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(chǎn)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(yīng)激、理化因素等應(yīng)激原刺激后所產(chǎn)生的一類在生物進化中最保守的蛋白。Hsp70具有多種生物學(xué)功能，包括分子伴侶功能

2、，抗熱性功能，參與細胞免疫調(diào)節(jié)，抗細胞凋亡功能等等，隨著研究的深入，在生物學(xué)的功能不斷被發(fā)現(xiàn)的同時，Hsp70的應(yīng)用前景也變得越來越廣泛。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Hsp70；分子伴侶；抗熱性；免疫調(diào)節(jié)</p><p>　　應(yīng)激蛋白也被稱為熱休克蛋白（heat shock protein，Hsp），是生物細胞在應(yīng)激原刺激后，發(fā)生熱休克反應(yīng)時所產(chǎn)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(xiàn)Hsps可使細胞非特異性抗損傷能力增加。Conroy等人（1996）根據(jù)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(xiàn)在為止發(fā)現(xiàn)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(yīng)激反應(yīng)中最為敏感以及在臨床實踐中的各種作用，因此成為現(xiàn)在研究領(lǐng)域中最受關(guān)注、研究最深入的一種。</p><p>　　1Hsp70的發(fā)現(xiàn)歷史</p><p>　　早在50多年以前，病理生理學(xué)家Selye就提出了全身適應(yīng)性和應(yīng)激學(xué)說，適應(yīng)綜合癥（adaptation syndrome）就是當機體在緊急情況下，為了適應(yīng)突然的刺激而產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)“蓬松”現(xiàn)象，而溫度恢復(fù)到正常時，其他部位才會出現(xiàn)類似的蓬松，說明熱休克蛋白是熱誘導(dǎo)基因蓬松的活化產(chǎn)物（Ritossa et al, 1962）。</p><p>　　19世紀80年代，發(fā)現(xiàn)熱休克反應(yīng)中轉(zhuǎn)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(yīng)有關(guān)，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(shù)生物中Hsp70的含量是最多的，在細胞應(yīng)激反應(yīng)后合成的也是最多的，家族成員共有20多種蛋白質(zhì)。其中Hsp70是最為重要的一種蛋白質(zhì)，其相關(guān)研究也最多、最深入。根據(jù)其功能和分布分型包括應(yīng)激誘導(dǎo)型、結(jié)構(gòu)型、線粒體型以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型等（Shin B K et al,

7、 2003）。</p><p>　　2Hsp70的生物學(xué)特性</p><p>　　2.1 Hsp的概念</p><p>　　熱休克蛋白也稱應(yīng)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(yīng)激源刺激下，發(fā)生熱

8、休克反應(yīng)所產(chǎn)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(yīng)激狀態(tài)下所表現(xiàn)出來的以基因表達變化為特征的防御性適應(yīng)反應(yīng)稱為熱休克反應(yīng)。</p><p>　　2.2 Hsp70的功能域</p><p>　　以氨基酸的一級結(jié)構(gòu)為依據(jù)，可將Hsp70分為三個功能域：近N端為45kD大小在結(jié)構(gòu)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(jié)合部位；近C端有約為10kD結(jié)構(gòu)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(guān)（陳勁松, 2001）。熱應(yīng)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(zhuǎn)錄，熱應(yīng)激應(yīng)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(yīng)激蛋白的誘導(dǎo)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(nèi)含子，這使得開始啟動轉(zhuǎn)錄就可產(chǎn)生成熟的mRNA以適應(yīng)Hsp70大量快速表達的需要，阻止應(yīng)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(dǎo)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(jié)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(fù)合

12、體；選擇性結(jié)合各種特殊蛋白或多肽參與蛋白穩(wěn)定構(gòu)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(fù)合體；Hsp70家族可以保護各種酶免受熱損傷，使聚合的蛋白質(zhì)解聚（Burdon R H, 1993）。</p><p>　　3Hsp70的生物學(xué)功能</p><p>　　Hsp70具有多種生物學(xué)功能，包括分子伴侶功能，參與免疫反應(yīng)，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(xué)功能使其成為當今生命科學(xué)研究領(lǐng)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(jié)合其它蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定構(gòu)象，通過控制有效的結(jié)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?shù)鹊囊活惖鞍踪|(zhì)（Hendrick J P et al, 1993）。蛋白質(zhì)

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(nèi)，分子伴侶能夠防止未折疊的蛋白質(zhì)變性和促進聚集的蛋白質(zhì)溶解復(fù)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(nèi)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(jié)構(gòu)域或與肽鏈結(jié)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(nèi)折疊、成熟，值得關(guān)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(fù)雜的。</p><p>　　3.2 Hsp70的抗熱性功能</p><p>　　細胞或生物體在預(yù)先受到亞致死溫度時，對后來的熱脅迫產(chǎn)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(dǎo)應(yīng)激耐受力的產(chǎn)生，且耐受力的高低與Hsp的表達水平呈正相關(guān)關(guān)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(dǎo)都產(chǎn)生了大量的Hsp70，但是熱休克處理誘導(dǎo)的Hsp70具有保護作用，而亞砷酸鹽誘導(dǎo)的沒有，說明熱休克處理后Hsp70對

17、機體的應(yīng)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(yù)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(chǎn)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(jīng)過一段時間的溫度馴化，能明顯提高抗熱性?，F(xiàn)在有許多研究結(jié)果表明細胞的Hsp可以通過熱馴化誘導(dǎo)，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(xué)者的證實。</p><p>　　3.3 Hsp的免疫調(diào)節(jié)功能</p><p>　　現(xiàn)在，Hsp在機體免

19、疫調(diào)節(jié)中的作用越來越重要。Hsp70在免疫調(diào)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(dǎo)其Hsp的產(chǎn)生。這時宿主其他基因表達受抑制，相應(yīng)蛋白質(zhì)合成減少。病原體和宿主細胞產(chǎn)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(yīng)。</p><p>　　長久以來，癌癥一直是醫(yī)學(xué)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(fù)合物疫苗，再注射回病人就能產(chǎn)生免疫反應(yīng)。</p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)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(fù)合物具有腫瘤特異性免疫原性，產(chǎn)生特異性抗腫瘤免疫效應(yīng)。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(jié)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(yīng)激因素如熱暴露、缺血、缺氧氧化應(yīng)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(yīng)激情況下Hsp70基因表達增加，可抑制應(yīng)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(nèi)出現(xiàn)異常蛋白積聚，導(dǎo)致P38、JNK等應(yīng)激激酶的激活，此現(xiàn)象可能被Hsp72的過量表達所阻斷。因此，在應(yīng)激狀態(tài)下，細胞內(nèi)Hsp70家族基因表達水平的增加，可抑制應(yīng)激激酶激活，防止細胞凋亡（鄭磊等, 1999）。這種現(xiàn)象的機理到現(xiàn)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(dǎo)的凋亡（Yamagishi N et al, 2002）。<

23、/p><p>　　研究表明，細胞內(nèi)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(xiàn)，在溫度為42℃情況下對克隆的小鼠BC-8細胞進行30min的熱應(yīng)激后，BC-8細胞不能產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，不產(chǎn)生Hsp70，卻可在細胞內(nèi)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(xiàn)在，盡管Hsp70的分子生物學(xué)研究仍然處在初級階段，但大量的研究數(shù)據(jù)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(yīng)激源，Hsp70的合成規(guī)律明顯有不同程度差異。而對Hsp70在應(yīng)激反應(yīng)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(shù)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(shè)計以及Hsp70的檢測方法不同，造成數(shù)據(jù)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(dǎo)因素、生物適應(yīng)原理及合成表達的調(diào)控機制。</p><p>　　另外，雖然現(xiàn)在有多種腫瘤免疫治療方法應(yīng)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(xué)和生物學(xué)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(guān)注，應(yīng)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(xué), 2001, 21(3): 139-141</p><p&g

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