熱休克蛋白在器官移植中的作用研究現(xiàn)狀

程學(xué)超 宋永祥 孟輝

熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）是生物進(jìn)化過(guò)程中結(jié)構(gòu)高度保守的一類(lèi)蛋白質(zhì)家族，又稱(chēng)熱應(yīng)激蛋白，其廣泛存在于自然界原核與真核生物中，具有抗炎、抗凋亡等作用。當(dāng)機(jī)體處于缺血、缺氧、炎癥、休克、免疫、重金屬、化學(xué)氣體等應(yīng)激狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)HSP 合成增加從而發(fā)揮保護(hù)細(xì)胞的作用。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)HSP 在器官移植中發(fā)揮重要的作用，器官移植過(guò)程中HSP 的表達(dá)增加，并通過(guò)多種方式參與抗氧化、抗炎、抗凋亡等過(guò)程，從而對(duì)供者發(fā)揮保護(hù)作用[1-3]。本文就HSP 在肺移植、心臟移植、肝移植、腎移植中的作用研究現(xiàn)狀綜述如下。

1 肺移植與熱休克蛋白

肺移植是治療慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）、間質(zhì)性肺疾病、α-1 抗胰蛋白酶缺乏、特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓、特發(fā)性肺纖維化、囊性纖維化及支氣管擴(kuò)張等終末期肺病的有效方法。近年來(lái)，盡管肺移植技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但供者利用率、缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）、感染、急性移植物功能障礙、急性排斥反應(yīng)以及移植術(shù)后遠(yuǎn)期并發(fā)癥仍然是限制其發(fā)展的重要因素。因此，國(guó)內(nèi)外有關(guān)HSP 與肺移植相關(guān)性的探索研究受到了廣泛重視。

1.1 熱休克蛋白27

已有研究發(fā)現(xiàn)HSP27 既有促炎作用又有抗炎作用[2,4]。李玲等[5]在腦死亡器官捐獻(xiàn)肺移植動(dòng)物模型中研究發(fā)現(xiàn)，供肺因應(yīng)激刺激而產(chǎn)生過(guò)表達(dá)的HSP27會(huì)反過(guò)來(lái)抑制炎癥發(fā)展，從而減輕肺組織損傷。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)HSP27 與閉塞性細(xì)支氣管炎綜合征（bronchiolitis obliterans syndrome，BOS）存在相關(guān)性。BOS是慢性同種異體移植排斥反應(yīng)的一種表現(xiàn)，其特征是小氣道閉塞和肺血管動(dòng)脈粥樣硬化，是肺移植術(shù)后最常見(jiàn)的慢性排斥反應(yīng)形式[6]。在肺移植術(shù)后生存5年的受者中，BOS 發(fā)生率達(dá)50%，是肺移植術(shù)后晚期死亡的主要原因[7]。肺移植術(shù)后發(fā)生BOS的患者血清中HSP27 蛋白水平升高，肺泡灌洗液中HSP27 抗體水平也升高，提示肺泡和末端氣道出現(xiàn)局部免疫反應(yīng)。

1.2 血紅素加氧酶-1

血紅素加氧酶（heme-oxygenase，HO）-1 不僅參與肺移植急性排斥反應(yīng)，而且能減輕IRI。作為誘導(dǎo)型HO 的HO-1 是一種細(xì)胞保護(hù)酶，亦是在應(yīng)激狀態(tài)下誘導(dǎo)的HSP32[8-9]，其能將血紅素催化為一氧化碳、膽綠素、膽紅素、游離鐵，廣泛存在于各類(lèi)細(xì)胞的血紅素通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞氧化反應(yīng)而加重氧化損傷。早期研究發(fā)現(xiàn)，HO-1 參與肺移植急性排斥反應(yīng)，其表達(dá)隨著急性排斥反應(yīng)的加重明顯增強(qiáng)，可作為肺移植術(shù)后急性排斥反應(yīng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)之一，但HO-1 過(guò)度表達(dá)并不能緩解肺移植術(shù)后急性排斥反應(yīng)[10]，其表達(dá)增加與髓過(guò)氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）活性有關(guān)[11]，并推測(cè)可能與IRI 引起的氧化應(yīng)激相關(guān)。林江波等[12]研究發(fā)現(xiàn)HO-1 高表達(dá)能抑制腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α 的分泌，上調(diào)抗凋亡基因，激活抗氧化系統(tǒng)發(fā)揮肺保護(hù)作用。此外，該課題組進(jìn)一步研究了HO-1 修飾間充質(zhì)干細(xì)胞減輕肺IRI 的機(jī)制[13]，發(fā)現(xiàn)HO-1 能上調(diào)肺移植術(shù)后超氧化物歧化酶水平，加速氧自由基清除，通過(guò)抗氧化應(yīng)激減輕無(wú)心跳供者肺移植術(shù)后IRI，HO-1 修飾間充質(zhì)干細(xì)胞使HO-1呈高表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞存活，并在肺IRI 模型中顯示出協(xié)同保護(hù)作用。

1.3 熱休克蛋白22

HSP22 是小熱休克蛋白（small HSP，sHSP）亞家族的重要成員之一，它可以減輕肺IRI。sHSP 是防止蛋白質(zhì)聚集的第一屏障，在應(yīng)激反應(yīng)中維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)[14]。已有研究表明HSP 可以通過(guò)抑制生物膜脂質(zhì)過(guò)氧化、維持DNA 和線(xiàn)粒體功能來(lái)保護(hù)氧化損傷的細(xì)胞[1]。HSP22 的主要功能是分子伴侶、凋亡調(diào)節(jié)、抗氧化以及激酶活性[15]。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是提示組織損傷的脂質(zhì)過(guò)氧化指標(biāo)。在肺IRI模型中，HSP22 轉(zhuǎn)基因鼠肺組織HSP22 的過(guò)表達(dá)通過(guò)抑制脂質(zhì)過(guò)氧化和細(xì)胞凋亡對(duì)肺IRI 發(fā)揮保護(hù)作用[1]。實(shí)驗(yàn)觀察到轉(zhuǎn)基因IRI 組MDA 含量低于野生型IRI 組，轉(zhuǎn)基因IRI 組肺組織未見(jiàn)肺泡腔明顯水腫、壞死或腫大，僅觀察到少量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，而野生型IRI 組有明顯的肺泡及肺泡間隔結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)脫氧核糖核酸末端轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP 缺口末端標(biāo)記（terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling，TUNEL）染色結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因IRI組細(xì)胞凋亡較野生型IRI 組明顯減少。這一研究發(fā)現(xiàn)為減輕肺移植術(shù)后IRI 提供了新思路。

1.4 熱休克蛋白70

轉(zhuǎn)染HSP70基因的大鼠也能通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激及促炎因子的產(chǎn)生明顯減輕肺IRI 帶來(lái)的肺組織損傷，HSP70 通過(guò)沉默信息調(diào)節(jié)因子（silent information regulator，SIRT）1/腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）/ 內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）信號(hào)通路對(duì)肺起保護(hù)作用[16]。因此，通過(guò)HSP70 干預(yù)SIRT1/AMPK/eNOS 信號(hào)通路有望成為減輕肺IRI 的新策略。

2 心臟移植與熱休克蛋白

迄今為止，心臟移植仍然是解決終末期心臟疾病的重要治療方案，但早期心肌IRI 和排斥反應(yīng)以及后期心臟移植物血管病變（cardiac allograft vasculopathy，CAV）仍然是影響心臟移植術(shù)后生存率的重要因素。心臟移植作為一種應(yīng)激刺激可誘導(dǎo)HSP 表達(dá)。

2.1 熱休克蛋白27

HSP27 具有抗氧化、抗凋亡和穩(wěn)定細(xì)胞骨架的作用[17]。CAV 是心臟移植術(shù)后長(zhǎng)期并發(fā)癥之一，同時(shí)也是導(dǎo)致心臟移植術(shù)后心源性死亡的重要原因[18-19]。與早期發(fā)生CAV 的患者相比，心臟移植術(shù)后遠(yuǎn)期無(wú)CAV 患者的心臟活組織檢查發(fā)現(xiàn)HSP27 含量更高，說(shuō)明HSP27 在CAV 中發(fā)揮了保護(hù)作用[3]。針對(duì)同種異體心臟移植急性排斥反應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯拷Y(jié)果也顯示，發(fā)生急性排斥反應(yīng)時(shí)HSP27 通過(guò)內(nèi)源性凋亡途徑發(fā)揮抗凋亡、抗炎作用。此外，HSP27 還能降低心肌肌鈣蛋白I活性、降低心肌組織的促炎因子TNF-α、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β 和IL-6 水平來(lái)減輕心臟IRI[20]。

2.2 熱休克蛋白90

HSP90 具有抗凋亡作用，阻止B 淋巴細(xì)胞瘤-2 家族促凋亡因子BH3 交叉域死亡受體激動(dòng)劑（BH3-interacting domain death agonist，Bid）的分裂來(lái)介導(dǎo)二氮嗪對(duì)低溫保存鼠心臟的抗凋亡作用。二氮嗪可以抑制Bid 裂解和細(xì)胞凋亡，而HSP90 特異性抑制劑17-丙烯氨基-去甲氧基-格爾德霉素（17-N-allylamino-17-demethoxygeldanamycin，17-AAG）可以降低這種保護(hù)作用[21]。最近動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究提示，在利用心臟死亡器官捐獻(xiàn)（donation after cardiac death，DCD）供者進(jìn)行心臟移植時(shí)，一種新型HSP90 抑制劑雷公藤紅素能減輕功能性和結(jié)構(gòu)性的心肌細(xì)胞損傷，從而減輕IRI[22]。此外，更有研究發(fā)現(xiàn)HSP90 抑制劑17-二甲胺乙胺基-17-去甲氧基格爾德霉素（17-dimethylaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin，17-DMAG）對(duì)異體移植的急性排斥反應(yīng)有治療作用[23]，與對(duì)照組相比，使用17-DMAG 的實(shí)驗(yàn)組小鼠體內(nèi)反應(yīng)性脾細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞和CD19+B 細(xì)胞明顯受到抑制，并且活化的自然殺傷細(xì)胞數(shù)量也有所減少，這也就解釋了使用HSP90抑制劑17-DMAG 的心臟移植小鼠術(shù)后存活時(shí)間較長(zhǎng)的原因。因此，這也為我們研究如何減輕移植心臟損傷提供了新思路。

2.3 熱休克蛋白70

HSP70 具有抑制炎癥反應(yīng)、抗氧化作用[24]。誘導(dǎo)HSP70 可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞內(nèi)蛋白（如轉(zhuǎn)錄因子、酶和細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白）和信號(hào)通路形成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，從而有助于減少活性氧的積累，并且細(xì)胞內(nèi)HSP70 通過(guò)抑制促炎信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用。

3 肝移植與熱休克蛋白

肝IRI 是早期移植物功能障礙和急性或慢性排斥反應(yīng)的主要危險(xiǎn)因素，也是肝移植失敗的原因之一。其機(jī)制主要包括先天免疫細(xì)胞活化和氧化還原反應(yīng)增強(qiáng)。缺血期間供者損傷導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡和危險(xiǎn)相關(guān)分子模式釋放，隨后再灌注引發(fā)活性氧生成、炎癥細(xì)胞活化、肝細(xì)胞損傷及最終器官衰竭。

3.1 血紅素加氧酶-1

HO-1 在肝移植過(guò)程中的作用機(jī)制不同于肺移植。在缺血應(yīng)激下誘導(dǎo)的HSP32 是肝細(xì)胞保護(hù)機(jī)制的重要組成部分，主要通過(guò)Toll 樣受體4（Toll like receptor，TLR4）、SIRT1、自噬信號(hào)通路發(fā)揮肝移植的抗炎作用[25]。

3.2 熱休克蛋白27

HSP27 對(duì)肝IRI 具有保護(hù)作用。有研究揭示在肝臟枯否（Kupffer）細(xì)胞中過(guò)量表達(dá)HSP27 可能通過(guò)減少細(xì)胞壞死和凋亡、減輕炎癥來(lái)保護(hù)肝臟IRI。利用HSP27 對(duì)細(xì)胞的保護(hù)機(jī)制可能為圍手術(shù)期肝IRI 管理提供新的治療方法。

3.3 熱休克蛋白72

HSP72 具有蛋白質(zhì)折疊、凋亡通路抑制等多種活性[26]，熱休克預(yù)處理可以通過(guò)HSP72 減輕實(shí)驗(yàn)鼠IRI[27]。另有研究表明，與肝移植再灌注后30 min 相比，再灌注后4 h 血清HSP60 含量明顯升高，再灌注24 h后持續(xù)下降至術(shù)前水平[28]。不過(guò)，HSP60 在肝IRI 中的保護(hù)作用還需進(jìn)一步研究。

3.4 熱休克蛋白70

HSP70 對(duì)肝IRI 同樣具有保護(hù)作用[29-31]。誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）能減輕肝IRI[29]，其機(jī)制可能是iNOS 增加熱休克因子與HSP70 基因啟動(dòng)子的結(jié)合來(lái)上調(diào)HSP70表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮肝保護(hù)作用，抑制HSP70 能部分逆轉(zhuǎn)iNOS 過(guò)表達(dá)介導(dǎo)的肝保護(hù)作用。因此，HSP70是iNOS 減輕肝IRI 的關(guān)鍵分子。不僅如此，在高壓氧減輕肝IRI 動(dòng)物模型中，HSP70 抗體干預(yù)后，高壓氧減少肝脂質(zhì)過(guò)氧化和減輕炎癥的作用明顯降低，MDA 和MPO 水平均高于僅使用高壓氧處理組，表明HSP70 通過(guò)抑制肝細(xì)胞炎癥和氧化損傷來(lái)減輕肝IRI[30]。此外，在15 min 熱處理（42 ℃）后可誘導(dǎo)HSP70 表達(dá)進(jìn)而顯著減輕肝IRI[31]。這些研究均說(shuō)明HSP70 對(duì)肝IRI 有保護(hù)作用。

4 腎移植與熱休克蛋白

腎移植是開(kāi)展最早也是發(fā)展最快的器官移植，但同樣也面臨著排斥反應(yīng)及IRI，因而及早發(fā)現(xiàn)并診斷排斥反應(yīng)尤為重要。

4.1 熱休克蛋白90α

HSP90α 與腎移植術(shù)后急性排斥反應(yīng)有關(guān)。HSP90 包括4 種亞型：HSP90α、HSP90β、Grp94 和TRAP1[32]，其中HSP90α 是HSP90 的應(yīng)激誘導(dǎo)型，受到應(yīng)激刺激后表達(dá)顯著增加。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)HSP90α在腎移植術(shù)后呈高表達(dá)，初步研究表明急性排斥反應(yīng)引起的細(xì)胞損傷會(huì)釋放HSP90α 到血清中導(dǎo)致HSP90α 含量升高[33]。因此，HSP90α 可能是一種新的生物標(biāo)志物，有助于檢測(cè)腎移植受者的急性排斥反應(yīng)。

4.2 熱休克蛋白60

HSP60 具有自身反應(yīng)性特點(diǎn)，可促進(jìn)炎癥因子和調(diào)節(jié)因子的產(chǎn)生[34]。與病情穩(wěn)定的患者相比，腎移植術(shù)后發(fā)生慢性排斥反應(yīng)的患者表現(xiàn)出HSP60 高反應(yīng)性。腎移植受者外周和浸潤(rùn)細(xì)胞中均存在HSP60自身反應(yīng)性單核細(xì)胞，這些細(xì)胞對(duì)自身抗原產(chǎn)生炎癥和調(diào)節(jié)因子。還有研究發(fā)現(xiàn)，HSP60 和HSP70 反應(yīng)性T 細(xì)胞增殖與排斥反應(yīng)相關(guān)[35]。

4.3 熱休克蛋白72

HSP72 具有提示腎小管完整性的功能。腎移植難免發(fā)生缺血性損傷，腎小管細(xì)胞完整性喪失是缺血性腎損傷的一個(gè)特征性表現(xiàn)。對(duì)腎移植IRI 模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，受體術(shù)后早期尿液HSP72 含量明顯高于對(duì)照組，尿液HSP72 升高提示腎小管完整性喪失，也為臨床提供了一種新的非侵入性檢測(cè)缺血性腎損傷的方法[36]。

4.4 熱休克蛋白70

HSP70 能夠保護(hù)細(xì)胞免受器官缺血、氧化應(yīng)激和熱損傷[23,28]。HSP70 是由HSP-1 基因和HSP-2 基因組成，在DCD 腎移植動(dòng)物模型中，HSP70-1b 在熱缺血前30 min 表達(dá)上調(diào)，在180 min 內(nèi)HSP70 總體表達(dá)率升高[37]，由此推測(cè)，在DCD 熱缺血前30 min，HSP70-1b 可能是衡量細(xì)胞反應(yīng)的關(guān)鍵蛋白。

5 小結(jié)

HSP 在器官移植中通過(guò)多種途徑發(fā)揮抗炎、抗氧化、抗凋亡等生理作用[34-35,38]。HO-1 通過(guò)降解血紅素發(fā)揮抗氧化、抗炎作用；HSP22、HSP27、HSP70、HSP72 與IRI 有關(guān)；HSP90α 不僅具有抗細(xì)胞凋亡的作用，還可以檢測(cè)腎移植術(shù)后排斥反應(yīng)；HSP60自身反應(yīng)性不僅促進(jìn)炎癥因子和調(diào)節(jié)因子產(chǎn)生，還與肝移植IRI 有關(guān)。大部分HSP 的具體作用機(jī)制尚未完全闡明，有待深入研究。本文闡述了HSP 家族與器官移植的相關(guān)性，綜合分析了它們?cè)谄鞴僖浦哺鱾€(gè)階段的作用，有望為解決器官移植供者保護(hù)、IRI及移植術(shù)后排斥反應(yīng)等問(wèn)題提供參考。