热休克蛋白HSP对细胞凋亡的调节作用（一）
细胞凋亡是生物发育过程中或在正常生理状态下清除衰老及受损细胞的一种普遍现象。细胞凋亡的发生受胞外或胞内的多种刺激源所诱导，其中热休克蛋白（热激蛋白）是细胞凋亡的调控因子之一。细胞是通过调节自身的防御系统来适应环境胁迫，并且根据胁迫程度的强弱，利用自身遗传机制或调控自身状态抵抗胁迫，或主动诱发细胞死亡。细胞死亡有两种形式：细胞凋亡和细胞坏死。
细胞凋亡：是一种依赖于能量的、普遍存在的生理过程，受一些在进化上保守的基因所表达蛋白的调控。热休克蛋白(heat shock protein，HSP)被认为是生物进化上最保守的蛋白家族之一，经研究表明，HSP与细胞凋亡关系密切，尤其是HSP70、HSP27对热激胁迫、氧化胁迫、电离辐射等引起的细胞凋亡具有保护作用。
一.热休克蛋白与细胞凋亡
细胞凋亡是一种由基因控制的细胞自主性死亡。它是指在一定的生理或病理条件下，有核细胞启动细胞内的特定程序(自身的遗传机制)，通过激活内源DNA内切酶，导致细胞自然死亡。细胞凋亡的特点在于特异的形态和生理变化：形态上的变化包括细胞收缩、质膜出现孔隙、细胞核浓缩和胞体自行分割成许多由膜包裹的超微结构完整的细胞体，称凋亡小体(apoptotic body) ；而生理上的变化包括核DNA的断裂，以及caspases (cysteine as-partate-specific protease)活化后生成了被部分消化的蛋白水解产物。 细胞凋亡是一个高度精确调节的过程，它首先对初始的刺激产生响应，尔后在一些激酶和调节因子的作用下发生一系列级联反应。
细胞凋亡过程大体可以分为三个阶段： (1)起始阶段(或信号感应阶段)，包括细胞表面死亡受体的激活，主要是肿瘤坏死因子(TNF)家族成员 ； (2)信号转导阶段(或准备阶段)，包括caspases感应器和特定激酶/磷酸酶的活化； (3)执行阶段(或死亡阶段)，主要是caspases效应器的活化。对细胞凋亡的调节主要发生在信号转导通路的交叉处。
表达热休克蛋白是细胞受高温胁迫后在分子水平上最主要的响应之一。 根据相对分子质量大小，热激蛋白可被分为五个保守的家族：HSP100、HSP90、HSP70、HSP60和sHSPs(相对分子质量约1.6×104－4.2×104)。 热休克蛋白是细胞中一种重要的调节蛋白，细胞的许多生理机能，如细胞增殖、细胞周期的维持等，都与热激蛋白有关。热休克蛋白的另一重要生理功能是保护细胞抵抗环境胁迫。通常认为热休克蛋白可以通过阻止蛋白质的变性以及促使变性蛋白复性，保护胁迫条件下的细胞少受损伤。 近年来的研究表明，热休克蛋白家族的重要成员，如HSP90、HSP70、HSP27等，通过介入细胞凋亡信号转导通路而直接影响细胞凋亡，它们作为细胞凋亡调控的关键因子发挥了重要作用。
二.热休克蛋白对caspase依赖型细胞凋亡的调节作用
caspases是一类蛋白裂解酶，在细胞内以无活性的酶原(procaspases)形式存在，当作用于胞内特异性底物后引起细胞凋亡。Thornberry和Lazebnik[1]报道的caspases大约有14种，可以分为三个类群：起始、激发和效应caspases。在不同的细胞凋亡途径中，caspases的激活是一个级联反应。通过caspase级联，细胞可将凋亡信号逐级放大和整合。
热休克蛋白在caspase依赖型细胞凋亡的调节过程中扮演了十分复杂的角色。一方面，由于热激蛋白对细胞的保护功能，它们抑制细胞凋亡；另一方面，它们又作为一种关键的信号蛋白分子伴侣而直接地促进了细胞凋亡。我们将通过细胞凋亡信号通路的不同起始位点，来阐释热休克蛋白是如何在调节细胞凋亡的过程中发挥双重作用的。
A. 起源于原生质膜的凋亡信号及HSP的调控：
原生质膜上细胞凋亡起始阶段的主要参与者是死亡受体，例如Fas(Apo-1/CD95)受体家族。Fas受体是TNF受体超家族的一个成员，在多种细胞、组织(主要是免疫细胞)中广泛表达。该受体为跨膜蛋白，包括富含半胱氨酸的胞外区和胞内的死亡结构域。当Fas受体结合于其抗体或同源配体后，可以诱导一些蛋白的磷酸化，并触发细胞凋亡。FADD(Fas-死亡结构域接合蛋白)和接头蛋白Daxx，是两个下游的接合蛋白，分别介导了两个独立的细胞凋亡信号转导通路。 HSP家族成员在Fas “死亡受体”通路中发挥了重要的作用。接头蛋白Daxx从细胞核到胞质的定位是其促进细胞凋亡所必需的一个环节，磷酸化的HSP27通过封闭Daxx与细胞凋亡信号调节激酶1(apoptosis signal regulating kinase1，ASK1)之间的相互作用阻止了这种形式的转运，从而抑制了Fas-介导的细胞凋亡。HSP90协助来自原生质膜的细胞凋亡信号的转导，促进死亡结构域激酶以及受体相关蛋白的活化，从而使细胞对TNF诱导的细胞凋亡十分敏感。此外，HSP90的同体蛋白——HSP75/TRAP-1与TNF受体发生互作，可能促进了TNF的信号转导。 在执行阶段的晚期，细胞凋亡的特征是细胞形态的显著变化，包括膜破裂形成囊泡状结构，以及磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)暴露于膜的表面。HSP参与了膜囊泡的形成：有学者认为：HSP27作为一种帽结合蛋白与F-肌动蛋白形成了HSP27-F-肌动蛋白环，起到了分割膜囊泡的作用。细胞丧失原生质膜磷脂的不对称性导致PS暴露于原生质膜的外层，HSP在PS表面化的过程中所起的作用尚不清楚，但表面化的PS可被免疫系统所识别，其中的HSP90类似物——Grp94协助了识别作用的发生。
B.起源于细胞溶质的凋亡信号及HSP的调控
在细胞溶质中，应激激酶是调节细胞凋亡信号转导通路的重要元件。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-acti-vated protein kinases，MAPKs)是真核细胞介导细胞反应的重要信号系统，c-Jun NH2末端激酶(c-JunN-terminal kinase，JNK)是其中的一员，与细胞凋亡通路中一些分子的修饰有关，如JNK介导的对Bcl-2蛋白家族抗细胞凋亡成员——Bcl-2和Bcl-XL的磷酸化作用，可以抵消它们的部分功能，促进了细胞色素c从线粒体的释放，而细胞色素c作为胁迫传感器(stress sensor)被释放到胞质中，可以引发细胞执行凋亡程序。另一种应激激酶ASK1是一种丝裂原-活化的蛋白激酶激酶激酶(MAPKKK)，能够将JNK磷酸化并引发细胞凋亡响应。 HSP70在应激激酶通路中具有普遍的抑制作用。HSP72是ASK1的直接抑制剂：体外实验证明HSP72与ASK1激酶可发生物理相互作用，HSP72的表达抑制了H2O2-介导的ASK1的活化以及随后发生的NIH 3T3细胞的凋亡。CHIP(HSP70-互作蛋白的C-末端结构)通过抑制ASK1的活性，削弱了氧化胁迫中依赖于ASK1的细胞凋亡[11]。HSP72也直接地与JNK的多肽结合域发生互作，通过反义RNA的方法证明了HSP72的积累导致了JNK表达水平的下降[12]。HSP70家族的另一个成员——HSP105α在神经元PC12细胞中组成型表达，也通过抑制JNK的活性保护细胞抵御胁迫诱导的细胞凋亡。HSP90是很多激酶折叠和活化所必需的蛋白。HSP90-Raf1复合体的解离诱导了JNK的活化，并引发了杆状细胞和B-淋巴细胞凋亡的发生。
