热休克蛋白70在肝脏缺血再灌注损伤中的作用

KKME-专业医学搜索引擎 http:/www.kkme.net/热休克蛋白热休克蛋白 70 在肝脏缺血再灌注损伤中的作用在肝脏缺血再灌注损伤中的作用作者：刘雷，段佳佳 作者单位：1. 广西柳州市工人医院，广西医科大学第四附属医院普外科，广西 柳州 545005 2. 广西医科大学第一附属医院普外科，广西 南宁 530021【关键词】 肝 缺血再灌注损伤 热休克蛋白质 70 细胞凋亡在较为复杂的肝肿瘤切除、严重的肝创伤手术过程中，通常需要暂时阻断肝脏血流，这一过程可引起不同程度的肝脏缺血再灌注损伤。肝脏的缺血再灌注损伤与多种因素有关，包括氧自由基的释放、钙超载、Kuffer 细胞的激活、细胞因子的释放等。为了减轻肝门血流阻断引起的缺血再灌注损伤，人们进行了很多尝试，包括短暂缺血、药物、热应激等的预处理，其保护作用的机制均与诱导产生热休克蛋白(heat shock protein, HSP)有关1。HSP 是生物在不利环境下产生的一种非特异性产物，结构具有高度保守性。因最先发现于热应激反应中故而得名。此后发现其它应激因素如：缺血、缺氧、感染、创伤、低温、多种毒素等均可诱导 HSP 的合成。各种应激因素诱导 HSP 合成后，机体相应的适应能力如耐热、耐低温、抗感染等能力明显增加。该家族成员根据分子量大小可分为 HSP100、HSP90、HSP70、HSP60、HSP28 等几大类，其中一类蛋白质分子量约为 70kD，称为 HSP702。KKME-专业医学搜索引擎 http:/www.kkme.net/1 HSP70 的分子学特征HSP70 家族(分子量为 7280kD)成员众多，共有 21 种蛋白质，是一组在进化上高度保守的应激蛋白。人类的 HSP70 家族的部分基因定位于第 1，5，6(在 MHC 基因位点内)，9，14 和 21 号等染色体上3。HSP70 由两部分组成，ATP 酶区(adenosine triphosphate-pase domain)和底物识别区，又称多肽结合区(peptide-bind domain)。多肽与 HSP70 分子结合和释放是一个依赖 ATP 的过程。HSP70 蛋白的多肽结合区是羧基端的约 27kD 的氨基酸片段，能与主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex, MHC)抗原结合4。2 HSP70 的功能机制2.1 分子伴侣作用 分子伴侣(molecular chaperones)是指帮助新合成及分解折叠蛋白正确折叠和成功组装而本身不具备功能的最终装配产物的组成蛋白。HSP70 是主要的分子伴侣蛋白(chaperonin)。它参与识别和稳定胞浆内蛋白质折叠成天然状态前的伸展多肽链;帮助分泌蛋白质与线粒体蛋白分别进入内质网管腔或线粒体基质，并在其进入这些细胞器后折叠成天然构象前稳定其伸展状态;参与蛋白寡聚体的重排与蛋白质凝聚物的解体和快速转换的胞浆蛋白进入溶酶体的降解;参与细胞质的内吞噬作用等。当蛋白质受损变性时，能促使其恢复或加速其降解和清除，以维护细胞的功能5。2.2 抗氧化作用 HSP 具有抗氧化能力。HSP 可抑制产生氧自由基的关键酶即 NADP 氧化酶，通过反馈作用减少氧自由基的产KKME-专业医学搜索引擎 http:/www.kkme.net/生;还可直接释放和增加内源性过氧化酶如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的水平6，由于 SOD 能催化氧自由基发生歧化反应从而除去氧自由基，故有细胞保护作用。2.3 协同免疫作用 当刺激因素引起机体细胞免疫应答时，不但有各种细胞因子(IL-1、IL-2、TNF- 等)产生，同时亦伴有HSP 的产生，以对抗细胞因子对细胞的损害作用，HSP70 可抑制人的单核细胞产生 IL-1 和 TNF7，保护细胞免受细胞因子攻击。2.4 抗细胞凋亡作用 应激诱导的细胞凋亡需要激活细胞内应激酶(jun N-teriminal kinase, JNK)8。细胞内 HSP70 水平增高可以阻断信号通路，抑制应激诱导的 JNK 激活，从而减少细胞凋亡。2.5 参与细胞耐热和细胞保护 在各种细胞器中，核仁和细胞膜对热特别敏感。HSP70 广泛存在于细胞骨架和核骨架内，与核仁和细胞膜结合，从而提高细胞对热的耐受力。2.6 抗原库的作用 HSP 在抗原呈递过程中结合大量抗原性多肽，从而具有该细胞特有的抗原库的作用。HSP-多肽复合物的抗原性来自于所结合的多肽分子，而非 HSP 本身。HSP 通过参与抗原呈递而起作用。3 HSP70 在肝缺血再灌注中的作用3.1 肝缺血再灌注中 HSP70 的诱导 目前研究发现9，肝脏缺血在 60min 以内血供恢复，肝细胞结构和功能能够恢复，但肝细胞内会发生一系列变化，包括 c-fos，c-myc，HSP 基因等的激活、表达。其中 HSP70 的诱导非常明显，可达到经热休克诱导的表达水KKME-专业医学搜索引擎 http:/www.kkme.net/平。同时也有研究表明10，长时间(90120min)单纯肝缺血并不能激活 HSP70 基因，HSP70 mRNA 只有在肝脏发生缺血再灌注(60min)区才有表达，而在非缺血区则无表达。这表明肝缺血再灌注损伤主要发生在再灌注期。也有研究认为11，肝组织 HSP mRNA 水平还能作为肝缺血再灌注损伤程度的指标之一。3.2 肝缺血再灌注损伤中 HSP 的表达 目前的研究表明12，肝缺血(60min)末 HSP70 mRNA 的转录即启动，再灌注 2h 开始升高，至少持续 5h，再灌注 15h 后消失。而 HSP 表达在再灌注 3h 可检测到，且主要位于细胞核，在 4872h 达高峰，96h 后开始消失。肝缺血 120min 将引起细胞不可逆性损伤，导致细胞坏死。而缺血60min 和 120min 都能引起编码 HSP70 基因的转录增强，只是后者的这种基因转录维持时间较短。Zhu X 等研究发现13，在阻断入肝血流的同时行门体分流以消除门静脉淤血或仅阻断肠系膜上静脉而无肝缺血，则肝组织几乎均无 HSP70 的表达，在伴门静脉淤血的肝脏热缺血 15min 再灌注 48h 后，肝组织内 HSP70 表达显著增强，在不利的环境条件下，HSP70 蛋白能够优于细胞内其他蛋白质的合成，甚至在其他蛋白质合成抑制时依然显示出高水平表达。HSP70 在再灌注损伤应激状态下表现为优先及高效翻译，该现象可能是肝细胞对应激的适应性反应。3.3 HSP70 对肝脏缺血再灌注损伤的保护作用3.3.1 缺血预处理(ischemic preconditioning, IPC)与 HSP70 缺血预处理对肝脏缺血再灌注损伤的保护作用已有文献报道，研究KKME-专业医学搜索引擎 http:/www.kkme.net/发现14，用 Pringle 法阻断入肝血流 15min 恢复 48h 后在肝组织内诱导的 HSP70 大量表达，加快了再灌注期间肝功能恢复及提高了术后生存率。杨恒文等15采用了 3 次 10min 预处理，结果比较理想。因此，IPC 可能是通过增加内源性抗氧化酶活力而发挥对缺血再灌注损伤的保护作用的，但它通过什么途径增强抗氧化酶活力尚待进一步研究。3.3.2 热应激预处理与 HSP 研究发现16，正常大鼠在热休克预处理后 48h 即 HSP 表达的高峰期给予 30min 的入肝血流阻断(Pringle 法)，其再灌注期间反映肝功能损害的生化指标如肝组织ATP 水平、血清生化酶水平，如谷丙转氨酶(ALT)、天门冬氨酸转氨酶(AST)、乳酸脱氢酶(LDH)等均较未行热休克预处理的对照组大鼠好，并且上述生化指标的恢复亦较快，热休克预处理组大鼠的 7天生存率为 100%，而对照组为 50%。还有研究发现14，在脂肪肝模型大鼠中，行热休克预处理后 48h，肝组织内亦有 HSP70 的显著表达，且在热缺血 45min 再灌注 40min 后肝组织的 ATP 水平、血清生化酶(AST、ALT、LDH)水平明显好于对照组;实验组术后 7 天生存率为 86.7%，而对照组仅为 33.3%。组织学检查也证实对照组的肝窦状隙严重淤血、肝细胞坏死，而热休克预处理组却无明显改变。在肝纤维化模型大鼠中的研究亦表明，热休克预处理组也能明显诱导其肝组织内 HSP70 的表达，并明显减轻纤维化肝脏的缺血再灌注损伤1。近年来研究表明，肝脏缺血再灌注后的炎症反应是导致组KKME-专业医学搜索引擎 http:/www.kkme.net/织细胞损伤的重要因素。肝脏缺血再灌注早期即有枯否细胞的激活，并产生大量活性氧物质(radical oxygen species, ROS)和许多炎性细胞因子。在细胞趋化因子，细胞黏附分子等共同作用下，使 PMN 趋化、黏附、聚集、活化，进而介导炎症反应。PMN 介导再灌注损伤的机制包括阻塞微小血管，加重微循环障碍;释放活性氧产物和蛋白酶;增加血管通透性，引起组织水肿等。尽管 HSP 在保护肝缺血再灌注损伤的确切机理仍不清楚，由于其作为细胞一种内源性保护物质具有普遍存在性。找到这些内源性保护机制中的重要环节，将对临床肝胆外科有重要的指导意义。【参考文献】1 Man K, Ng KT, Lee TK, et al.FTY720 attenuates hepatic ischemia reperfusion injury in normal and cirrhotic livers J. Am J Transplant，2005,5(1):40-491.2 Zacharow skiK, Frank S, Otto M, et al. Lipoteichoic acid induces delayed protection in the rat heart. A comparison with endotoxin J. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2000,20(6):1521-1528.3 Nomura F, Aoki M, Forbess JM, et al. Myocardial self-preservative effect of heat shock protein70 on an immature lamb heart J. Ann-Thorac Surg,1999,68(5):1736-1741.4 Abdel All H, Rey A, Duvillard P. Expression of heat shok protein 70 and c- myc in cervical carcinoma J. Anticancer Res,1998,18(3):1533-1536.KKME-专业医学搜索引擎 http:/www.kkme.net/5 Carbajal ME, Valet JP, Charest PM, et al. Purification of Drosophila HSP83 and immunoelectron microscopic localization J. Eur J Cell Biol,1990,52(1):147-156.6 Kobayashi H, Nonami T, Kurokawa T, et al. Role of endogenous nitric oxide in ischemia -reperfusion injury in rat liver J. J Surg Res,1995,59(6):772-779.7 Zlotta AR, Drowart A, Huygen K, et al. Humoral response against heat shock protein