熱休克蛋白90在男性不育中的研究進展

梁漢洲 黃永漢,2,*

1.廣東醫科大學研究生院 (廣東 湛江 524000)

2.佛山市第一人民醫院生殖醫學中心 (廣東 佛山 528000)

上世紀六十年代意大利科學家費魯喬·里托薩(Ferruccio Ritossa)發現腹黑果蠅的唾液腺染色體在高溫培育條件下出現一個特征性的基因轉錄增強“puffing”(膨突)，他推測這種染色體改變是由于熱應激后基因激活導致特異蛋白表達增加所致[1]，后來經進一步研究發現該“膨突”轉錄翻譯出一種特定的蛋白質，稱為“熱休克蛋白(heat shock protein，HSP)”。通常熱休克蛋白家族可根據相對分子量大小被分為6大類：HSP100、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40和小分子HSP等[2]。大量研究表明，熱休克蛋白在細胞應激狀態下，如環境溫度、細胞損傷、感染、腫瘤等，均可產生[3]。HSPs具有不同的細胞內定位和功能分化，在生理條件和應激下均可作為分子伴侶參與新合成蛋白質的折疊、蛋白質復合物的組裝、蛋白質的細胞內轉運或者錯誤折疊蛋白質的變構糾正等[4]。HSP90蛋白作為HSP家族中高度保守的一類伴侶蛋白，其在處于生理條件下的細胞中含量非常豐富，約占細胞中蛋白質總量的1%～2%[5]。自Miller等[6]于1992年實驗證實了HSP90蛋白在人精子中表達后， HSP90蛋白與精子發生的關系以及其對男性不育的影響被深入研究。

而精索靜脈曲張作為男性不育癥中的重要因素，可能影響精子發生功能異常而導致男性不育的機制一般認為與以下因素相關：低氧血癥、腎性腎上腺代謝物返流、微循環障礙、氧化應激以及睪丸內高溫等[7]。這些睪丸內的應激反應恰恰是HSPs表達產生的條件，所以研究HSPs蛋白在精索靜脈曲張中的表達對男性不育極具意義。

1 HSP90蛋白簡介

HSP90蛋白家族被定義為相對分子量大小約在90kD的一組伴侶蛋白，它包括存在于胞質中的兩種主要亞型HSP90A與HSP90B，以及分布在內質網中的葡萄糖調節蛋白94(GRP94)和線粒體基質中的腫瘤壞死因子受體相關蛋白-1(TRAP1)[8]。在哺乳動物中HSP90A與HSP90B 兩種蛋白同源，HSP90A蛋白也被稱為“誘導型HSP90蛋白”，其在生理條件下表達較低，應激時表達量增加，并能以外泌體形式分泌到細胞表面；HSP90B蛋白也可稱為“組成型HSP90蛋白”，生理條件下在細胞內持續表達[9]。由于HSP90A蛋白與HSP90B蛋白具有結構和功能的高度相似性，所以大多數情況下都以“HSP90蛋白”統稱。在應激條件下，HSP90蛋白的表達量可占細胞總蛋白量的4%～6%[10]。HSP90蛋白在細胞中的主要功能是參與重新折疊后的錯誤折疊蛋白質(客戶蛋白)的完全折疊與功能成熟[11-12]。在細胞內的HSP90蛋白主要以二聚體形式存在[13]，它由三個結構域組成：可與ATP結合的N-端核苷酸結合結構域、參與發揮伴侶蛋白作用的中間結構域以及C-端二聚體結構域，由其構成可以知道HSP90蛋白是一個由ATP驅動的同二聚體伴侶，當N-端結構域與ATP結合時發生構象改變，中間結構域與共伴侶分子形成伴侶蛋白復合體與客戶蛋白結合，二聚體兩端的N-端結構域結合ATP形成閉合狀態，在ATP水解后，HSP90蛋白二聚體恢復到原始的開放狀態，共伴侶分子與正確折疊的客戶蛋白從中間結構域中脫離，以此過程發揮其伴侶功能[14]。

2 精索靜脈曲張與男性不育

精索靜脈曲張是精索蔓狀靜脈叢由于各種原因引起血液回流不暢或因靜脈瓣功能損害引起血液倒流，從而形成局部靜脈擴張、迂曲、伸長的一種血管病理現象[15]。男性不育是指夫妻雙方同居1年以上，未采取任何避孕措施，因男方原因導致女方不孕者。近年來，男性不育癥發病率明顯增加，而精索靜脈曲張是男性不育的常見原因之一。大量研究表明，精索靜脈曲張與男性不育癥密切相關。在正常男性中精索靜脈曲張發病率約為15%，在原發性男性不育患者中發病率約為35%，在繼發性男性不育患者中約占75%[16]。盡管精索靜脈曲張與男性不育癥關系非常密切，但是至今為止精索靜脈曲張導致男性不育的機制仍然未能完全明確[17-20]。精索靜脈曲張影響睪丸生精功能的機制錯綜復雜，可能是多種因素一起共同作用的結果。

3 HSP90蛋白與男性不育

熱休克蛋白在細胞應激條件下的表達量增加，Légaré等[21]通過對隱睪患者的研究，發現熱休克蛋白是精子發生所必需的，其在睪丸中表達能夠保護生殖細胞免受諸如熱、輻射和化學物質等應激環境的危害。熱休克蛋白可以在精子發生的各個階段中表達產生，在Ogi等[22]的動物實驗研究中，使用免疫組織化學和Western印跡的方法研究了在大鼠睪丸中HSP90蛋白在新生期的生殖細胞、支持細胞和間質細胞以及成年期開始后的精原細胞、精母細胞和精子細胞中均有表達。Yue等[23]發現在轉基因果蠅中HSP90蛋白功能的降低與果蠅不育表型相關，果蠅HSP90基因點突變產生的HSP90蛋白的功能異常變化可能導致不育。更有進一步研究表明，HSP90蛋白可在客戶蛋白折疊和成熟的過程中彌補基因突變造成的損傷效應[24]。在Huang等[25]的一項研究中，使用HSP90蛋白抑制劑可降低公豬的精子活力，這意味著HSP90蛋白在睪丸生精過程中可能起著重要的作用。

4 結論與展望

由于各種疾病的發生都會對細胞產生應激狀態，因此，包括HSP90蛋白在內的各種熱休克蛋白都可能在疾病引起的應激環境下表達增加。目前國內外對熱休克蛋白關于腫瘤[26]、神經退行性疾病[27]、感染性疾病[28]等方面的研究較多，特別是對HSP90蛋白與腫瘤的研究近年來已發展成為熱門研究方向之一[29]。 男性不育也是當今社會的一大熱門研究課題，越來越多研究表明精索靜脈曲張與男性不育關系密切。本研究通過對HSP90蛋白的簡單綜述，描述HSP90蛋白作為伴侶功能蛋白調節著生殖細胞的增殖、凋亡等，相信對于熱休克蛋白與男性不育關系的更深入研究會對男性健康提供幫助。