第四章 热休克蛋白与免疫

第四章热休克蛋白与免疫

(Heat Shock Protein and Immunity)

一、概述

热休克蛋白(heat shock protein,HSP)是一类具有重要生理功能，参与免疫应答的高度保守的蛋白质分子大家族。根据其分子量大小和同源程度，可将其分为HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、小分子HSP等几个家族。生理、病理(如创伤和感染)及环境因素(如温度突然升高)等都可诱导一切生物细胞包括原核细胞和真核细胞产生HSP，又称应激蛋白(stress protein，SP)。

HSP的生物学功能广泛，不仅表现在应激条件下维持细胞必需的蛋白质空间构象，保护细胞生命活动，以确保细胞生存，而且在蛋白质折叠、跨膜运输、转位、细胞骨架及核骨架稳定等基本功能方面发挥重要作用，以调节这些蛋白质的活性和功能。HSP自身又不参与大分子蛋白质的组成，又被称为“分子伴侣”(molecular chaperon)。

最先发现HSP的是Ritossa(1962年)，他观察到正常果蝇暴露于高温，发生休克后，其唾液腺染色体变得疏松膨胀，对此现象的发生原因，他未能作深入的研究。12年后，Tissieres等(1974年)证实，增高温度时果蝇染色体蓬松是由热休克激发染色体内基因转录合成特异蛋白质引起的，遂将该蛋白称为热休克蛋白(HSP)。

Nover(1984年)与Soger等(1987年)先后阐明编码这种蛋白质的基因序列、基因结构及位点，如编码HSP70的基因在人类MHC基因位点图上介于补体成分基因与肿瘤坏死因子(TNF)基因之间；在大鼠，则靠近MHC-Ⅲ类抗原基因，在小鼠，HSP84基因与MHC连锁。

除了温度刺激以外，还发现其它一些有害的理化因素，如氧化剂、重金属、乙醇或代谢抑制物等亦可促使HSP的合成增加。在机体遭遇组织损伤、病原体感染、炎症或遇有某些细胞因子(IL-1、IL-2、TNF、IFN)的刺激，皆会伤害细胞，使其蛋白质构型发生改变及功能消退，从而引起细胞的应激反应，诱导机体某些细胞合成HSP，以保护细胞和对抗有害因子。

Ames等(1986年)及Filds等(1986年)分别用小剂量H

2O

2

预先处理能高表达HSP、细胞

内感染的鼠伤寒沙门氏菌，使其合成HSP，结果能耐受致死量H

2O

2

或高热度攻击而不死；另

一方面用同量的H

2O

2

预先处理缺乏HSP基因表达的感染该菌的变异株，随后用高剂量的H

2

O

2

或热攻击，结果病原体和感染细胞皆失活，因缺乏产生HSP之故。

Srivastava(1996年)从甲基胆蒽诱发的小鼠纤维瘤细胞上分离得到HSP70，并证实可作为一种肿瘤转移性抗原诱发宿主的抗肿瘤免疫反应。Tamura等(1993年)也在H-ras转化的小鼠纤维肉瘤细胞W31上证实其表达HSP70，并发现一种CD8-CD4-双阴性T细胞介导了HSP70诱发的抗肿瘤免疫反应，这种CD8-CD4-双阴性T细胞后来被证实为γδT细胞。近年来证实HSP及其相关复合物是γδT细胞能识别的配体。

近十几年来，发现某些HSP具有分子伴侣作用后，HSP研究工作产生了一次飞跃，成为目前生命科学的热点课题。

HSP广泛分布于生物界，在动物、植物、微生物及人类中普遍发现了HSP，其功能也是多种多样的。

二、HSP的分类

(一) HSP分类的依据

HSP按其同源程度及分子量大小可分为，HSP110家族、HSP90家族、HSP70家族、HSP60家族、小分子HSP家族及泛素(ubiquitin，Ub，广泛分布于细胞浆及细胞核的小分子蛋白，有结合DNA的功能)家族。

分类方法是将放射性核素标记的各种必要氨基酸加入拟检测的细胞群中，进行温育、加热或应激处理，作SDS-PAGE电泳分离，以放射自显影进行检测和鉴定，根据生成的蛋白质的分子量，以千道尔顿(kD)单位对HSP命名，如HSP60，即此种HSP的相对分子量为60kD。由于不同细胞产生的各个家族HSP及其成员间常有40%-70%以上的序列同源，必要时需以Western blot做进一步鉴定。

(二) HSP家族及其成员

用上述方法可将HSP分为不同的家族及成员，具体见表4.1。

表4.1 HSP的家族、成员及其主要功能

家族主要成员主要功能

HSP90 HSP90 阻止类固醇受体结合至DNA，酪氨酸激酶磷酸化

HSP87 HSP84 HSP83 肿瘤防护及自身免疫性

HSP70 蛋白质折叠、去折叠、转运、多聚复合体装配

gRP80 Ig装配，MHCⅡ类抗原处理，多种病原体抗原，自身免疫性

gRP78 蛋白质折叠、去折叠、多聚复合体装配

HSP70 PBP72/74 多种病原体抗原，自身免疫性

HSP70、HSP60、HSP65、HSP60 蛋白质降解

HSP58 GroEL MHCⅠ类抗原处理

小HSP HSP35、HSP28、HSP27、HSP25、HSP22、Ub 淋巴细胞归巢，自身免疫性注：①PBP72/74是由HSP70派生的肽结合蛋白(peptide binding protein)；②BiP(binding protein)是结合蛋白，主要结合Ig重链进行装配；③HSC(heat shock potein cognat)，指组成型HSP70；④GroEL 相关蛋白是Q热、梅毒、结核、麻风等许多微生物感染的主要抗原。

一个家族的成员，除分子大小相似外，还具有一些共同特征。

不同种属生物有相似的HSP家族。

在系统发育中，某一特定家族的氨基酸顺序与功能极为保守，同源性上可达50%以上，例如分枝杆菌的HSP65与大肠杆菌的HSP65在其296位-420位氨基酸残基片段有65%的序列同源，用单抗检测也有明显的交叉性反应，表明两者抗原性相似。

三、HSP的特性

(一) 氨基酸组成的保守性

HSP是由一些核内基因编码的保守蛋白质，在生物界进化中，是最保守的组成成分。已知人体细胞与细菌等原核细胞，在生物种系进化史上相距至少约15亿年，但是迄今它们受热休克或应激诱导产生的HSP都有显著的同源性(hamology)，即相差极大的不同种生物细胞产生的这类蛋白，分子序列大部分都相同或类似，例如由各种分枝杆菌产生的HSP65与由人细胞、寄生虫及其他细菌产生的HSP65，用Western blot检测有50%以上的氨基酸序列同源，用McAb检测有明显交叉反应，它们之间有相同的抗原性，表明HSP是进化最保守的蛋白质。