因過(guò)表達(dá)，而沉默HSPs可顯著降低粉虱在45 ℃下的存活率，在-4 ℃下影響不大。在-4 ℃處理1 h提取頭部和身體RNA后發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)多數(shù)蛋白的合成速率均下降，只有HSP顯著增加，這表明HSPs提高了粉虱耐寒性，從而保護(hù)其免受極端環(huán)境溫度的影響。綜上所述，低溫環(huán)境和內(nèi)分泌變化均會(huì)參與調(diào)節(jié)HSPs的快速產(chǎn)生，幫助維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。

3 炎癥反應(yīng)下HSP對(duì)機(jī)體免疫功能的調(diào)節(jié)作用

在動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)中，免疫細(xì)胞與其他生理系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)揮最佳功能的能力取決于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而冷應(yīng)激引起的HSPs表達(dá)提高可參與調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能。Rastogi 與Haldar研究發(fā)現(xiàn)，皮下注射褪黑素會(huì)提高冷應(yīng)激下松鼠脾HSF-1和HSP70的表達(dá)，進(jìn)而增加血液淋巴細(xì)胞比率來(lái)增強(qiáng)免疫力。Ren等發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激會(huì)引起鵪鶉脾組織的炎癥損傷，而HSP70的表達(dá)增加可能會(huì)通過(guò)抑制前炎癥細(xì)胞因子(NF-κB、COX-2、PTGES 和 TNF-α)的表達(dá)來(lái)保護(hù)脾免受炎癥損傷。目前，已有研究表明，冷應(yīng)激對(duì)機(jī)體的影響涉及復(fù)雜的代謝反應(yīng)、生理變化和大量的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而HSP作為體內(nèi)重要分子伴侶蛋白，在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外對(duì)免疫系統(tǒng)具有多重調(diào)節(jié)作用。HSPs的細(xì)胞內(nèi)蛋白(intracellular heat shock protein，IHSP)可通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和胞內(nèi)運(yùn)輸緩解炎癥反應(yīng)，但長(zhǎng)期應(yīng)激和細(xì)胞凋亡會(huì)觸發(fā)HSP從胞內(nèi)主動(dòng)或被動(dòng)釋放，胞外蛋白(extracellular heat shock protein，EHSP)可以加強(qiáng)免疫細(xì)胞功能，提高促炎細(xì)胞因子分泌，維持機(jī)體免疫功能動(dòng)態(tài)平衡。

3.1 胞外調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞，加強(qiáng)免疫反應(yīng)

EHSP的胞外免疫調(diào)控作用主要分為兩方面，一方面是加強(qiáng)抗原呈遞與免疫細(xì)胞功能，保護(hù)免疫細(xì)胞免受炎癥損傷，提高機(jī)體適應(yīng)性免疫?？乖蔬f細(xì)胞(antigen-presenting cells, APC)可以加工呈遞抗原給抗原特異性細(xì)胞，EHSP可增加細(xì)胞外環(huán)境中抗原和APC之間交叉呈遞的有效性。HSPs與肽復(fù)合形成 HSP 肽復(fù)合物，該復(fù)合物可以通過(guò)APC進(jìn)行加工呈遞給主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex, MHC)Ⅰ類分子供CD8細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)識(shí)別，且HSPs也可直接作為抗原呈遞分子。巨噬細(xì)胞(macrophages，M?)和樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cell, DC)是一類專職的APC。其中，M?是獲得性免疫的重要效應(yīng)細(xì)胞，可定向轉(zhuǎn)移并集中到炎癥部位，殺傷清除炎癥部位的病原體、異物及衰老細(xì)胞。而EHSP可誘導(dǎo)激活M?促進(jìn)炎癥反應(yīng)參與免疫應(yīng)答。DC吞噬能力很弱，但有活躍的運(yùn)動(dòng)能力，是最強(qiáng)的APC，胞外的HSP70可與DC結(jié)合，誘導(dǎo)它們成熟，參與免疫調(diào)節(jié)，且EHSP可促進(jìn)DC和M?合成釋放促炎細(xì)胞因子，激發(fā)T細(xì)胞的適應(yīng)性免疫反應(yīng)。自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell，NK細(xì)胞)是機(jī)體天然免疫力的重要效應(yīng)細(xì)胞，其細(xì)胞表面上的CD94可識(shí)別多種癌細(xì)胞，并與其膜上的HSP70結(jié)合，啟動(dòng)癌細(xì)胞的有效溶解，且EHSP還可以增加NK細(xì)胞毒性功能和細(xì)胞增殖。另有研究發(fā)現(xiàn)，HSP70可以保護(hù)大鼠胰島B細(xì)胞免受IL-1β誘導(dǎo)的損傷，也能夠保護(hù)大鼠腎小球系膜細(xì)胞免受IL-1β誘導(dǎo)的凋亡。

EHSP的胞外免疫調(diào)控作用另一方面是會(huì)激活免疫細(xì)胞膜上的Toll樣受體(toll-like receptors, TLR)和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation endproducts，RAGE)，提高胞內(nèi)促炎細(xì)胞因子的分泌來(lái)加強(qiáng)免疫反應(yīng)。孫海閣等研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠皮下注射HSP65后，血清抗炎細(xì)胞因子IL-10濃度下降，促炎細(xì)胞因子干擾素(IFN)-γ濃度升高，誘發(fā)機(jī)體炎癥反應(yīng)。Fang等研究發(fā)現(xiàn)，HSP70樣蛋白1(HSP70-like protein 1，HSP70L1)可以直接與DC表面的TLR4結(jié)合，激活NF-κB通路，上調(diào)CD40、CD80和CD86表達(dá)，并促進(jìn)TNF-α、IL-1β和活性白細(xì)胞介素12(IL-12p70)的生成，而在 TLR4 缺陷的DC中HSP70L1未能誘導(dǎo)這種表型成熟及相關(guān)細(xì)胞因子產(chǎn)生。因此，EHSP可通過(guò)免疫細(xì)胞膜上的TLR2和TLR4誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的分泌。Somensi等研究發(fā)現(xiàn)，體外EHSP70處理人肺癌上皮細(xì)胞后，可通過(guò)細(xì)胞模上的晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation endproducts，RAGE)磷酸化ERK1/2激酶，激活NF-κB信號(hào)通路，提高TNF-α等促炎細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄水平，而在RAGE受體阻斷的細(xì)胞中，EHSP70處理對(duì)促炎細(xì)胞因子的分泌刺激減弱，上述激活途徑的不同可能與不同細(xì)胞表面的受體有關(guān)。綜上所述，EHSP可通過(guò)加強(qiáng)免疫細(xì)胞功能與抗原呈遞，激活免疫細(xì)胞膜上的Toll樣受體和RAGE受體，提高胞內(nèi)促炎細(xì)胞因子的分泌來(lái)激發(fā)免疫反應(yīng)。

3.2 胞內(nèi)炎癥緩解作用

IHSP在胞內(nèi)緩解炎癥反應(yīng)主要是通過(guò)NF-κB信號(hào)通路。NF-κB蛋白通常以無(wú)活性的形式與抑制蛋白κB(inhibitory κB，IκB)家族結(jié)合，以復(fù)合物的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中。核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域(nucleotide-binding, leucine-rich repeat-containing，NLR)家族成員(NOD1和NOD2)介導(dǎo)先天免疫基因的轉(zhuǎn)錄激活，并與其下游銜接蛋白受體相互作用蛋白(receptor-interacting proteins, RIP)2相互作用形成NOD1-RIP2 / NOD2-RIP2復(fù)合物，該復(fù)合物可以募集到IκBk(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKK)抑制性復(fù)合物中激活NF-κB途徑。HSP90可以維持NOD1的穩(wěn)定，使其處于失活狀態(tài)，減少NOD1 / NOD2與RIP2相互作用形成的NOD1-RIP2 / NOD2-RIP2復(fù)合物，從而抑制NF-κB的激活。腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor-6，TRAF6)是一種重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子，可調(diào)節(jié)多種生理和病理過(guò)程，并且可以磷酸化IKK，激活NF-κB信號(hào)通路。HSP70可以在TRAF-C域中與TRAF6發(fā)生物理結(jié)合，抑制TRAF6泛素化，從而抑制NF-κB活化，緩解炎癥反應(yīng)。HSPs不僅可以通過(guò)NLR和TRAF6受體抑制NF-κB信號(hào)通路，還可以直接激活I(lǐng)κB磷酸化，抑制NF-κB于IKK抑制性復(fù)合物中，減少NF-κB通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞核，下調(diào)TNF-α、IL-1β 和 IL-8 基因的表達(dá)。因此，由于HSP可通過(guò)下調(diào)NF-κB的激活來(lái)表現(xiàn)出免疫抑制，使其在許多發(fā)炎組織中過(guò)度表達(dá)，并參與調(diào)節(jié)慢性炎癥，改善自身免疫疾病等。Zhou等研究發(fā)現(xiàn)，小鼠旋毛蟲(chóng)感染后顯著降低了機(jī)體的HSP70豐度，并激活了NF-κB信號(hào)通路增強(qiáng)IL-10 和IL-17的表達(dá)，誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)。但是高溫處理后，HSP70基因和蛋白的表達(dá)量提高抑制了NF-κB的活化。腹腔注射吡咯烷二硫代氨基甲酸酯(PDTC，NF-κB抑制劑)和-硝基-1-精氨酸甲酯氫氯化物(1-NAME，iNOS抑制劑)后發(fā)現(xiàn)，回腸HSP70的表達(dá)提高和PDTC處理會(huì)進(jìn)一步抑制NF-κB的活性，而1-NAME處理會(huì)降低HSP70對(duì)iNOS的激活，因此，HSP70會(huì)抑制NF-κB并激活NOS /一氧化氮(NO)信號(hào)途徑，緩解機(jī)體炎癥反應(yīng)。同樣，Shang等研究建立了雞卵清白蛋白誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型，敲除HSF-1后會(huì)促進(jìn)NF-κB信號(hào)通路的激活，加重小鼠氣道炎癥，說(shuō)明HSF-1也可負(fù)調(diào)控NF-κB信號(hào)通路參與炎癥反應(yīng)。綜上所述，HSPs可通過(guò)胞內(nèi)胞外的不同作用雙向調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，這種相互矛盾的調(diào)節(jié)方式表明HSP可在細(xì)胞內(nèi)外發(fā)揮雙重作用，這可能與細(xì)胞類型、疾病類型、炎癥部位、應(yīng)激強(qiáng)弱和機(jī)體狀況等有關(guān)。當(dāng)機(jī)體處于冷應(yīng)激下發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，HSPs會(huì)提高其內(nèi)源性轉(zhuǎn)錄，減少胞外流出起到緩解炎癥反應(yīng)作用，而當(dāng)機(jī)體長(zhǎng)期處于炎癥反應(yīng)下，免疫系統(tǒng)受損，細(xì)胞因子分泌降低，免疫細(xì)胞活性抑制，細(xì)胞發(fā)生凋亡，HSPs可在應(yīng)激下增加胞外流出起到保護(hù)免疫細(xì)胞，加強(qiáng)其免疫功能，提高細(xì)胞因子分泌等作用激發(fā)自身免疫反應(yīng)，以此來(lái)控制自身免疫平衡。

4 氧化應(yīng)激下HSP對(duì)機(jī)體抗氧化功能的調(diào)節(jié)作用

HSPs還可通過(guò)Keap1-Nrf2-抗氧化反應(yīng)元件(anti-oxidant response element，ARE)信號(hào)途徑緩解機(jī)體的氧化損傷。正常生理?xiàng)l件下，Keap1通過(guò)與Nrf2的氨基末端Neh2域特異性結(jié)合形成復(fù)合物將其抑制于細(xì)胞質(zhì)中，使Nrf2處于無(wú)活性狀態(tài)。HSP90可與Keap1相互作用，解離Keap1-Nrf2復(fù)合物釋放Nrf2，Nrf2進(jìn)入細(xì)胞核與ARE結(jié)合提高其下游抗氧化酶的基因轉(zhuǎn)錄。Rastogi與Haldar研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素治療可通過(guò)增加小鼠脾的HSF-1和HSP-70基因表達(dá)和蛋白表達(dá)，進(jìn)而提高SOD、CAT和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)的活性，緩解冷應(yīng)激引起的氧化失衡。賈紅豆研究指出， HSPB7(heat shock protein family B member 7)過(guò)表達(dá)上調(diào)了Nrf2的蛋白和mRNA表達(dá)，且提高了下游靶基因HO-1和醌氧化還原酶1[NAD (P)H:quinone oxidoreductase 1，NQO1]的mRNA表達(dá)量，增強(qiáng)了SOD和GSH-Px的活性，進(jìn)而緩解了HO誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。HSP和Nrf2的表達(dá)提高是機(jī)體抵抗急、慢性冷應(yīng)激引起的氧化/抗氧化系統(tǒng)失衡的重要保護(hù)機(jī)制。

5 HSP與炎癥反應(yīng)、氧化失衡的聯(lián)系

盧德勛提出氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫功能失衡鏈?zhǔn)?個(gè)問(wèn)題的3個(gè)相互聯(lián)動(dòng)方面，免疫系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)是緊密聯(lián)系的整體。細(xì)胞因子與ROS是機(jī)體代謝的產(chǎn)物，對(duì)于細(xì)胞功能、增殖和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)程有重要作用，二者處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。低濃度的ROS可激活T細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，而氧化應(yīng)激會(huì)破壞機(jī)體自由基穩(wěn)態(tài)，引起過(guò)量的ROS積累，進(jìn)而激活大量的淋巴細(xì)胞和M?發(fā)生炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)胰腺細(xì)胞、M?和DC發(fā)生凋亡，抑制淋巴細(xì)胞的增殖和分化，減弱NK細(xì)胞的殺傷能力，抑制免疫功能，還會(huì)通過(guò)TLR2途徑激活促炎細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄和分泌加重氧化應(yīng)激對(duì)機(jī)體的炎癥損傷，ROS與炎癥相互促進(jìn)發(fā)展，從而引起免疫和抗氧化系統(tǒng)失衡。炎癥因子和ROS均可上調(diào)Nrf2和NF-κB的表達(dá)，Nrf2的激活會(huì)增強(qiáng)下游抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)，清除自由基，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷并抑制炎癥。NF-κB的激活會(huì)提高促炎細(xì)胞因子基因的表達(dá)，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，且Nrf2的激活會(huì)抑制NF-κB通路的激活，從而降低ROS介導(dǎo)的NF-κB激活引起的炎癥反應(yīng)。

圖1 熱休克蛋白在冷應(yīng)激引起的炎癥反應(yīng)和抗氧化功能中的調(diào)節(jié)作用通路圖Fig.1 Moderating role of heat shock protein under inflammatory response and oxidative stress caused by cold stress pathway diagram

6 小 結(jié)

冷應(yīng)激會(huì)誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生炎癥反應(yīng)和氧化失衡，且長(zhǎng)期冷應(yīng)激會(huì)造成機(jī)體免疫器官病變和免疫細(xì)胞凋亡，加劇氧化應(yīng)激對(duì)機(jī)體的損害。其中，HSPs在機(jī)體維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞保護(hù)中起重要作用，可通過(guò)胞內(nèi)調(diào)控Nrf2和NF-κB信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞和免疫因子，提高機(jī)體抗氧化能力，抑制炎癥反應(yīng)，緩解氧化損傷，還可胞外保護(hù)免疫細(xì)胞、參與抗原呈遞，激發(fā)免疫反應(yīng)，以保護(hù)免疫系統(tǒng)功能不會(huì)過(guò)度抑制。目前關(guān)于冬季控制畜舍環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)調(diào)控提高動(dòng)物免疫抗氧化功能已有大量報(bào)道，但如何提高冷應(yīng)激條件下HSPs的表達(dá)和HSPs是否會(huì)在冷應(yīng)激條件下參與調(diào)控動(dòng)物代謝卻少有研究，完成這些工作有助于全面了解冷應(yīng)激下HSPs對(duì)機(jī)體的影響及作用。

致謝

本研究由動(dòng)物福利標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目(Animal Welfare Standards Project by Good Ventures Foundation, in a grant administered through the School of Veterinary Science, University of Queensland)支持，特表感謝。