熱休克蛋白在創(chuàng)傷愈合過程中的作用研究進(jìn)展

林晶晶 張倍寧 姜楠， 崔彥，

皮膚傷口愈合是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及一系列精準(zhǔn)事件的調(diào)控，需要細(xì)胞、細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)成分之間的協(xié)調(diào)和相互作用［1］。熱休克蛋白（heat shock proteins，HSP）在皮膚發(fā)育及多種病理生理過程中既參與調(diào)控表皮細(xì)胞生長增殖、遷移分化及凋亡，也參與細(xì)胞內(nèi)蛋白表達(dá)、信號(hào)因子傳導(dǎo)等功能調(diào)控。在應(yīng)激狀態(tài)中，HSP對(duì)細(xì)胞具有保護(hù)作用。在創(chuàng)傷愈合過程中，HSP同樣發(fā)揮重要作用［2-6］?；贖SP的創(chuàng)傷愈合及靶向治療亦顯示出其潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值，并涉及創(chuàng)傷外科和軍事醫(yī)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。本文對(duì)此作綜述如下。

一、HSP的基本特性與分類

HSP是一組在結(jié)構(gòu)上高度保守、具有重要生理功能的特殊蛋白質(zhì)分子，廣泛存在于自然界的原核和真核細(xì)胞中。Ritossa等于1962年在制備果蠅唾液腺細(xì)胞染色體過程中，無意中調(diào)高了孵箱溫度，結(jié)果從25℃～30℃的環(huán)境變化中觀察到一種特異的染色體疏松現(xiàn)象，顯示某些位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄活性增加，遂將其稱之為熱休克反應(yīng)［7］。Tissieres等［8］于 1974年用放射自顯影技術(shù)證實(shí)了熱休克反應(yīng)中轉(zhuǎn)錄合成的一組特殊蛋白質(zhì)，命名為HSP。1993年Blachere等［9］研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織來源的HSP70具有抗腫瘤特異性免疫機(jī)能，隨后其生物學(xué)功能和免疫治療前景得到更為廣泛的關(guān)注并取得重要研究進(jìn)展［9-10］。

HSP具有高度的保守性和同源性，這一特性不僅體現(xiàn)在同一生物體的不同組織，不同種屬之間的HSP也具有同源性。HSP具有分子伴侶活性，涉及廣泛的分子調(diào)節(jié)過程，在生理和病理狀況下均發(fā)揮重要作用。在蛋白質(zhì)層面，HSP維持細(xì)胞骨架功能穩(wěn)定，參與轉(zhuǎn)錄、翻譯，促進(jìn)蛋白成熟，協(xié)助蛋白質(zhì)正確折疊并降解錯(cuò)誤折疊蛋白；在細(xì)胞功能層面，HSP參與細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、調(diào)節(jié)信號(hào)通路、免疫應(yīng)答等［3，11］。

正常情況下，細(xì)胞內(nèi)HSP處于持續(xù)性低表達(dá)狀態(tài)，當(dāng)受到內(nèi)外各種理化刺激因素后，HSP的表達(dá)明顯增加，所以又被稱為應(yīng)激蛋白（stress proteins，SP）。多種應(yīng)激因素可誘導(dǎo)表達(dá)HSP，因而其又被稱為SP。能誘導(dǎo)HSP產(chǎn)生的不良因素不僅限于熱刺激，尚包括缺血、缺氧、過氧化、低血糖、紫外線、γ射線、外傷、病毒和細(xì)菌感染以及某些化學(xué)物質(zhì)如乙醇、亞砷酸鈉、砒霜等中毒［4，12］。其中HSP70在應(yīng)激狀態(tài)下能驟然啟動(dòng)合成程序，幾分鐘或幾十分鐘即達(dá)高水平表達(dá)并聚集核內(nèi)包圍核仁，表現(xiàn)為經(jīng)典預(yù)適應(yīng)（快速相）和晚期預(yù)適應(yīng)（延遲相）兩種時(shí)相特征，表達(dá)水平與組織細(xì)胞抗損傷及自身保護(hù)修復(fù)能力密切相關(guān)。在應(yīng)激狀態(tài)下，HSP有細(xì)胞保護(hù)作用，可以提高細(xì)胞的應(yīng)激能力，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)創(chuàng)傷愈合［13］。研究證實(shí)，HSP自分泌作用于胞內(nèi)，其作用并不局限于細(xì)胞內(nèi)，它可以通過特殊的通道分泌出胞，作用于胞內(nèi)、外HSP受體進(jìn)而在全身多器官系統(tǒng)發(fā)揮廣泛而重要的作用［14］。另外，HSP的應(yīng)激生成具有交叉耐受特點(diǎn)和生理老化現(xiàn)象，其作用有雙刃劍作用。

目前按分子量及等電點(diǎn)不同而將HSP分為以下幾種：HSPl00（100×103～110×103）、HSP90（83×103～90×103）、HSP70（66×103～78×103）、HSP60及小分子 HSP（sHSP）等。也有按功能和分布分為應(yīng)激誘導(dǎo)型（HSP70，HSP70hom）、結(jié)構(gòu)型（Hsc70）、線粒體型（mt-HSP70/Grp75）以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型（Grp78/BiP）［12，15］。

二、HSP與皮膚創(chuàng)傷愈合

皮膚是人體最大的器官，皮膚創(chuàng)傷愈合可以分為三個(gè)階段：炎癥期、增殖期和創(chuàng)面重塑期，其中發(fā)揮主要作用的細(xì)胞有角化細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，這些細(xì)胞的增殖和遷移是傷口愈合、纖維增生和新血管形成的生理基礎(chǔ)。HSP在皮膚創(chuàng)面愈合各階段的表達(dá)有一定特殊性，其調(diào)控作用在創(chuàng)面愈合過程中具有重要意義［2，15-17］。

1.HSP的抗凋亡作用：近年來HSP已被確認(rèn)為細(xì)胞生存的決定性因素之一，在應(yīng)激條件下不但能防止細(xì)胞死亡，也能防止細(xì)胞凋亡［18］。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，燒傷情況下HSP90能提高HaCaT細(xì)胞（人永生化表皮細(xì)胞株）生存率，抑制其凋亡，局部應(yīng)用HSP90可能成為潛在的燒傷治療新方法［19］。早期研究發(fā)現(xiàn)，人角質(zhì)細(xì)胞微注射HSP27抗體模型及急性紫外線損傷模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，HSP72表達(dá)下降可加劇實(shí)驗(yàn)細(xì)胞的死亡和凋亡，證實(shí)HSP72對(duì)紫外線損傷細(xì)胞具有保護(hù)作用［20］；應(yīng)激狀態(tài)下HSP27能保護(hù)細(xì)胞免于死亡［21］。Matsuda等［22］構(gòu)建轉(zhuǎn)基因 HSP70小鼠，證實(shí) HSP70具有保護(hù)表皮免受紫外線誘導(dǎo)輻射傷害的作用，這種保護(hù)作用通過抗凋亡、抗炎和抗DNA損傷來介導(dǎo)。Acunzo等［23］研究發(fā)現(xiàn)，小熱休克蛋白（small heat shock proteins，sHSP）包括sHSP27、αB-晶體和HSP22等具有保護(hù)細(xì)胞免受致命條件影響的作用，主要通過參與細(xì)胞死亡途徑調(diào)節(jié)，包括細(xì)胞壞死、凋亡或自食。在細(xì)胞死亡過程中，sHSP在分子層面上發(fā)揮相關(guān)功能作用：（1）預(yù)防變性蛋白的聚集。（2）調(diào)控Caspase活性。（3）調(diào)控細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)。（4）保持肌動(dòng)蛋白聚合與細(xì)胞骨架完整。（5）蛋白酶體介導(dǎo)的選擇性蛋白質(zhì)降解。sHSP27、αB-晶體和HSP22等可作為調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡凋亡途徑的潛在靶標(biāo)［23-25］。

2.HSP的抗炎作用：研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷修復(fù)過程中組織細(xì)胞中HSP70表達(dá)具有抑制炎癥反應(yīng)的作用［26］。Crowe等［27］利用基因敲除技術(shù)建立HSP-B1缺陷型小鼠模型，與對(duì)照組野生型小鼠相比，HSP-B1缺陷型小鼠創(chuàng)面愈合時(shí)間明顯延長，不僅出現(xiàn)上皮細(xì)胞再生障礙和膠原蛋白沉積，同時(shí)伴有炎癥反應(yīng)，并且成纖維細(xì)胞炎性因子IL-1和IL-6分泌明顯升高，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了HSP-B1對(duì)炎癥基因具有調(diào)節(jié)作用。有關(guān)HSP27的研究表明，其在皮膚炎癥反應(yīng)中具有保護(hù)作用，并通過調(diào)控NF-kappa B來調(diào)節(jié)IL-8和前列腺素PGE-2等炎性細(xì)胞因子［28］。在病毒感染時(shí)胞內(nèi) HSP27、p38和 NFκB-p65信號(hào)因子通路活化，該信號(hào)通路影響下游炎性因子表達(dá)。研究表明，角化細(xì)胞對(duì)HSP70的生成與吸收以及對(duì)慢性炎癥性皮膚病具有重要影響［29］。表皮細(xì)胞中HSP70的最主要來源是角化細(xì)胞，有趣的是角化細(xì)胞上還存在HSP70受體，能夠選擇性地吸收HSP70和HSP70肽復(fù)合物［30］。由此可見，HSP在急慢性炎癥中發(fā)揮重要調(diào)控作用，其作用機(jī)制與細(xì)胞內(nèi)外炎性因子的調(diào)控密切相關(guān)。

3.HSP的促細(xì)胞增殖和遷移作用：在皮膚創(chuàng)面愈合過程中，細(xì)胞的增殖、遷移及分化至關(guān)重要，特別是角質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。創(chuàng)面愈合過程中HSP表達(dá)模式不同于正常表皮細(xì)胞的表達(dá)，在新生表皮細(xì)胞中HSP表達(dá)與創(chuàng)口內(nèi)角質(zhì)細(xì)胞的增殖、遷移及分化有關(guān)［31］。在應(yīng)激狀態(tài)下，HSP27能啟動(dòng)處于靜止?fàn)顟B(tài)的細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，促進(jìn)細(xì)胞G1/S轉(zhuǎn)變，起到促進(jìn)增殖的作用［32］。HSP90能加快皮膚HaCaT細(xì)胞的遷移，加速創(chuàng)面愈合過程［19］。從另一角度展開的研究亦證實(shí)了這種作用。Crowe等［27］進(jìn)行HSP-B1基因敲除實(shí)驗(yàn)，引起成纖維細(xì)胞增殖減少，導(dǎo)致再上皮化障礙。Bruns等［33］進(jìn)行小鼠股動(dòng)脈造模實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無論抑制HSP70或HSP90均會(huì)造成內(nèi)皮細(xì)胞再生障礙，阻斷體內(nèi)血管修復(fù)，表明HSP70-HSP90軸可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞胞內(nèi)信號(hào)因子，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移、血管發(fā)育和組織修復(fù)。Duval等［34］研究發(fā)現(xiàn)，HSP90的酪氨酸殘基Y300磷酸化是一種新型可調(diào)控的伴侶蛋白質(zhì)的翻譯后修飾，證實(shí)其能通過調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞NO的釋放從而在血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）促血管生成過程中發(fā)揮重要作用。顯然，HSP軸在VEGF調(diào)節(jié)、內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移、一氧化氮分泌、血管生成等眾多環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

4.HSP與瘢痕生成：瘢痕疙瘩是受損傷組織修復(fù)過程中出現(xiàn)的異常愈合反應(yīng)，病理特征為膠原過度合成與沉積，長期以來是臨床上的一個(gè)棘手問題。各種損傷都可能導(dǎo)致瘢痕形成，包括外傷、手術(shù)、燒傷，以及炎癥性疾病，如毛囊炎或帶狀皰疹等［17，35］。Totan等［36］的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，瘢痕組織中HSP42和HSP27含量與正常組織相比，呈過表達(dá)狀態(tài)，認(rèn)為HSP在瘢痕形成過程中起關(guān)鍵作用，探討其間的相互作用機(jī)制，有望平衡傷口愈合過程中的各種交集因素，達(dá)到調(diào)控瘢痕形成的目的。另有研究證實(shí)，HSP47本質(zhì)是一類具有膠原蛋白生成和分泌特異性的分子伴侶，miR-29b可以通過逆轉(zhuǎn)錄抑制HSP47的表達(dá)，從而降低皮膚創(chuàng)面愈合中膠原的合成，減少瘢痕產(chǎn)生［37］。膠原蛋白最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)為三重螺旋結(jié)構(gòu)，而HSP47可抑制膠原束的形成。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，將HSP47的干擾RNA（shRNA）移植到動(dòng)物瘢痕模型中，與對(duì)照組相比，HSP47-shRNA質(zhì)粒轉(zhuǎn)染后，HSP47的mRNA和蛋白水平均顯著降低，動(dòng)物瘢痕模型的體積和瘢痕內(nèi)主要膠原的表達(dá)都相應(yīng)減少。HSP47在多種膠原蛋白的成熟、聚集中必不可少，抑制HSP47表達(dá)，膠原蛋白沉積相應(yīng)減少，同時(shí)能阻斷纖維化進(jìn)展［38-40］。一系列研究表明，HSP不僅與組織瘢痕形成的機(jī)制相關(guān)，亦具有潛在的預(yù)防和治療疤痕以及膠原相關(guān)疾病的作用和價(jià)值。

三、總結(jié)與展望

長期以來一直認(rèn)為，HSP作為分子伴侶維護(hù)蛋白質(zhì)正常構(gòu)像，調(diào)整蛋白質(zhì)的折疊、裝配、轉(zhuǎn)運(yùn)和降解，并參與應(yīng)激狀態(tài)下的細(xì)胞保護(hù)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HSP在細(xì)胞創(chuàng)傷保護(hù)和創(chuàng)面愈合過程中發(fā)揮重要作用，其具體機(jī)制和信號(hào)通路有待進(jìn)一步研究，而有關(guān)疤痕的HSP靶向治療和預(yù)防研究已成為基礎(chǔ)及臨床研究者更加關(guān)注的問題。如何在創(chuàng)傷愈合中有效誘導(dǎo)或抑制HSP生成，如何利用其雙刃劍作用等特性做到趨利避害、有效把控、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，這些技術(shù)性的問題尚待解決。相信隨著研究工作的不斷深入，HSP在創(chuàng)面愈合治療中的應(yīng)用會(huì)有更廣闊的前景。

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