热休克蛋白在器官移植中的作用研究现状

程学超 宋永祥 孟辉

热休克蛋白（heat shock protein，HSP）是生物进化过程中结构高度保守的一类蛋白质家族，又称热应激蛋白，其广泛存在于自然界原核与真核生物中，具有抗炎、抗凋亡等作用。当机体处于缺血、缺氧、炎症、休克、免疫、重金属、化学气体等应激状态下，细胞内HSP 合成增加从而发挥保护细胞的作用。近年来，越来越多的研究发现HSP 在器官移植中发挥重要的作用，器官移植过程中HSP 的表达增加，并通过多种方式参与抗氧化、抗炎、抗凋亡等过程，从而对供者发挥保护作用[1-3]。本文就HSP 在肺移植、心脏移植、肝移植、肾移植中的作用研究现状综述如下。

1 肺移植与热休克蛋白

肺移植是治疗慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）、间质性肺疾病、α-1 抗胰蛋白酶缺乏、特发性肺动脉高压、特发性肺纤维化、囊性纤维化及支气管扩张等终末期肺病的有效方法。近年来，尽管肺移植技术有了长足进步，但供者利用率、缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI）、感染、急性移植物功能障碍、急性排斥反应以及移植术后远期并发症仍然是限制其发展的重要因素。因此，国内外有关HSP 与肺移植相关性的探索研究受到了广泛重视。

1.1 热休克蛋白27

已有研究发现HSP27 既有促炎作用又有抗炎作用[2,4]。李玲等[5]在脑死亡器官捐献肺移植动物模型中研究发现，供肺因应激刺激而产生过表达的HSP27会反过来抑制炎症发展，从而减轻肺组织损伤。此外，还有研究发现HSP27 与闭塞性细支气管炎综合征（bronchiolitis obliterans syndrome，BOS）存在相关性。BOS是慢性同种异体移植排斥反应的一种表现，其特征是小气道闭塞和肺血管动脉粥样硬化，是肺移植术后最常见的慢性排斥反应形式[6]。在肺移植术后生存5年的受者中，BOS 发生率达50%，是肺移植术后晚期死亡的主要原因[7]。肺移植术后发生BOS的患者血清中HSP27 蛋白水平升高，肺泡灌洗液中HSP27 抗体水平也升高，提示肺泡和末端气道出现局部免疫反应。

1.2 血红素加氧酶-1

血红素加氧酶（heme-oxygenase，HO）-1 不仅参与肺移植急性排斥反应，而且能减轻IRI。作为诱导型HO 的HO-1 是一种细胞保护酶，亦是在应激状态下诱导的HSP32[8-9]，其能将血红素催化为一氧化碳、胆绿素、胆红素、游离铁，广泛存在于各类细胞的血红素通过促进细胞氧化反应而加重氧化损伤。早期研究发现，HO-1 参与肺移植急性排斥反应，其表达随着急性排斥反应的加重明显增强，可作为肺移植术后急性排斥反应的监测指标之一，但HO-1 过度表达并不能缓解肺移植术后急性排斥反应[10]，其表达增加与髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）活性有关[11]，并推测可能与IRI 引起的氧化应激相关。林江波等[12]研究发现HO-1 高表达能抑制肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α 的分泌，上调抗凋亡基因，激活抗氧化系统发挥肺保护作用。此外，该课题组进一步研究了HO-1 修饰间充质干细胞减轻肺IRI 的机制[13]，发现HO-1 能上调肺移植术后超氧化物歧化酶水平，加速氧自由基清除，通过抗氧化应激减轻无心跳供者肺移植术后IRI，HO-1 修饰间充质干细胞使HO-1呈高表达，进而促进间充质干细胞存活，并在肺IRI 模型中显示出协同保护作用。

1.3 热休克蛋白22

HSP22 是小热休克蛋白（small HSP，sHSP）亚家族的重要成员之一，它可以减轻肺IRI。sHSP 是防止蛋白质聚集的第一屏障，在应激反应中维持蛋白质的稳态[14]。已有研究表明HSP 可以通过抑制生物膜脂质过氧化、维持DNA 和线粒体功能来保护氧化损伤的细胞[1]。HSP22 的主要功能是分子伴侣、凋亡调节、抗氧化以及激酶活性[15]。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是提示组织损伤的脂质过氧化指标。在肺IRI模型中，HSP22 转基因鼠肺组织HSP22 的过表达通过抑制脂质过氧化和细胞凋亡对肺IRI 发挥保护作用[1]。实验观察到转基因IRI 组MDA 含量低于野生型IRI 组，转基因IRI 组肺组织未见肺泡腔明显水肿、坏死或肿大，仅观察到少量炎症细胞浸润，而野生型IRI 组有明显的肺泡及肺泡间隔结构破坏，同时脱氧核糖核酸末端转移酶介导的dUTP 缺口末端标记（terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling，TUNEL）染色结果显示转基因IRI组细胞凋亡较野生型IRI 组明显减少。这一研究发现为减轻肺移植术后IRI 提供了新思路。

1.4 热休克蛋白70

转染HSP70基因的大鼠也能通过抑制细胞凋亡、氧化应激及促炎因子的产生明显减轻肺IRI 带来的肺组织损伤，HSP70 通过沉默信息调节因子（silent information regulator，SIRT）1/腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）/ 内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）信号通路对肺起保护作用[16]。因此，通过HSP70 干预SIRT1/AMPK/eNOS 信号通路有望成为减轻肺IRI 的新策略。

2 心脏移植与热休克蛋白

迄今为止，心脏移植仍然是解决终末期心脏疾病的重要治疗方案，但早期心肌IRI 和排斥反应以及后期心脏移植物血管病变（cardiac allograft vasculopathy，CAV）仍然是影响心脏移植术后生存率的重要因素。心脏移植作为一种应激刺激可诱导HSP 表达。

2.1 热休克蛋白27

HSP27 具有抗氧化、抗凋亡和稳定细胞骨架的作用[17]。CAV 是心脏移植术后长期并发症之一，同时也是导致心脏移植术后心源性死亡的重要原因[18-19]。与早期发生CAV 的患者相比，心脏移植术后远期无CAV 患者的心脏活组织检查发现HSP27 含量更高，说明HSP27 在CAV 中发挥了保护作用[3]。针对同种异体心脏移植急性排斥反应实验模型的研究结果也显示，发生急性排斥反应时HSP27 通过内源性凋亡途径发挥抗凋亡、抗炎作用。此外，HSP27 还能降低心肌肌钙蛋白I活性、降低心肌组织的促炎因子TNF-α、白细胞介素（interleukin，IL）-1β 和IL-6 水平来减轻心脏IRI[20]。

2.2 热休克蛋白90

HSP90 具有抗凋亡作用，阻止B 淋巴细胞瘤-2 家族促凋亡因子BH3 交叉域死亡受体激动剂（BH3-interacting domain death agonist，Bid）的分裂来介导二氮嗪对低温保存鼠心脏的抗凋亡作用。二氮嗪可以抑制Bid 裂解和细胞凋亡，而HSP90 特异性抑制剂17-丙烯氨基-去甲氧基-格尔德霉素（17-N-allylamino-17-demethoxygeldanamycin，17-AAG）可以降低这种保护作用[21]。最近动物实验研究提示，在利用心脏死亡器官捐献（donation after cardiac death，DCD）供者进行心脏移植时，一种新型HSP90 抑制剂雷公藤红素能减轻功能性和结构性的心肌细胞损伤，从而减轻IRI[22]。此外，更有研究发现HSP90 抑制剂17-二甲胺乙胺基-17-去甲氧基格尔德霉素（17-dimethylaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin，17-DMAG）对异体移植的急性排斥反应有治疗作用[23]，与对照组相比，使用17-DMAG 的实验组小鼠体内反应性脾细胞和CD4+T细胞和CD19+B 细胞明显受到抑制，并且活化的自然杀伤细胞数量也有所减少，这也就解释了使用HSP90抑制剂17-DMAG 的心脏移植小鼠术后存活时间较长的原因。因此，这也为我们研究如何减轻移植心脏损伤提供了新思路。

2.3 热休克蛋白70

HSP70 具有抑制炎症反应、抗氧化作用[24]。诱导HSP70 可以调节多种细胞内蛋白（如转录因子、酶和细胞凋亡相关蛋白）和信号通路形成一个复杂的网络，从而有助于减少活性氧的积累，并且细胞内HSP70 通过抑制促炎信号通路发挥抗炎作用。

3 肝移植与热休克蛋白

肝IRI 是早期移植物功能障碍和急性或慢性排斥反应的主要危险因素，也是肝移植失败的原因之一。其机制主要包括先天免疫细胞活化和氧化还原反应增强。缺血期间供者损伤导致肝细胞死亡和危险相关分子模式释放，随后再灌注引发活性氧生成、炎症细胞活化、肝细胞损伤及最终器官衰竭。

3.1 血红素加氧酶-1

HO-1 在肝移植过程中的作用机制不同于肺移植。在缺血应激下诱导的HSP32 是肝细胞保护机制的重要组成部分，主要通过Toll 样受体4（Toll like receptor，TLR4）、SIRT1、自噬信号通路发挥肝移植的抗炎作用[25]。

3.2 热休克蛋白27

HSP27 对肝IRI 具有保护作用。有研究揭示在肝脏枯否（Kupffer）细胞中过量表达HSP27 可能通过减少细胞坏死和凋亡、减轻炎症来保护肝脏IRI。利用HSP27 对细胞的保护机制可能为围手术期肝IRI 管理提供新的治疗方法。

3.3 热休克蛋白72

HSP72 具有蛋白质折叠、凋亡通路抑制等多种活性[26]，热休克预处理可以通过HSP72 减轻实验鼠IRI[27]。另有研究表明，与肝移植再灌注后30 min 相比，再灌注后4 h 血清HSP60 含量明显升高，再灌注24 h后持续下降至术前水平[28]。不过，HSP60 在肝IRI 中的保护作用还需进一步研究。

3.4 热休克蛋白70

HSP70 对肝IRI 同样具有保护作用[29-31]。诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）能减轻肝IRI[29]，其机制可能是iNOS 增加热休克因子与HSP70 基因启动子的结合来上调HSP70表达，进而发挥肝保护作用，抑制HSP70 能部分逆转iNOS 过表达介导的肝保护作用。因此，HSP70是iNOS 减轻肝IRI 的关键分子。不仅如此，在高压氧减轻肝IRI 动物模型中，HSP70 抗体干预后，高压氧减少肝脂质过氧化和减轻炎症的作用明显降低，MDA 和MPO 水平均高于仅使用高压氧处理组，表明HSP70 通过抑制肝细胞炎症和氧化损伤来减轻肝IRI[30]。此外，在15 min 热处理（42 ℃）后可诱导HSP70 表达进而显著减轻肝IRI[31]。这些研究均说明HSP70 对肝IRI 有保护作用。

4 肾移植与热休克蛋白

肾移植是开展最早也是发展最快的器官移植，但同样也面临着排斥反应及IRI，因而及早发现并诊断排斥反应尤为重要。

4.1 热休克蛋白90α

HSP90α 与肾移植术后急性排斥反应有关。HSP90 包括4 种亚型：HSP90α、HSP90β、Grp94 和TRAP1[32]，其中HSP90α 是HSP90 的应激诱导型，受到应激刺激后表达显著增加。有学者发现HSP90α在肾移植术后呈高表达，初步研究表明急性排斥反应引起的细胞损伤会释放HSP90α 到血清中导致HSP90α 含量升高[33]。因此，HSP90α 可能是一种新的生物标志物，有助于检测肾移植受者的急性排斥反应。

4.2 热休克蛋白60

HSP60 具有自身反应性特点，可促进炎症因子和调节因子的产生[34]。与病情稳定的患者相比，肾移植术后发生慢性排斥反应的患者表现出HSP60 高反应性。肾移植受者外周和浸润细胞中均存在HSP60自身反应性单核细胞，这些细胞对自身抗原产生炎症和调节因子。还有研究发现，HSP60 和HSP70 反应性T 细胞增殖与排斥反应相关[35]。

4.3 热休克蛋白72

HSP72 具有提示肾小管完整性的功能。肾移植难免发生缺血性损伤，肾小管细胞完整性丧失是缺血性肾损伤的一个特征性表现。对肾移植IRI 模型进行研究发现，受体术后早期尿液HSP72 含量明显高于对照组，尿液HSP72 升高提示肾小管完整性丧失，也为临床提供了一种新的非侵入性检测缺血性肾损伤的方法[36]。

4.4 热休克蛋白70

HSP70 能够保护细胞免受器官缺血、氧化应激和热损伤[23,28]。HSP70 是由HSP-1 基因和HSP-2 基因组成，在DCD 肾移植动物模型中，HSP70-1b 在热缺血前30 min 表达上调，在180 min 内HSP70 总体表达率升高[37]，由此推测，在DCD 热缺血前30 min，HSP70-1b 可能是衡量细胞反应的关键蛋白。

5 小结

HSP 在器官移植中通过多种途径发挥抗炎、抗氧化、抗凋亡等生理作用[34-35,38]。HO-1 通过降解血红素发挥抗氧化、抗炎作用；HSP22、HSP27、HSP70、HSP72 与IRI 有关；HSP90α 不仅具有抗细胞凋亡的作用，还可以检测肾移植术后排斥反应；HSP60自身反应性不仅促进炎症因子和调节因子产生，还与肝移植IRI 有关。大部分HSP 的具体作用机制尚未完全阐明，有待深入研究。本文阐述了HSP 家族与器官移植的相关性，综合分析了它们在器官移植各个阶段的作用，有望为解决器官移植供者保护、IRI及移植术后排斥反应等问题提供参考。