熱休克蛋白90在男性不育中的研究進(jìn)展

梁漢洲 黃永漢,2,*

1.廣東醫(yī)科大學(xué)研究生院 (廣東 湛江 524000)

2.佛山市第一人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心 (廣東 佛山 528000)

上世紀(jì)六十年代意大利科學(xué)家費(fèi)魯喬·里托薩(Ferruccio Ritossa)發(fā)現(xiàn)腹黑果蠅的唾液腺染色體在高溫培育條件下出現(xiàn)一個(gè)特征性的基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)“puffing”(膨突)，他推測這種染色體改變是由于熱應(yīng)激后基因激活導(dǎo)致特異蛋白表達(dá)增加所致[1]，后來經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該“膨突”轉(zhuǎn)錄翻譯出一種特定的蛋白質(zhì)，稱為“熱休克蛋白(heat shock protein，HSP)”。通常熱休克蛋白家族可根據(jù)相對分子量大小被分為6大類：HSP100、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40和小分子HSP等[2]。大量研究表明，熱休克蛋白在細(xì)胞應(yīng)激狀態(tài)下，如環(huán)境溫度、細(xì)胞損傷、感染、腫瘤等，均可產(chǎn)生[3]。HSPs具有不同的細(xì)胞內(nèi)定位和功能分化，在生理?xiàng)l件和應(yīng)激下均可作為分子伴侶參與新合成蛋白質(zhì)的折疊、蛋白質(zhì)復(fù)合物的組裝、蛋白質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)或者錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的變構(gòu)糾正等[4]。HSP90蛋白作為HSP家族中高度保守的一類伴侶蛋白，其在處于生理?xiàng)l件下的細(xì)胞中含量非常豐富，約占細(xì)胞中蛋白質(zhì)總量的1%～2%[5]。自Miller等[6]于1992年實(shí)驗(yàn)證實(shí)了HSP90蛋白在人精子中表達(dá)后， HSP90蛋白與精子發(fā)生的關(guān)系以及其對男性不育的影響被深入研究。

而精索靜脈曲張作為男性不育癥中的重要因素，可能影響精子發(fā)生功能異常而導(dǎo)致男性不育的機(jī)制一般認(rèn)為與以下因素相關(guān)：低氧血癥、腎性腎上腺代謝物返流、微循環(huán)障礙、氧化應(yīng)激以及睪丸內(nèi)高溫等[7]。這些睪丸內(nèi)的應(yīng)激反應(yīng)恰恰是HSPs表達(dá)產(chǎn)生的條件，所以研究HSPs蛋白在精索靜脈曲張中的表達(dá)對男性不育極具意義。

1 HSP90蛋白簡介

HSP90蛋白家族被定義為相對分子量大小約在90kD的一組伴侶蛋白，它包括存在于胞質(zhì)中的兩種主要亞型HSP90A與HSP90B，以及分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94(GRP94)和線粒體基質(zhì)中的腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白-1(TRAP1)[8]。在哺乳動物中HSP90A與HSP90B 兩種蛋白同源，HSP90A蛋白也被稱為“誘導(dǎo)型HSP90蛋白”，其在生理?xiàng)l件下表達(dá)較低，應(yīng)激時(shí)表達(dá)量增加，并能以外泌體形式分泌到細(xì)胞表面；HSP90B蛋白也可稱為“組成型HSP90蛋白”，生理?xiàng)l件下在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)表達(dá)[9]。由于HSP90A蛋白與HSP90B蛋白具有結(jié)構(gòu)和功能的高度相似性，所以大多數(shù)情況下都以“HSP90蛋白”統(tǒng)稱。在應(yīng)激條件下，HSP90蛋白的表達(dá)量可占細(xì)胞總蛋白量的4%～6%[10]。HSP90蛋白在細(xì)胞中的主要功能是參與重新折疊后的錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)(客戶蛋白)的完全折疊與功能成熟[11-12]。在細(xì)胞內(nèi)的HSP90蛋白主要以二聚體形式存在[13]，它由三個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：可與ATP結(jié)合的N-端核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域、參與發(fā)揮伴侶蛋白作用的中間結(jié)構(gòu)域以及C-端二聚體結(jié)構(gòu)域，由其構(gòu)成可以知道HSP90蛋白是一個(gè)由ATP驅(qū)動的同二聚體伴侶，當(dāng)N-端結(jié)構(gòu)域與ATP結(jié)合時(shí)發(fā)生構(gòu)象改變，中間結(jié)構(gòu)域與共伴侶分子形成伴侶蛋白復(fù)合體與客戶蛋白結(jié)合，二聚體兩端的N-端結(jié)構(gòu)域結(jié)合ATP形成閉合狀態(tài)，在ATP水解后，HSP90蛋白二聚體恢復(fù)到原始的開放狀態(tài)，共伴侶分子與正確折疊的客戶蛋白從中間結(jié)構(gòu)域中脫離，以此過程發(fā)揮其伴侶功能[14]。

2 精索靜脈曲張與男性不育

精索靜脈曲張是精索蔓狀靜脈叢由于各種原因引起血液回流不暢或因靜脈瓣功能損害引起血液倒流，從而形成局部靜脈擴(kuò)張、迂曲、伸長的一種血管病理現(xiàn)象[15]。男性不育是指夫妻雙方同居1年以上，未采取任何避孕措施，因男方原因?qū)е屡讲辉姓摺＝陙?，男性不育癥發(fā)病率明顯增加，而精索靜脈曲張是男性不育的常見原因之一。大量研究表明，精索靜脈曲張與男性不育癥密切相關(guān)。在正常男性中精索靜脈曲張發(fā)病率約為15%，在原發(fā)性男性不育患者中發(fā)病率約為35%，在繼發(fā)性男性不育患者中約占75%[16]。盡管精索靜脈曲張與男性不育癥關(guān)系非常密切，但是至今為止精索靜脈曲張導(dǎo)致男性不育的機(jī)制仍然未能完全明確[17-20]。精索靜脈曲張影響睪丸生精功能的機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，可能是多種因素一起共同作用的結(jié)果。

3 HSP90蛋白與男性不育

熱休克蛋白在細(xì)胞應(yīng)激條件下的表達(dá)量增加，Légaré等[21]通過對隱睪患者的研究，發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白是精子發(fā)生所必需的，其在睪丸中表達(dá)能夠保護(hù)生殖細(xì)胞免受諸如熱、輻射和化學(xué)物質(zhì)等應(yīng)激環(huán)境的危害。熱休克蛋白可以在精子發(fā)生的各個(gè)階段中表達(dá)產(chǎn)生，在Ogi等[22]的動物實(shí)驗(yàn)研究中，使用免疫組織化學(xué)和Western印跡的方法研究了在大鼠睪丸中HSP90蛋白在新生期的生殖細(xì)胞、支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞以及成年期開始后的精原細(xì)胞、精母細(xì)胞和精子細(xì)胞中均有表達(dá)。Yue等[23]發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因果蠅中HSP90蛋白功能的降低與果蠅不育表型相關(guān)，果蠅HSP90基因點(diǎn)突變產(chǎn)生的HSP90蛋白的功能異常變化可能導(dǎo)致不育。更有進(jìn)一步研究表明，HSP90蛋白可在客戶蛋白折疊和成熟的過程中彌補(bǔ)基因突變造成的損傷效應(yīng)[24]。在Huang等[25]的一項(xiàng)研究中，使用HSP90蛋白抑制劑可降低公豬的精子活力，這意味著HSP90蛋白在睪丸生精過程中可能起著重要的作用。

4 結(jié)論與展望

由于各種疾病的發(fā)生都會對細(xì)胞產(chǎn)生應(yīng)激狀態(tài)，因此，包括HSP90蛋白在內(nèi)的各種熱休克蛋白都可能在疾病引起的應(yīng)激環(huán)境下表達(dá)增加。目前國內(nèi)外對熱休克蛋白關(guān)于腫瘤[26]、神經(jīng)退行性疾病[27]、感染性疾病[28]等方面的研究較多，特別是對HSP90蛋白與腫瘤的研究近年來已發(fā)展成為熱門研究方向之一[29]。 男性不育也是當(dāng)今社會的一大熱門研究課題，越來越多研究表明精索靜脈曲張與男性不育關(guān)系密切。本研究通過對HSP90蛋白的簡單綜述，描述HSP90蛋白作為伴侶功能蛋白調(diào)節(jié)著生殖細(xì)胞的增殖、凋亡等，相信對于熱休克蛋白與男性不育關(guān)系的更深入研究會對男性健康提供幫助。