hsp70的研究概論【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p><b>　　水產養(yǎng)殖</b></p><p>　　HSP70的研究概論</p><p>　　摘要：熱休克蛋白（Hsp）是生物細胞在受熱、生物應激、理化因素等應激原刺激后所產生的一類在生物進化中最保守的蛋白。Hsp70具有多種生物學功能，包括分子伴侶功能

2、，抗熱性功能，參與細胞免疫調節(jié)，抗細胞凋亡功能等等，隨著研究的深入，在生物學的功能不斷被發(fā)現的同時，Hsp70的應用前景也變得越來越廣泛。</p><p>　　關鍵詞：Hsp70；分子伴侶；抗熱性；免疫調節(jié)</p><p>　　應激蛋白也被稱為熱休克蛋白（heat shock protein，Hsp），是生物細胞在應激原刺激后，發(fā)生熱休克反應時所產生的在生物進化中最保守并由熱休克基因所編碼

3、的伴隨細胞的一類蛋白。Hsps又稱為“看家蛋白”（Getting M J et al, 1992），因為它是一種保護機體的蛋白，還發(fā)現Hsps可使細胞非特異性抗損傷能力增加。Conroy等人（1996）根據其分子量大小分為：Hsp27、Hsp60、Hsp70、Hsp90和Hsp110家族。熱休克家族（Hsps）是到現在為止發(fā)現最為保守的家族（Hugh R B Pelham et al, 1982）。Hsps中最保守和最重要的一族是Hsp

4、70，生物中含量也是最多的，在應激反應中最為敏感以及在臨床實踐中的各種作用，因此成為現在研究領域中最受關注、研究最深入的一種。</p><p>　　1Hsp70的發(fā)現歷史</p><p>　　早在50多年以前，病理生理學家Selye就提出了全身適應性和應激學說，適應綜合癥（adaptation syndrome）就是當機體在緊急情況下，為了適應突然的刺激而產生的一系列的非特異性的改變。&l

5、t;/p><p>　　19世紀70年代，研究發(fā)現將培養(yǎng)溫度提高至30℃時，果蠅幼蟲的唾液腺染色體上某一部位會出現“蓬松”現象，而溫度恢復到正常時，其他部位才會出現類似的蓬松，說明熱休克蛋白是熱誘導基因蓬松的活化產物（Ritossa et al, 1962）。</p><p>　　19世紀80年代，發(fā)現熱休克反應中轉錄合成的一組特殊蛋白，而伴隨著這類蛋白的合成，細胞的其他蛋白合成受到抑制，因為這

6、類蛋白的合成與熱休克反應有關，故稱為熱休克蛋白（Tissieres et al, 1974）。</p><p>　　Hsp70家族是最重要和最保守的家族，大多數生物中Hsp70的含量是最多的，在細胞應激反應后合成的也是最多的，家族成員共有20多種蛋白質。其中Hsp70是最為重要的一種蛋白質，其相關研究也最多、最深入。根據其功能和分布分型包括應激誘導型、結構型、線粒體型以及內質網型等（Shin B K et al,

7、 2003）。</p><p>　　2Hsp70的生物學特性</p><p>　　2.1 Hsp的概念</p><p>　　熱休克蛋白也稱應激蛋白，是生物細胞在熱刺激、缺血、缺氧、過氧化、低血糖、紫外線、外傷、病原微生物的感染、乙醇、亞砷酸鈉、砒霜和重金屬（Todryk S M et al, 2003; Gross C et al, 2003）等應激源刺激下，發(fā)生熱

8、休克反應所產生的、由熱休克基因編碼、在進化上高度保守的伴隨細胞蛋白。生物體在各種應激狀態(tài)下所表現出來的以基因表達變化為特征的防御性適應反應稱為熱休克反應。</p><p>　　2.2 Hsp70的功能域</p><p>　　以氨基酸的一級結構為依據，可將Hsp70分為三個功能域：近N端為45kD大小在結構上高度保守的氨基酸序列，有ATPase活性區(qū)，緊接著為分子量18kD大小相對保守的氨基

9、酸序列，是多肽的結合部位；近C端有約為10kD結構多變的氨基酸序列，其功能尚不明確，可能與某種特定的蛋白底物相互作用有關（陳勁松, 2001）。熱應答元件是指Hsp70基因5’上游中多個nGAAn同時存在時，高水平活化轉錄，熱應激應答中必不可少的功能區(qū)，具有增強子的一些特性。當把這類HSE接在其它基因5’上游時，該基因同樣可以獲得熱應激蛋白的誘導性（Hugh R B Pelham et al, 1982; Roy H et al, 19

10、86）。</p><p>　　2.3 Hsp70的同源性</p><p>　　Hsp70基因沒有內含子，這使得開始啟動轉錄就可產生成熟的mRNA以適應Hsp70大量快速表達的需要，阻止應激源對其mRNA前體的影響。進化過程中Hsp70基因具有高度相似性，大鼠的Hsp70氨基酸序列與人類的相似性約為95%，與小鼠的相似性約為98%；人類Hsp70氨基酸序列與果蠅的相似性為73%，與大腸桿菌誘

11、導型Hsp70的相似性為47%，果蠅的Hsp70基因與大腸桿菌的Dnak基因的核苷酸序列相似性在50%以上（S Lindguist et al, 1988）。</p><p>　　2.4 Hsp70的生化特性</p><p>　　Hsp70都有較弱的ATPase活性和較高的ATP親和性，結合ATP后促使靶蛋白與之解離，ATP-Hsp70對靶蛋白具有很高的親和力，形成穩(wěn)定的Hsp70蛋白復合

12、體；選擇性結合各種特殊蛋白或多肽參與蛋白穩(wěn)定構象的形成、跨膜運輸或降解；其它Hsp或細胞因子的輔助才能形成Hsp70復合體；Hsp70家族可以保護各種酶免受熱損傷，使聚合的蛋白質解聚（Burdon R H, 1993）。</p><p>　　3Hsp70的生物學功能</p><p>　　Hsp70具有多種生物學功能，包括分子伴侶功能，參與免疫反應，抗細胞凋亡功能，抗熱性功能，促進細胞增殖等

13、等，廣泛的生物學功能使其成為當今生命科學研究領域中的熱點（Juliann G K et al, 1998）。</p><p>　　3.1 Hsp70的分子伴侶功能</p><p>　　分子伴侶是能夠穩(wěn)定和結合其它蛋白質的不穩(wěn)定構象，通過控制有效的結合和釋放，促進新生多肽鏈折疊、多聚體的裝配或降解及細胞器蛋白的跨膜運輸等的一類蛋白質（Hendrick J P et al, 1993）。蛋白質

14、家族中分子伴侶是在進化上是非常保守，存在于各種生物體內，分子伴侶能夠防止未折疊的蛋白質變性和促進聚集的蛋白質溶解復性，所以在細胞受到不利環(huán)境脅迫時特別重要，因而許多分子伴侶在生物體內首次以Hsp形式被鑒定出來（Georgopoulos C et al, 1993; Boston R S et al, 1996）。</p><p>　　Hsp70的ATP酶結構域或與肽鏈結合過程中起重要作用的C2末端的EEVD序列決

15、定其分子伴侶作用。Hsp家族可以幫助其他蛋白在細胞內折疊、成熟，值得關注的是不是所用的Hsps都是分子伴侶，分子伴侶也并不全是Hsps（Maciej Z et al, 2001）。Hsp的分子伴侶功能是十分復雜的。</p><p>　　3.2 Hsp70的抗熱性功能</p><p>　　細胞或生物體在預先受到亞致死溫度時，對后來的熱脅迫產生抗性的能力稱之為生物的耐熱性。</p>

16、<p>　　生存能力隨著熱耐力提高而提高，Hsp介導應激耐受力的產生，且耐受力的高低與Hsp的表達水平呈正相關關系（Marber M S et al, 1994）。但不同條件下的Hsp70對機體的保護作用是不一樣的（Rakonczay Z J et al, 2002）研究表明，雖然熱休克處理和亞砷酸鹽誘導都產生了大量的Hsp70，但是熱休克處理誘導的Hsp70具有保護作用，而亞砷酸鹽誘導的沒有，說明熱休克處理后Hsp70對

17、機體的應激能力增加不只是Hsp70的作用。</p><p>　　熱耐力提高后，可以提高機體在致死高溫下的生存能力（Lindquist S, 1986）。實驗表明（Wang T T et al, 1998），預先處理的生物體細胞，當再次置于更高的甚至是致死溫度的環(huán)境下時，生物體細胞的生存能力得到明顯提高。細胞如果一直暴露于高溫環(huán)境中，將使細胞分化功能喪失；而這些細胞間歇性的暴露于熱環(huán)境中時，將會產生耐熱性（Cao

18、Y et al, 1998）。</p><p>　　生物對熱環(huán)境的抵抗能力可以通過溫度馴化得到。如蠑螈經過一段時間的溫度馴化，能明顯提高抗熱性?，F在有許多研究結果表明細胞的Hsp可以通過熱馴化誘導，以減輕高溫對細胞的損害。Hsp有提高微生物耐熱能力的作用已得到很多學者的證實。</p><p>　　3.3 Hsp的免疫調節(jié)功能</p><p>　　現在，Hsp在機體免

19、疫調節(jié)中的作用越來越重要。Hsp70在免疫調節(jié)方面發(fā)揮著許多令人矚目的功效。病原體侵入宿主后會合成Hsp，而宿主細胞通過改變基因表達方式，誘導其Hsp的產生。這時宿主其他基因表達受抑制，相應蛋白質合成減少。病原體和宿主細胞產生的Hsp大多有抗原決定簇，可使宿主細胞發(fā)生體液和細胞免疫反應。</p><p>　　長久以來，癌癥一直是醫(yī)學界乃至與生物界無法攻克的難題，但Hsps具有激活抗原的作用，如果用病人自己腫瘤的多

20、肽加工制備成Hsps-肽復合物疫苗，再注射回病人就能產生免疫反應。</p><p>　　研究發(fā)現由于HspBP1在腫瘤中的高表達使其可能成為一個新的癌癥標志（Deborah et al, 2003）。Udono等的研究表明，從腫瘤組織中獲得的Hsp70和小分子肽復合物具有腫瘤特異性免疫原性，產生特異性抗腫瘤免疫效應。一旦分離，單獨的Hsp70無此作用，而小分子肽大部降解，含量甚微。因此，利用Hsp70結合肽鏈這一

21、特性獲得特異性免疫原性和免疫抗性，可能為腫瘤的治療提供一條新的途徑。</p><p>　　3.4 Hsp的抗細胞凋亡功能</p><p>　　細胞的程序性死亡即凋亡指各種各樣有害的應激因素如熱暴露、缺血、缺氧氧化應激等可以引起細胞損傷。細胞收縮、膜排空、核破裂和DNA破碎是凋亡的主要特征。在應激情況下Hsp70基因表達增加，可抑制應激激酶激活及凋亡激活基因的表達，防止細胞凋亡。</p

22、><p>　　當細胞與氨基酸類似物一起孵育時，細胞內出現異常蛋白積聚，導致P38、JNK等應激激酶的激活，此現象可能被Hsp72的過量表達所阻斷。因此，在應激狀態(tài)下，細胞內Hsp70家族基因表達水平的增加，可抑制應激激酶激活，防止細胞凋亡（鄭磊等, 1999）。這種現象的機理到現在為止還不清楚，但在小鼠的胚胎F9細胞里，同種蛋白的過度表達加強過氧化介導的凋亡（Yamagishi N et al, 2002）。<

23、/p><p>　　研究表明，細胞內Hsp72水平的增加會阻斷信號通路，抑制JNK激活，從而減少細胞的凋亡（Gabai V L et al, 1997）。還發(fā)現，在溫度為42℃情況下對克隆的小鼠BC-8細胞進行30min的熱應激后，BC-8細胞不能產生應激反應，不產生Hsp70，卻可在細胞內觀察到細胞凋亡小體和DNA碎片（Sreedhar A S et al, 1999）。</p><p>&l

24、t;b>　　3.3展望</b></p><p>　　現在，盡管Hsp70的分子生物學研究仍然處在初級階段，但大量的研究數據正在被收集，正在逐步嘗試功能基因的研究。不同的受試物種和研究組織，不同的應激源，Hsp70的合成規(guī)律明顯有不同程度差異。而對Hsp70在應激反應過程中的合成原理仍然不清楚，這主要是因為，對Hsp70合成機制研究數量到目前為止還很少，另外，在有限的實驗研究中，受試物種的不一樣，

25、實驗方案的設計以及Hsp70的檢測方法不同，造成數據之間缺乏可比性。所以，還需要得到更多Hsp70基因信息，來更深層次的研究表明Hsp70誘導因素、生物適應原理及合成表達的調控機制。</p><p>　　另外，雖然現在有多種腫瘤免疫治療方法應用于臨床，但有些因為抗原呈遞效果差，有些因為毒副作用大，效果不是很理想。Hsp具有抗原的載體和佐劑的雙重作用，可大大提高腫瘤抗原多肽的呈遞效率，并且廣泛參與腫瘤免疫。隨著Hs

26、p的免疫學和生物學機制研究的不斷加深，其在腫瘤治療方面的作用被越來越多的人所關注，應用前景無疑是非常誘人的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳勁松, 夏雙印, 楊大平. Hsp70在鼠背軸型皮管IPC后的保護作用的實驗研究[J]. 中國急救醫(yī)學, 2001, 21(3): 139-141</p><p&g

27、t;　　[2] 鄭磊, 顏曉慧, 鄒飛, 等. 熱應激時熱休克蛋白70及其細胞保護作用[J ]. 國外醫(yī)學:衛(wèi)生學分冊, 1999, 26(4): 209-212</p><p>　　[3] Boston R S, Viitanen P V, Vierling E. Molecular chaperones and protein folding in plant[J]. Plant Mol Biol, 1996

28、, 32(1~2): 191-222</p><p>　　[4] Burdon R H. Heat shock proteins in relation to medicine[J]. Mol Aspects Med, 1993, 14(2): 83-165</p><p>　　[5] Cao Y, Matsumoto T, Motomura K, et al. Impaired indu

29、ction of heat shock protein implicated in decreased thermotolerance in a temperature-sensitive multinucleated cell line[J]. J Cell Biochem, 1998, 71(1): 9-14</p><p>　　[6] Conroy S E, Latchman D S. Do heat sh

30、ock proteins have a role in breast cancer ?[J]. Br J Cancer, 1996, 74(5): 717-721</p><p>　　[7] Deborah A R, Michael W G, Rochelle B, et al. Increased expression of the Hsp70 Cochaperone HspBP1 in tumors[J].

31、Tumor Biology, 2003, 24(6): 281</p><p>　　[8] Gross C, Hansch D, Gastpar R, et al. Interaction of heat shock protein 70 peptide with N K cells involves the N K receptor CD94[J]. Biol Chem, 2003, 384: 267</

32、p><p>　　[9] Getting M J, Sambrook J. Protein folding in the cell[J]. Nature, 1992, 355: 33-45</p><p>　　[10] Georgopoulos C, Welch W J. Role of the major heat shock proteins as molecular chaperones[

33、J]. Annu Rev Cell Biol, 1993, 9: 601-634</p><p>　　[11] Gabai V L, Meriin A B, Mosser D D, et al. Hsp70 prevents activation of stress kinases. A novel pathway of cellular thermotolerance[J]. Biol Chem, 1997,

34、272(29): 18033-180377</p><p>　　[12] Garcia B L, et al. The significance of lipids at early stages of marine fish: A review[J]. Aquaculture, 1997, 155(1-4): 103-115</p><p>　　[13] Hugh R B Pelham,

35、 et al. A regulatory upstream promoter element in the drosophila Hsp70 heat shock gene[J]. Cell, 1982, 30:517-528</p><p>　　[14] Hendrick J P, Hartl F U. Molecular chaperone function of heat shock proteins[J]

36、. Annu Rev Biochem, 1993, 62: 349-384</p><p>　　[15] Juliann G K, George C T. Heat shock protein 70 kD a molecular biology, biochemistry and physiology[J]. Pharmacol Ther, 1998, 80(2): 184-185</p><

37、p>　　[16] Lindquist S. The heat shock response[J]. Annu Rev Biochem, 1986, 55: 1151-1191</p><p>　　[17] Maciej Z, Frank W K, Alicja W. Hsp70 interactions with the p53 tumor suppressor protein[J]. The EMBO J

38、ournal, 2001, 20(17): 4634-4638</p><p>　　[18] Marber M S, Walker J M, Latoman D S, et al. Myocardal protein after whole body heat stress in the ratit is dependent on metabolic substrate and is related to the

39、 amount of in ducible 70 kD heat stress protein [J]. J Clin Invest, 1994, 93(3): 1087</p><p>　　[19] Roy H, Bur Don. Heat shock and the heat shock proteins[J]. Biochem J, 1986, 240: 313-324</p><p&g

40、t;　　[20] Rakonczay Z J, Mandi Y, Kaszaki J, et al. Induction of Hsp72 by sodium arsenite faile to protect against cholecystokin-octapeptide-induced acute pancreatitis in rats[J]. Dig Dis Sci, 2002, 47(7): 1594-1603</p

41、><p>　　[21] Lindguist S, Craig E A. The heat shock proteins[J]. Annu Rev Genet, 1988, 22: 631-677</p><p>　　[22] Shin B K, Wang H, Yim A M, et al. Global profiling of the cell surface proteome of ca

42、ncer cells uncovers an abundance of proteins with chaperone function[J]. J Biol Chem, 2003, 278: 7607</p><p>　　[23] Sreedhar A S, Pardhasaradhi B V, Begum Z, et al. Lack of heat shock response triggers progr

43、ammed cell death in a rat histiocytic cell line[J]. FEBS Lett, 1999, 456(2): 339-342</p><p>　　[24] Todryk S M, Gough M J, Pockley A G. Facets of heat shock protein 70 show immunotherapeutic potential[J]. Imm

44、unology, 2003, 110: 114 </p><p>　　[25] Wang T T, Chiang A S, Chu J J, et al.

45、Concomitant alterations in distriburion of 70 kD heat shock proteins, cytoskeleton and organelles in heat shocked 9L cells[J].Int J Biochem Cell Biol, 1998, 30(6): 745-759</p><p>　　[26] Yamagishi N, Saito Y,