热休克蛋白在创伤愈合过程中的作用研究进展

林晶晶 张倍宁 姜楠， 崔彦，

皮肤伤口愈合是一个复杂的过程，涉及一系列精准事件的调控，需要细胞、细胞因子和细胞外基质成分之间的协调和相互作用［1］。热休克蛋白（heat shock proteins，HSP）在皮肤发育及多种病理生理过程中既参与调控表皮细胞生长增殖、迁移分化及凋亡，也参与细胞内蛋白表达、信号因子传导等功能调控。在应激状态中，HSP对细胞具有保护作用。在创伤愈合过程中，HSP同样发挥重要作用［2-6］。基于HSP的创伤愈合及靶向治疗亦显示出其潜在的临床应用价值，并涉及创伤外科和军事医学等相关领域。本文对此作综述如下。

一、HSP的基本特性与分类

HSP是一组在结构上高度保守、具有重要生理功能的特殊蛋白质分子，广泛存在于自然界的原核和真核细胞中。Ritossa等于1962年在制备果蝇唾液腺细胞染色体过程中，无意中调高了孵箱温度，结果从25℃～30℃的环境变化中观察到一种特异的染色体疏松现象，显示某些位点转录活性增加，遂将其称之为热休克反应［7］。Tissieres等［8］于 1974年用放射自显影技术证实了热休克反应中转录合成的一组特殊蛋白质，命名为HSP。1993年Blachere等［9］研究发现，肿瘤组织来源的HSP70具有抗肿瘤特异性免疫机能，随后其生物学功能和免疫治疗前景得到更为广泛的关注并取得重要研究进展［9-10］。

HSP具有高度的保守性和同源性，这一特性不仅体现在同一生物体的不同组织，不同种属之间的HSP也具有同源性。HSP具有分子伴侣活性，涉及广泛的分子调节过程，在生理和病理状况下均发挥重要作用。在蛋白质层面，HSP维持细胞骨架功能稳定，参与转录、翻译，促进蛋白成熟，协助蛋白质正确折叠并降解错误折叠蛋白；在细胞功能层面，HSP参与细胞内转运、调节信号通路、免疫应答等［3，11］。

正常情况下，细胞内HSP处于持续性低表达状态，当受到内外各种理化刺激因素后，HSP的表达明显增加，所以又被称为应激蛋白（stress proteins，SP）。多种应激因素可诱导表达HSP，因而其又被称为SP。能诱导HSP产生的不良因素不仅限于热刺激，尚包括缺血、缺氧、过氧化、低血糖、紫外线、γ射线、外伤、病毒和细菌感染以及某些化学物质如乙醇、亚砷酸钠、砒霜等中毒［4，12］。其中HSP70在应激状态下能骤然启动合成程序，几分钟或几十分钟即达高水平表达并聚集核内包围核仁，表现为经典预适应（快速相）和晚期预适应（延迟相）两种时相特征，表达水平与组织细胞抗损伤及自身保护修复能力密切相关。在应激状态下，HSP有细胞保护作用，可以提高细胞的应激能力，抑制细胞凋亡，促进创伤愈合［13］。研究证实，HSP自分泌作用于胞内，其作用并不局限于细胞内，它可以通过特殊的通道分泌出胞，作用于胞内、外HSP受体进而在全身多器官系统发挥广泛而重要的作用［14］。另外，HSP的应激生成具有交叉耐受特点和生理老化现象，其作用有双刃剑作用。

目前按分子量及等电点不同而将HSP分为以下几种：HSPl00（100×103～110×103）、HSP90（83×103～90×103）、HSP70（66×103～78×103）、HSP60及小分子 HSP（sHSP）等。也有按功能和分布分为应激诱导型（HSP70，HSP70hom）、结构型（Hsc70）、线粒体型（mt-HSP70/Grp75）以及内质网型（Grp78/BiP）［12，15］。

二、HSP与皮肤创伤愈合

皮肤是人体最大的器官，皮肤创伤愈合可以分为三个阶段：炎症期、增殖期和创面重塑期，其中发挥主要作用的细胞有角化细胞、成纤维细胞和内皮细胞，这些细胞的增殖和迁移是伤口愈合、纤维增生和新血管形成的生理基础。HSP在皮肤创面愈合各阶段的表达有一定特殊性，其调控作用在创面愈合过程中具有重要意义［2，15-17］。

1.HSP的抗凋亡作用：近年来HSP已被确认为细胞生存的决定性因素之一，在应激条件下不但能防止细胞死亡，也能防止细胞凋亡［18］。有学者研究发现，烧伤情况下HSP90能提高HaCaT细胞（人永生化表皮细胞株）生存率，抑制其凋亡，局部应用HSP90可能成为潜在的烧伤治疗新方法［19］。早期研究发现，人角质细胞微注射HSP27抗体模型及急性紫外线损伤模型实验结果显示，HSP72表达下降可加剧实验细胞的死亡和凋亡，证实HSP72对紫外线损伤细胞具有保护作用［20］；应激状态下HSP27能保护细胞免于死亡［21］。Matsuda等［22］构建转基因 HSP70小鼠，证实 HSP70具有保护表皮免受紫外线诱导辐射伤害的作用，这种保护作用通过抗凋亡、抗炎和抗DNA损伤来介导。Acunzo等［23］研究发现，小热休克蛋白（small heat shock proteins，sHSP）包括sHSP27、αB-晶体和HSP22等具有保护细胞免受致命条件影响的作用，主要通过参与细胞死亡途径调节，包括细胞坏死、凋亡或自食。在细胞死亡过程中，sHSP在分子层面上发挥相关功能作用：（1）预防变性蛋白的聚集。（2）调控Caspase活性。（3）调控细胞内氧化还原状态。（4）保持肌动蛋白聚合与细胞骨架完整。（5）蛋白酶体介导的选择性蛋白质降解。sHSP27、αB-晶体和HSP22等可作为调节细胞死亡凋亡途径的潜在靶标［23-25］。

2.HSP的抗炎作用：研究发现，创伤修复过程中组织细胞中HSP70表达具有抑制炎症反应的作用［26］。Crowe等［27］利用基因敲除技术建立HSP-B1缺陷型小鼠模型，与对照组野生型小鼠相比，HSP-B1缺陷型小鼠创面愈合时间明显延长，不仅出现上皮细胞再生障碍和胶原蛋白沉积，同时伴有炎症反应，并且成纤维细胞炎性因子IL-1和IL-6分泌明显升高，实验证实了HSP-B1对炎症基因具有调节作用。有关HSP27的研究表明，其在皮肤炎症反应中具有保护作用，并通过调控NF-kappa B来调节IL-8和前列腺素PGE-2等炎性细胞因子［28］。在病毒感染时胞内 HSP27、p38和 NFκB-p65信号因子通路活化，该信号通路影响下游炎性因子表达。研究表明，角化细胞对HSP70的生成与吸收以及对慢性炎症性皮肤病具有重要影响［29］。表皮细胞中HSP70的最主要来源是角化细胞，有趣的是角化细胞上还存在HSP70受体，能够选择性地吸收HSP70和HSP70肽复合物［30］。由此可见，HSP在急慢性炎症中发挥重要调控作用，其作用机制与细胞内外炎性因子的调控密切相关。

3.HSP的促细胞增殖和迁移作用：在皮肤创面愈合过程中，细胞的增殖、迁移及分化至关重要，特别是角质细胞和内皮细胞。创面愈合过程中HSP表达模式不同于正常表皮细胞的表达，在新生表皮细胞中HSP表达与创口内角质细胞的增殖、迁移及分化有关［31］。在应激状态下，HSP27能启动处于静止状态的细胞进入细胞周期，促进细胞G1/S转变，起到促进增殖的作用［32］。HSP90能加快皮肤HaCaT细胞的迁移，加速创面愈合过程［19］。从另一角度展开的研究亦证实了这种作用。Crowe等［27］进行HSP-B1基因敲除实验，引起成纤维细胞增殖减少，导致再上皮化障碍。Bruns等［33］进行小鼠股动脉造模实验，发现无论抑制HSP70或HSP90均会造成内皮细胞再生障碍，阻断体内血管修复，表明HSP70-HSP90轴可以调节内皮细胞胞内信号因子，促进内皮细胞迁移、血管发育和组织修复。Duval等［34］研究发现，HSP90的酪氨酸残基Y300磷酸化是一种新型可调控的伴侣蛋白质的翻译后修饰，证实其能通过调控内皮细胞NO的释放从而在血管内皮生长因子（VEGF）促血管生成过程中发挥重要作用。显然，HSP轴在VEGF调节、内皮细胞增殖、迁移、一氧化氮分泌、血管生成等众多环节中发挥重要作用。

4.HSP与瘢痕生成：瘢痕疙瘩是受损伤组织修复过程中出现的异常愈合反应，病理特征为胶原过度合成与沉积，长期以来是临床上的一个棘手问题。各种损伤都可能导致瘢痕形成，包括外伤、手术、烧伤，以及炎症性疾病，如毛囊炎或带状疱疹等［17，35］。Totan等［36］的实验研究结果显示，瘢痕组织中HSP42和HSP27含量与正常组织相比，呈过表达状态，认为HSP在瘢痕形成过程中起关键作用，探讨其间的相互作用机制，有望平衡伤口愈合过程中的各种交集因素，达到调控瘢痕形成的目的。另有研究证实，HSP47本质是一类具有胶原蛋白生成和分泌特异性的分子伴侣，miR-29b可以通过逆转录抑制HSP47的表达，从而降低皮肤创面愈合中胶原的合成，减少瘢痕产生［37］。胶原蛋白最稳定的结构为三重螺旋结构，而HSP47可抑制胶原束的形成。实验研究证实，将HSP47的干扰RNA（shRNA）移植到动物瘢痕模型中，与对照组相比，HSP47-shRNA质粒转染后，HSP47的mRNA和蛋白水平均显著降低，动物瘢痕模型的体积和瘢痕内主要胶原的表达都相应减少。HSP47在多种胶原蛋白的成熟、聚集中必不可少，抑制HSP47表达，胶原蛋白沉积相应减少，同时能阻断纤维化进展［38-40］。一系列研究表明，HSP不仅与组织瘢痕形成的机制相关，亦具有潜在的预防和治疗疤痕以及胶原相关疾病的作用和价值。

三、总结与展望

长期以来一直认为，HSP作为分子伴侣维护蛋白质正常构像，调整蛋白质的折叠、装配、转运和降解，并参与应激状态下的细胞保护。进一步研究发现，HSP在细胞创伤保护和创面愈合过程中发挥重要作用，其具体机制和信号通路有待进一步研究，而有关疤痕的HSP靶向治疗和预防研究已成为基础及临床研究者更加关注的问题。如何在创伤愈合中有效诱导或抑制HSP生成，如何利用其双刃剑作用等特性做到趋利避害、有效把控、精准调节，这些技术性的问题尚待解决。相信随着研究工作的不断深入，HSP在创面愈合治疗中的应用会有更广阔的前景。

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