C.起源于细胞核的凋亡信号及HSP的调控
细胞核内DNA的断裂是细胞凋亡的一种生化特征，是由于特异的核酸内切酶活化后将染色质切割成较短的DNA片段。但是，DNA的损伤也可能是一个细胞凋亡级联反应的早期信号转导事件，经研究认为：当DNA发生断裂后，组蛋白H1.2转运至细胞质，通过激活Bcl-2蛋白-Bak，促进了细胞色素c的释放。 HSP在保护细胞免受各种胁迫刺激所导致的DNA损伤的过程中起到了主要的作用。胁迫发生后，大多数HSP都转运至细胞核，其中HSP27和HSP70家族成员主要在细胞抵抗氧化胁迫所造成的DNA损伤中起保护作用，过量表达HSP25可以降低TNF-α处理所造成的氧化性DNA损伤。小部分的HSP90在胁迫发生后也转运至细胞核，HSP90紧密地结合于组蛋白，诱发了染色质的压缩凝聚，从而避免了DNA受到严重损伤。 DNA损伤的一种相当特异的形式与端粒的缩短伴随发生。染色体末端端粒区的临界长度大约为7kb时，细胞进入衰老状态，有可能进一步发生细胞凋亡。端粒酶负责合成和维持端粒区的长度。HSP90直接与端粒酶发生互作，协助了其酶活性的发挥，经研究证明，HSP90能够增强前列腺癌细胞中端粒酶的活性。
D.起源于线粒体的凋亡信号及HSP的调控
线粒体是细胞凋亡事件的中枢协调者，许多细胞凋亡信号转导通路汇集于线粒体，引发了线粒体膜的渗漏。经线粒体介导的凋亡信号通路其重要特征是凋亡小体的形成：细胞色素c从线粒体的释放驱动了相对分子质量较大的caspase活化复合物装配成凋亡小体。凋亡小体中寡聚化的细胞凋亡激活因子-1(apoptosis protease activating factor-1，Apaf-1)，在dATP和caspase-9存在的条件下发生聚集，促进了细胞凋亡执行蛋白caspase-3的自我切割活化。研究表明，HSP家族成员在线粒体介导的细胞凋亡通路的调节过程中发挥了重要的作用。 专家们通过免疫共沉淀实验证明，HSP27与细胞色素c和caspase-3酶原相螯合，阻止了凋亡小体复合物的正确形成以及其功能的执行。实际上，HSP27结合于从线粒体释放入胞质的细胞色素c，阻止了细胞色素c-介导的Apaf-1与caspase-9酶原的互作，从而特异的干扰了caspase依赖型细胞凋亡的线粒体通路。这些结果说明了HSP27的表达维持了凋亡活化过程中的线粒体功能。 线粒体HSP60以及它的协同分子伴侣——HSP10，能够与caspase-3酶原发生互作，诱导细胞色素c的释放，从而促进了Jurkat细胞的凋亡的发生。与之相反的是，也有学者证明胞质HSP60可以与多种抗细胞凋亡分子(如Bax或Bak)相螯合，协助它们执行功能，这说明HSP60在凋亡调节过程中发挥了双重的作用。
在体外，用纯化的HSP70进行实验证明了它对细胞色素c/dATP-介导的caspase的活化具有抑制作用，但不抑制Apaf-1的寡聚化，HSP70通过直接与Apaf-1缔和而阻止了功能性凋亡小体的形成，抑制了细胞凋亡过程。相反，在小鼠胚胎F9细胞中过量表达HSP70同系物——HSP105α，能够诱导细胞凋亡的发生。HSP90直接与Apaf-1结合，阻止了凋亡小体复合物的形成。除此之外，HSP90表面的活性半胱氨酸，可以降低细胞色素c的水平，表明HSP90在调节细胞氧化还原平衡的过程中起着重要的作用。
线粒体是活性氧(reactive oxygen species，ROS)形成的原初位点，是体内ROS的主要产生源。在一个正常细胞中，通常存在一个促氧化和抗氧化通路之间的平衡。当受胁迫刺激后，氧化还原环境失衡，导致了ROS的积累。ROS作为细胞损伤的信使，可以通过氧化膜脂、蛋白和DNA引起细胞的普遍损伤。ROS的过度产生与许多形式的细胞凋亡和坏死相关联。ROS的产生和HSP的诱导表达之间具有相关性。小分子热休克蛋白通过增强葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性以及轻微地激活谷胱甘肽还原酶和谷胱甘肽转移酶提高了还原型谷胱甘肽(GSH)的水平，而在多种氧化胁迫刺激下，GSH被排到细胞外环境，被认为是引发细胞凋亡的分子开关。HSP70家族成员在抵抗氧化胁迫过程中起到了与小分子热激蛋白类似的作用。例如在小鼠组织细胞中表达HSP70，可以通过抑制ROS的诱导抵御热诱导的细胞凋亡作用。
E.起源于内质网的凋亡信号及HSP的调控
内质网(endoplasmic reticulum，ER)是蛋白质合成和运输的主要场所。许多胁迫条件包括细胞内稳态平衡的破坏、ER腔内氧化环境的改变等，都能引起内质网胁迫(ER stress)并导致细胞凋亡的发生。ER至少参与了细胞凋亡过程中的两个机制：未折叠蛋白反应和Ca2+信号传输的中断。研究表明，ER蛋白酶、caspase-7和-12参与了ER胁迫-介导的细胞凋亡。未折叠蛋白反应诱导了CHOP/GADD153转录因子的活化，后者也促进了ER-诱导的细胞凋亡。 ER胁迫会诱导内质网内分子伴侣葡萄糖调节蛋白(Glucose-regulated protein) Grp78的表达。Grp78参与了多肽的跨膜转运，作为一种细胞凋亡调节剂保护宿主细胞抵抗ER胁迫-介导的细胞凋亡。体外实验证明，Grp78抑制了细胞色素c-介导的caspase的活化并进而抑制了caspase-介导的细胞凋亡。但内质网内的热激蛋白在ER胁迫-介导的细胞凋亡中的作用还不清楚。此外，在细胞凋亡过程中发现了ER与线粒体之间有明显的相互作用。这种相互作用涉及两个细胞器的接合处，使促细胞凋亡和抗细胞凋亡分子例如Bcl-2调节钙离子在接合处的流通成为可能。两种促细胞凋亡线粒体分子——Bax和Bak，被证明定位于ER并促进了caspase-12依赖型细胞凋亡。是否ER热休克蛋白也参与了对ER/线粒体连接的调节尚不清楚。
三.热休克蛋白对caspase-非依赖型细胞凋亡的调节作用
caspase-非依赖型细胞凋亡通路主要包括了丝氨酸蛋白酶类、组织蛋白酶类、钙激活中性蛋白酶类以及神经酰胺-介导的细胞凋亡，这些通路并不是以caspase的活化为中心。显然，细胞凋亡的各种信号转导通路是相互关联的，因此，“caspase-非依赖型”通路可能又与caspase-依赖型通路发生交叉。目前，对HSP在这些通路中发挥作用的研究还不多，实验证据也有限，例如已证明HSP27可以与胞质溶解产物中的丝氨酸蛋白酶A发生共沉淀。HSP70在肿瘤细胞表面表达，可以通过结合并摄取丝氨酸蛋白酶B而诱发肿瘤细胞的凋亡。此外，进一步证明HSP70对神经酰胺-介导的细胞凋亡有抑制效应。对此领域还有待进一步的深入研究。
四.热休克蛋白在细胞凋亡过程中的多效性
从死亡受体或细胞内胁迫传导出的死亡信号诱导了各种细胞凋亡分子的低聚反应和自身活化，在这些过程中都有HSP的广泛参与。细胞凋亡级联反应中各成员之间高度动态的交互作用，例如受体二聚化，caspase酶原/caspase在受体复合物的募集，dATP/细胞色素c/Apaf-1/caspase-9复合物的形成等，在大多数情况下，都受HSP的影响。作为蛋白的装配、转运和折叠的中枢调节器，HSP在细胞凋亡信号转导事件中起到了主要的调节作用。但是，它们的促细胞凋亡功能是受制约的，通常被HSP对细胞的保护作用所超越。这种微调平衡不仅是调节细胞死亡或生存的关键，而且是两种形式的细胞死亡，即细胞凋亡和细胞坏死之间的转换中枢。 总之； HSP热休克蛋白参与了细胞内的多种生理生化过程，是决定细胞命运的重要蛋白。它们是细胞的“中枢协调者”，对物理、化学和环境胁迫反应迅速且无处不在，共同作用来调节细胞的增殖、生存和死亡。HSP是细胞凋亡作用的重要调节者，参与并调控了细胞凋亡的各个事件，发挥了抗细胞凋亡或促细胞凋亡的作用，当然，对热休克蛋白在某些领域还有待更进一步的深入研究。
摘自《生命科学》08-06-02
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