雌激素介導的HSP27在動脈粥樣硬化中作用的研究進展

張亞云，林　超，孫　鑫，錢　星，馬　志，姚　遠，徐　斌，卞慧敏,2

(1. 南京中醫藥大學藥學院，2. 江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室，江蘇 南京　210046)

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雌激素介導的HSP27在動脈粥樣硬化中作用的研究進展

張亞云1，林超1，孫鑫1，錢星1，馬志1，姚遠1，徐斌1，卞慧敏1,2

(1. 南京中醫藥大學藥學院，2. 江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室，江蘇 南京210046)

中國圖書分類號：R-05；R329.24；R341；R543.5；R977.12

摘要：熱休克蛋白27(HSP27)是人體內一種在應激狀態下大量表達的蛋白，其對機體一系列生理、病理過程有著重要作用。近年研究表明，雌激素通過多種途徑調控HSP27的表達，對動脈起到了完美的“三重保護”作用。血管內皮損傷早期，雌激素通過PI3K/Akt信號通路誘導HSP27磷酸化，磷酸化的HSP27則通過抗氧化、調控凋亡通路、抑制細胞色素C(cyt-C)等作用，抵抗血管內皮細胞(VECs)凋亡；泡沫細胞形成期，雌激素通過刺激雌激素受體β(ERβ)誘導巨噬細胞表達和釋放HSP27，后者則與巨噬細胞表面的清道夫受體A(SR-A)結合，阻止低密度脂蛋白(LDL)的攝取和促炎因子的釋放；血管平滑肌細胞(VSMCs)增殖、遷移期，雌激素誘導雌激素受體α(ERα)與蛋白磷酸酶2(PP2A)形成復合物，增強PP2A的活性，引起下游HSP27 脫磷酸，抑制VSMCs增殖、遷移。綜上，雌激素抗動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)作用與HSP27密切相關，而雌激素替代療法(MHT)防治絕經女性心血管疾病的副作用不容小覷，故借鑒雌激素的調控機制，研發藥物調控HSP27對防治AS有著重要意義。

關鍵詞：熱休克蛋白27；磷酸化；雌激素；動脈粥樣硬化；內皮細胞；巨噬細胞；平滑肌細胞

熱休克蛋白(HSPs)是一組在正常生理狀態下低表達，當機體面對代謝和病理性刺激時被選擇性上調的蛋白，據分子質量可以分為7個家族：HSP100、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40、小分子熱休克蛋白家族(sHSPs)、HSP10[1]。其中HSP27屬于sHSPs家族，廣泛分布于各種細胞和組織，與細胞的生存有關。研究[2-3]發現，雌激素可以通過3種雌激素受體(雌激素受體α(ERα)、雌激素受體β(ERβ)以及G蛋白偶聯的雌激素受體(GPER)調控HSP27的表達及磷酸化。而HSP27在動脈粥樣硬化(AS)中作為一個保護性蛋白，能有效抵抗♀小鼠AS的發生和發展，包括抵抗AS早期階段的內膜損傷，抑制泡沫細胞形成及血管平滑肌細胞(VSMCs)增殖和遷移[4-5]。因此，HSP27在AS中活性和表達水平的上調受到雌激素調控，并且參與雌激素在AS中內皮損傷、泡沫細胞形成以及VSMCs增殖和遷移3個階段的保護效應。本文就雌激素如何通過基因型調節途徑和非基因型調節途徑介導HSP27在以上3個階段發揮作用進行綜述，闡明雌激素介導HSP27在AS中發揮作用的內在機制，為臨床防治更年期女性AS提供新的思路和方向。

1雌激素介導的HSP27在內皮損傷階段的作用

動脈內膜損傷是AS發生和發展的始動環節[6]。雌激素在AS早期可以通過抑制血管內皮細胞(VECs)的氧化應激性損傷、調節內皮功能障礙及促進VECs增殖等途徑來抵抗VECs凋亡。雌激素抵抗凋亡有兩條不同途徑，一是誘導PI3K/Akt信號通路活化后，使Bad磷酸化；二是保護線粒體的完整性[7]。而誘導HSP27磷酸化的重要途徑便是PI3K/Akt信號通路的激活[8]。其中，雌二醇通過激活PI3K/Akt信號通路誘導HSP27磷酸化[9]。HSP27磷酸化后發揮重要的抗凋亡作用：①抗氧化：呈遞氧化的蛋白進入蛋白酶體進行降解，同時抑制線粒體內的NADPH氧化酶，降低活性氧(ROS)的水平[10]。②調控凋亡通路：caspase-3是不同信號通路引發凋亡的最終匯聚點，HSP27可以與caspase-3相互作用，抑制其活性[11]。③抑制細胞色素C(cyt-C)：HSP27通過抑制Bax來保護線粒體的完整性，進而抑制線粒體中cyt-C的釋放。④抵抗壞死：上調谷胱甘肽還原酶(GSH)，降低細胞乳酸脫氫酶(LDH)的釋放[12]，產生抗壞死作用。因此，雌激素在AS早期抗氧化、抑制內皮細胞凋亡與激活HSP27磷酸化密切相關。此外，Vasconsuelo等[14]研究發現，HSP27可以與線粒體中ERβ相互作用，促進ERβ的穩定，使其介導的雌激素信號更有效，即雌激素與HSP27在延緩AS的發展中具有協同效應。

體外實驗發現，雌激素可明顯誘導HSP27表達以發揮抗凋亡效應。如周琴等[13]研究證實，濃度為10-7mol·L-1雌激素可明顯誘導臍靜脈內皮細胞(HUVECs)中HSP27的表達。Vasconsuelo等[14]發現使用HSP抑制劑槲皮素或者采取RNA干擾技術降低HSP27的表達后，雌二醇抵抗細胞凋亡的作用明顯降低。

綜上，雌激素可以在蛋白表達和磷酸化水平上對HSP27進行調節，進而在AS早期發揮抵抗內膜損傷，調節內皮功能障礙的作用，控制早期病變，延緩AS的進程。

2雌激素介導的HSP27對泡沫細胞形成的影響

HSP27為ERβ相關蛋白，在♀ apoE-/-小鼠血清中表達水平比♂高出10倍，且過表達HSP27的♀ apoE-/-小鼠主動脈斑塊區面積比♂和正常表達HSP27的apoE-/-小鼠減少31%[5,15]。人類AS斑塊研究[16-17]揭示HSP27在斑塊區及壞死中心表達下降，提示斑塊區HSP27水平的下降可能加速VSMCs的生長和斑塊形成。因此，有學者提出HSP27血清水平有潛力作為AS的一個生物學指標。

在AS進程中，血管中積聚的低密度脂蛋白(LDL)被氧化修飾成氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)或乙酰低密度脂蛋白(acLDL)后，由巨噬細胞表面的清道夫受體(SR)識別、內吞入胞內，最終引起膽固醇過度蓄積而形成泡沫細胞。研究表明[5,16]雌激素對血脂的調節需要HSP27的參與，它通過刺激ERβ誘導巨噬細胞表達和釋放HSP27，后者則與巨噬細胞表面的SR-A結合，阻止脂質的攝取和促炎因子的釋放，進而抑制泡沫細胞形成和炎癥反應。HSP27作為已知的IKK調節劑可以激活NF-κB，促進p65入核，增加白介素-10(IL-10)的分泌，降低白介素-1β(IL-1β)的分泌和SR-A的表達，進而調節脂質、抑制炎癥[18-20]。Voegeli等[21]采用RNA干擾技術沉默HSP27的表達后，發現血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)誘導的促炎效應明顯增加。

研究發現，雌二醇通過激活PI3K/Akt信號通路和p38MAPK信號通路誘導HSP27磷酸化，而磷酸化的HSP27會增強雌激素和ERβ的相互作用，使HSP27表達上調，最終HSP27過表達會抑制ERβ介導的雌激素信號[22]。研究證實男性主動脈血管損傷后，ERβ的mRNA和蛋白表達被上調[9]。另外，ERβ在主動脈內膜、中層和外膜中占主導，表達與鈣化程度有關，是重度AS的標志物[23]，故HSP27過表達可能降低由于ERβ高度表達導致AS的風險。

3雌激素介導的HSP27在平滑肌細胞增殖和遷移階段的作用

動脈VECs損傷、凋亡后，暴露的VSMCs在多種因子刺激下，遷移入內膜進行大量增殖，導致血管內膜增厚。研究表明，雌激素可以通過增加HSP27的表達和降低其磷酸化來抑制VSMCs增殖和遷移。HSP27磷酸化狀態的改變會影響其構象和功能。研究發現未磷酸化的HSP27作為肌動蛋白的一個加帽蛋白存在，可抑制肌動蛋白重聚，而HSP27磷酸化后會與肌動蛋白相互作用以阻止其降解，增強纖維狀肌動蛋白(F-actin)重聚并促進黏附穩定，進而促進增殖和遷移[10,24]，生理狀態下HSP27在磷酸化和去磷酸化之間保持動態平衡。Chen等[25]發現，血管緊張素Ⅱ主要通過激活p38MAPK信號通路誘導HSP27磷酸化，致使VSMCs增殖和遷移。Huang等[26]實驗表明沉默HSP27的表達后，血小板源生長因子-BB(PDGF-BB)刺激的肌動蛋白重塑被阻斷，VSMCs遷移率明顯下降。以上表明HSP27磷酸化是生長因子和其他刺激誘導VSMCs增殖和遷移所必須的調控因素。之前研究認為[27]雌激素抑制VSMCs增殖和遷移主要通過經典的基因型調節途徑。近期Ueda等[28]研究發現雌激素可以通過快速的非基因型調節途徑抑制VSMCs增殖，并且與調節HSP27的磷酸化有關。他們實驗證實雌激素抑制VSMCs增殖和遷移需要ERα與一個支架蛋白striatin結合，激活快速非基因型信號通路，誘導ERα和蛋白磷酸酶2(PP2A)形成復合物，增強 PP2A的活性，引起Akt、ERK以及下游的HSP27 脫磷酸，最終達到抑制VSMCs增殖、遷移的作用。

因此，HSP27可能是調節肌動蛋白重塑、細胞增殖和遷移的唯一效應器，VSMCs增殖和遷移作為AS過程中的重要環節，雌激素在此發揮的保護效應可能部分通過非基因型調節途徑來降低HSP27磷酸化水平，產生抑制VSMCs增殖、遷移的作用。抑制HSP27磷酸化或者誘導HSP27脫磷酸可以阻斷肌動蛋白重塑，從而作為抑制VSMCs增殖、遷移的最終調控點。

4展望

大量研究已經證實雌激素在AS不同階段具有保護作用，HSP27作為一個分子伴侶早已被發現，而近幾年研究發現它在AS中作為一個保護性蛋白，表達和活性受到雌激素的調控，雌激素可以通過激活PI3K/Akt通路誘導HSP27磷酸化，也能通過非基因型途徑增強PP2A活性，使其脫磷酸，從而在AS不同階段產生保護作用。雌激素刺激HSP27的表達增加，則是通過ERβ介導，同時HSP27可以與ERβ結合，作為一個輔抑因子，抑制ERβ介導的信號轉導。在AS中雌激素調控的HSP27的作用總結如Fig 1。因此，HSP27在AS中發揮的保護效應受雌激素調控，這種保護效應也可能是雌激素抵抗AS效應的一部分，他們之間形成了相互調控的信號通路，共同抑制AS的進程。

Fig 1　Role of estrogen-mediated HSP27 in atherosclerosis

絕經女性心血管疾病的發生率、死亡率增加，使得雌激素替代療法(MHT)被發現和應用于臨床來防治更年期心血管疾病。然而到20世紀90年代末，MHT防治絕經女性心血管疾病的作用受到質疑，臨床調查研究[29]發現 MHT在臨近絕經期或絕經后立即開始使用可以緩解更年期癥狀，延遲心血管疾病的發生，然而對已患AS的女性不能改善其血管病變，甚至會加重AS斑塊的不穩定。MHT用于心血管疾病一級和二級預防的隨機臨床調查數據也顯示，此療法使病人患心血管系統腫瘤和產生不良反應的風險增加[3]，表明MHT用于絕經后女性心血管疾病預防和治療產生的弊大于利。因此，尋找新的治療策略替換MHT顯得尤為重要。HSP27在AS中的保護效應為臨床防治心血管疾病提供了新思路，在未來制備外源性重組HSP27有望作為一個新策略替換MHT應用于臨床預防和治療更年期女性心血管疾病。

參考文獻:

[1]Jolly C, Morimoto R I. Role of the heat shock response and molecular chaperones in oncogenesis and cell death [J].JNatlCancerInst, 2000, 92(19): 1564-72.

[2]Meyer M R, Haas E, Prossnitz E R, et al. Non-genomic regulation of vascular cell function and growth by estrogen [J].MolCellEndocrinol, 2009, 308(1-2):9-16.

[3]Kostenko S, Moens U. Heat shock protein 27 phosphorylation: kinases, phosphatases, functions and pathology [J].CellMolLifeSci, 2009, 66(20): 3289-307.

[4]Miller H, Poon S, Hibbert B, et al. Modulation of estrogen signaling by the novel interaction of heat shock protein 27, a biomarker for atherosclerosis, and estrogen receptor beta: mechanistic insight into the vascular effects of estrogens [J].ArteriosclerThrombVascBiol, 2005, 25(3): e10-4.

[5]Rayner K, Chen Y X, McNulty M, et al. Extracellular release of the atheroprotective heat shock protein 27 is mediated by estrogen and competitively inhibits acLDL binding to scavenger receptor-A[J].CircRes, 2008, 103(2): 133-41.

[6]殷秋憶, 郭靜, 孟慶海, 等. 六味地黃方含藥血清對 H2O2致 HUVECs 損傷的保護作用[J]. 中國藥理學通報, 2013, 29(12): 1753-7.

[6]Yin Q Y, Guo J, Meng Q H, et al. Effects of Liuweidihuang Formula mediated serum on H2O2-injured human umbilical vascular endothelial cells [J].ChinPharmacolBull, 2013,29(12):1753-7.

[7]Vasconsuelo A, Milanesi L, Boland R. 17β-Estradiol abrogates apoptosis in murine skeletal muscle cells through estrogen receptors: role of the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt pathway [J].JEndocrinol, 2008, 196(2):385-97.

[8]Havasi A, Li Z, Wang Z, et al. Hsp27 inhibits Bax activation and apoptosis via a phosphatidylinositol 3-kinase-dependent mechanism[J].JBiolChem, 2008, 283(18): 12305-13.

[9]Hogg M E, Vavra A K, Banerjee M N, et al. The role of estrogen receptor α and β in regulating vascular smooth muscle cell proliferation is based on sex[J].JSurgRes, 2012, 173(1): e1-10.

[10] Arrigo A P. The cellular “networking” of mammalian Hsp27 and its functions in the control of protein folding, redox state and apoptosis[M]//Molecular Aspects of the Stress Response: Chaperones, Membranes and Networks. Springer New York, 2007: 14-26.

[11] Acunzo J, Andrieu C, Baylot V, et al. Hsp27 as a therapeutic target in cancers[J].CurrDrugTargets, 2014, 15(4): 423-31.

[12] Salinthone S, Ba M, Hanson L, et al. Overexpression of human Hsp27 inhibits serum-induced proliferation in airway smooth muscle myocytes and confers resistance to hydrogen peroxide cytotoxicity[J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol, 2007, 293(5): L1194-207.

[13] 周琴, 張青海, 鄧華菲, 等. 雌激素對人臍靜脈內皮細胞 HSP27 表達的影響 [J]. 臨床與病理雜志, 2014, 34(5): 520-4.

[13] Zhou Q, Zhang Q H, Deng H F, et al. Effects of estrogen on the expression of HSP27 in human umbilical vein endothelial cells [J].ChinPatholRes,2014,34(5):520-4.

[14] Vasconsuelo A, Milanesi L, Boland R. Participation of HSP27 in the antiapoptotic action of 17β-estradiol in skeletal muscle cells [J].CellStressChaperones, 2010, 15(2): 183-92.

[15] Rayner K, Sun J, Chen Y X, et al. Heat shock protein 27 protects against atherogenesis via an estrogen-dependent mechanism role of selective estrogen receptor beta modulation[J].ArteriosclerThrombVascBiol, 2009, 29(11): 1751-6.

[16] Shields A M, Panayi G S, Corrigall V M. Resolution-associated molecular patterns (RAMP): RAMParts defending immunological homeostasis[J]?ClinExpImmunol, 2011, 165(3): 292-300.

[17] Cuerrier C M, Chen Y X, Tremblay D, et al. Chronic over-expression of heat shock protein 27 attenuates atherogenesis and enhances plaque remodeling: a combined histological and mechanical assessment of aortic lesions [J].PloSOne, 2013, 8(2): e55867.

[18] Wann A K, Chapple J P, Knight M M. The primary cilium influences interleukin-1β-induced NFκB signalling by regulating IKK activity [J].CellSignal, 2014, 26(8): 1735-42.

[19] Raizman J E, Chen Y X, Seibert T, et al. Heat shock protein-27 attenuates foam cell formation and atherogenesis by down-regulating scavenger receptor-A expression via NF-κB signaling[J].BiochimBiophysActa, 2013, 1831(12): 1721-8.

[20] Chen H, Hewison M, Adams J S. Control of estradiol-directed gene transactivation by an intracellular estrogen-binding protein and an estrogen response element-binding protein [J].MolEndocrinol, 2008, 22(3): 559-69.

[21] Voegeli T S, Currie R W. siRNA knocks down Hsp27 and increases angiotensin II-induced phosphorylated NF-κB p65 levels in aortic smooth muscle cells [J].InflammRes, 2009, 58(6): 336-43.

[22] Al-Madhoun A S, Chen Y X, Haidari L, et al. The interaction and cellular localization of HSP27 and ERβ are modulated by 17β-estradiol and HSP27 phosphorylation[J].MolCellEndocrinol, 2007, 270(1): 33-42.

[23] Krom Y D, Pires N M, Jukema J W, et al. Inhibition of neointima formation by local delivery of estrogen receptor alpha and beta specific agonists[J].CardiovascRes, 2007, 73(1): 217-26.

[24] García-Arguinzonis M, Padró T, Lugano R, et al. Low-density lipoproteins induce heat shock protein 27 dephosphorylation, oligomerization, and subcellular relocalization in human vascular smooth muscle cells [J].ArteriosclerThrombVascBiol, 2010, 30(6): 1212-9.

[25] Chen H F, Xie L D, Xu C S. The signal transduction pathways of heat shock protein 27 phosphorylation in vascular smooth muscle cells[J].MolCellBiochem, 2010, 333(1-2): 49-56.

[26] Huang J, Luo L, Zheng S, et al. Silencing heat shock protein 27 (HSP27) inhibits the proliferation and migration of vascular smooth muscle cells in vitro [J].MolCellBiochem, 2014, 390(1-2): 115-21.

[27] Mendelsohn M E, Karas R H. Rapid progress for non-nuclear estrogen receptor signaling [J].JClinInvest, 2010, 120(7): 2277-9.

[28] Ueda K, Lu Q, Baur W, et al. Rapid estrogen receptor signaling mediates estrogen-induced inhibition of vascular smooth muscle cell proliferation [J].ArteriosclerThrombVascBiol, 2013, 33(8): 1837-43.

[29] Shlipak M G, Angeja B G, Go A S, et al. Hormone therapy and in-hospital survival after myocardial infarction in postmenopausal women [J].Circulation, 2001, 104(19): 2300-4.

Research progress of estrogen-mediated HSP27 in atherosclerosis

ZHANG Ya-yun1,LIN Chao1,SUN Xin1,QIAN Xing1, MA Zhi1, YAO Yuan1, XU Bin1，BIAN Hui-min1,2

(1.CollegeofPharmacy,NanjingUniversityofChineseMedicine,2.JiangsuKeyLaboratoryforPharmacologyandSafetyEvaluationofChineseMateriaMedicine,Nanjing210046,China)

Abstract:Heat shock protein 27 (HSP27) is an endogenous protein that plays an important role in a great variety of physiological and pathological processes. It can express a large number under body stress conditions. Recent studies have shown estrogen upregulates the expression of HSP27 through a number of ways, playing a perfect “triple protection” role. In the early stage of atherosclerosis, estrogen induces the phosphorylation of HSP27 via PI3K/Akt signaling pathway. Phosphorylation of HSP27 can resist the injury of vascular endothelial cells(VECs) through an antioxidant and anti-apoptotic pathway as well as the inhibition of cytochrome C. In the stage of forming foam cells, estrogen induces the expression and release of HSP27 from macrophages by stimulating the estrogen receptor β (ERβ), then HSP27 inhibits the LDL uptake and the release of proinflammatory cytokine by binding scavenger receptor A (SR-A). During the proliferation and migration of vascular smooth muscle cells (VSMCs), estrogen induces estrogen receptor α (ERα) and protein phosphatase 2 (PP2A) to form a complex that enhances the activity of PP2A, then it can lead to the dephosphorylation of HSP27 and finally inhibit cells proliferation and migration. In summary, the anti-atherosclerotic effect of estrogen is closely related to the role of HSP27. Given the side effects of estrogen replacement therapy(MHT), regulating HSP27 may provide a novel therapy for the prevention and treatment of cardiovascular diseases in menopausal women clinically.

Key words:HSP27; phosphorylation; estrogen; atherosclerosis; endothelial cells; macrophages; smooth muscle cells

文獻標志碼：A

文章編號：1001-1978(2016)02-0159-04

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2016.02.003

作者簡介:張亞云(1991-)，女，碩士生，研究方向:心血管藥理學，E-mail:1071509374@qq.com；卞慧敏(1958-)，女，博士，研究員，博士生導師，研究方向:心血管藥理學，通訊作者,E-mail:hmbian@sina.com

基金項目:國家自然科學基金資助項目(No 81173190)；江蘇省中醫藥管理局項目(No LZ11191)；江蘇省高校優勢學科建設工程資助項目(No ysxk-2010)；南京中醫藥大學中藥學一級學科開放課題資助(No 2011zyx4-004); 江蘇高校品牌專業建設工程資助項目(No PPZY2015A070)

收稿日期:2015-11-21,修回日期:2015-12-22

網絡出版時間：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160125.1557.006.html網絡出版地址：2016-1-25 15:57