Exogenous heat shock protein 70 binds macrophage lipid raft microdomain and stimulates phagocytosis, processing, and MHC-II presentation of antigens

Rajiv Y. Chandawarkar et al.

Blood 107: 1636-42, 2006

微免所碩二 S46934112 陳煜恬

背景介紹

熱休克蛋白質（Heat shock protein, HSP）是人體內一種重要的蛋白質。顧名思義，HSP在細胞受到熱處理時會大量上升以執行其熱平衡功能；另一方面，HSP更廣為人知的作用在對許多細胞內蛋白質進行所謂伴隨反應（chaperoning reaction）協助蛋白的摺疊(folding)而成熟。然而，近年來關於HSP引發的免疫反應的報導也指出，一些病毒、細菌、腫瘤的抗原蛋白若與HSP結合，會比單獨抗原產生更強大的免疫反應，更有效地消滅病原菌及腫瘤。針對以上發現，作者假設HSP能與宿主免疫系統第一道防線抗原呈現細胞（Antigen-presenting cell）結合並活化之，進而促進外來抗原的呈現而引起後續T細胞為主的清除作用。

結果

                                         如圖一所示，以螢光標示過的beads, E. coli, 及yeast分別與HSP70或其他蛋白處理，之後加入三種monocyte cell line加以作用60分，最終偵測monocyte內螢光強度，作為衡量吞噬作用的指標。紅色方框顯示當抗原與HSP70作用時，比其他蛋白更能增強monocyte對三種物質的吞噬現象。

圖一、HSP70促進monocyte吞噬抗原。                    圖二、HSP70促進monocyte吞噬抗原具有專一性

圖二作者欲比較一些蛋白是否也具有增進吞噬的能力。由圖二看來，HSP70增進monocyte的吞噬能力具有專一性，以相近分子量、增生活化因子等蛋白皆沒發現類似促進吞噬的情形。

圖三、吞噬作用抑制劑能阻斷HSP70引發的抗原吞噬現象；而蛋白合成抑制劑則沒有影響

接著在圖三，作者給予吞噬作用抑制劑cytochaiasin D或者低溫處理能將HSP70所提升的吞噬現象完全抑制；另一方面，使用蛋白質合成抑制劑cyclohexamide則不見影響；同時作者也比較HSP70與病原蛋白結合是否有差異。結果顯示HSP70增進吞噬作用除了不需新蛋白合成，同時也與病原蛋白結合與否沒有顯著關係。

圖四、HSP70與monocyte表面lipid rafts結合進而增進抗原的吞噬

作者近一步想知道HSP70與monocyte的結合位，利用細胞不同部位具有不同密度原理，以重力離心分出不同區域，再與HSP70共同作用，結果發現，只有在密度較低的區域才能看到HSP70的訊號，且與GM1(lipid rafts marker)有共同位置。說明了HSP70乃藉由與monocyte表面的lipid rafts結合達到增進抗原吞噬作用。

圖五、HSP70在促進monocyte吞噬抗原後，也能使monocyte呈現抗原給T細胞

最後，作者想問，monocyte作為抗原呈現細胞是否在受到HSP70刺激後，也有增強抗原被呈現給T細胞的能力。由圖五A看來，在給予HSP70之後去測antigen specific T cell proliferation，相較其他組別有明顯的分化，乃活化的表示，由cytokine secretion也可再度證明。

討論

由這個卡通簡圖我們可以知道HSP70攜帶外來抗原，經由與monocyte表面lipid rafts結合進而增進抗原的吞噬、呈現，使得具有抗原專一性的T細胞被活化，釋放cytokine進而達到清除病原的目的。但是詳細的分子機制在本篇文章中並沒有進一步解釋，此外對於monocyte有沒有可能也一併呈現HSP70的抗原給T cell，反而形成anti-HSP mediate autoimmunity是作者需要進一步釐清的。

參考文獻

1.          Srivastava, P. K., et al. Roles of heat-shock proteins in innate and adaptive immunity. Nat. Rev. Immunol. 2, 185-94 (2002).

2.          Srivastava, P. K., et al. Necrotic but not apoptotic cell death releases heat shock proteins, which deliver a partial maturation signal to dendritic cells and activate the NF-kappa B pathway.Int. Immunol. 12, 1539-46 (2000).

3.          Chandawarker, R.Y., et al. Exogenous heat shock protein 70 binds macrophage lipid raft microdomain and stimulates phagocytosis, processing, and MHC-II presentation of antigens.Blood.107, 1636-42 (2006).