向都綜述 葉啟發(fā)，王彥峰審校

缺血再灌注(ischemia/reperfusion，IR)是指組織器官缺血后重新得到血液，臨床上常見于動脈搭橋、溶栓療法、心肺腦復蘇、斷肢再植以及器官移植等。多數(shù)情況下，缺血再灌注可以使組織器官的功能恢復，但有時缺血再灌注，不僅組織器官功能不能恢復，還會加重組織器官的結(jié)構(gòu)障礙和功能損傷。如何減輕缺血再灌注損傷(ischemia/reperfusion injury, IRI)導致的細胞功能障礙、組織損傷仍然是一個挑戰(zhàn)。近年來大量研究報道熱休克蛋白(heat shock protein,HSP)在缺血再灌注損傷中的保護作用，文章就HSP在缺血再灌注損傷中的保護作用作一綜述。

1 缺血再灌注損傷

缺血再灌注損傷是臨床上一種常見的病理現(xiàn)象，是指在一定時間缺血的基礎(chǔ)上，恢復缺血組織和器官血液灌注過程中，反而導致組織、器官功能障礙和細胞結(jié)構(gòu)破壞加重，甚至發(fā)生不可逆性的病理現(xiàn)象，多見于直接創(chuàng)傷性組織損傷、壓力引起的損傷、燒傷、栓塞或者器官移植等[1]。IRI的病理機制至今仍未完全闡明，目前醫(yī)學界多認為其與脂質(zhì)過氧化及氧自由基損傷、鈣離子代謝紊亂、細胞凋亡、炎性反應損害、白細胞黏附和能量衰竭等有關(guān)[2]。主流學說認為器官缺血后，機體產(chǎn)生大量的活性氧，能夠?qū)M織造成一定程度的損傷，缺血再灌注造成的細胞損傷主要是由于活性氧和抗氧化防御機制之間的不平衡導致的[3]。目前針對器官缺血再灌注損傷的預防和治療途徑多種多樣，主要包括抗炎性反應、抗細胞凋亡、抗氧化應激、調(diào)節(jié)相關(guān)免疫反應、缺血預處理及缺血后處理和間充質(zhì)干細胞療法[2]。近些年，熱休克蛋白對器官缺血再灌注損傷的治療逐漸成為研究熱點，多項研究表明，熱休克蛋白可保護組織的缺血再灌注損傷，從而保護組織和器官免受氧化應激反應，維持器官組織功能[4]。

2 熱休克蛋白

熱休克蛋白又稱應激蛋白(stress protein，SP), 最初由Ritossa于1962年在果蠅幼蟲唾液染色體中發(fā)現(xiàn)了熱休克反應，隨后Tissieres從熱休克果蠅唾液中分離出一種特殊蛋白稱為熱休克蛋白[5]。熱休克蛋白是一組在結(jié)構(gòu)上高度保守的多肽，廣泛存在于自然界原核、真核細胞中[6]。熱休克蛋白多作為分子伴侶形式存在，在細胞因各類誘導因素刺激而呈現(xiàn)過表達狀態(tài)。這些誘導因素包括高溫、營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏、氧化應激反應的刺激、急慢性炎性反應、病毒及細菌感染、缺血、重金屬以及過度運動等[7-10]。根據(jù)相對分子質(zhì)量的大小，HSP可以分為6個家族，分別為HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40和小分子HSP，每個家族又有多個成員。熱休克蛋白具有多種生物活性，最主要的作用是作為分子伴侶參與新合成的蛋白質(zhì)的正確折疊、幫助受到壓力作用后被破壞的蛋白質(zhì)的復性、維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定等[11]。

熱休克蛋白參與了許多疾病的發(fā)生發(fā)展過程。據(jù)報道，HSP70和HSP60參與機體免疫調(diào)節(jié)級聯(lián)過程并能夠組成自身抗原復合物，從而影響機體的各類免疫性疾病或炎性疾病的發(fā)生，包括1型糖尿病、動脈粥樣硬化、類風濕性關(guān)節(jié)炎、哮喘和過敏等[12]。此外，熱休克蛋白還參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。大量研究證實，HSP27 在一些腫瘤組織中高表達，包括胃癌、乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌等，HSP27主要與腫瘤浸潤侵襲、化療及放療耐受相關(guān)，其高表達提示預后不良[13-14]。熱休克蛋白在體內(nèi)發(fā)揮的生物活性具有明顯的多樣性，近年來熱休克蛋白對人體器官缺血再灌注損傷的保護作用逐漸成為研究熱點。

3 熱休克蛋白對器官缺血再灌注損傷的保護作用

3.1 熱休克蛋白對心臟的作用 心肌缺血/再灌注損傷是指缺血心肌在恢復血流再灌注后發(fā)生的一系列復雜的病理生理變化, 多表現(xiàn)為心肌梗死面積擴大、心功能低下和心律失常等[15]。心肌缺血再灌注損傷多發(fā)生于早期溶栓、經(jīng)皮冠狀動脈介入治療、冠狀動脈旁路移植術(shù)等[16]。在心肌缺血再灌注損傷過程中，產(chǎn)生大量的脂質(zhì)過氧化代謝產(chǎn)物，例如丙二醛(MDA)可以導致心肌突變、衰老、甚至膜變性[17]。HSP70是一種內(nèi)源性的保護物質(zhì)，在抗心肌缺血再灌注損傷中發(fā)揮著重要作用，誘導HSP70上調(diào)有可能成為一種有效的治療方法[18]。HSP對心肌細胞保護作用可能是通過增強心肌細胞抗氧化防御能力、穩(wěn)定細胞大分子結(jié)構(gòu)、修復心肌細胞來實現(xiàn)的。隨著分子生物學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們深入地研究了HSP70在心肌缺血/再灌注損傷中的保護作用。曲美他嗪預處理可以顯著提高缺血再灌注大鼠心肌HSP70，并降低丙二醛水平，保護心肌細胞，減少梗死面積。有研究表明JAK/STAT3通路的激活也可以啟動心肌缺血再灌注損傷保護機制，苦參堿可以通過激活JAK/STAT3通路，提升HSP70的表達，保護心肌缺血再灌注損傷引起的心肌細胞壞死[19]。Jayakumar等[20]通過脂質(zhì)體將HSP70基因轉(zhuǎn)染入大鼠心臟后發(fā)現(xiàn)，HSP70基因轉(zhuǎn)染后的大鼠心臟相較于對照組而言，其心肌細胞線粒體的保護功能更加顯著，其心肌缺血/再灌注損傷也明顯減輕。Kim等[21]將HSP70基因?qū)氲酱笫篌w內(nèi)后，證實了心肌組織內(nèi)的HSP70能夠通過降低誘導型一氧化氮合酶的活化程度來抑制一氧化氮的生成，從而明顯提高心肌細胞對缺血的耐受性，減少心肌梗死面積。此外，也有研究表明HSP90在調(diào)節(jié)阿片類藥物誘發(fā)的心肌缺血再灌注損傷保護方面的重要性，這種HSP90保護機制是在GSK3抑制下游進行的[22]。魏水生等[23]使用H2S對H9C2心肌細胞預處理后，發(fā)現(xiàn)心肌細胞內(nèi)高度表達HSP90，缺氧心肌細胞的缺氧/復氧損傷也得到明顯減輕，然而在使用H2S處理心肌細胞后, 心肌細胞存活率明顯降低、凋亡率明顯增高,表明 HSP90介導了H2S的心肌保護作用。也有學者發(fā)現(xiàn)血漿中的外泌體在急性環(huán)境中對心臟有保護作用，這種保護作用是由HSP70介導的，通過刺激TLR4信號，激活 ERK1/2、p38、MAPK通路，以及HSP27的磷酸化[24]。小分子熱休克蛋白也能對抗心肌氧化應激，對心肌有極其強大的保護作用[25]。

3.2 熱休克蛋白對腎臟的作用 腎缺血再灌注損傷是一個常見的臨床問題，是造成急性腎衰竭和移植腎功能延遲恢復的主要原因之一。腎臟由于血流高灌注的特點，容易發(fā)生缺血再灌注損傷，其損傷機制還未完全明確，主要涉及活性氧、炎性因子的釋放以及細胞凋亡等。HSP27是一種抗凋亡蛋白，能夠減輕細胞壞死[26]。有研究表明內(nèi)毒素預處理能夠通過上調(diào)HSP27的表達，改善腎臟的缺血再灌注損傷[27]。盡管熱休克蛋白在腎臟中的完整功能和病理機制還未被研究徹底，但是HSP70在延遲腎臟細胞凋亡、保護細胞方面有重要作用[28]。肖博等[29]研究證實腎缺血再灌注損傷后 HSP70 表達明顯升高，而預先誘導HSP70 表達可以緩解腎再灌注損傷，阻斷 HSP70 產(chǎn)生反而增加腎損傷程度，提示HSP70在腎缺血再灌注損傷中發(fā)揮了明顯的保護作用。HSP72作為分子伴侶，是抗細胞損傷的一個主要分子，已經(jīng)被證實可以降低應激反應，保護腎小球內(nèi)皮細胞免受急性致死性損傷導致的細胞壞死和凋亡，它對細胞凋亡的影響可能是通過增加凋亡蛋白X-鏈接抑制劑在腎臟缺血再灌注損傷的細胞中的穩(wěn)定性[30-31]。此外，研究表明，預先誘導HSP90α 表達增高能保護心肌細胞對抗缺血和化學缺氧損傷，其機制可能與HSP90α 的抗氧化和保護線粒體的功能有關(guān)[32]。Barrera-Chimal等[33]在大鼠腎臟中轉(zhuǎn)染 HSP90α，發(fā)現(xiàn)HSP90α過表達能通過刺激內(nèi)皮一氧化氮途徑，而對大鼠腎缺血再灌注損傷發(fā)揮保護作用。

3.3 熱休克蛋白對肝臟的作用 肝硬化、肝癌等肝臟疾病在世界范圍內(nèi)嚴重威脅著人類的健康與生命，肝臟切除及移植是目前治療這些疾病的重要手段。然而，手術(shù)過程中引發(fā)的肝臟缺血再灌注損傷一直是嚴重制約臨床手術(shù)效果的瓶頸[34]。有研究發(fā)現(xiàn)肝臟缺血再灌注損傷過程中有多種HSP的表達[35]。其中以HSP70為最保守和最重要的熱休克蛋白，HSP70在正常細胞中表達水平較低，可因為短暫缺血、缺氧、炎性反應、高溫和藥物等各種刺激從胞漿移入細胞核并有效迅速地大量表達[36]。誘導型的 HSP70能夠發(fā)揮分子伴侶作用，維護蛋白質(zhì)在肝臟的功能以應對各種刺激。劉金剛等[37]研究表明，HSP70通過調(diào)控PI3K-Akt信號通路參與肝臟細胞的增殖、分化和抗凋亡等過程。HSP27是一種有效的抗細胞凋亡蛋白，在細胞受到外界各種應激條件刺激下可與線粒體外膜結(jié)合，干擾細胞色素C等凋亡相關(guān)信號通路來抑制procaspase-9的活化。有報道證實上調(diào)小鼠體內(nèi)的HSP27表達量，能夠使小鼠肝臟IR損傷明顯減輕，這表明HSP27在肝臟IR損傷中具有保護肝細胞的作用[38]。夏雷等[39]研究表明脂多糖預處理能夠減輕大鼠肝臟IR損傷，其機制是通過上調(diào)HSP27來實現(xiàn)肝細胞保護作用。

3.4 熱休克蛋白對腦的作用 腦缺血再灌注損傷是指腦部血供中斷后，重新開通閉塞血管及恢復大腦血供后造成的腦組織損傷，它對人類的危害僅次于腫瘤和心臟疾病，是人類致死和致殘的重要原因之一[40-41]。腦缺血再灌注損傷的發(fā)病機制十分復雜，涉及到線粒體損傷、氧自由基大量生成、興奮性氨基酸毒性作用、細胞凋亡、細胞信號轉(zhuǎn)導異常、免疫炎性損傷等諸多因素。HSP90能夠通過AKt/P-AKT通路在腦缺血再灌注損傷中發(fā)揮作用，AKT磷酸化激活后的P-AKT可以增加一氧化氮合酶生成、抑制下游凋亡蛋白Caspase-9等表達，促進抗凋亡蛋白Bcl-2等的表達而發(fā)揮抗凋亡作用[42-43]。也有研究發(fā)現(xiàn)，局灶性腦缺血后HSP70的表達增加，并且對大鼠進行缺血后處理可以促進HSP70表達的進一步上調(diào)，提示HSP70對腦缺血性損傷有保護性作用[44]。HSP70在腦缺血、缺氧及缺血再灌注中發(fā)揮了保護作用，它能抑制神經(jīng)細胞凋亡，抵抗炎性因子，降低缺血壞死范圍，保證神經(jīng)細胞的能量供應和神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞等作用[45]。HSPA12B是新發(fā)現(xiàn)的HSP70家族中的一員，可作為一種炎性反應蛋白參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎性反應，Ma等[46]研究發(fā)現(xiàn)HSPA12B對局灶性腦缺血有神經(jīng)保護作用，不僅可以減少腦缺血后的神經(jīng)功能缺損評分，還可以減少梗死面積，改善血腦屏障的完整性，其作用機制可能與激活磷脂酰肌醇3激酶 (phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)/ 絲氨酸—蘇氨酸蛋白激酶(serine-threoninekinase, AKt)有關(guān)。

3.5 熱休克蛋白對睪丸的作用 睪丸缺血再灌注損傷是睪丸扭轉(zhuǎn)后手術(shù)復位的主要病理生理過程，它容易損害男性生精功能，甚至使睪丸壞死萎縮導致不育[47]。研究表明單側(cè)睪丸缺血后會導致雙側(cè)睪丸的MDA和髓過氧化物酶 (MPO)活性增加，西維來司他和依達拉奉干預可以增加HSP70的表達，保護睪丸的缺血再灌注損傷[48]。暖休克時，HSP70-1和HSP70-3在熱應激誘導下上調(diào)從而保護細胞并協(xié)助損傷的細胞恢復。有研究報道HSP70調(diào)控生精細胞的不同周期，它的異常表達將會影響男性的生殖功能[49]。精索靜脈曲張結(jié)扎可以通過線粒體轉(zhuǎn)導通路誘導HSP70的表達，HSP70能夠抑制細胞色素C的釋放，降低細胞凋亡，保護生精細胞[50]。

4 小 結(jié)

熱休克蛋白作為一種保護性蛋白，對很多器官、組織缺血再灌注有保護性作用，目前研究最為徹底的是在肝臟、腎臟、心臟以及神經(jīng)組織方面。對熱休克蛋白更加深入地探索及研究, 可以打開缺血再灌注損傷的另一條道路, 進而為預防及治療缺血再灌注損傷提供更多理論依據(jù)。