熱休克蛋白HSP對細胞凋亡的調節作用（二）

C.起源于細胞核的凋亡信號及HSP的調控　

細胞核內DNA的斷裂是細胞凋亡的一種生化特征，是由于特異的核酸內切酶活化后將染色質切割成較短的DNA片段。但是，DNA的損傷也可能是一個細胞凋亡級聯反應的早期信號轉導事件，經研究認為：當DNA發生斷裂后，組蛋白H1.2轉運至細胞質，通過激活Bcl-2蛋白-Bak，促進了細胞色素c的釋放。 HSP在保護細胞免受各種脅迫刺激所導致的DNA損傷的過程中起到了主要的作用。脅迫發生后，大多數HSP都轉運至細胞核，其中HSP27和HSP70家族成員主要在細胞抵抗氧化脅迫所造成的DNA損傷中起保護作用，過量表達HSP25可以降低TNF-α處理所造成的氧化性DNA損傷。小部分的HSP90在脅迫發生后也轉運至細胞核，HSP90緊密地結合于組蛋白，誘發了染色質的壓縮凝聚，從而避免了DNA受到嚴重損傷。 DNA損傷的一種相當特異的形式與端粒的縮短伴隨發生。染色體末端端粒區的臨界長度大約為7kb時，細胞進入衰老狀態，有可能進一步發生細胞凋亡。端粒酶負責合成和維持端粒區的長度。HSP90直接與端粒酶發生互作，協助了其酶活性的發揮，經研究證明，HSP90能夠增強前列腺癌細胞中端粒酶的活性。

D.起源于線粒體的凋亡信號及HSP的調控　

線粒體是細胞凋亡事件的中樞協調者，許多細胞凋亡信號轉導通路匯集于線粒體，引發了線粒體膜的滲漏。經線粒體介導的凋亡信號通路其重要特征是凋亡小體的形成：細胞色素c從線粒體的釋放驅動了相對分子質量較大的caspase活化復合物裝配成凋亡小體。凋亡小體中寡聚化的細胞凋亡激活因子-1(apoptosis protease activating factor-1，Apaf-1)，在dATP和caspase-9存在的條件下發生聚集，促進了細胞凋亡執行蛋白caspase-3的自我切割活化。研究表明，HSP家族成員在線粒體介導的細胞凋亡通路的調節過程中發揮了重要的作用。 專家們通過免疫共沉淀實驗證明，HSP27與細胞色素c和caspase-3酶原相螯合，阻止了凋亡小體復合物的正確形成以及其功能的執行。實際上，HSP27結合于從線粒體釋放入胞質的細胞色素c，阻止了細胞色素c-介導的Apaf-1與caspase-9酶原的互作，從而特異的干擾了caspase依賴型細胞凋亡的線粒體通路。這些結果說明了HSP27的表達維持了凋亡活化過程中的線粒體功能。 線粒體HSP60以及它的協同分子伴侶——HSP10，能夠與caspase-3酶原發生互作，誘導細胞色素c的釋放，從而促進了Jurkat細胞的凋亡的發生。與之相反的是，也有學者證明胞質HSP60可以與多種抗細胞凋亡分子(如Bax或Bak)相螯合，協助它們執行功能，這說明HSP60在凋亡調節過程中發揮了雙重的作用。

在體外，用純化的HSP70進行實驗證明了它對細胞色素c/dATP-介導的caspase的活化具有抑制作用，但不抑制Apaf-1的寡聚化，HSP70通過直接與Apaf-1締和而阻止了功能性凋亡小體的形成，抑制了細胞凋亡過程。相反，在小鼠胚胎F9細胞中過量表達HSP70同系物——HSP105α，能夠誘導細胞凋亡的發生。HSP90直接與Apaf-1結合，阻止了凋亡小體復合物的形成。除此之外，HSP90表面的活性半胱氨酸，可以降低細胞色素c的水平，表明HSP90在調節細胞氧化還原平衡的過程中起著重要的作用。

線粒體是活性氧(reactive oxygen species，ROS)形成的原初位點，是體內ROS的主要產生源。在一個正常細胞中，通常存在一個促氧化和抗氧化通路之間的平衡。當受脅迫刺激后，氧化還原環境失衡，導致了ROS的積累。ROS作為細胞損傷的信使，可以通過氧化膜脂、蛋白和DNA引起細胞的普遍損傷。ROS的過度產生與許多形式的細胞凋亡和壞死相關聯。ROS的產生和HSP的誘導表達之間具有相關性。小分子熱休克蛋白通過增強葡萄糖-6-磷酸脫氫酶的活性以及輕微地激活谷胱甘肽還原酶和谷胱甘肽轉移酶提高了還原型谷胱甘肽(GSH)的水平，而在多種氧化脅迫刺激下，GSH被排到細胞外環境，被認為是引發細胞凋亡的分子開關。HSP70家族成員在抵抗氧化脅迫過程中起到了與小分子熱激蛋白類似的作用。例如在小鼠組織細胞中表達HSP70，可以通過抑制ROS的誘導抵御熱誘導的細胞凋亡作用。

E.起源于內質網的凋亡信號及HSP的調控　

內質網(endoplasmic reticulum，ER)是蛋白質合成和運輸的主要場所。許多脅迫條件包括細胞內穩態平衡的破壞、ER腔內氧化環境的改變等，都能引起內質網脅迫(ER stress)并導致細胞凋亡的發生。ER至少參與了細胞凋亡過程中的兩個機制：未折疊蛋白反應和Ca2+信號傳輸的中斷。研究表明，ER蛋白酶、caspase-7和-12參與了ER脅迫-介導的細胞凋亡。未折疊蛋白反應誘導了CHOP/GADD153轉錄因子的活化，后者也促進了ER-誘導的細胞凋亡。 ER脅迫會誘導內質網內分子伴侶葡萄糖調節蛋白(Glucose-regulated protein) Grp78的表達。Grp78參與了多肽的跨膜轉運，作為一種細胞凋亡調節劑保護宿主細胞抵抗ER脅迫-介導的細胞凋亡。體外實驗證明，Grp78抑制了細胞色素c-介導的caspase的活化并進而抑制了caspase-介導的細胞凋亡。但內質網內的熱激蛋白在ER脅迫-介導的細胞凋亡中的作用還不清楚。此外，在細胞凋亡過程中發現了ER與線粒體之間有明顯的相互作用。這種相互作用涉及兩個細胞器的接合處，使促細胞凋亡和抗細胞凋亡分子例如Bcl-2調節鈣離子在接合處的流通成為可能。兩種促細胞凋亡線粒體分子——Bax和Bak，被證明定位于ER并促進了caspase-12依賴型細胞凋亡。是否ER熱休克蛋白也參與了對ER/線粒體連接的調節尚不清楚。

三.熱休克蛋白對caspase-非依賴型細胞凋亡的調節作用

caspase-非依賴型細胞凋亡通路主要包括了絲氨酸蛋白酶類、組織蛋白酶類、鈣激活中性蛋白酶類以及神經酰胺-介導的細胞凋亡，這些通路并不是以caspase的活化為中心。顯然，細胞凋亡的各種信號轉導通路是相互關聯的，因此，“caspase-非依賴型”通路可能又與caspase-依賴型通路發生交叉。目前，對HSP在這些通路中發揮作用的研究還不多，實驗證據也有限，例如已證明HSP27可以與胞質溶解產物中的絲氨酸蛋白酶A發生共沉淀。HSP70在腫瘤細胞表面表達，可以通過結合并攝取絲氨酸蛋白酶B而誘發腫瘤細胞的凋亡。此外，進一步證明HSP70對神經酰胺-介導的細胞凋亡有抑制效應。對此領域還有待進一步的深入研究。

四.熱休克蛋白在細胞凋亡過程中的多效性

從死亡受體或細胞內脅迫傳導出的死亡信號誘導了各種細胞凋亡分子的低聚反應和自身活化，在這些過程中都有HSP的廣泛參與。細胞凋亡級聯反應中各成員之間高度動態的交互作用，例如受體二聚化，caspase酶原/caspase在受體復合物的募集，dATP/細胞色素c/Apaf-1/caspase-9復合物的形成等，在大多數情況下，都受HSP的影響。作為蛋白的裝配、轉運和折疊的中樞調節器，HSP在細胞凋亡信號轉導事件中起到了主要的調節作用。但是，它們的促細胞凋亡功能是受制約的，通常被HSP對細胞的保護作用所超越。這種微調平衡不僅是調節細胞死亡或生存的關鍵，而且是兩種形式的細胞死亡，即細胞凋亡和細胞壞死之間的轉換中樞。 總之； HSP熱休克蛋白參與了細胞內的多種生理生化過程，是決定細胞命運的重要蛋白。它們是細胞的“中樞協調者”，對物理、化學和環境脅迫反應迅速且無處不在，共同作用來調節細胞的增殖、生存和死亡。HSP是細胞凋亡作用的重要調節者，參與并調控了細胞凋亡的各個事件，發揮了抗細胞凋亡或促細胞凋亡的作用，當然，對熱休克蛋白在某些領域還有待更進一步的深入研究。

摘自《生命科學》08-06-02