热休克蛋白27对细胞凋亡及老年心力衰竭的保护作用

　　作者：苏瑶(综述),魏,玲(校审)　　作者单位：650032 昆明，成都军区昆明总医院地干病房[苏 瑶(研究生)、魏 玲]

　　【关键词】 热休克蛋白27 ,衰老,心力衰竭;凋亡

　　热休克蛋白，也叫应激蛋白，是一种分子伴侣，除在细胞生长，发育，基因转录，蛋白质合成、折叠、聚集细胞骨架等方面发挥重要的生理作用外。还通过多种途径对细胞受到的不同损伤产生内源性保护[1]。根据分子量大小和同源程度可分为HSPll0,HSP90，HSF70，HSP60，HSP40，小分子热休克蛋白(Sall heat shock proteins，d-laps)，HSP10和泛素等类型。热休克蛋白27(heat shock protein 27，HSP27)又名热休克蛋白B1 (heat shock protein BHSPB1)、热休克蛋白 25(heat shock protein 25(HSP25)，是热休克蛋白家族中的小分子热休克蛋白亚家族(sHSP亚家族)的重要一员。近年 HSP27与细胞凋亡及心力衰竭的关系引人注目，本文就HSP27对细胞凋亡及老年心衰的保护作用作一综述 。

　　1 HSP27的抗凋亡机制

　　(1)HSP27与细胞内氧化还原水平：是HSP27抗凋亡最重要的并与衰老密切相关的机制。活性氧(reactive oxygen species，ROS)是由外源性氧化剂或胞内有氧代谢中产生的、具有很高生物活性的氧自由基，可直接损害或通过一系列过氧化链式反应引起广泛的生物大分子结构破坏,并可直接改变细胞内环境稳定性。在一些特定条件下，如 缺血、缺氧、离子辐射、紫外线照射、化疗药物、化学试剂等 都可通过介导活性氧的产生而导致细胞凋亡的发生。同时，ROS理论也是细胞老化的中心学说。 Mehlen[2]等将HSP27基因转染鼠 L929细胞，检测肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-A，TNF-α)处理后的细胞，实验结果表明，HSP27能降低细胞中的ROS水平、延缓脂质过氧化及胞质蛋白的氧化等相关过程。还原型谷胱甘肽(GSH)是细胞合成的、胞内重要的水溶性抗氧化剂。实验证明，组成型和诱导表达增加的 HSP27，通过促进谷胱甘肽自身的氧化还原循环，提高葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性，使胞内GSH的水平增高，对TNF-或放射线等其他类型的氧化损伤具有保护作用[3]。(2)HSP2与caspases：近年越来越多的证据表明，HSP27可以抑制 pro-caspase的剪切活化而具有抗凋亡作用[4]。作为分子伴侣，它能与凋亡信号通路的信号分子结合，抑制胞浆程序化死亡途径。例如,它能与 Cyt C的结合,阻断 caspase-9前体的激活,阻止凋亡复合体的形成,抑制了凋亡的发生。[5]在蛋白酶级联剪切过程中，caspase-3处于核心位置，发挥着非常重要的作用，因此被称为死亡蛋白酶。前caspase-3被其他蛋白酶剪切后被激活,活化的caspase-3再剪切不同的底物，导致蛋白酶级联剪切放大，最终使细胞走向凋亡。实验表明，HSP27可以与前caspase-3结合,抑制其活性,作为该通路的负性调节因子,抑制细胞凋亡的发生。[6]因此，HSP27在应激条件下对caspase介导的凋亡通路的断作用可能是抑制细胞凋亡的重要机制。 (3)HSP27与凋亡抗原配体 ：凋亡抗原配体-1(apoptosis antigen ligand 1，Apo-1)、CD95又称死亡受体Fas，Mechlen[7]等采用 Fas敏感的、不表达内源性 HSP27的鼠纤维肉瘤细胞株(L929-Apo-1-6)，转染人HSP27基因，发现HSP27基因表达能明显抑制蛋白激酶 c抑制剂 Sturosporine和 TNF-a诱导的细胞凋亡，这一事实有力地证明了人类 HSP27是细胞内介导细胞凋亡的 Fas/Apo-1的抑制物研究表明，通过一条非 caspase依赖性的信号途径，Fas死亡域相关蛋白(fas death domain-associated protein，Daxx) 其本身虽然不引起细胞凋亡，但可通过 Fas和凋亡信号调节激酶 Ask1的相互作用而介导凋亡的发生。HSP27磷酸化使 HSP27从寡聚体变为二聚体，并与 Daxx结合，阻止了Daxx由胞核向胞浆的转位以及与 Fas、Ask1的结合，使该凋亡通路中断。然而，当细胞表达寡聚体形式的 HSP27或缺乏Daxx结合能力的突变体时，HSP27不能发挥抗凋亡作用[8]。这些都有力地证明HSP27与死亡受体 Fas介导的凋亡途径密切相关。 (4)HSP27与线粒体氧化磷酸化 ：线粒体是细胞内一个重要的细胞器，线粒体内的氧化磷酸化是真核细胞内 ROS产生的主要来源，而 ROS的大量产生可以对脂质和核酸产生破坏性分子链反应，会选择性地使离子通透性丧失或使线粒体膜通透性发生改变，导致线粒体膜势能发生改变，引起 Cyt C的释放，激活胞浆程序化死亡途径 有学者证明，线粒体是HSP27在细胞氧化损伤中起保护作用的作用靶点，热休克预处理能明显减轻 H2O2对线粒体的氧化损伤，稳定线粒体膜电位。在热应激处理的Jurkat细胞系中发现在线粒体片段上有 HSP27的表达;同时发现，HSP27的表达能在凋亡刺激因素的作用下保持线粒体膜电位的稳定，抑制 Cyt C的释放，而若在刺激因素作用之前加入 HSP27反义寡核苷酸，则出现相反的结果，未起到细胞保护作用[9]。如上所述，HSP27在应激条件下可通过减少细胞内 ROS水平，稳定线粒体膜电位，抑制Cytc释放，最终抑制细胞凋亡的发生 。 (5)HSP27与细胞骨架：真核细胞的空间结构由细胞骨架(eytoskeleton)维持，微丝是细胞骨架 的一种重要类型，由肌动蛋白构成。近年的研究表明，细胞骨架在细胞凋亡过程中的变化非常活跃，凋亡过程中可见的细胞体积缩小、凋亡小体形成等形态学变化被认为与微丝的改变密切相关。体内和体外实验均证实，微丝是caspase的底物，在caspase-3的作用下，微丝蛋白被剪切成长度为15000和 31000的片段，绿色荧光蛋白标记后发现这些片段的导入可引起并促进细胞凋亡的形态学变化。现已有实验证实，在氧化等应激条件下，通过 p38- MAPK 激活的蛋白酶-2-HSP-球形肌动蛋白(G-actin)信号途径，由被活的HSP27使 G-actin磷酸化，并聚合为丝样肌动蛋白 (F-actin)，导致细胞骨架重排，从而调节细胞的运动，稳定细胞结构。近来发现，HSP27的致细胞骨架稳定作用在凋通路的上游事件中可能也起重要作用，它能阻止一些凋因子和线粒体的结合，从而抑制了Cyt C的释放及凋亡的发生[10]。另外，在许多细胞类型中，强氧化刺激能引起微丝系统的破坏和肌动蛋白的解聚和片段化，这和 ROS对肌动蛋白半胱氨酸的巯基氧化有关[11]，即细胞骨架自身的氧化还原损伤参与了 ROS引起的细胞凋亡过程，因此，HSP27对ROS的抑制从另一个角度阐明了 HSP27对细胞骨架的保护和对细胞凋亡的抑制作用。(6)其他机制 ：各种如热、缺血、氧自由基和毒素等刺激导致细胞损伤，胞浆蛋白发生变性、错误折叠、凝聚等变化，HSP27能发挥分子伴侣作用，刺激 RNA及蛋白质的合成，协助细胞在死亡之前修复热休克造成的损伤，使细胞尽快恢复正常生理功能。另外，HSP27抗凋亡的作用机制还可能有抑制热休克过程 中蛋白的合成，使真核细胞中未折叠的蛋白的量减少，从而减轻应激对细胞的破坏作用[12]和作为凋亡抑制因子的蛋白激酶 B(Akt)相互作用，激活 Akt，阻止细胞凋亡[13]。总之，HSP27在细胞凋亡过程中能通过多个途径起到细胞保护作用，更加确切的机制有待进一步研究。

　　2 老年心力衰竭与心肌细胞凋亡的联系

　　心脏衰老过程中心肌细胞发生坏死和凋亡，造成心肌细胞数量减少，重塑性降低，收缩功能受损。心肌细胞在增龄过程中凋亡速度加快导致心脏质量减轻，功能退化。Kwak[14]等研究发现，左心室细胞凋亡速度与年龄成正比;与年轻对照组比较，衰老左心室心肌细胞减少 30%;性别也会影响细胞凋亡，老年雄性灵长类动物心肌细胞凋亡速度上升4倍，而同年龄组的雌性动物无明显变化。1996年 Sharov等[15]首次报道在用冠状动脉栓塞制作的犬 HF模型心脏发现凋亡证据。此后又在其他 HF病人和实验动物型心脏发现凋亡现象。Olivetti等通过 TUNEI 法发现，处于慢性心衰末期病人的心肌组织中有 0.2% 的细胞出现凋亡，一般看来，凋亡细胞的数量太少不至于对心功能造成不良影响。然而，凋亡是一个短暂事件，其发生过程需20 min～24 h，故推测即使每天有0.2% 细胞凋亡，持续数月或数年则可能造成相当多的心肌细胞缺失。因为心肌细胞数量的减少，可以使心肌收缩力下降，可能会导致 CHF的发生，并使存活的心肌细胞的负荷加重，而使 CHF进行陛恶化。由此对心衰发生的病理生理机制提出这样一个假说，即活性心肌细胞的持续性缺失可能是进行性心衰的重要机制之一。据报道不同动物有明显不同的细胞凋亡率，最高可达 35.5%[16]。这些死亡率仅能在很局限的区域见到，细胞凋亡可在24 h内发生并完成，如此速率可导致心脏的快速退化萎缩。最近研究，在终末期 HF已知出现小于 0.5% 的细胞凋亡率，又超出生理性的趋势。另外，终末期 HF中出现细胞坏死比细胞凋亡更多，最高可达7倍。现凋亡现象。大量研究表明，在心血管系统中，诱导心 肌细胞凋亡的因素有：压力负荷导致的机械压力 、急性心肌缺血、氧 自由基 、细胞 内钙离子超负荷和 AngII、 ALD、ET等神经内分泌激素以及 TNF、干扰素IL- 1、表皮生长因子、转化生长因子 -Gl等细胞因子。

　　3 Hsp27在衰老心肌中的作用

　　近年来的一些研究表明，HSP27与衰老之间存在着密切的关系，可能对随年龄性的功能下降起着重要作用。Hsp27抑制过氧化的发生及被破坏蛋白的聚集，延缓疾病的发生延长生命周期[17]。衰老心脏的特征是心肌细胞数减少，剩余的心肌细胞代偿性肥大。随衰老的加重，减少的心肌细胞呈现出凋亡细胞所占比例增加，而坏死细胞所占比例减少的趋势，HSP27可通过对凋亡的抑制，起到延缓衰老作用。目前研究显示，老龄导致的心血管生理变化是舒张性心理衰竭的一个重要独立因素。

　　4 HSP27对心力衰竭的保护作用

　　慢性心力衰竭是众多心血管疾病的终末阶段，给患者机体带来严重损害，并给患者家庭和社会带来巨大的经济压力。目前研究表明，HSP27在对抗心肌细胞凋亡的过程中起到了重要的保护作用，而心肌细胞凋亡又是心肌细胞缺失的重要机制，在心衰尤其是老年心衰的发生、发展过程中起重要作用，让我们不难联想到HSP27对老年心力衰竭应起到一定的保护作用。C.D.Venkatakrishnan[18]等研究表明，HSP对心肌细胞的保护作用在于HSP27通过激活P38MAPK及磷酸化作用能对用阿霉素Doxorubicin (DOX)诱导的心肌细胞毒性产生保护作用,DOX诱导的活性氧族能够引起扩张型心肌病和充血性心力衰竭，而DOX引起心脏毒素是由线粒体触发的心肌细胞凋亡引起的。高温诱导的小分子热休克蛋白能够使DOX介导的氧化诱导的心肌细胞内的毒素减少到最低，也就是说HSP27起到了一个内源性的抗氧化剂作用，对抗DOX衍生的氧化产物，如：H2O2，从而对心肌细胞凋亡及心力衰竭起到保护作用。Hollander等[19]的研究也显示，Hsp27过表达可缩小体外灌流心脏短时间缺血/再灌注引起的心肌梗死灶面积、改善左心室功能。国内刘莉[20]等也通过建立心肌特异性高表达Hsp27的转基因鼠模型;并且经Dox诱导小鼠的慢性心衰，并观察Hsp27对小鼠生存率、左心室血流动力学的影响。结果表明Hsp27心肌特异性过表达显著改善了Dox诱导的小鼠死亡率和左心室血流动力学参数变化，最后得出结论：Hsp27心肌特异性过表达对Dox诱导的小鼠心衰具有显著的抑制。虽然心衰病理发生的确切分子机制尚有待进一步阐明，但大量来自动物和人类的研究证据表明，活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)生成增加产生的氧化应激以及由氧化应激触发的心肌细胞凋亡，是多种原因诱导的心衰发生发展的共同基础，而ROS同时也是细胞老化的中心学说，因此HSP27必然对老年心力衰竭也具有一定的保护作用。

　　5 研究前景及意义

　　目前小分子热休克蛋白对延缓细胞凋亡的作用已基本明确，HSP27作为小分子HSP的重要成员亦具有较强的抗凋亡作用，与衰老也有着密切的联系，这不仅让我们提出如下问题：小分子HSP是否对老年性疾病也据有一定的保护作用?各种能产生HSP27的治疗方法是否能成为抗衰老及治疗老年心衰的重要手段?而HSP27是否有可能成为未来心衰基因治疗的一个备选基因?目前较为流行的高压氧治疗能产生内源性的HSP27，那么高压氧治疗是否能成为心力衰竭的新的重要手段，而心力衰竭是否能通过基因治疗来预防及治疗，仍需进一步的研究。

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