張秀琴 綜述 李敬華 審校

熱休克蛋白，又稱熱應激蛋白，是機體在環(huán)境高溫及其他應激狀態(tài)下誘導合成的一組分子伴侶蛋白，具有協(xié)助細胞內(nèi)蛋白質(zhì)正確折疊、轉運、組裝的作用，保護細胞免受應激損傷及促進損傷修復，對維持細胞正常功能具有重要作用。按照分子量大小分為HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40、sHSP 6個家族。除分子伴侶作用外，HSP還具有調(diào)節(jié)免疫、抗氧化、抗炎等作用。越來越多研究證實，HSP家族與2型糖尿病的發(fā)病及并發(fā)癥的進展有關。

1 HSP110

HSP110是一組大分子HSP家族，分子量100-110KD，廣泛分布于大腦皮層、海馬、丘腦和下丘腦中。成員包括：HSP94，HSP104，HSP105，HSP110。關于HSP110家族與糖尿病關系研究較少，主要集中在其神經(jīng)保護方面。有研究報道，在環(huán)境應激下小鼠海馬中HSP105表達顯著增加，當海馬HSP105降低時出現(xiàn)抑郁樣行為[1]。HSP110還作用于巨噬細胞及T細胞，能夠同時誘導天然免疫和適應性免疫，對免疫系統(tǒng)具有雙重調(diào)節(jié)作用。糖尿病被認為存在自身免疫反應，糖尿病患者腫瘤及神經(jīng)疾病發(fā)生率明顯高于非糖尿病患者，HSP110在糖尿病中的作用有待進一步研究。

2 HSP90

HSP90是哺乳動物含量最多的蛋白，分子量為83-90KD，包括HSP90α、HSP90β、GRP94、TRAP1。HSP90在T2DM中高表達，被認為是調(diào)節(jié)糖尿病及并發(fā)癥病變的關鍵因子。有研究發(fā)現(xiàn)，抑制HSP90功能可改善肥胖小鼠和糖尿病小鼠的胰島素敏感性和高血糖[2]。在糖尿病動脈粥樣硬化斑塊中檢測到HSP90高表達，且與斑塊不穩(wěn)定有關，抑制HSP90可減輕機體炎性反應、改善糖尿病相關動脈粥樣硬化及腎損傷[3]。Zheng等[4]發(fā)現(xiàn)，肝臟HSP90與血脂水平高度相關，敲除HSP90可顯著降低中性脂質(zhì)和膽固醇的含量。以上研究提示HSP90在T2DM中可能起到誘導和促進病情進展作用。另有研究認為，HSP90能夠介導內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)活性、調(diào)節(jié)NO和超氧化物的產(chǎn)生、保護內(nèi)皮功能的作用，為糖尿病的保護性因子，但高糖可影響HSP90與eNOS的結合及eNOS的磷酸化，導致HSP90和eNOS解偶聯(lián)，產(chǎn)生大量的活性氧自由基，降低HSP90的內(nèi)皮保護功能，因此良好血糖控制有助于HSP90發(fā)揮抗應激作用[5]。此外HSP90能夠促進表皮細胞遷移，促進糖尿病創(chuàng)面愈合[6]，還可改善線粒體呼吸能力，降低糖尿病神經(jīng)元的氧化應激損傷[7]。

GRP94稱為葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94，在胰腺腺泡及胰島中大量表達，是胰島β細胞發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子。實驗小鼠在胚胎期敲除GRP94可出現(xiàn)胰腺發(fā)育不全[8]，抑制GRP94功能和/或表達可降低葡萄糖依賴性胰島素分泌、縮短胰島素原半衰期，降低細胞內(nèi)胰島素原及血胰島素水平。有研究發(fā)現(xiàn)在T2DM患者胰島中可見GRP94 mRNA過度表達[9]，但與T2DM病程、剩余胰島功能關系尚不明確。

TRAP1稱為腫瘤壞死因子受體相關蛋白1，存在于線粒體中，對維持線粒體功能具有重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)高糖狀態(tài)下心肌細胞TRAP1表達降低，同時伴線粒體膜電位和細胞活力降低、細胞內(nèi)ROS生成增加，推測TRAP1可能在高糖環(huán)境下對心肌細胞有保護作用[10]。但目前相關研究較少。

3 HSP70

HSP70家族分子量為66-78KD，有20多個成員，是目前熱休克蛋白與糖尿病關系的研究的熱點。HSP70在改善炎癥、氧化應激和葡萄糖敏感性方面具有有益的作用。有報道基因敲除 HSP72(HSP70家族成員之一)后小鼠出現(xiàn)葡萄糖不耐受、胰島素抵抗、胰島素分泌受損和肝糖原分解增強等現(xiàn)象[11]。

3.1 HSP70分布與T2DM的關系 細胞內(nèi)HSP70(iHSP70)和細胞外HSP70(eHSP70)作用不同。iHSP70為保護性因子，在應激條件下維持蛋白質(zhì)的自然折疊，具有抗凋亡、抗炎、抗氧化和抑制免疫的作用，并且與維持正常胰島素敏感性相關。iHSP70降低提示慢性炎性反應狀態(tài)和胰島素敏感性下降。eHSP70主要指血清HSP70，被認為是促炎性因子，激活機體炎癥、氧化應激反應及免疫反應，與胰島素敏感性降低、胰島β細胞功能減退有關。有報道eHSP70在肥胖和T2DM患者中升高，而iHSP70在T2DM患者中降低[12]。也有研究者推測HSP70在細胞外和細胞內(nèi)的分布比例可能決定炎癥和胰島素抵抗的結果[13]，但目前相關報道較少。

血清HSP70在不同糖代謝異常人群中均有變化，多項研究均觀察到血清HSP70水平在T2DM患者中顯著升高，且與病程、HOMA-IR、血糖呈正相關，在健康人群中不升高且與上述指標無相關性[12，14]。Islam等[15]報道，健康受試者血清HSP70與HOMA-IR呈負相關。而Krause等[16]報道，在非糖尿病老年人中，血清HSP70與胰島素抵抗呈正相關，并可能介導β細胞功能衰竭。在妊娠糖尿病(GDM)孕婦的外周血及胎盤組織中也觀察到HSP70水平升高，并參與介導GDM孕婦胎盤纖維化[17]。綜上可見血清HSP70在T2DM不同階段及不同人群中差異較大，不能作為T2DM的預測因子。

關于iHSP70在糖尿病的作用研究相對較少，Sabbah等[18]發(fā)現(xiàn)iHSP70在單純肥胖者中表達顯著增高，而在肥胖伴代謝綜合征(MetS)者中降低，提示iHSP70可能是MetS的保護性因素。Ohno等[19]發(fā)現(xiàn)iHSP70能夠改善胰島素抵抗、延緩甚至逆轉T2DM疾病進程，機制與阻斷c-Jun氨基末端激酶(JNKs)抑制細胞凋亡而與細胞保護相關。

3.2 HSP70基因多態(tài)性與T2DM關系 HSP70基因多態(tài)性與T2DM顯著相關，且與性別有關。C等位基因與所有糖尿病患者相關，女性更為顯著；有研究報道：HSP70雜合子突變(CT)基因型的女性T2DM發(fā)病率顯著增加，而男性沒有相關性[20]；當在應激狀態(tài)下，CT基因型男性是T2DM發(fā)病的高危人群，而CT基因型女性則無明顯相關性。另一項報道稱HSP70A1B基因分型(AG、GG)中AG基因型與足部潰瘍嚴重程度、截肢需要和住院時間顯著相關，而HSP70A1L基因型(TT、CT、CC)與這些參數(shù)沒有相關性[21]。

3.3 HSP70與糖尿病并發(fā)癥的關系 HSP70與糖尿病多種并發(fā)癥均相關，有研究觀察到2型糖尿病心肌線粒體HSP70(mtHsp70)蛋白質(zhì)含量減少甚至缺失，促進mtHsp70過度表達有助于線粒體蛋白的輸入，促進線粒體功能的恢復[22]。Sayed等[23]研究發(fā)現(xiàn)T2DM合并糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)患者血HSP70顯著升高，但不同DR分期之間HSP70水平無差異，這表明HSP70可能對T2DM患者具有保護作用而不是治療作用，HSP70也不是DR發(fā)展的預測因子。在糖尿病合并足潰瘍患者中發(fā)現(xiàn)血HSP70高于糖尿病無潰瘍患者和健康人，提示HSP70糖尿病足潰瘍中有特定作用。Singh等[24]發(fā)現(xiàn)糖尿病創(chuàng)面組織中HSP27、HSP47和HSP70及其下游分子表達均顯著下調(diào)，但HSP70、HSP27水平隨著糖尿病足Wagner傷口等級的增加而顯著增加，提示糖尿病創(chuàng)面HSPs的下調(diào)有助于T2DM患者的創(chuàng)面愈合，具體機制尚不明確。HSP70能夠修復線粒體功能，Ma等[25]發(fā)現(xiàn)通過藥物調(diào)節(jié)HSP70可改善線粒體呼吸功能進而改善糖尿病神經(jīng)病變相關指標。Chen等[26]通過運動誘導糖尿病痛性神經(jīng)病變大鼠脊髓和周圍神經(jīng)過度表達HSP72可起到緩解神經(jīng)痛的作用，且這種保護作用與TNF-α、IL-6等炎性因子無關。綜上，HSP70可作為T2DM并發(fā)癥的保護因子，未來能否將HSP70作為T2DM特定并發(fā)癥的治療靶點仍需要進一步深入研究。

4 HSP60

Hsp60又稱HSPD1，分子量為60 KD，是一種脂肪因子，主要存在于線粒體中，是細胞應激與炎癥反應相互作用的關鍵蛋白，也是維持線粒體形態(tài)和功能的重要物質(zhì)。HSP60與T2DM關系目前尚不明確，研究報道結果不一致。Sell等[27]發(fā)現(xiàn)肥胖患者血HSP60顯著升高，行減重手術后下降，但HSP60水平與是否患有T2DM無關，降糖藥物對T2DM患者血HSP60也無影響。M?rker等[28]研究發(fā)現(xiàn)糖尿病肥胖患者內(nèi)臟脂肪和皮下脂肪HSP60比值高于無糖尿病的肥胖者。而Khadir等[29]發(fā)現(xiàn)糖尿病肥胖患者血清及脂肪組織中HSP60 表達均低于未患糖尿病的肥胖成人。Rong等[30]發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠HSP60和線粒體容量均低于單純肥胖小鼠，提示糖尿病小鼠HSP60降低可能反映了脂肪組織中線粒體含量減少，而脂肪組織中線粒體含量決定脂肪氧化代謝及產(chǎn)熱能力，因此HSP60可能參與機體能量代謝，且與脂肪代謝關系更為密切。

最初認為HSP60是線粒體特異性細胞應激后產(chǎn)生，僅存在細胞內(nèi)，起分子伴侶、保證蛋白正確折疊的作用。最近研究表明HSP60可在細胞外分泌及表達，并作為一種促炎因子和氧化應激因子參與動脈粥樣硬化及糖尿病并發(fā)癥病理改變。Hall等[31]將人HeLa細胞暴露于100 mM葡萄糖、200 μM H2O2和50 μM疊氮鈉3 d和7 d發(fā)現(xiàn)HSP60、HSP70蛋白水平增加2.43到5.08倍不等，同時細胞內(nèi)產(chǎn)生ROS也顯著增加，提示高血糖和氧化應激均可誘導HSP60和HSP70的表達。Aluksanasuwan等[32]在糖尿病腎組織中也觀察到HSP60水平變化，發(fā)現(xiàn)HSP60對腎小管細胞內(nèi)蛋白聚集、ATP生成和氧化應激中起調(diào)節(jié)作用，可能參與糖尿病性腎小管功能障礙。Weitgasser等[33]發(fā)現(xiàn)，糖尿病視網(wǎng)膜病變患者血清hsp65抗體滴度明顯高于無視網(wǎng)膜病變的糖尿病患者，且與代謝指標控制不相關。既往研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者有冠心病和心梗病史者血清HSP60要明顯高于無心血管疾病的糖尿病患者，且血清Hsp60濃度與年齡、體重、體重指數(shù)(BMI)、血壓、血糖、膽固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、甘油三酯、肌酐或C-反應蛋白等指標無相關性?？梢奌SP60作為獨立因素參與糖尿病相關并發(fā)癥發(fā)病過程，但目前研究多為臨床觀察性研究，基礎性研究較少，因此HSP60在糖尿病病變中的作用機制還需深入研究。

5 HSP40

HSP40由于擁有J結構域又被稱為DNAJ，分子量為40 KD，有學者將其歸為sHSP家族。除分子伴侶作用，在全基因組相關研究中，HSP40家族曾被鑒定為體重指數(shù)相關位點，因此可能參與脂肪代謝。DNAJC27是HSP40蛋白家族的一員，Cherian等[34]研究發(fā)現(xiàn)肥胖和2型糖尿病患者血漿及脂肪組織中DNAJC27升高，并與瘦素和抵抗素等肥胖生物標志物呈正相關。Abu-Farh等[35]發(fā)現(xiàn)HSP40蛋白家族的另一成員DNAJB3在肥胖和糖尿病時表達下調(diào)，并與IP-10和RANTES24等關鍵促炎性反應標記物呈負相關。Abubaker等[36]研究顯示與肥胖的非糖尿病患者相比，肥胖的T2DM患者外周血單核細胞和皮下脂肪組織中DNAJB3表達減少，提高DNAJB3表達可促進外周組織葡萄糖攝取，改善肥胖和胰島素抵抗。有研究發(fā)現(xiàn)DNAJC3與糖尿病及神經(jīng)病變有關，DNAJC3突變導致人類的一種單基因隱性糖尿病及廣泛神經(jīng)退行性病變，敲除DNAJC3小鼠可導致糖尿病發(fā)生[37]。

6 sHSP

sHSP分子量為15-30KD，正常組織細胞中含量極少，應激狀態(tài)下迅速增加發(fā)揮細胞保護作用。其中HSP27為研究熱點。已有大量研究證實HSP27具有抗氧化作用，在糖尿病等各種應激狀態(tài)下發(fā)揮細胞保護作用，抑制細胞凋亡，調(diào)節(jié)維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)、抗動脈粥樣硬化的作用，因此與糖尿病相關并發(fā)癥關系密切。Jaroszyński等[38]研究發(fā)現(xiàn)，頸動脈粥樣硬化斑塊數(shù)量、內(nèi)中膜厚度與血清HSP27水平呈負相關，血清HSP27升高可穩(wěn)定斑塊、延緩動脈粥樣硬化的發(fā)展。動物實驗[39]表明通過有氧運動可以提高糖尿病大鼠心肌HSP27蛋白表達及活性，進而改善心肌細胞纖維排列，恢復心臟舒張功能。HSP27在晶狀體全層均有分布，具有防止蛋白變性及聚集、保護晶狀體上皮的作用，動物研究發(fā)現(xiàn)HSP27可降低糖尿病大鼠晶狀體渾濁度、降低白內(nèi)障發(fā)生風險。許建斌等[40]發(fā)現(xiàn)HSP27在正常大鼠視網(wǎng)膜中不表達或弱表達，而在糖尿病視網(wǎng)膜病變大鼠中表達呈進行性增強，且主要表達在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞層、內(nèi)外核層及內(nèi)界膜等，提示Hsp27對視網(wǎng)膜與視神經(jīng)細胞起到內(nèi)源性的保護作用。

另一種小分子熱休克蛋白HspB8在氧化應激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、炎癥反應、細胞凋亡中均具有調(diào)控作用，但與糖尿病相關研究較少。蘇石等[41]研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者HspB8 mRNA表達顯著低于正常人群，但IGT患者HspB8 mRNA表達卻高于正常人群，作者認為可能與IGT患者處于疾病的相對代償期，此時HspB8升高起到對機體的保護作用，進展至糖尿病為失代償期，此時疾病對機體造成的損傷已經(jīng)超出HspB8對機體的保護功能，從而表現(xiàn)出HspB8表達水平的下降。

綜上所述，熱休克蛋白在2型糖尿病的疾病進展中發(fā)揮重要作用，調(diào)控HSP可能成為2型糖尿病防治的新靶點，但目前研究以觀察性研究為主，具體作用機制尚不完全明確，仍需進一步深入研究。