热休克蛋白是生物体在不利环境因素刺激下应急合成的一种特殊蛋白质,它广泛存在于自然界的原核生物和真核生物体中
[5]。热休克蛋白种类有十多种,其中热休克蛋白70是生物体内含量最多的一种热休克蛋白,它除了扮演分子伴侣、参与胚胎发育、调节细胞凋亡、调节细胞内突变蛋白的表达和应急保护等方面具有重要作用,而且在天然免疫和适应性免疫当中也扮演着重要的角色
[5]。近年来研究表明:热休克蛋白70参与移植免疫反应并发挥重要作用,因而引起广泛关注,成为新一轮的研究热点
[6]。
首先将热休克蛋白70与器官排斥联系起来的研究是Currie等[6],他们观察热休克蛋白70在异位移植大鼠心脏和其他组织中的合成,并且证实了在发生排斥的心脏热休克蛋白70的表达发生增量上调。其他的研究也提示随着大鼠心脏同种异基因移植物排斥的发展,热休克蛋白70基因和蛋白的表达持续增加,并且这种表达显示出与同种异基因移植物排斥的发展呈相关性,当有排斥的动物受到治疗或用环孢素A预防排斥出现后热休克蛋白70的表达减弱[12-13]。2004年Mehta等[14]通过小鼠皮肤移植来确定热休克蛋白72(热休克蛋白70高度诱导性亚型)在急性排斥中如何和怎样发挥免疫作用的实验更有说服力,结果发现,来自热休克蛋白72基因敲除的C57BL/6小鼠皮肤移植后存活时间长,移植皮肤的排斥程度显著低于对照组。这意味着供体移植物热休克蛋白72的出现上调了受体免疫系统急性排斥反应,HSP72KOC57BL/6小鼠作为供体降低了受体CD4+淋巴细胞的抗原提呈。因此,来自供体细胞的热休克蛋白72分子被认为通过抗原提呈诱导受体免疫反应。因此,Davis等[15]研究小组认为热休克蛋白70在同种异体移植物中的增加是排斥反应过程的一个功能性成分,而不仅仅是结果,热休克蛋白70是免疫反应的潜在性抗原物质,并参与了排斥的发生。
在实验中急性排斥组和对照组的热休克蛋白70的表达变化与排斥反应的组织学表现相一致。此外,异基因移植肝细胞中热休克蛋白70的表达水平在移植后逐渐升高,与时间有一定的相关性。结果提示,在大鼠肝移植后,由于手术和缺血再灌注损伤等刺激,使移植肝脏表现出一种应激反应,促使热休克蛋白70基因的转录。
热休克蛋白70一方面具有保护细胞免受损伤的功能,另一方面又具有协同免疫的作用[16]。由于急性排斥组没有使用免疫抑制剂使得移植后肝细胞发生大量凋亡,热休克蛋白70被释放到细胞外,向天然免疫系统的细胞,尤其是抗原递呈细胞发出显著的周围细胞损伤的警告信号[16];细胞外热休克蛋白70将诱导树突状细胞的成熟并通过受体与抗原递呈细胞相互发生作用,将抗原肽递呈给抗原递呈细胞,刺激抗原递呈细胞分泌炎性细胞因子和趋化因子,促进免疫反应的发生[16]。同时静息的T细胞由于获得抗原递呈细胞呈递的抗原和危险信号的双重刺激而活化,引起强烈的急性排斥反应,排斥反应将进一步刺激移植物合成热休克蛋白70,从而形成一种恶性循环[15]。有研究表明,阻断细胞热休克蛋白70基因的表达后,则该细胞出现增殖受到抑制,细胞出现凋亡[17]。因此,热休克蛋白70具有对机体细胞抗氧化自由基、抗细胞凋亡等作用,从而达到在应激状态下对机体细胞的保护作用。抗氧化自由基的作用可能与分子伴侣有关[18],热休克蛋白家族成员有分子伴侣的作用,它可以结合其它蛋白和多肽(但并不成为其蛋白质的够成结构的一部分),然后发挥其稳定作用,减少细胞内蛋白质的错误折叠和聚集,控制激活和非激活的枢纽[19]。抗细胞凋亡的作用可能是热休克蛋白70阻断了细胞内应激酶信号通路,从而抑制了应激酶产生和活性,达到减少细胞凋亡的目的。它可能作用于凋亡的早期阶段。但它的抗细胞凋亡的作用可能与分子伴侣没有太大的关系[20]。研究表明,机体细胞在受到各种有害刺激下,机体细胞的染色体和细胞核内集中了高浓度的热休克蛋白70,热休克蛋白70的表达增加后可以提高机体细胞抗损伤的能力,维持机体细胞的功能和提高细胞的生存率[21]。
在实验中发现热休克蛋白70整体变化趋势:急性排斥组和对照组,均在6 h即开始明显增高;对照组随着时间的延长呈现下降趋势;急性排斥组从6~24 h呈现下减趋势,但72 h又突然增加。6,12,24,72 h
4个时间点组急性排斥组明显高于对照组,而且同一时间点有显著性差异。分析实验结果,作者认为急性排斥组热休克蛋白70水平动态高于对照组,在移植后一两天是缺血再灌注损伤和急性排斥反应共同作用的结果,通常临床肝移植后急性排斥反应的进程为一二周,大鼠肝移植后急性排斥反应进程为3~14 d,在恒河猴肝移植后第3天组织学观察急性排斥组可以看到急性排斥反应,由于移植后第3天急性排斥组发生了早期的急性排斥反应,热休克蛋白70作为机体应激和免疫调节的结果明显升高,表明热休克蛋白70对肝移植后急性排斥反应的早期预测和诊断价值是比较敏感的。由于实验进行了两组对比,两组动物的基线资料是比较一致的,可以看出热休克蛋白70对肝移植后急性排斥反应的早期预测和诊断的准确性较高。鉴于恒河猴肝移植后生存时间较短,实验动物较为珍贵,所以只能对早期排斥反应进行研究,检测移植肝组织中的热休克蛋白70表达水平在临床肝移植后实施具有一定的难度,实验通过初步明确热休克蛋白70对肝移植后早期急性排斥反应具有一定的预测和诊断价值,为后期通过检测肝移植受体外周血中热休克蛋白70水平早期预测肝移植术后急性排斥反应做好基础研究工作,同时由于恒河猴与人类同属于灵长类动物,在遗传基因和生理病理反应上具有高度的相似性
[22],实验结果较基于啮齿类动物的研究结果更具有后期的临床研究指导价值。