热休克蛋白和细胞凋亡
作者：费克香 舒先涛
单位：(湖北省卫生职工医学院，荆州 434000)
关键词：
咸宁医学院学报000144 中图分类号 R392.1 文献标识码 C 文章编号 1008-0635(2000)01-0072-02
热休克蛋白(HSP)是普遍存在于生物体细胞中的一个蛋白质家族，是在热休克状态下启 动一系列特殊基因编码合成的蛋白质。HSP能保护细胞并促进细胞从各种刺激所造成的损伤中自身修复，具有多种生物学功能。如帮助蛋白折叠、装配、向内质网易位及分解错装的蛋白等分子伴娘功能[1，2]、参与抗原提呈[3]、免疫调控[4]、预防和控制感染[5]、抗肿瘤[6]及参与自身免疫病的发生[1,7]等生理和病理作用。HSP和细胞凋亡均为目前国际上研究的热点，但有关二者的相关性报道甚少，本文就近年来的研究进展情况介绍如下。
, http://www.100md.com
1 HSP家族及其特征
HSP 包括一个庞大的糖蛋白超基因家族，分子量为6～170KD。根据其分子量大小可分为HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP47、HSP32、HSP27、HSP10及泛素等。而根据表达的方式分为3类：①热休克同源体，是在任何状态下都恒定表达的HSP；②HSP(狭义的HSP)，仅在应激时才表达；③葡萄糖调节蛋白，在正常和应激特别是糖饥饿状态下显著表达的一类HSP。HSP的共同特征为：①在热休克状态下优势表达，而其它蛋白表达受抑；②在所有生物细胞中均表达；③其氨基酸序列在进化中高度保守；④在其基因启动子上游具有热休克元件，能被特定的热休克因子启动而表达HSP。
2 HSP 与细胞凋亡
2.1HSP 抑制细胞凋亡[8,9]
Mosser 等的研究证实。HSP可保护受有害刺激的细胞，对细胞的生存有利，认为HSP对细胞凋亡起抑制作用，将人的HSP70基因转染到人的T细胞性白血病细胞株PEER，制成正常时呈结构性高表达的细胞和仅在四环素刺激时才表达的细胞，与对照组比较，DNA碎片降低了1/4，细胞凋亡被抑制。由四环素诱导HSP70表达的细胞活性降低，而在HSP70呈结构性表达的细胞则活性增强。表明通过热应激，HSP抑制细胞凋亡时，在SAPK/JNK上游(由四环素诱导HSP70表达的细胞)的抑制和在下游(HSP70在正常时呈结构性表达的细胞)的抑制均存在。
, 百拇医药
Caspase 为一群含半胱氨酸的蛋白酶，其切割位点在Asp之后，含有保守的QACxG活性点，迄今己发现至少有14个成员[10]。Caspase-3与PARP结合时的结合部位相似，故Ac-DEVD-CHO是 Caspase-3的抑制剂。有趣的是即使HSP70的ATP结合区缺失，在有核细胞所有的HSP70的C末端均有与DEVD相似的EEDV氨基酸序列。但如果C末端是正常的，也可显示热耐性，通过热变性保护某些抑制细胞凋亡的蛋白，与HSP70的分子伴娘功能有关，认为HSP70直接与Caspase-3 结合而抑制其机能，但体外试验否定了这种可能性，目前HSP70与Caspase-3的关系仍不清楚。
2.2 HSP使细胞凋亡亢进[11,12]
Galea-Lauri 等在单核母细胞株U937过度表达或表达低下后进行HSP90检测。在对照组的U937细胞，单独用TNF-α或放线菌酮(蛋白全成抑制剂)未见细胞凋亡，在HSP90过度表达的U937细胞，当TNF-α和放线菌酮同时作用时凋亡增加，而抑制HSP90表达的U937细胞凋亡被阻止，提示放线菌酮的存在不可缺少。TNF-α诱导U937细胞凋亡的作用弱，抑制细胞凋亡的蛋白，表明TNF-α单独不引起凋亡，在放线菌酮存在时不产生抑制蛋白而诱导凋亡。也有人报告，HSP90的表达对由紫外线照射引起的凋亡无任何影响。Liossis等将人的HSP70基因转染T细胞克隆Jurkat细胞，HSP70高度表达。对这种细胞给予致死性刺激后未见细胞死亡。用Fas或CD3刺激这种细胞后与对照组比较，凋亡的细胞增加了二倍。发现在Fas刺激组丝氨酸/苏氨酸磷酸酶活性亢进，而CD3刺激组细胞内Ca2+浓度和酪氨酸氧化低下，即在高度表达HSP70的Jurkat细胞，对诱导凋亡的刺激初期反应与对照组相比较有显著差异，示凋亡亢进。
, 百拇医药
2.3 低分子HSP和细胞凋亡[13]
分子量小的一组HSP最近受到重视，其呈ATP非依赖性，具有伴娘活性，被称为小HSP(sHSP)，如HSP27等。sHSP为谷胱甘肽依赖性，通过降低活性氧族而保护受氧化应激的细胞，还可抑制由Staurosporine、足叶乙甙、Fas配体等诱导的细胞凋亡。sHSP仅在细胞分裂或分化的1小时内表达，这也许与保护细胞不致凋亡和癌变有关。sHSP分子的化学性质因自身重叠可形成非常大的复合体，其大小可达200～800KD，重叠程度与细胞所受的应激程度及sHSP的磷酸化程度有关。 在分子遗传学上使sHSP在细胞强烈表达时，通过热应激可使抑制的RNA和蛋白合成最快恢复，或抑制核蛋白的凝聚变性。在热应激时，sHSP与肌动蛋白和微纤维丝结合，防止了纤维丝变性。同HSP70一样，具有利用ATP的能量使变性蛋白恢复正常的分子伴娘功能。
TNF-α是炎性细胞因子，具有杀死肿瘤细胞并从体内排除的作用。当TNF-α作用于细胞时，初期可见27KD的蛋白磷酸化，后来证实其为sHSP，是TNF-α引起的细胞应激反应。HSP27不呈结构性表达，通过TNF-α的作用，在易死亡的细胞表达时，能抵抗由TNF-α引起的细胞死亡，是决定对TNF-α敏感的分子之一。当细胞受TNF-α刺激时，细胞内活性氧族迅速增加，当达到一定水平可因氧化应激而致细胞死亡。HSP27能以中和这种氧化应激的形式而起到拮抗TNF-α的作用。
, 百拇医药
总之，HSP可保护因受各种有害刺激的细胞，防止细胞凋亡，但有时也可使凋亡亢进。根据细胞的种类和凋亡刺激的种类不同而反应各异。有意义的是诱导HSP表达的各种刺激也是诱导细胞调亡的刺激。
参考文献
1，蓑田清次.自己免疫疾患とストレス蛋白质.临床病理，1997；45：19
2，Hartl FU.Molecular chaptrones in cellular protein folding.Nature,1996；381：571
3，Kim HT.γ δ T cell recognition of tumor Ig peptide.J Immunol，1995；154：1614
4，Van Eden W.Do heat shock protein control the balance of T cell regulation in inflammatory diseases? Immunol Today,1998；19：303
, 百拇医药
5，吉开泰信.感染制御とストレス蛋白质.临床病理，1998；46：564
6，岸明彦，佐藤升志.抗睡疡免疫の檩的分子としてのトス蛋白.医学のあゆみ，1998；187：247
7，松村自雄，宫泽正显.自己免疫の症と细菌ストレス蛋白.医学のあゆみ，1998；187：251
8，蓑田清次.热シヨツク蛋白とァポト一シス.医学のあゆみ，1998；187：377
9，Mosser DD.Role of the human heat shock protein hsp70 in protection against stress-induced apoptosis.Mel Cell Biol.1997;17:5317
10，Hu S.Caspase 14 is a novol developmentally regulated protease.J Bio Chem,1998;272:296
, 百拇医药
11，Galea-Lauri J.Increased heat shock protein 90 (hsp90)expression leads to increased apoptosis in the monoblastoid cell line U937 following induction with TNF-α and cycloheximide.J Immunol,1996;157:4109
12，Liossis SC.Overexpression of the heat shock protein70 enhances the TCR/CD3 and Fas/Apo-l/CD95 mediated apoptotic cell death in Jurkat T cell.J Immunol,1997;158:5668
13，Arrigo A.Small stress protein: Chaperones that act as regulators of intracellular redox state and programmed cell death.Biol Chem,1998;379:19
(收稿：1999-12-18), 百拇医药
单位：(湖北省卫生职工医学院，荆州 434000)
关键词：
咸宁医学院学报000144 中图分类号 R392.1 文献标识码 C 文章编号 1008-0635(2000)01-0072-02
热休克蛋白(HSP)是普遍存在于生物体细胞中的一个蛋白质家族，是在热休克状态下启 动一系列特殊基因编码合成的蛋白质。HSP能保护细胞并促进细胞从各种刺激所造成的损伤中自身修复，具有多种生物学功能。如帮助蛋白折叠、装配、向内质网易位及分解错装的蛋白等分子伴娘功能[1，2]、参与抗原提呈[3]、免疫调控[4]、预防和控制感染[5]、抗肿瘤[6]及参与自身免疫病的发生[1,7]等生理和病理作用。HSP和细胞凋亡均为目前国际上研究的热点，但有关二者的相关性报道甚少，本文就近年来的研究进展情况介绍如下。
, http://www.100md.com
1 HSP家族及其特征
HSP 包括一个庞大的糖蛋白超基因家族，分子量为6～170KD。根据其分子量大小可分为HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP47、HSP32、HSP27、HSP10及泛素等。而根据表达的方式分为3类：①热休克同源体，是在任何状态下都恒定表达的HSP；②HSP(狭义的HSP)，仅在应激时才表达；③葡萄糖调节蛋白，在正常和应激特别是糖饥饿状态下显著表达的一类HSP。HSP的共同特征为：①在热休克状态下优势表达，而其它蛋白表达受抑；②在所有生物细胞中均表达；③其氨基酸序列在进化中高度保守；④在其基因启动子上游具有热休克元件，能被特定的热休克因子启动而表达HSP。
2 HSP 与细胞凋亡
2.1HSP 抑制细胞凋亡[8,9]
Mosser 等的研究证实。HSP可保护受有害刺激的细胞，对细胞的生存有利，认为HSP对细胞凋亡起抑制作用，将人的HSP70基因转染到人的T细胞性白血病细胞株PEER，制成正常时呈结构性高表达的细胞和仅在四环素刺激时才表达的细胞，与对照组比较，DNA碎片降低了1/4，细胞凋亡被抑制。由四环素诱导HSP70表达的细胞活性降低，而在HSP70呈结构性表达的细胞则活性增强。表明通过热应激，HSP抑制细胞凋亡时，在SAPK/JNK上游(由四环素诱导HSP70表达的细胞)的抑制和在下游(HSP70在正常时呈结构性表达的细胞)的抑制均存在。
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Caspase 为一群含半胱氨酸的蛋白酶，其切割位点在Asp之后，含有保守的QACxG活性点，迄今己发现至少有14个成员[10]。Caspase-3与PARP结合时的结合部位相似，故Ac-DEVD-CHO是 Caspase-3的抑制剂。有趣的是即使HSP70的ATP结合区缺失，在有核细胞所有的HSP70的C末端均有与DEVD相似的EEDV氨基酸序列。但如果C末端是正常的，也可显示热耐性，通过热变性保护某些抑制细胞凋亡的蛋白，与HSP70的分子伴娘功能有关，认为HSP70直接与Caspase-3 结合而抑制其机能，但体外试验否定了这种可能性，目前HSP70与Caspase-3的关系仍不清楚。
2.2 HSP使细胞凋亡亢进[11,12]
Galea-Lauri 等在单核母细胞株U937过度表达或表达低下后进行HSP90检测。在对照组的U937细胞，单独用TNF-α或放线菌酮(蛋白全成抑制剂)未见细胞凋亡，在HSP90过度表达的U937细胞，当TNF-α和放线菌酮同时作用时凋亡增加，而抑制HSP90表达的U937细胞凋亡被阻止，提示放线菌酮的存在不可缺少。TNF-α诱导U937细胞凋亡的作用弱，抑制细胞凋亡的蛋白，表明TNF-α单独不引起凋亡，在放线菌酮存在时不产生抑制蛋白而诱导凋亡。也有人报告，HSP90的表达对由紫外线照射引起的凋亡无任何影响。Liossis等将人的HSP70基因转染T细胞克隆Jurkat细胞，HSP70高度表达。对这种细胞给予致死性刺激后未见细胞死亡。用Fas或CD3刺激这种细胞后与对照组比较，凋亡的细胞增加了二倍。发现在Fas刺激组丝氨酸/苏氨酸磷酸酶活性亢进，而CD3刺激组细胞内Ca2+浓度和酪氨酸氧化低下，即在高度表达HSP70的Jurkat细胞，对诱导凋亡的刺激初期反应与对照组相比较有显著差异，示凋亡亢进。
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2.3 低分子HSP和细胞凋亡[13]
分子量小的一组HSP最近受到重视，其呈ATP非依赖性，具有伴娘活性，被称为小HSP(sHSP)，如HSP27等。sHSP为谷胱甘肽依赖性，通过降低活性氧族而保护受氧化应激的细胞，还可抑制由Staurosporine、足叶乙甙、Fas配体等诱导的细胞凋亡。sHSP仅在细胞分裂或分化的1小时内表达，这也许与保护细胞不致凋亡和癌变有关。sHSP分子的化学性质因自身重叠可形成非常大的复合体，其大小可达200～800KD，重叠程度与细胞所受的应激程度及sHSP的磷酸化程度有关。 在分子遗传学上使sHSP在细胞强烈表达时，通过热应激可使抑制的RNA和蛋白合成最快恢复，或抑制核蛋白的凝聚变性。在热应激时，sHSP与肌动蛋白和微纤维丝结合，防止了纤维丝变性。同HSP70一样，具有利用ATP的能量使变性蛋白恢复正常的分子伴娘功能。
TNF-α是炎性细胞因子，具有杀死肿瘤细胞并从体内排除的作用。当TNF-α作用于细胞时，初期可见27KD的蛋白磷酸化，后来证实其为sHSP，是TNF-α引起的细胞应激反应。HSP27不呈结构性表达，通过TNF-α的作用，在易死亡的细胞表达时，能抵抗由TNF-α引起的细胞死亡，是决定对TNF-α敏感的分子之一。当细胞受TNF-α刺激时，细胞内活性氧族迅速增加，当达到一定水平可因氧化应激而致细胞死亡。HSP27能以中和这种氧化应激的形式而起到拮抗TNF-α的作用。
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总之，HSP可保护因受各种有害刺激的细胞，防止细胞凋亡，但有时也可使凋亡亢进。根据细胞的种类和凋亡刺激的种类不同而反应各异。有意义的是诱导HSP表达的各种刺激也是诱导细胞调亡的刺激。
参考文献
1，蓑田清次.自己免疫疾患とストレス蛋白质.临床病理，1997；45：19
2，Hartl FU.Molecular chaptrones in cellular protein folding.Nature,1996；381：571
3，Kim HT.γ δ T cell recognition of tumor Ig peptide.J Immunol，1995；154：1614
4，Van Eden W.Do heat shock protein control the balance of T cell regulation in inflammatory diseases? Immunol Today,1998；19：303
, 百拇医药
5，吉开泰信.感染制御とストレス蛋白质.临床病理，1998；46：564
6，岸明彦，佐藤升志.抗睡疡免疫の檩的分子としてのトス蛋白.医学のあゆみ，1998；187：247
7，松村自雄，宫泽正显.自己免疫の症と细菌ストレス蛋白.医学のあゆみ，1998；187：251
8，蓑田清次.热シヨツク蛋白とァポト一シス.医学のあゆみ，1998；187：377
9，Mosser DD.Role of the human heat shock protein hsp70 in protection against stress-induced apoptosis.Mel Cell Biol.1997;17:5317
10，Hu S.Caspase 14 is a novol developmentally regulated protease.J Bio Chem,1998;272:296
, 百拇医药
11，Galea-Lauri J.Increased heat shock protein 90 (hsp90)expression leads to increased apoptosis in the monoblastoid cell line U937 following induction with TNF-α and cycloheximide.J Immunol,1996;157:4109
12，Liossis SC.Overexpression of the heat shock protein70 enhances the TCR/CD3 and Fas/Apo-l/CD95 mediated apoptotic cell death in Jurkat T cell.J Immunol,1997;158:5668
13，Arrigo A.Small stress protein: Chaperones that act as regulators of intracellular redox state and programmed cell death.Biol Chem,1998;379:19
(收稿：1999-12-18), 百拇医药