关于分子伴侣（在这儿没找到，找到后就贴上来，一大片，呵呵）
丁香园论坛
5484
分子伴侣与疾病
刘慧萍 柴玉波 陈苏民
（第四军医大学生物化学与分子生物学教研室，西安，710032）
摘 要
近十年来，由于分子伴侣的发现和深入研究，使经典的蛋白质折叠“自组装”学说受到挑战。越来越多的研究证实，“辅助性组装学说”更加符合体内蛋白质折叠的特点和途径：即蛋白质多肽链的正确折叠和组装需要其他蛋白质分子的帮助，分子伴侣与折叠酶一起，构成了两种重要的辅助折叠分子。这为揭示生理或病理条件下蛋白质的折叠机理提供了新的研究思路，因而具有重要的理论意义和潜在的应用价值。
分子伴侣可以定义为“一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份”，如热休克蛋白。还有一类“分子内伴侣”前肽常位于信号肽与成熟多肽之间，是成熟多肽正确折叠所必需的。折叠酶则是催化蛋白质折叠过程共价键的异构化，主要有有PDI和PPI。有的辅助折叠分子即可以是折叠酶又可以是分子伴侣。
内质网（ ER ）中的辅助折叠蛋白如分子伴侣，还组建成一个蛋白质折叠调控的“质控系统”，防止非活性产物的产生；并通过激活蛋白水解酶来降解这些未能正确折叠的中间产物。
分子伴侣与机体生理条件与病理条件均有相关性。分子伴侣可以是一把“双刃剑”，既具有免疫保护作用，在一定条件下还具有致病作用。一方面，它可以成为感染性疾病中的免疫优势抗原，激发宿主体内的体液免疫反应和 T 细胞介导的细胞免疫反应，如已证实一些热休克蛋白在细菌或寄生虫感染中具有免疫保护作用，甚至与肿瘤免疫有关。而且分子伴侣构成的“质控系统”可以防止蛋白质非活性产物干扰细胞的正常功能。但另一方面，分子伴侣也可以导致疾病的发生。如蛋白产物极细微的折叠异常，虽然对活性影响不大，却可以被“质控系统”滞留在内质网，不能实现正常的转位、转运或分泌，导致疾病发生。还有一些病理性折叠分子如 Prion 朊病毒，甚至可以介导正常蛋白的错误折叠，成为具有感染性的蛋白质而传播疾病。
一、蛋白质折叠的“辅助性组装学说”
尽管体外大多数蛋白的折叠服从经典的“自组装学说”，不需要其他分子的帮助和外加能量的补充。但许多蛋白在体外自发折叠形成天然结构的效率非常低，很容易“误入歧途”（offpathway）产生没有活性的聚集体；有些蛋白在体外的折叠则比活细胞内的折叠缓慢得多。而在活细胞内，蛋白质的浓度比体外蛋白质稀释复性的浓度高得多，若没有其他分子的帮助，在高等生物的体温下也十分容易聚合。
最近十年来的研究发现，体内新生肽链的折叠事实上需要其他分子的帮助。从而产生了蛋白质折叠的“辅助性组装”（assisted assembling）学说，使经典的蛋白质折叠的“自组装学说”发生了革命性的转变。新的观点认为，新生肽链折叠并组装成有功能的蛋白质并非都能自发完成，在相当多的情况下是需要其他蛋白质帮助的，这类帮助蛋白包括分子伴侣（ molecular chaperones ）和折叠酶（folding enzymes, foldases）（ Ellis 1993 ）。新的观点在实质上并不和 Anfinsen 理论相矛盾，属于蛋白质折叠途径或折叠的识别和组装问题上的认识的完善。
1 分子伴侣（ molecular chaperones ）
1987 年 Lasky （ Lasky ， 1987 ）首先提出了分子伴侣的概念。他将细胞核内能与组蛋白结合并能介导核小体有序组装的核质素（ nucleoplasmin ）称为分子伴侣。根据 Ellis 的定义，这一概念延伸为“一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份” （ Ellis 1993 ）。热休克蛋白就是一大类分子伴侣。1987年，Ikemura（ Ikemura 1987 ）发现枯草杆菌素（subtilisin）的折叠需要前肽（propeptide）的帮助。这类前肽常位于信号肽与成熟多肽之间，在蛋白质合成过程中与其介导的蛋白质多肽链是一前一后合成出来的，并以共价键相连接，是成熟多肽正确折叠所必需的，成熟多肽完成折叠后即通过水解作用与前肽脱离。Shinde和Inouye将这类前肽称为分子内伴侣（intramolecular chaperones）。
最近分子伴侣这个概念被解释为一类与其他蛋白不稳定构象相结合并使之稳定的蛋白，它们通过控制结合和释放来帮助被结合多肽在体内的折叠、组装、转运或降解等 (Hendrick 1993 ， Hartl 1996) 。分子伴侣本身不包括控制正确折叠所需的构象信息，而只是阻止非天然态多肽链内部的或相互间的非正确相互作用，或者说它们给处于折叠中间态的多肽链提供了更多的正确折叠的机会，因而它们能提高折叠反应的产率而不一定能提高其速率。细胞内的蛋白质折叠与组装可以发生在胞浆、线粒体或内质网（ endoplasmic retinum ， ER ），因而分子伴侣可以存在于胞内的各个部位。分子伴侣主要分为以下几类：
1) 伴侣素家族（chaperonin, Cpn）
Cpn 家族是具有独特的双层 7-9 元环状结构的寡聚蛋白（ Hemminngwen 1988; Cheng 1989 ），它们以依赖 ATP 的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。 Cpns 又分为两组： GroEL(Hsp60) 家族和 TriC 家族。 GroEL 型的 Cpns 存在于真细菌、线粒体和叶绿体中，由双层 7 个亚基组成的圆环组成，每个亚基分子量约为 60Ku 。它们在体内与一种辅助因子，如 E. coli 中的 GroES ，协同作用以帮助蛋白折叠。除了叶绿体中的类似物外，这些蛋白是应急反应诱导的。人们对 GroEL 和 GroES 的结构、功能及其作用机制做了十分详尽的研究。 TRiC 型（ TCP-1 环状复合物）存在于古细菌和真核细胞质中，由双层 8 或 9 元环组成，亚基分子量约为 55K ，与小鼠中 TCP-1 尾复合蛋白（ TCP-1 tail complex protein ）有同源性。这种 Cpn 没有类似 GroES 的辅助因子，而且只有古细菌中的成员有应急诱导性；
2) 应激蛋白70 家族(Stress-70 family)
又称为热休克蛋白 70 家族（ Hsp70 family ），是一类分子量约 70Ku 的高度保守的 ATP 酶，广泛地存在于原核和真核细胞中，包括大肠杆菌胞浆中的 DnaK/ DnaJ ，高等生物内质网中的 Bip 、 Hsc1 、 Hsc 2 、 Hsc 4 或 hsc70 ，胞浆中的 Hsp70 、 Hsp68 和 Ssal4p ，线粒体中的 Ssclp 、 Hsp70 等。在细胞应急和非应急条件下的蛋白质代谢，如蛋白质的从头折叠（ de novo protein folding) 、跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程中有重要的作用。在体内， Hsp70 家族成员的主要功能是以 ATP 依赖的方式结合未折叠多肽链的疏水区以稳定蛋白质的未折叠状态，再通过有控制的释放帮助其折叠（ Hartl 1996 ）；
3) 应激蛋白90 家族(Stress-90 family)
即热休克蛋白 90 家族（ Hsp90 family ），分子量在 90Ku 左右，包括大肠杆菌胞浆中的 HtpG ，酵母胞浆中的 Hsp83 与 Hsc83 ，果蝇胞浆中的 Hsp83 ，以及哺乳类胞浆中的 Hsp90 与内质网中的 Grp94 （ Erp90 或内质网素 endoplasmin ）等。 Hsp 90 可以与胞浆中的类固醇激素受体结合，封闭受体的 DNA 结合域，阻碍其对基因转录调控区的激活作用，使之保持在天然的非活性状态，但 hsp90 的结合也使受体保持着对激素配体的高亲和力。 hsp90 还与 Ras 信号途径中许多信号分子的折叠与组装密切相关，主要是 hsp90 的结合与解离，介导了这些分子在非活性形式与活性形式间的转化。如转化型酪氨酸激酶 pp60v-src 或在一定条件下，从 hsp90 等与之形成的复合物中释放，才能转位至胞膜，行使激酶的活性功能。 Casein(CKII) 和 el/f-2a 是两种丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶，其中 Casein(CKII) 与细胞生长和细胞周期有关， el/f-2a 激酶则调节蛋白质合成，两者均可与 hsp90 及其他分子伴侣形成复合物。除 hsp90 以外，其他分子伴侣如 hsp70, PPIs 等都影响了受体分子的激活过程；
4) 其他种类的分子伴侣:
包括核质素、 T 受体结合蛋白 (TRAP) 、大肠杆菌的 SecB 和触发因子（ trigger factor ）及 PapD 、噬菌体编码的支架蛋白（ scaffolding proteins ）等。 分子伴侣不仅与胞内蛋白的折叠与组装密切相关，影响到蛋白质的转运、定位或分泌；而且与信号转导中的信号分子的活性状态与活性行为相关连，具有重要的生理意义（Bohen 1995, Pratt 1997 ）。
2 折叠酶（ foldases）
许多研究表明，某些蛋白质折叠的限速步骤是共价键的异构化，需要相应的酶催化。目前了解得最多的是两种酶，蛋白质二硫键异构酶 PDI （ Protein disulfide isomerase ）和肽基脯氨酰顺反异构酶 PPI （ Peptidyl prolyl cis/trans isomerase ） (Gething & Sambrook 1992) 。
真核生物的 PDI 主要位于内质网，细菌中的类似物是 Dsb 家族，位于细菌外周质（ periplasm ） , 通过催化巯基与二硫键的交换反应，从而催化蛋白质二硫键的形成、还原（断裂）或重排（异构化）。在蛋白质折叠过程中，主要催化含有二硫键的膜蛋白或分泌蛋白的正确折叠。下文将重点讨论 PDI 的结构与功能。
PPI 广泛分布于各种生物体及各种组织中，多数定位于胞浆，但也存在于大肠杆菌的外周质、红色面包霉的线粒体基质、酵母与果蝇和哺乳动物的内质网。 PPI 在细胞中的基本作用是通过非共价键方式，稳定扭曲的酰胺过度态，而催化肽基脯氨酰的顺式与反式旋转体的相互转变。免疫抑制剂环孢霉素 A （ cyclosporin A, CsA ）与 FK506 及那巴霉素（ rapamycin ）可与它们结合并抑制其催化活性。根据底物特异性分为两类：环孢霉素亲和蛋白（ Cyclosporin ）和 FK 结合蛋白（ FKBP ）。结构研究表明， FKBP 的催化活性位点与药物结合位点是由芳香族氨基酸残基构成的一个大空腔。在 T 细胞中， PPI 还起抑制 T 淋巴细胞功能的生理作用。
3 具有分子伴侣功能的酶和具有酶活力的分子伴侣
饶有兴味的是， PDI 和 PPI 不仅可以起到折叠酶的催化作用，而且具有防止折叠中间体聚集的类似分子伴侣的功能。王志珍等最早提出 PDI 是分子伴侣的假说并验证了 PDI 的这一功能（详见后文）。在碳酸酐酶的折叠中， PPI 一方面在其早期中间体的形成过程中起分子伴侣的作用，防止不正确的聚集，另一方面在折叠的较晚时期发挥折叠酶的催化活性（ Freskgard 1989 ）。
最近发现一些 ATP 依赖型蛋白酶以及与之密切有关的蛋白也表现固有的分子伴侣活力，这种与蛋白酶相关联的分子伴侣活力被称为 Charonins （ Gottesman ， 1997 ）。 ATP 依赖型蛋白酶在各种生命有机体内广泛存在，其三个不同家族都具有分子伴侣活力。
与此相应，一种大肠杆菌的分子伴侣触发因子 (Trigger Factor) ，最近被证明是肽基脯氨酰异构酶（ PPI ）家族的一种 FK506 结合蛋白。它具有一个独立于异构酶活性部位之外的多肽结合部位，使它能高效地促进那些以肽基脯氨酰异构化为限速步骤的蛋白质的折叠。触发因子能比所有已知的小分子 PPI 更有效地催化大蛋白的折叠，可能是因为小分子 PPI 不具有触发因子的分子伴侣活性的缘故。从触发因子中切出的相应于 FK506 结合蛋白的中间片段，对短肽底物表现出完全的肽基脯氨酰异构酶活力，但是其帮助蛋白质折叠的活力下降了大约 1000 倍（ Scholz 1997 ）。
DnaJ 是另一种与蛋白质折叠和应激复性有关的大肠杆菌分子伴侣。它具有类似硫氧还蛋白的活性中心，与 PDI 家族的另一个成员 DsbA 的活性中心相同。最近发现， DnaJ 与 PDI 一样能催化蛋白质二硫键的氧化、还原和异构（ DeCrouy 1995 ）。推测 DnaJ 可以保持蛋白质在跨膜转运之前的还原状态，以及控制膜蛋白嵌膜之前和嵌膜过程中内膜蛋白的氧化还原状态，来辅助蛋白质的转运。除了帮助蛋白质折叠和应激保护作用之外， DnaJ 还能作为叶绿体硫氧还蛋白参与一些细胞酶活力的氧化还原状态的调控。
同一分子具有分子伴侣和酶两种活力，使蛋白质分子具有更高的效率，或赋予它新的功能。 ATP 依赖型蛋白酶能选择性降解错误折叠的蛋白质，而具有质量控制（quality control）的功能。这可能是生物进化和自然选择的结果。
二、细胞内质网中蛋白质折叠的质控系统
虽然蛋白质的翻译绝大多数在胞浆进行，但有许多蛋白质的折叠和最后的成熟常常需要转运到其他细胞器才能完成，这些细胞器包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体（ peroxisomes ）和内质网（ ER ）。 ER 是膜蛋白和分泌蛋白成熟的场所。在某些细胞， ER 每天产生的蛋白量超过细胞本身的总质量。 ER 是一种非常特殊的细胞器，其中 Ca2+ 浓度高达 mM 水平，提供了某些蛋白成熟所必需的离子环境。 ER 拥有的氧化还原对 GSH:GSSG 的比例达 2:1 或 3:1 （有的约 10:1 ），因而较胞浆（比例约 100:1 ）的氧化能力大得多，利于二硫键的氧化形成（ Helenius 1992 ）。 ER 含有从胞浆转运来的 ATP ，为一些分子伴侣发挥功能时提供能量。另外， ER 含有丰富的分子伴侣和折叠酶，分子伴侣有 BiP/GRP78 和 GRP94 ，分别对应于胞浆中的 Hsp70 和 Hsp90 ；折叠酶 PDI 主要位于 ER ，含量可以占到细胞总蛋白的 0.4% ，还含有类似 PDI 的 ERp72 和 ERp64 ，也可能起催化二硫键形成的作用； ER 中的 PPI 则与胞浆中的类似。 ER 为膜蛋白和分泌蛋白的翻译后修饰、二硫键形成和折叠组装中的构象调整，提供了极为有利的环境。 膜蛋白和分泌蛋白大多是含有二硫键或糖基化位点的蛋白质，具有多个结构域，两者的折叠与成熟过程相似：（ 1 ）蛋白质在粗面内质网折叠和组装；（ 2 ）新生肽链转位至内质网后信号肽被切除，边翻译边开始部分折叠，尤其是含有多个结构域的蛋白，可形成部分的二级结构或三级结构，而单结构域的蛋白则须等翻译完毕才进行折叠；（ 3 ）翻译后修饰如蛋白质糖基化和寡聚糖链的加工；二硫键的形成和异构化；蛋白多聚体的组装和构象调整；最后形成天然结构；蛋白质在翻译时和翻译后的折叠和组装受到帮助蛋白的介导或催化，使之在极短的时间内（短至几毫秒或几分钟）即能完成；（ 4 ）转运至高尔基体，进一步加工后转位至膜或分泌至胞外。
ER 中的分子伴侣及其他帮助蛋白，不仅介导和辅助新生肽链的正确折叠与组装，还组建成一个蛋白质折叠调控的“质控系统”（ quality control system ），结合蛋白质的折叠中间体、未完全折叠或组装的多肽链、错误折叠的蛋白质或蛋白质聚集体 / 聚合体，使之滞留（ retaining ）在内质网，阻碍其转运至高尔基体，从而防止非活性产物的产生；并通过激活蛋白水解酶来降解这些未能正确折叠的中间产物。
三、分子伴侣与疾病
1 分子伴侣是双刃剑(Henderson 1996)
(1) 分子伴侣的免疫保护作用
分子伴侣不仅是胞内蛋白折叠、组装与转运的帮助蛋白，更令人惊奇的是它还可以成为感染性疾病中的免疫优势抗原（ immunodominant antigens ），激发宿主体内的体液免疫反应和 T 细胞介导的细胞免疫反应，证实在细菌或寄生虫感染中具有免疫保护作用（ Minowanda 1995, Young 1992 ）。这说明分子伴侣有可能用作疫苗，来抵抗微生物的感染，并用来治疗肿瘤和自身免疫疾病（ Suto 1995 ）。用一个 96Ku 的肿瘤相关分子伴侣免疫肿瘤病人，已进入一期临床实验（ Edgington 1995 ）。动物疾病模型中的胰岛素依赖型糖尿病、风湿病等可被分子伴侣 cpn60 抑制，可能是 cpn60- 反应性 T 淋巴细胞起了作用。某些情况下，分子伴侣如 cpn10 中的妊娠早期因子（ early pregnancy factors, EPF ）具有免疫抑制作用，因而具有安胎、防止习惯性流产等治疗价值（ Cavanagh 1994 ）。 生理情况下，诱导热休克蛋白 Hsp70 等的过度表达，能使机体具有更高的缺血耐受能力，减少急性成人呼吸窘迫症造成的器官损害（ Currie 1993 ）。眼球晶状体中的 (- 晶体蛋白（ (-crystallin ）可以防止其他晶体蛋白的聚集和浊化，因而能够防治白内障（ Graw 1997 ）。随着年龄的增长和受紫外线照射累加效应的影响，可导致 (- 晶体蛋白的分子伴侣活性减弱，这常常是老年性白内障的病因之一。而有些药物如阿斯匹林、 indomethacin 等也能介导产生热休克反应。
(2) 分子伴侣的致病作用
细胞内新生肽链的折叠过程中，其正确折叠需要帮助蛋白如分子伴侣和折叠酶等的参与和介导； 而蛋白质的降解还可以由分子伴侣提供的“质控系统（ quality control system ）”辅助完成 (Hammond 1995,) 。这种“质控系统”可以识别（ recongnizing ）、滞留（ retaining ）和靶向作用（ targeting ）于错误折叠的蛋白质，促进这些蛋白质聚集或降解，阻碍其正常定位，防止它们干扰细胞的正常功能。但也可以导致疾病的发生。 已知许多编码基因的细微突变如点突变或个别氨基酸的缺失，编码蛋白还具有绝大部分生物活性，只是出现蛋白产物极细微的折叠异常，却可导致疾病的发生。部分原因是“质控系统”在发挥作用：蛋白产物极细微的折叠异常，虽然对活性影响不大，却可以被分子伴侣等识别而滞留在内质网，不能实现正常的转位、转运或分泌，从而不能到达生理位置执行正常的功能，导致疾病发生。典型的例子有 ?? 抗胰蛋白酶缺陷病（T eckman 1995 ）。一种情况是因为 ?? 抗胰蛋白酶发生Glu ??? ( ? L ys 的 Z 突变时，仅有 15% 的蛋白质分泌出来，其余全部滞留在内质网（ ER ）。这种滞留的原因部分是由 ER 的分子伴侣 calnexin 介导了折叠异常的突变蛋白的聚集。而异常产物的聚集大大妨碍了细胞的正常活动，导致肝硬化（ cirrhosis ）或肺气肿 （ emphysema ）的发生。 另一种疾病是囊性纤维化（ cystic fibrosis, CF ），囊性纤维性跨膜递质调节蛋白（ CFTR ）是位于胞膜的 cAMP 激动型氯离子通道，野生型 CFTR 有 12 个跨膜结构域（ membrane-spanning domains ），大部分位于胞浆。新生 CFTR 多肽链在 ER 至少与两个以上的分子伴侣如 calnexin 和 Hsp70 形成复合物，脱离分子伴侣的“护送”方可转运至细胞膜 (Yang 1993; Pind 1994) 。超过 70% 的 CF 病人中， CFTR 蛋白第 508 位的苯丙氨酸 Phe 发生缺失（Δ F508 CFTR ），突变体仅有细微的构象变化，但能被“质控系统” 识别并将其滞留在内质网，Δ F508 CFTR 发生聚集，甚至降解，从而它的转运速度跟不上胞膜氯离子通道蛋白的更新速度，细胞功能受限。实际上，这种只有折叠细微变化的蛋白在特定条件下如低温时，仍可以转运至胞膜，具有绝大部分生理活性（ Denning 1992 ）。 可以设想，治疗这种疾病，并不一定非要进行基因治疗不可，而只要完善其转运途径即可。如甘油（ glycerol ）、二甲基亚砜 DMSO(dimethylsulfoxide) 和氘化水（ deuterated water ）等，以及细胞内的氮氧化物三甲亚砜（ trimethysulfoxide N-oxide ），可以稳定蛋白，增加溶解度，减少 CFTR 突变蛋白的降解，实现正常运输（ Brown 1996 ）。对应于大分子的分子伴侣，这些小分子的蛋白稳定剂，又称为化学伴侣（ chemical chaperones ）。细胞内存在的对抗高渗的渗透剂（ osmolytes ）就是典型的一类 (Welch 1996) ：碳水化物中除甘油外，还有 sorbitol 、 arabitol 、 myo-inositol 及 trehalose; 氨基酸及氨基酸衍生物中的甘氨酸等；甲胺类物质中的 TMAO (trimythylamine N-oxide), 甘油磷酸胆碱（ glycero-phosphorylcholine ）。 当然，并不是所有的蛋白折叠异常导致定位异常。如一些神经系统疾病 Alzheimer's 病和 prion 蛋白粒子病，突变蛋白并没有滞留在转运途中，可以到达正常定位位置 (Cohen 1994) 。突变蛋白之间的相互作用导致蛋白质发生错误折叠，因为降解不彻底而形成不溶性沉淀。不溶性沉淀形成过多，严重干扰正常的神经活动，引起失能，属于“折叠病（ fold diseases ）”。 prion 蛋白粒子病中致病性蛋白（ pathogenic prion protein, PrPsc ）的聚集，是因为蛋白构象中的一个或多个α螺旋变成了β片层，进入大脑后还能使正常的PrPc（normal PrP） 蛋白变成异常的 PrPsc 蛋白，象介导错误折叠的“模板”，称为“病理性伴侣分子”（ pathological chaperones ），因而具有感染能力（ Cohen 1994 ）。一些蛋白稳定剂如甘油、 DMSO 和三甲亚砜等，可以阻止正常蛋白的异常化。 Alzheimer's 病淀粉样β蛋白N 端发生Glu22(Gln 的突变时，减少了N 端α螺旋的含量，促进了淀粉样变的发生；而引入单个氨基酸突变Val18(Ala，则可以显著增加N 端α螺旋的含量，减少了蛋白的淀粉样纤维化（Soto 1995）。 还有其他疾病如遗传性 cystatin C 淀粉样变（ Hereditary cystatin C amyloid angiopathy ），门冬氨酰葡糖胺缺乏症（ Aspartylglycosaminuria ），以及一些显性遗传性神经元退变疾病（ dominantly inherited neurodegenerative diseases ）如 Huntington’s 舞蹈病（ Huntington’s chorea ），脊髓 / 延髓性肌萎缩（ spinal/bulbar muscular atrophy ）， I 型脊髓小脑性共济失调（ spinocerebellar ataxia type I ），红色齿状核 - 苍白球萎缩（ dentatorubral-pallidoluysian atrophy ）， Machado-Joseph 疾病（ Machado-Joseph desease ）均是由于蛋白质突变造成异常折叠，有的形成纤维状聚集物，严重干扰神经系统的正常功能。有的突变蛋白聚集后被降解则引起缺乏症（ Ruddon 1996 ）。 有些激素分子如 hCG 的折叠缺陷还可以引起妇科的恶性肿瘤，有些癌细胞因此缺少正常的细胞外基质（ Ruddon 1996 ）。看来许多遗传性疾病或基因突变疾病实际上是折叠病。
另外，病原体结合的分子伴侣免疫原性很强，在宿主体内能诱发产生某些免疫疾病，如结核（ tuberculosis ）， Ieprosy ， Legionnaire's 病， Iyme 病， Q 热（ Q fever ）等 (Schoel 1994) 。而分子伴侣本身的变化，如 cpn10 的表达水平下降，可能与全身性致命性线粒体疾病（ Agsteribbe 1993 ）有关。因而，对分子伴侣在各种病理现象中的作用的研究是非常必要的。
刘慧萍 柴玉波 陈苏民
（第四军医大学生物化学与分子生物学教研室，西安，710032）
摘 要
近十年来，由于分子伴侣的发现和深入研究，使经典的蛋白质折叠“自组装”学说受到挑战。越来越多的研究证实，“辅助性组装学说”更加符合体内蛋白质折叠的特点和途径：即蛋白质多肽链的正确折叠和组装需要其他蛋白质分子的帮助，分子伴侣与折叠酶一起，构成了两种重要的辅助折叠分子。这为揭示生理或病理条件下蛋白质的折叠机理提供了新的研究思路，因而具有重要的理论意义和潜在的应用价值。
分子伴侣可以定义为“一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份”，如热休克蛋白。还有一类“分子内伴侣”前肽常位于信号肽与成熟多肽之间，是成熟多肽正确折叠所必需的。折叠酶则是催化蛋白质折叠过程共价键的异构化，主要有有PDI和PPI。有的辅助折叠分子即可以是折叠酶又可以是分子伴侣。
内质网（ ER ）中的辅助折叠蛋白如分子伴侣，还组建成一个蛋白质折叠调控的“质控系统”，防止非活性产物的产生；并通过激活蛋白水解酶来降解这些未能正确折叠的中间产物。
分子伴侣与机体生理条件与病理条件均有相关性。分子伴侣可以是一把“双刃剑”，既具有免疫保护作用，在一定条件下还具有致病作用。一方面，它可以成为感染性疾病中的免疫优势抗原，激发宿主体内的体液免疫反应和 T 细胞介导的细胞免疫反应，如已证实一些热休克蛋白在细菌或寄生虫感染中具有免疫保护作用，甚至与肿瘤免疫有关。而且分子伴侣构成的“质控系统”可以防止蛋白质非活性产物干扰细胞的正常功能。但另一方面，分子伴侣也可以导致疾病的发生。如蛋白产物极细微的折叠异常，虽然对活性影响不大，却可以被“质控系统”滞留在内质网，不能实现正常的转位、转运或分泌，导致疾病发生。还有一些病理性折叠分子如 Prion 朊病毒，甚至可以介导正常蛋白的错误折叠，成为具有感染性的蛋白质而传播疾病。
一、蛋白质折叠的“辅助性组装学说”
尽管体外大多数蛋白的折叠服从经典的“自组装学说”，不需要其他分子的帮助和外加能量的补充。但许多蛋白在体外自发折叠形成天然结构的效率非常低，很容易“误入歧途”（offpathway）产生没有活性的聚集体；有些蛋白在体外的折叠则比活细胞内的折叠缓慢得多。而在活细胞内，蛋白质的浓度比体外蛋白质稀释复性的浓度高得多，若没有其他分子的帮助，在高等生物的体温下也十分容易聚合。
最近十年来的研究发现，体内新生肽链的折叠事实上需要其他分子的帮助。从而产生了蛋白质折叠的“辅助性组装”（assisted assembling）学说，使经典的蛋白质折叠的“自组装学说”发生了革命性的转变。新的观点认为，新生肽链折叠并组装成有功能的蛋白质并非都能自发完成，在相当多的情况下是需要其他蛋白质帮助的，这类帮助蛋白包括分子伴侣（ molecular chaperones ）和折叠酶（folding enzymes, foldases）（ Ellis 1993 ）。新的观点在实质上并不和 Anfinsen 理论相矛盾，属于蛋白质折叠途径或折叠的识别和组装问题上的认识的完善。
1 分子伴侣（ molecular chaperones ）
1987 年 Lasky （ Lasky ， 1987 ）首先提出了分子伴侣的概念。他将细胞核内能与组蛋白结合并能介导核小体有序组装的核质素（ nucleoplasmin ）称为分子伴侣。根据 Ellis 的定义，这一概念延伸为“一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份” （ Ellis 1993 ）。热休克蛋白就是一大类分子伴侣。1987年，Ikemura（ Ikemura 1987 ）发现枯草杆菌素（subtilisin）的折叠需要前肽（propeptide）的帮助。这类前肽常位于信号肽与成熟多肽之间，在蛋白质合成过程中与其介导的蛋白质多肽链是一前一后合成出来的，并以共价键相连接，是成熟多肽正确折叠所必需的，成熟多肽完成折叠后即通过水解作用与前肽脱离。Shinde和Inouye将这类前肽称为分子内伴侣（intramolecular chaperones）。
最近分子伴侣这个概念被解释为一类与其他蛋白不稳定构象相结合并使之稳定的蛋白，它们通过控制结合和释放来帮助被结合多肽在体内的折叠、组装、转运或降解等 (Hendrick 1993 ， Hartl 1996) 。分子伴侣本身不包括控制正确折叠所需的构象信息，而只是阻止非天然态多肽链内部的或相互间的非正确相互作用，或者说它们给处于折叠中间态的多肽链提供了更多的正确折叠的机会，因而它们能提高折叠反应的产率而不一定能提高其速率。细胞内的蛋白质折叠与组装可以发生在胞浆、线粒体或内质网（ endoplasmic retinum ， ER ），因而分子伴侣可以存在于胞内的各个部位。分子伴侣主要分为以下几类：
1) 伴侣素家族（chaperonin, Cpn）
Cpn 家族是具有独特的双层 7-9 元环状结构的寡聚蛋白（ Hemminngwen 1988; Cheng 1989 ），它们以依赖 ATP 的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。 Cpns 又分为两组： GroEL(Hsp60) 家族和 TriC 家族。 GroEL 型的 Cpns 存在于真细菌、线粒体和叶绿体中，由双层 7 个亚基组成的圆环组成，每个亚基分子量约为 60Ku 。它们在体内与一种辅助因子，如 E. coli 中的 GroES ，协同作用以帮助蛋白折叠。除了叶绿体中的类似物外，这些蛋白是应急反应诱导的。人们对 GroEL 和 GroES 的结构、功能及其作用机制做了十分详尽的研究。 TRiC 型（ TCP-1 环状复合物）存在于古细菌和真核细胞质中，由双层 8 或 9 元环组成，亚基分子量约为 55K ，与小鼠中 TCP-1 尾复合蛋白（ TCP-1 tail complex protein ）有同源性。这种 Cpn 没有类似 GroES 的辅助因子，而且只有古细菌中的成员有应急诱导性；
2) 应激蛋白70 家族(Stress-70 family)
又称为热休克蛋白 70 家族（ Hsp70 family ），是一类分子量约 70Ku 的高度保守的 ATP 酶，广泛地存在于原核和真核细胞中，包括大肠杆菌胞浆中的 DnaK/ DnaJ ，高等生物内质网中的 Bip 、 Hsc1 、 Hsc 2 、 Hsc 4 或 hsc70 ，胞浆中的 Hsp70 、 Hsp68 和 Ssal4p ，线粒体中的 Ssclp 、 Hsp70 等。在细胞应急和非应急条件下的蛋白质代谢，如蛋白质的从头折叠（ de novo protein folding) 、跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程中有重要的作用。在体内， Hsp70 家族成员的主要功能是以 ATP 依赖的方式结合未折叠多肽链的疏水区以稳定蛋白质的未折叠状态，再通过有控制的释放帮助其折叠（ Hartl 1996 ）；
3) 应激蛋白90 家族(Stress-90 family)
即热休克蛋白 90 家族（ Hsp90 family ），分子量在 90Ku 左右，包括大肠杆菌胞浆中的 HtpG ，酵母胞浆中的 Hsp83 与 Hsc83 ，果蝇胞浆中的 Hsp83 ，以及哺乳类胞浆中的 Hsp90 与内质网中的 Grp94 （ Erp90 或内质网素 endoplasmin ）等。 Hsp 90 可以与胞浆中的类固醇激素受体结合，封闭受体的 DNA 结合域，阻碍其对基因转录调控区的激活作用，使之保持在天然的非活性状态，但 hsp90 的结合也使受体保持着对激素配体的高亲和力。 hsp90 还与 Ras 信号途径中许多信号分子的折叠与组装密切相关，主要是 hsp90 的结合与解离，介导了这些分子在非活性形式与活性形式间的转化。如转化型酪氨酸激酶 pp60v-src 或在一定条件下，从 hsp90 等与之形成的复合物中释放，才能转位至胞膜，行使激酶的活性功能。 Casein(CKII) 和 el/f-2a 是两种丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶，其中 Casein(CKII) 与细胞生长和细胞周期有关， el/f-2a 激酶则调节蛋白质合成，两者均可与 hsp90 及其他分子伴侣形成复合物。除 hsp90 以外，其他分子伴侣如 hsp70, PPIs 等都影响了受体分子的激活过程；
4) 其他种类的分子伴侣:
包括核质素、 T 受体结合蛋白 (TRAP) 、大肠杆菌的 SecB 和触发因子（ trigger factor ）及 PapD 、噬菌体编码的支架蛋白（ scaffolding proteins ）等。 分子伴侣不仅与胞内蛋白的折叠与组装密切相关，影响到蛋白质的转运、定位或分泌；而且与信号转导中的信号分子的活性状态与活性行为相关连，具有重要的生理意义（Bohen 1995, Pratt 1997 ）。
2 折叠酶（ foldases）
许多研究表明，某些蛋白质折叠的限速步骤是共价键的异构化，需要相应的酶催化。目前了解得最多的是两种酶，蛋白质二硫键异构酶 PDI （ Protein disulfide isomerase ）和肽基脯氨酰顺反异构酶 PPI （ Peptidyl prolyl cis/trans isomerase ） (Gething & Sambrook 1992) 。
真核生物的 PDI 主要位于内质网，细菌中的类似物是 Dsb 家族，位于细菌外周质（ periplasm ） , 通过催化巯基与二硫键的交换反应，从而催化蛋白质二硫键的形成、还原（断裂）或重排（异构化）。在蛋白质折叠过程中，主要催化含有二硫键的膜蛋白或分泌蛋白的正确折叠。下文将重点讨论 PDI 的结构与功能。
PPI 广泛分布于各种生物体及各种组织中，多数定位于胞浆，但也存在于大肠杆菌的外周质、红色面包霉的线粒体基质、酵母与果蝇和哺乳动物的内质网。 PPI 在细胞中的基本作用是通过非共价键方式，稳定扭曲的酰胺过度态，而催化肽基脯氨酰的顺式与反式旋转体的相互转变。免疫抑制剂环孢霉素 A （ cyclosporin A, CsA ）与 FK506 及那巴霉素（ rapamycin ）可与它们结合并抑制其催化活性。根据底物特异性分为两类：环孢霉素亲和蛋白（ Cyclosporin ）和 FK 结合蛋白（ FKBP ）。结构研究表明， FKBP 的催化活性位点与药物结合位点是由芳香族氨基酸残基构成的一个大空腔。在 T 细胞中， PPI 还起抑制 T 淋巴细胞功能的生理作用。
3 具有分子伴侣功能的酶和具有酶活力的分子伴侣
饶有兴味的是， PDI 和 PPI 不仅可以起到折叠酶的催化作用，而且具有防止折叠中间体聚集的类似分子伴侣的功能。王志珍等最早提出 PDI 是分子伴侣的假说并验证了 PDI 的这一功能（详见后文）。在碳酸酐酶的折叠中， PPI 一方面在其早期中间体的形成过程中起分子伴侣的作用，防止不正确的聚集，另一方面在折叠的较晚时期发挥折叠酶的催化活性（ Freskgard 1989 ）。
最近发现一些 ATP 依赖型蛋白酶以及与之密切有关的蛋白也表现固有的分子伴侣活力，这种与蛋白酶相关联的分子伴侣活力被称为 Charonins （ Gottesman ， 1997 ）。 ATP 依赖型蛋白酶在各种生命有机体内广泛存在，其三个不同家族都具有分子伴侣活力。
与此相应，一种大肠杆菌的分子伴侣触发因子 (Trigger Factor) ，最近被证明是肽基脯氨酰异构酶（ PPI ）家族的一种 FK506 结合蛋白。它具有一个独立于异构酶活性部位之外的多肽结合部位，使它能高效地促进那些以肽基脯氨酰异构化为限速步骤的蛋白质的折叠。触发因子能比所有已知的小分子 PPI 更有效地催化大蛋白的折叠，可能是因为小分子 PPI 不具有触发因子的分子伴侣活性的缘故。从触发因子中切出的相应于 FK506 结合蛋白的中间片段，对短肽底物表现出完全的肽基脯氨酰异构酶活力，但是其帮助蛋白质折叠的活力下降了大约 1000 倍（ Scholz 1997 ）。
DnaJ 是另一种与蛋白质折叠和应激复性有关的大肠杆菌分子伴侣。它具有类似硫氧还蛋白的活性中心，与 PDI 家族的另一个成员 DsbA 的活性中心相同。最近发现， DnaJ 与 PDI 一样能催化蛋白质二硫键的氧化、还原和异构（ DeCrouy 1995 ）。推测 DnaJ 可以保持蛋白质在跨膜转运之前的还原状态，以及控制膜蛋白嵌膜之前和嵌膜过程中内膜蛋白的氧化还原状态，来辅助蛋白质的转运。除了帮助蛋白质折叠和应激保护作用之外， DnaJ 还能作为叶绿体硫氧还蛋白参与一些细胞酶活力的氧化还原状态的调控。
同一分子具有分子伴侣和酶两种活力，使蛋白质分子具有更高的效率，或赋予它新的功能。 ATP 依赖型蛋白酶能选择性降解错误折叠的蛋白质，而具有质量控制（quality control）的功能。这可能是生物进化和自然选择的结果。
二、细胞内质网中蛋白质折叠的质控系统
虽然蛋白质的翻译绝大多数在胞浆进行，但有许多蛋白质的折叠和最后的成熟常常需要转运到其他细胞器才能完成，这些细胞器包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体（ peroxisomes ）和内质网（ ER ）。 ER 是膜蛋白和分泌蛋白成熟的场所。在某些细胞， ER 每天产生的蛋白量超过细胞本身的总质量。 ER 是一种非常特殊的细胞器，其中 Ca2+ 浓度高达 mM 水平，提供了某些蛋白成熟所必需的离子环境。 ER 拥有的氧化还原对 GSH:GSSG 的比例达 2:1 或 3:1 （有的约 10:1 ），因而较胞浆（比例约 100:1 ）的氧化能力大得多，利于二硫键的氧化形成（ Helenius 1992 ）。 ER 含有从胞浆转运来的 ATP ，为一些分子伴侣发挥功能时提供能量。另外， ER 含有丰富的分子伴侣和折叠酶，分子伴侣有 BiP/GRP78 和 GRP94 ，分别对应于胞浆中的 Hsp70 和 Hsp90 ；折叠酶 PDI 主要位于 ER ，含量可以占到细胞总蛋白的 0.4% ，还含有类似 PDI 的 ERp72 和 ERp64 ，也可能起催化二硫键形成的作用； ER 中的 PPI 则与胞浆中的类似。 ER 为膜蛋白和分泌蛋白的翻译后修饰、二硫键形成和折叠组装中的构象调整，提供了极为有利的环境。 膜蛋白和分泌蛋白大多是含有二硫键或糖基化位点的蛋白质，具有多个结构域，两者的折叠与成熟过程相似：（ 1 ）蛋白质在粗面内质网折叠和组装；（ 2 ）新生肽链转位至内质网后信号肽被切除，边翻译边开始部分折叠，尤其是含有多个结构域的蛋白，可形成部分的二级结构或三级结构，而单结构域的蛋白则须等翻译完毕才进行折叠；（ 3 ）翻译后修饰如蛋白质糖基化和寡聚糖链的加工；二硫键的形成和异构化；蛋白多聚体的组装和构象调整；最后形成天然结构；蛋白质在翻译时和翻译后的折叠和组装受到帮助蛋白的介导或催化，使之在极短的时间内（短至几毫秒或几分钟）即能完成；（ 4 ）转运至高尔基体，进一步加工后转位至膜或分泌至胞外。
ER 中的分子伴侣及其他帮助蛋白，不仅介导和辅助新生肽链的正确折叠与组装，还组建成一个蛋白质折叠调控的“质控系统”（ quality control system ），结合蛋白质的折叠中间体、未完全折叠或组装的多肽链、错误折叠的蛋白质或蛋白质聚集体 / 聚合体，使之滞留（ retaining ）在内质网，阻碍其转运至高尔基体，从而防止非活性产物的产生；并通过激活蛋白水解酶来降解这些未能正确折叠的中间产物。
三、分子伴侣与疾病
1 分子伴侣是双刃剑(Henderson 1996)
(1) 分子伴侣的免疫保护作用
分子伴侣不仅是胞内蛋白折叠、组装与转运的帮助蛋白，更令人惊奇的是它还可以成为感染性疾病中的免疫优势抗原（ immunodominant antigens ），激发宿主体内的体液免疫反应和 T 细胞介导的细胞免疫反应，证实在细菌或寄生虫感染中具有免疫保护作用（ Minowanda 1995, Young 1992 ）。这说明分子伴侣有可能用作疫苗，来抵抗微生物的感染，并用来治疗肿瘤和自身免疫疾病（ Suto 1995 ）。用一个 96Ku 的肿瘤相关分子伴侣免疫肿瘤病人，已进入一期临床实验（ Edgington 1995 ）。动物疾病模型中的胰岛素依赖型糖尿病、风湿病等可被分子伴侣 cpn60 抑制，可能是 cpn60- 反应性 T 淋巴细胞起了作用。某些情况下，分子伴侣如 cpn10 中的妊娠早期因子（ early pregnancy factors, EPF ）具有免疫抑制作用，因而具有安胎、防止习惯性流产等治疗价值（ Cavanagh 1994 ）。 生理情况下，诱导热休克蛋白 Hsp70 等的过度表达，能使机体具有更高的缺血耐受能力，减少急性成人呼吸窘迫症造成的器官损害（ Currie 1993 ）。眼球晶状体中的 (- 晶体蛋白（ (-crystallin ）可以防止其他晶体蛋白的聚集和浊化，因而能够防治白内障（ Graw 1997 ）。随着年龄的增长和受紫外线照射累加效应的影响，可导致 (- 晶体蛋白的分子伴侣活性减弱，这常常是老年性白内障的病因之一。而有些药物如阿斯匹林、 indomethacin 等也能介导产生热休克反应。
(2) 分子伴侣的致病作用
细胞内新生肽链的折叠过程中，其正确折叠需要帮助蛋白如分子伴侣和折叠酶等的参与和介导； 而蛋白质的降解还可以由分子伴侣提供的“质控系统（ quality control system ）”辅助完成 (Hammond 1995,) 。这种“质控系统”可以识别（ recongnizing ）、滞留（ retaining ）和靶向作用（ targeting ）于错误折叠的蛋白质，促进这些蛋白质聚集或降解，阻碍其正常定位，防止它们干扰细胞的正常功能。但也可以导致疾病的发生。 已知许多编码基因的细微突变如点突变或个别氨基酸的缺失，编码蛋白还具有绝大部分生物活性，只是出现蛋白产物极细微的折叠异常，却可导致疾病的发生。部分原因是“质控系统”在发挥作用：蛋白产物极细微的折叠异常，虽然对活性影响不大，却可以被分子伴侣等识别而滞留在内质网，不能实现正常的转位、转运或分泌，从而不能到达生理位置执行正常的功能，导致疾病发生。典型的例子有 ?? 抗胰蛋白酶缺陷病（T eckman 1995 ）。一种情况是因为 ?? 抗胰蛋白酶发生Glu ??? ( ? L ys 的 Z 突变时，仅有 15% 的蛋白质分泌出来，其余全部滞留在内质网（ ER ）。这种滞留的原因部分是由 ER 的分子伴侣 calnexin 介导了折叠异常的突变蛋白的聚集。而异常产物的聚集大大妨碍了细胞的正常活动，导致肝硬化（ cirrhosis ）或肺气肿 （ emphysema ）的发生。 另一种疾病是囊性纤维化（ cystic fibrosis, CF ），囊性纤维性跨膜递质调节蛋白（ CFTR ）是位于胞膜的 cAMP 激动型氯离子通道，野生型 CFTR 有 12 个跨膜结构域（ membrane-spanning domains ），大部分位于胞浆。新生 CFTR 多肽链在 ER 至少与两个以上的分子伴侣如 calnexin 和 Hsp70 形成复合物，脱离分子伴侣的“护送”方可转运至细胞膜 (Yang 1993; Pind 1994) 。超过 70% 的 CF 病人中， CFTR 蛋白第 508 位的苯丙氨酸 Phe 发生缺失（Δ F508 CFTR ），突变体仅有细微的构象变化，但能被“质控系统” 识别并将其滞留在内质网，Δ F508 CFTR 发生聚集，甚至降解，从而它的转运速度跟不上胞膜氯离子通道蛋白的更新速度，细胞功能受限。实际上，这种只有折叠细微变化的蛋白在特定条件下如低温时，仍可以转运至胞膜，具有绝大部分生理活性（ Denning 1992 ）。 可以设想，治疗这种疾病，并不一定非要进行基因治疗不可，而只要完善其转运途径即可。如甘油（ glycerol ）、二甲基亚砜 DMSO(dimethylsulfoxide) 和氘化水（ deuterated water ）等，以及细胞内的氮氧化物三甲亚砜（ trimethysulfoxide N-oxide ），可以稳定蛋白，增加溶解度，减少 CFTR 突变蛋白的降解，实现正常运输（ Brown 1996 ）。对应于大分子的分子伴侣，这些小分子的蛋白稳定剂，又称为化学伴侣（ chemical chaperones ）。细胞内存在的对抗高渗的渗透剂（ osmolytes ）就是典型的一类 (Welch 1996) ：碳水化物中除甘油外，还有 sorbitol 、 arabitol 、 myo-inositol 及 trehalose; 氨基酸及氨基酸衍生物中的甘氨酸等；甲胺类物质中的 TMAO (trimythylamine N-oxide), 甘油磷酸胆碱（ glycero-phosphorylcholine ）。 当然，并不是所有的蛋白折叠异常导致定位异常。如一些神经系统疾病 Alzheimer's 病和 prion 蛋白粒子病，突变蛋白并没有滞留在转运途中，可以到达正常定位位置 (Cohen 1994) 。突变蛋白之间的相互作用导致蛋白质发生错误折叠，因为降解不彻底而形成不溶性沉淀。不溶性沉淀形成过多，严重干扰正常的神经活动，引起失能，属于“折叠病（ fold diseases ）”。 prion 蛋白粒子病中致病性蛋白（ pathogenic prion protein, PrPsc ）的聚集，是因为蛋白构象中的一个或多个α螺旋变成了β片层，进入大脑后还能使正常的PrPc（normal PrP） 蛋白变成异常的 PrPsc 蛋白，象介导错误折叠的“模板”，称为“病理性伴侣分子”（ pathological chaperones ），因而具有感染能力（ Cohen 1994 ）。一些蛋白稳定剂如甘油、 DMSO 和三甲亚砜等，可以阻止正常蛋白的异常化。 Alzheimer's 病淀粉样β蛋白N 端发生Glu22(Gln 的突变时，减少了N 端α螺旋的含量，促进了淀粉样变的发生；而引入单个氨基酸突变Val18(Ala，则可以显著增加N 端α螺旋的含量，减少了蛋白的淀粉样纤维化（Soto 1995）。 还有其他疾病如遗传性 cystatin C 淀粉样变（ Hereditary cystatin C amyloid angiopathy ），门冬氨酰葡糖胺缺乏症（ Aspartylglycosaminuria ），以及一些显性遗传性神经元退变疾病（ dominantly inherited neurodegenerative diseases ）如 Huntington’s 舞蹈病（ Huntington’s chorea ），脊髓 / 延髓性肌萎缩（ spinal/bulbar muscular atrophy ）， I 型脊髓小脑性共济失调（ spinocerebellar ataxia type I ），红色齿状核 - 苍白球萎缩（ dentatorubral-pallidoluysian atrophy ）， Machado-Joseph 疾病（ Machado-Joseph desease ）均是由于蛋白质突变造成异常折叠，有的形成纤维状聚集物，严重干扰神经系统的正常功能。有的突变蛋白聚集后被降解则引起缺乏症（ Ruddon 1996 ）。 有些激素分子如 hCG 的折叠缺陷还可以引起妇科的恶性肿瘤，有些癌细胞因此缺少正常的细胞外基质（ Ruddon 1996 ）。看来许多遗传性疾病或基因突变疾病实际上是折叠病。
另外，病原体结合的分子伴侣免疫原性很强，在宿主体内能诱发产生某些免疫疾病，如结核（ tuberculosis ）， Ieprosy ， Legionnaire's 病， Iyme 病， Q 热（ Q fever ）等 (Schoel 1994) 。而分子伴侣本身的变化，如 cpn10 的表达水平下降，可能与全身性致命性线粒体疾病（ Agsteribbe 1993 ）有关。因而，对分子伴侣在各种病理现象中的作用的研究是非常必要的。
