[科普中國(guó)]-熱休克

熱休克是指在42℃的溫度時(shí)，大腸桿菌出現(xiàn)熱休克，質(zhì)粒可通過(guò)大腸桿菌細(xì)胞膜上形成的空隙進(jìn)入菌內(nèi)，熱休克是在質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化中常用的技術(shù)手段。1

簡(jiǎn)介1962年Ritossa等把黑腹果蠅幼蟲(chóng)暴露30~32℃的環(huán)境中，30min后發(fā)現(xiàn)巨大的唾液腺染色體上出現(xiàn)了新的膨突，當(dāng)溫度恢復(fù)到正常時(shí)，其他部位才出現(xiàn)類似的膨突，這些獨(dú)立的膨突部位的基因具有活躍的轉(zhuǎn)錄活性。1974年Tissieres和他的同事發(fā)現(xiàn)，經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn)，生物體細(xì)胞在環(huán)境溫度突然升高時(shí)，細(xì)胞內(nèi)某一蛋白質(zhì)的表達(dá)迅速增加，合成了一組特殊的蛋白質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生一種非常相似的反應(yīng)，這一現(xiàn)象及期間的產(chǎn)物分別被稱為熱休克反應(yīng)（heat shock respond HSR）和熱休克蛋白（heat shock proteins HSPs）。1992年Burel mRNA被優(yōu)先翻譯，發(fā)現(xiàn)不同分子量的熱休克蛋白在細(xì)胞內(nèi)的不同部位堆積。細(xì)胞對(duì)于抵抗強(qiáng)烈的熱損傷是必須的，但卻是短暫的。1

熱休克反應(yīng)特點(diǎn)熱休克反應(yīng)的特點(diǎn)是在短暫的環(huán)境溫度升高（40-45℃）下觀察組織和細(xì)胞的變化得來(lái)的。

1、普遍性，所有的原核和真核生物都有熱休克反應(yīng)；

2、保守性，不同物種有同源性很高的熱休克蛋白；

3、熱休克反應(yīng)時(shí)熱休克蛋白的合成迅速增加而原有的蛋白合成減少；

4、除熱損傷以外的各種刺激如缺氧，缺血，各種物理化學(xué)損傷，腫瘤等均可誘導(dǎo)熱休克蛋白。1

誘導(dǎo)因素研究人員發(fā)現(xiàn)熱休克反應(yīng)除能被熱損傷誘導(dǎo)外，還能被其他因素誘導(dǎo)，如氨基酸類似物、各種中金屬、代謝性毒物、缺氧、損傷等。目前將各種應(yīng)激因子引起的熱休克反應(yīng)稱為應(yīng)激反應(yīng)（stress response），是以基因表達(dá)和調(diào)控方面變化為主的細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，熱休克蛋白被稱為應(yīng)激蛋白（stress proteins）。1

熱休克蛋白種生物的HSPs及其編碼基因具有高度的保守性，人類與細(xì)胞的HSPs具有50%以上的同源性。哺乳動(dòng)物中5種不同種系的細(xì)胞熱休克后和HSPs的表達(dá)方式相似。

應(yīng)激蛋白的調(diào)節(jié)模式，分為兩大類： HSPs和調(diào)節(jié)糖蛋白（glucose-regulated proteins，GRPs）。按分子量大小和誘導(dǎo)進(jìn)行分類，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，HSPs分為8（泛素）、10、28、32、47、60、70、90和110kPa。饑餓時(shí)GRPs誘導(dǎo)表達(dá)增加，主要為75、78、94和170kDa四大類。

熱休克蛋白的功能 ：1)使細(xì)胞的功能穩(wěn)定，有保護(hù)細(xì)胞的作用。研究表明:細(xì)胞在受到各種應(yīng)激，如高熱，缺氧時(shí)，產(chǎn)生的HSP70可以增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)下一次損傷的耐受，維持細(xì)胞的正常代謝，提高生存率。HSP70與耐熱性有關(guān)。2)使細(xì)胞過(guò)量表達(dá)重組HSP70的能使細(xì)胞獲得熱耐受性。如Li等將重組入誘導(dǎo)型HSP70基因轉(zhuǎn)入鼠成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)HSP70表達(dá)增加，成纖維細(xì)胞對(duì)熱的抗性增加16；3)競(jìng)爭(zhēng)性抑制細(xì)胞內(nèi)Hsp70的基因表達(dá)或向細(xì)胞內(nèi)注射HSP70抗體后，使細(xì)胞產(chǎn)生更高的熱敏感性，降低細(xì)胞的存活率。HSP70對(duì)熱休克后細(xì)胞的復(fù)原也是重要的。熱休克誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生HSP70不僅增加細(xì)胞對(duì)該刺激的耐受性，而且使細(xì)胞對(duì)其它應(yīng)激源刺激的耐受性增加。這就是HSP70的“交叉保護(hù)作用”。Karmozyn發(fā)現(xiàn)熱休克后的小鼠較沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱休克刺激的小鼠，心肌局部缺血再灌注后，左心室功能恢復(fù)較快，心肌收縮力和心率恢復(fù)較快，心肌肌酸激酶釋放較少。HSP70的細(xì)胞保護(hù)作用機(jī)理尚不清楚。實(shí)驗(yàn)已證明在應(yīng)激時(shí)HSP70以高濃度集聚在染色體和核質(zhì)內(nèi)，并以特殊方式與解聚染色質(zhì)相互作用，防止染色質(zhì)和hnRNA復(fù)合物降解。研究表明HSP70（或羥基端部分的碎片）具有保護(hù)細(xì)胞免遭應(yīng)激損傷作用，而氨基端的蛋白碎片無(wú)此效應(yīng)；且只有HSP70。

研究證實(shí)HSP70對(duì)于蛋白質(zhì)穿過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體膜的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程是必需的。正常情況下，HSP72/HSP73也參與蛋白質(zhì)成熟過(guò)程的早期階段。新合成的蛋白質(zhì)與HSP72/HSP73形成復(fù)合體，促進(jìn)蛋白質(zhì)的有序折疊，這種結(jié)合是短暫的，ATP的參與，15min-30min后，新合成的蛋白質(zhì)與HSP72/HSP73解離。在應(yīng)激狀態(tài)下，HSP72/HSP73與蛋白質(zhì)之間的結(jié)合時(shí)間較久。

HSP70還有抗細(xì)胞凋亡。有害應(yīng)激包括熱休克，氧化應(yīng)激等可以導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡，即凋亡。

熱休克蛋白是高度保守的蛋白質(zhì)，其基因也具有高度保守性，熱休克蛋白既參與細(xì)胞的正常生理過(guò)程，又對(duì)外環(huán)境變化或刺激所作出應(yīng)答或防御反應(yīng)。不同種類的熱休克蛋白功能各異，在執(zhí)行某些功能時(shí)又相互協(xié)作，如作為“分子伴侶”，數(shù)種熱休克蛋白均參與細(xì)胞內(nèi)新合成蛋白質(zhì)的折疊、加工及轉(zhuǎn)運(yùn)。從分子水平上研究熱休克蛋白的調(diào)控機(jī)制有助于進(jìn)一步闡明細(xì)胞的生理過(guò)程，為了解細(xì)胞的應(yīng)激、病變狀態(tài)下的分子調(diào)節(jié)機(jī)制打下基礎(chǔ)。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

屈明 - 副研究員 - 西南大學(xué)