热休克蛋白在多囊卵巢综合征中作用的研究进展*

杨亦青，吴庚香，杨 菁

(武汉大学人民医院生殖医学中心，武汉 430060)

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是一种常见的生殖内分泌紊乱疾病，影响着约4%～8%的育龄期女性。PCOS是妇女无排卵性不孕的主要原因之一，以月经不规则、高雄激素血症和多囊卵巢为特征，临床表现存在个体差异。PCOS患者常伴随胰岛素抵抗(Insulin resistance，IR)、肥胖和血清黄体生成素水平升高[1]，患有PCOS的女性发展为2型糖尿病的风险较正常女性高2～5倍[2]，并且罹患子宫内膜癌的几率更高。此外，PCOS患者与一般人群相比，患代谢和心血管疾病的风险更高[3]。PCOS的发病机制至今尚不清楚，普遍认为PCOS是受遗传、内分泌和环境等多因素影响的疾病。有学者认为[4]，PCOS发病可能是由于机体处于长期应激状态或是颗粒细胞的不正常凋亡所致，而雄激素分泌过多、胰岛素抵抗、肥胖等因素可能促进氧化应激的发展。

热休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)是一类高度保守的分子家族，参与原核和真核细胞中蛋白质的折叠，有助于维持蛋白质稳态[5]。当细胞暴露于高温、缺氧、缺血、炎症或其他应激状态下时，HSP表达增加。1962年Ritossa[6]首次在果蝇幼虫唾液腺染色体中发现了热休克反应。Tissieres等[7]随后从热休克果蝇唾液中分离出一种特殊蛋白，称之为HSPs。根据分子质量大小，HSPs分为HSP100、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40和小分子HSP等多个家族。HSPs作为分子伴侣蛋白调节了细胞存活和凋亡通路中的许多重要元件，且与卵巢生理性增殖/凋亡机制、性激素及其受体的调节密切相关[8]。近年来，越来越多的研究证实，热休克蛋白家族与PCOS的发生发展有着密切的联系，其在PCOS中的作用成为热点问题之一。本文对两者关系的相关研究进展作一综述，探讨HSPs在PCOS发病机制中扮演的角色。

1 HSP10与PCOS

热休克蛋白10(heat shock protein 10，HSP10)，也称为Cpn10，是哺乳动物线粒体中存在的GroES大肠杆菌同源蛋白。HSP10能抑制凋亡，是参与维持细胞生存的信号蛋白。HSP10过表达可使抗凋亡因子Bcl-2和Bcl-xl表达增加，同时降低了促凋亡蛋白Bax表达[9]。HSP10本身及其调控基因表达的紊乱可能是许多疾病病理过程中的重要环节。Ma等[10]研究显示，与正常卵巢相比，HSP10在PCOS患者卵巢中表达显著降低，HSP10可能通过增强胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factors-1，IGF-1)信号通路和抑制卵泡膜细胞凋亡而促进雄激素分泌。有研究表明[11]，HSP10在正常卵巢所有卵泡细胞中均呈高表达，而在PCOS患者卵巢中仅在卵泡膜细胞中高表达。众所周知，卵泡膜细胞是人卵巢卵泡中主要的雄激素分泌细胞，HSP10曾被证实可与人细胞中的Erg28相互作用[12]，而Erg28p是酵母固醇生物合成酶复合物中的关键蛋白，能促进固醇与其他蛋白的合成。这些研究提示HSP10可能与PCOS高雄激素血症的发生机制有关。有研究观察到[13]，在人和小鼠的窦前卵泡中，HSP10仅在卵母细胞中表达，而在窦卵泡中，卵母细胞、颗粒细胞(granulosa cells，GC)、卵泡膜细胞和基质细胞中均被检测到有HSP10表达，HSP10在卵泡发育过程中表达面积和密度逐渐增加，提示其在卵泡发育和成熟中发挥了重要的作用。Ling等[14]研究发现，HSP10表达下调可诱导小鼠颗粒细胞凋亡，而过表达HSP10则可抑制顺铂诱导的细胞凋亡，证实了HSP10在小鼠GC中的新型抗凋亡作用。有学者发现[15]，高雄激素状态可诱导小鼠颗粒细胞凋亡，经睾酮处理的小鼠GC中HSP10表达下降，细胞活力降低，细胞周期被阻滞，提示HSP10可能是睾酮诱导卵巢GC凋亡的下游因子，且HSP10通过ERK和线粒体凋亡途径调节睾酮诱导的小鼠GC凋亡。这些研究结果表明，HSP10表达下降可能在诱导PCOS患者GC不正常凋亡和卵泡闭锁中发挥了重要作用，且和PCOS高雄激素血症的发生有着密不可分的联系。见表1。

表1 热休克蛋白各家族在PCOS发病机制中的作用

2 HSP27与PCOS

热休克蛋白27(heat shock protein 27，HSP27)属于小分子热休克蛋白。作为分子伴侣，HSP27在应激状态下发挥细胞保护的作用。HSP27通过与凋亡途径中caspase激活的有关成分直接相互作用而发挥其强大的抗凋亡特性，从而在细胞凋亡引起的相关损伤中发挥保护作用。研究发现，HSP27可抑制活性氧生成、介导MAP激酶途径、抑制细胞色素c介导的caspase-3活化并阻断caspase-9级联和Fas诱导的细胞凋亡[16-17]，保护细胞免于异常凋亡造成的损害。Ma等[10]通过免疫组化研究发现，HSP27主要在人卵母细胞中表达，与对照组相比，其在PCOS患者卵巢组织中表达下降，HSP27下调可能有助于PCOS卵巢小窦卵泡中的卵母细胞凋亡。Liu等[18]在2010年第一次发现了HSP27和卵母细胞成熟之间有直接关联，HSP27表达下降，激活了caspase8介导的凋亡途径，卵母细胞的早期凋亡增加，从而改善卵母细胞的成熟。研究发现,GV期卵母细胞中HSP27表达的相对缺乏可能是PCOS患者卵母细胞发育紊乱的原因，提示HSP27在PCOS患者中表达下降可能干扰了卵子的正常发育成熟过程。随后有学者发现[19]，过表达HSP27可降低PCOS患者卵母细胞的成熟率。此外，HSP27过表达组与对照组的受精率和获得优质胚的概率无明显差异，但是HSP27过表达组的囊胚形成率显著高于对照组。在HSP27过表达的卵母细胞中，卵母细胞分泌的骨形态发生蛋白15和生长分化因子9以及凋亡相关调节因子caspase-3,8,9都显著降低，上调HSP27可抑制PCOS患者卵母细胞的成熟，提高胚胎的发育潜能。Liu等[20]研究发现，HSP27表达水平不影响囊胚中细胞凋亡、囊胚形成率和胚胎质量。受精卵中HSP27过表达或下调，作为一个单一因素，对随后的胚胎发育无显著影响。此外，有研究发现，HSP27有助于维持胰岛素敏感性，HSP27可能通过阻止激活了IKK-beta途径，从而防止IR的发生[21]。这些研究表明，HSP27下调可能同时影响多种信号通路并促进PCOS卵巢中各种异常的发展。

3 HSP40与PCOS

热休克蛋白40[heat shock protein 40，HSP40(DnaJ)]同源物亚家族B成员1(DNAJB1)与分子伴侣一起调控蛋白质折叠、蛋白质复合物的组装和拆卸以及蛋白质的跨膜运输，参与了雄激素的信号通路，并受到胰岛素的转录调控，减少胰岛素已被证明可导致肝DNAJB1表达增加[22]。HSP40可将雄激素受体(androgen receptor，AR)保持为非活性构象，其在雄激素存在下释放，从而使雄激素受体易于聚合[23]。Jansen等[24]发现,HSP40在PCOS妇女卵巢中表达下降。DNAJB1在许多途径中充当分子伴侣，包括雄激素受体和糖皮质激素受体信号传导途径。雄激素受体功能(配体结合和核转位)取决于热休克蛋白和其分子伴侣相互作用，推测DNAJB1可能参与了雄激素和胰岛素功能失调，从而导致了PCOS的发生。Jones等实验[25]表明,DNAJB1的遗传变异可能在PCOS代谢功能障碍中发挥重要作用，但HSP40与PCOS的联系尚待进一步研究证实。

4 HSP47与PCOS

热休克蛋白47(heat shock protein 47，HSP47)位于成纤维细胞等分泌胶原蛋白的细胞中，作为胶原蛋白特异性分子伴侣，其被认为与纤维化疾病的发病和胶原蛋白的代谢有关。它是唯一一个可与内质网中的前胶原蛋白和Ⅳ型胶原蛋白短暂结合的热诱导蛋白。PCOS是一种常见疾病，近年来已被证实和自身免疫紊乱有关[26]，其特征是双侧多囊卵巢伴有增厚的纤维化白膜。Ma等[10]研究表明，HSP47在卵巢细胞，尤其在基质细胞中广泛表达，并在PCOS患者卵巢中表达上调。因此，PCOS患者中HSP47表达改变可能与卵巢包膜增厚以及卵巢间质增生的形成和生理特征有关，HSP47具体如何在PCOS发病机制中发挥作用，尚待进一步研究。

5 HSP60与PCOS

热休克蛋白60(heat shock protein 60，HSP60)参与了细胞应激反应，是在有毒或应激条件下细胞生存所必需的蛋白。Schube等[27]研究发现，在经氧化低密度脂蛋白处理的人卵巢颗粒细胞中，HSP60表达显著上调，而抗氧化剂白藜芦醇和去铁胺降低了HSP60合成,表明白藜芦醇和去铁胺有效降低了人卵泡细胞的氧化应激。HSP60能在骨骼肌细胞中诱导胰岛素抵抗，并引起促炎性肌动蛋白的释放。此外，HSP60在肥胖综合征患者内脏脂肪组织中的表达特别高[28]，HSP60在2型糖尿病患者血清中浓度也升高[29]。有学者认为[30]，HSP60可看作是脂肪组织炎症与肥胖相关的代谢性疾病之间的新型联系分子，HSP60可能参与了PCOS的代谢异常，但具体还需进一步探究。

6 HSP70与PCOS

热休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)作为热休克蛋白家族中最突出的蛋白，引起了学者们的广泛关注。HSP70具有有效的抗氧化、抗炎和抗凋亡特性。近年来，研究者们已经在2型糖尿病、心血管疾病和癌症等许多慢性病患者的血清或血浆中观察到HSP70水平升高。血清HSP70水平升高程度也被认为是评估转基因小鼠卵巢损伤严重程度的指标[31]。尽管HSPs通常被认为是具有分子伴侣和细胞保护功能的细胞内蛋白，健康人的外周循环中也有HSP70存在。2004年，Jansen等[32]分析PCOS患者卵巢中异常表达的基因，观察到表达升高的编码HSP的5种基因中，HSP70为主要升高成分。曾有学者发现[33],牛囊状卵泡的颗粒细胞和卵泡膜细胞中HSP70呈高表达，卵巢中HSP70增加可能减少了囊状卵泡的凋亡，并且这些卵泡的延迟消退可导致卵巢呈多囊样改变。Salvetti等[34]发现,在PCOS大鼠卵巢中所有细胞胞核和胞质均表达HSP70，且与卵巢细胞中类固醇激素受体有关。吴庚香等[4]研究结果显示，与对照组相比，PCOS组大鼠卵巢中HSP70表达水平明显增强，且主要在颗粒细胞和卵泡膜细胞中表达，卵泡膜细胞内升高的HSP70可抑制卵泡膜细胞凋亡，使卵泡膜增生，形成PCOS高雄激素血症。孟婕等[35]研究发现，与正常对照人群相比，PCOS患者血清HSP70水平显著升高，且HSP70水平与PCOS风险之间存在关联。Gao等[36]发现,非肥胖PCOS妇女血清HSP70水平升高，且与这些女性体内的胰岛素抵抗、氧化应激和低度慢性炎症存在很强的关联性。此外，有实验发现[37]，PCOS患者的子宫内膜中HSP70显著降低。HSP此前被证实可保护子宫内膜细胞免受高水平活性氧所造成的不利影响，由此推测子宫内膜中HSP70下调可能导致PCOS患者子宫内膜的各种异常，这可能是PCOS患者易罹患子宫内膜癌的原因之一。Wu等[38]通过免疫组化、Elisa等实验发现，PCOS患者血清HSP70水平与睾酮以及C反应蛋白、白细胞介素6、肿瘤坏死因子α等炎性因子呈负相关。最新临床研究表明[39]，PCOS患者血清中异常升高的HSP70与多种性激素指标(卵泡刺激素、促黄体生成素和睾酮)以及多种氧化应激指标(8-异前列腺素F2α、丙二醛、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶)密切相关。这些研究提示HSP70可能在PCOS病理中起重要作用。

7 HSP72与PCOS

热休克蛋白72(heat shock protein 72，HSP72)属于HSP70家族，在正常和应激状态下均已被研究者们深入探究。HSP72作为分子伴侣促进了蛋白质的折叠以及不稳定蛋白质的降解，同时在防止应激诱导的细胞凋亡中发挥了重要的作用。HSP72在运动、细胞酸中毒和缺氧等情况下表达增加。先前已经证实，2型糖尿病和胰岛素抵抗患者骨骼肌中HSP72表达降低，且表达水平与IR程度呈负相关[40]。McCarty等[41]认为，HSP72表达低的个体可能有较高的IR风险和随后患糖尿病的风险，Chung等[42]实验发现，肥胖症中骨骼肌HSP72蛋白表达降低。此外，Gao等[36]发现，PCOS女性血清HSP72升高与IR、氧化应激和炎症标记物水平呈正相关。Vince等[43]实验发现，PCOS患者和正常对照组单核细胞或淋巴细胞中HSP72表达无显著差异，但在为期8周的运动后，对照组中HSP72表达增加，而PCOS女性没有增加，提示PCOS女性在运动后HSP72表达受损。HSP72与PCOS具体存在何种联系仍需进一步探究。

8 HSP90与PCOS

热休克蛋白90(heat shock protein 90，HSP90)能与醛固酮、雄激素、雌激素和孕激素等类固醇激素的受体结合，在促性腺激素活性的调节中发挥了重要作用。HSP90B1是一种重要的伴侣蛋白，可与多种细胞内受体和转录因子相互作用，保护目标蛋白质免受蛋白酶降解，维持目标蛋白激活后的稳定性。Park等[44]发现，经促肾上腺皮质激素或冷应激处理的大鼠卵巢中HSP90蛋白表达增加，应激状态激活了卵巢HSP90表达，同时改变了固醇激素受体和血清性激素的水平，这些变化共同导致卵泡发育异常，诱导大鼠多囊卵巢的形成。2016年，Li等[45]发现HSP90B1在卵巢细胞增殖和生存中具有关键作用。有研究表明[46]，PCOS女性卵巢组织中HSP90表达较高。HSP90B1表达水平升高对细胞生存和增殖、细胞周期进程和凋亡均具有不利影响。与具有正常排卵功能的女性相比，无排卵的PCOS女性卵巢颗粒细胞具有更高的增殖率，HSP90B1可能在PCOS发病机理中发挥着促进颗粒细胞增殖的作用，形成卵巢的多囊状态。近年来越来越多学者发现,HSP90参与了目标蛋白雄激素受体的折叠[47]。Liu等[48]研究发现，PCOS患者颗粒细胞中雄激素受体变体核转位受阻现象与HSP90有关。HSP90及其亚型在PCOS中的作用仍需进一步探究。

综上所述，HSPs蛋白家族和PCOS关系密切。PCOS病因复杂，多囊卵巢、排卵障碍、高雄激素血症、低度炎症、胰岛素抵抗以及各种代谢异常均是PCOS的特征，而这些均被证实与HSPs有关。PCOS患者临床表现各异，目前对PCOS的治疗尚停留在控制疾病进展的阶段，无法达到治愈的目标。本综述阐述了HSPs不同家族与PCOS的关系，探讨了它们在PCOS病因以及发病机制中的作用，旨在为PCOS的临床诊断和治疗提供新思路。