本综述的重点是总结热休克蛋白60（Hsp60）的表达及其与1型和2型糖尿病发病机制之间的已知关系。Hsp60是一种由线粒体损伤诱导的线粒体应激蛋白。已知它由多种细胞类型分泌，1型和2型糖尿病患者的循环水平均已被记录。然而，细胞外Hsp60的生物学意义尚待确定。我们将研究Hsp60与细胞抗炎和促炎过程之间的联系，并具体探讨Hsp60如何通过至少两种不同的机制影响免疫炎症：作为天然免疫受体的配体和作为自适应免疫受体识别的抗原。我们还将研究Hsp60在动脉粥样硬化免疫细胞激活过程中的作用，动脉粥样硬化是糖尿病发病过程中的一个重要危险因素。
1.简介
糖尿病是一系列代谢紊乱，其特征是慢性高血糖和蛋白质、脂肪和碳水化合物代谢异常[1]. 糖尿病最常见的两种类型分为1型和2型。1型糖尿病也称为胰岛素依赖型糖尿病（IDDM），其特征是自身免疫性破坏β-胰岛细胞最终导致胰岛素分泌减少，导致高血糖[2]. 另一方面，2型糖尿病与胰岛素分泌和胰岛素作用紊乱有关[三]. 越来越清楚的是，2型糖尿病也与β-炎症相关自身免疫过程中的胰岛细胞[4]. 然而，导致β-细胞尚未被阐明。由于线粒体在胰岛素分泌中起关键作用β-胰岛细胞[5]在这篇综述中，我们将探讨线粒体分子应激蛋白Hsp60在1型和2型糖尿病发病机制中的作用，以及Hsp60表达与炎症之间的潜在联系。
2.线粒体Hsp60在1型和2型糖尿病中的作用
热休克蛋白60（Hsp60）是一种主要定位于线粒体的分子应激蛋白，已知其在线粒体基质蛋白质折叠中起作用。Hsp60在线粒体损伤时上调[6]被认为是线粒体应激的指标。有趣的是，Hsp60也被证明是由多种哺乳动物细胞分泌的[7–9]已知在1型和2型糖尿病中都存在较高水平[10]. 糖尿病患者体内循环中Hsp60水平升高的生理/病理后果以及负责将Hsp60分泌到循环中的细胞类型尚不清楚。
多年来，Hsp60在非肥胖（NOD）糖尿病小鼠模型中被观察到，并被认为在胰腺破坏中起作用β-自身免疫性T淋巴细胞自发发育引起的胰岛细胞[11]. 已确定几个表位具有显著的抗Hsp60 T细胞反应，但其中一个特别是p277肽显示出最大的抗Hps60 T细胞响应[12]. 近年来，Hsp60的p277肽已被广泛研究；它是来源于单核细胞人类Hsp60的氨基酸残基427-460中的24个氨基酸的肽[13]. 当不易患自发性糖尿病的标准小鼠株用共价偶联到外国免疫原性载体分子的p277进行免疫时，就会发生高血糖和胰岛炎[14].
有趣的是，Hsp60和p277肽也可以保护β-单元格函数[15,16]. 这种保护被认为是由于自身免疫过程的调节β-细胞破坏。已有文献证明用p277进行治疗性疫苗接种可以减缓和抑制β-NOD小鼠和人类的细胞。研究表明，服用p277可以下调T细胞的反应性β-细胞抗原。这一过程被认为与细胞因子从促炎性T-helper-1（Th1）表型向抗炎性T-helper-2（Th2）表型的转变有关。因此，p277被证明可以增加IL-4和IL-10的分泌并减少γ-IF分泌，被认为是由p277结合TLR2受体介导的[17,18].
因此，很明显，Hsp60能够以两种方式影响T细胞反应：作为toll样受体2信号传递的配体和作为抗原。但是T淋巴细胞如何靶向Hsp60（普遍存在）和p227表位参与胰腺的破坏和保护β-细胞？对此的一种解释是分子模拟。Hsp60和p277可能模拟β-具有p277样表位的胰腺胰岛细胞[19]. 研究人员[20]据报道，小鼠Hsp60分子β-NOD小鼠的细胞是抗H-p277的靶细胞。然而，这一发现提出了一个问题，即Hsp60等普遍存在的分子如何成为组织特异性自身免疫疾病的靶点？鉴于存在与胰腺序列相同的成纤维细胞同源物，没有证据表明存在组织特异性Hsp60β-胰岛Hsp60[20]. 然而，为了解决这个问题，已经提出了一些建议；Hsp60以独特的方式存在于β-当胰岛素分泌时，这些小泡与β-细胞膜导致Hsp60出现在β-细胞膜和/或甚至在没有线粒体应激的情况下分泌，导致与其他细胞分泌特性的差异[20,21]. 当C9细胞（一种对p277有反应的糖尿病性NOD T细胞克隆）被注射到NOD小鼠体内时，它们迁移到胰腺和肾脏[20]. 另一项实验表明，脊椎动物基因组中存在8-12个Hsp60基因；然而，测序时，除一个外，其余均为假基因[22]. 所有这些实验都表明，尽管β-细胞Hsp60不是组织特异性的，可能存在组织特异性翻译后修饰[20]. 实验还表明，T细胞在β-细胞和其他抗原提呈细胞的缺失表明Hsp60β-细胞可以被专门处理到该组织，使β-细胞将其自身的Hsp60呈递给T细胞，并最终呈递特异性免疫原性肽如p277[20]. 尽管T细胞以非问题特异性分子为靶点，但它可能比易受攻击、受损的分子更偏好β-细胞，最终导致β-细胞，并允许释放组织特异性抗原[20]. Hsp60在β-细胞也可能被环境组织特异性触发物增强，例如通过γ-干扰素，从而导致β-抗Hsp60 T细胞靶向细胞[20].
因此，识别Hsp60的目的是什么，免疫系统能从中获得什么？Hsp60是一种高度保守的蛋白质；因此，细菌（外来）和内源性Hsp60（自身）都可以作为β-单元格[23]. 起初，抗Hsp60抗体的产生被认为是抵抗细菌感染或接种疫苗的机制[23]; 然而，后来发现抗自身Hsp60的自身抗体也与各种自身免疫疾病有关，如1型糖尿病[24].
对人类患者的各种研究表明，用p277表位治疗1型糖尿病，可以通过阻止内源性胰岛素合成的破坏来保护部分内源性胰岛素的生成β-胰腺中的细胞团[25,26]. Stuart等人的论文，2012年，声明一些Hsp60肽表位可以结合人类主要组织相容性复合物分子HLA-DR的多个等位变异，称为泛DR表位，它可以诱导低肽特异性增殖反应和肽特异性细胞因子如白细胞介素-10（IL-10）的产生，抗炎细胞因子和干扰素-γ（干扰素-γ)1型糖尿病[26]. 这表明Hsp60和来自全长分子的肽可以诱导促炎和抗炎细胞因子。这证实了Hsp60是1型糖尿病炎症的重要调节剂。值得注意的是，Hsp60还被认为通过激活效应T细胞上调Hsp60并向抗工效型调节T细胞呈现其自身的Hsp60表位来下调炎症[27].
越来越多的证据表明，Hsp60可能也参与了2型糖尿病的发病机制。许多研究表明，2型糖尿病患者体内循环中Hsp60蛋白水平升高。Yuan等人[10]据报道，与非糖尿病对照组相比，2型糖尿病患者的血清和唾液中Hsp60的含量升高。2型糖尿病患者的唾液Hsp60是非糖尿病患者的四倍，血清Hsp60比2型糖尿病的唾液Hps60高16倍。Hsp60作为线粒体应激的分子标记物的存在为进一步研究Hsp60与糖尿病的关系提供了一种无创性诊断途径[10]. 已有证据表明，当人类HeLa细胞在线粒体抑制剂（如叠氮化钠、过氧化氢和高糖）的存在下生长时，Hsp60在蛋白质水平上显著上调[28]. 这表明，在2型糖尿病患者中检测到的血清Hsp60水平升高可能也与线粒体应激有关。
3.Hsp60与炎症
许多研究表明，细胞外Hsp60在细胞和体液免疫反应中扮演着细胞“危险”信号的角色[29,30]. 1997年，有人提出一种假设，认为急性期/应激反应物（如Hsp60）及其主要细胞因子升高与2型糖尿病相关[31]. 自那时以来，许多研究都在研究炎症的循环标志物及其与2型糖尿病的关系[32]. 炎症被发现是2型糖尿病和胰岛素抵抗发病机制中的重要致病因素[33]. 胰岛素抵抗、糖尿病和动脉粥样硬化的发病机制与类toll受体（TLR）激活先天免疫系统之间也存在明显的关联[34–36]. 有趣的是，TLR2和TLR4多态性与2型糖尿病之间的联系已被证明，这表明TLRs可能在糖尿病中发挥致病作用[37,38]. 其他研究表明，TLR2和TLR4在2型糖尿病患者的骨骼肌和脂肪组织等常规胰岛素抵抗靶组织中的表达增加[39,40].
TLRs是一个感知微生物入侵的蛋白质家族。这反过来刺激TLR并启动一系列主机防御机制[41]. TLR家族的每个成员都被设置为识别特定的病原体成分，当其被激活时，将产生信号级联，最终导致细胞因子（如IL-1）的产生β、IL-6、IL-8、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α))和适应性免疫反应[41]. TLR2和TLR4的配体包括Hsp60、Hsp70、高迁移率族B1蛋白、内毒素、透明质酸、晚期糖基化终产物和细胞外基质成分[42]. 2009年，有人推测Hsp60对先天免疫系统的影响可能是由于重组哺乳动物Hsp60制剂中存在细菌污染物（LPS、脂多糖、革兰氏阴性菌的主要细胞壁成分）[43]; 然而，现在很清楚，先天性免疫受体的激活可能是由Hsp60本身引起的，而不是由相关污染物引起的[44]. Dasu等人于2010年进行的一项研究证实，与非糖尿病患者相比，2型糖尿病患者TLR2和TLR4的表达显著增加。此外，由于TLR2和TLR4表达增加，随后炎症增加，这是由核因子Kappa Beta（NF）介导的-κB） 第65页[45]. 促炎介质IL-1的浓度β、IL-6、IL-8、MCP-1和TNF-α与非糖尿病患者相比，2型糖尿病患者的血清中也发现显著增加。这一新发现表明，Hsp60可能通过激活TLR在炎症（2型糖尿病的代谢特征）中发挥调节作用。
有趣的是，抗人Hsp60小病毒RNA（shRNAs）已被证明在转染人类细胞48小时后下调内源性Hsp60 mRNA的表达[46]. 该研究证明，Hsp60可以通过RNAi进行调节，并为开发基于RNAi的临床治疗策略以治疗2型糖尿病开辟了可能性。
许多研究还表明，患有1型和2型糖尿病的人会加速动脉粥样硬化，并有更大的发展动脉粥样硬化的风险[47]. 动脉粥样硬化是一种动脉内斑块积聚的疾病，是大多数心血管疾病的病因[48]. 早期动脉粥样硬化的特征是无粒细胞或单核细胞，特别是单核细胞、巨噬细胞和T淋巴细胞的渗透[49]. 在晚期动脉粥样硬化病变中，T淋巴细胞被激活，大部分细胞被认为对Hsp60有反应[50,51]. 一项使用分枝杆菌Hsp60免疫兔子的研究表明，当兔子的T淋巴细胞耗尽时，动脉粥样硬化病变可以得到预防[52,53]. 另一方面，当低密度脂蛋白受体缺陷小鼠被引入Hsp60反应性T淋巴细胞时，小鼠能够诱导显著的动脉粥样硬化血管壁变化[54].
2007年进行的一项研究发现，年轻男性的动脉粥样硬化和T细胞对Hsp60的反应性之间存在相关性，而50岁及以上的男性则不存在相关性。这表明T细胞对Hsp60的反应在年轻和早期的动脉硬化中更为显著[55]. 据认为，50岁及以上的男性对Hsp60的T细胞反应性不太显著，因为大多数T细胞已经从血液中形成到动脉粥样硬化斑块的炎症部位，而来自外周血的淋巴细胞可能不再具有血管壁细胞的特异性抗原库[55]. 这种T细胞对Hsp60的反应能够触发先天性和适应性免疫反应，从而启动动脉粥样硬化的早期炎症阶段，线粒体Hsp60越来越被认为是内皮炎症部位的关键自身抗原[56,57]. 然而，由于T细胞对Hsp60的反应性，导致动脉硬化开始时Hsp60表达的机制尚不清楚。
4.结论
Hsp60与1型和2型糖尿病之间有明显的相关性。在1型糖尿病中，Hsp60蛋白能够诱导产生抗Hsp60抗体，作为抵抗病原体的防御机制；抗Hsp60抗体也以内源性Hsp60（p277表位）为靶点，并导致β-胰岛细胞。然而，Hsp60和p277肽也可以阻止β-通过上调抗炎Th2细胞因子途径破坏细胞。自从失去β-胰岛细胞主要被认为是由促炎性Th1细胞因子反应驱动的，Hsp60和p277引起的Th1向Th2的转移可能与1型糖尿病的减轻有关（图1). 2型糖尿病患者血清中Hsp60的高水平也可能通过与TLR2和TLR4受体的相互作用，导致靶细胞（如血管内皮细胞）中促炎细胞因子的启动（图2). 因此，作为促炎信号分子的Hsp60可能在非溶解性血管炎症中发挥作用，这越来越被认为是2型糖尿病的一个特征。这表明Hsp60确实在调节糖尿病炎症过程中起着关键的调节作用，也可能在线粒体应激和糖尿病炎症之间提供关键联系。
竞争性利益
作者声明，他们没有相互竞争的利益。
作者的贡献
Joshua Juwono在Ryan D.Martinus的监督下负责研究审查涉及的领域。该评论论文由Joshua Juwono撰写，Ryan D.Martinus编辑。
