HSP70的研究概论【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述水产养殖HSP70的研究概论摘要热休克蛋白（HSP）是生物细胞在受热、生物应激、理化因素等应激原刺激后所产生的一类在生物进化中最保守的蛋白。HSP70具有多种生物学功能，包括分子伴侣功能，抗热性功能，参与细胞免疫调节，抗细胞凋亡功能等等，随着研究的深入，在生物学的功能不断被发现的同时，HSP70的应用前景也变得越来越广泛。关键词HSP70；分子伴侣；抗热性；免疫调节应激蛋白也被称为热休克蛋白（HEATSHOCKPROTEIN，HSP），是生物细胞在应激原刺激后，发生热休克反应时所产生的在生物进化中最保守并由热休克基因所编码的伴随细胞的一类蛋白。HSPS又称为“看家蛋白”（GET

2、TINGMJETAL,1992），因为它是一种保护机体的蛋白，还发现HSPS可使细胞非特异性抗损伤能力增加。CONROY等人（1996）根据其分子量大小分为HSP27、HSP60、HSP70、HSP90和HSP110家族。热休克家族（HSPS）是到现在为止发现最为保守的家族（HUGHRBPELHAMETAL,1982）。HSPS中最保守和最重要的一族是HSP70，生物中含量也是最多的，在应激反应中最为敏感以及在临床实践中的各种作用，因此成为现在研究领域中最受关注、研究最深入的一种。1HSP70的发现历史早在50多年以前，病理生理学家SELYE就提出了全身适应性和应激学说，适应综合症（ADAPT

3、ATIONSYNDROME）就是当机体在紧急情况下，为了适应突然的刺激而产生的一系列的非特异性的改变。19世纪70年代，研究发现将培养温度提高至30时，果蝇幼虫的唾液腺染色体上某一部位会出现“蓬松”现象，而温度恢复到正常时，其他部位才会出现类似的蓬松，说明热休克蛋白是热诱导基因蓬松的活化产物（RITOSSAETAL,1962）。19世纪80年代，发现热休克反应中转录合成的一组特殊蛋白，而伴随着这类蛋白的合成，细胞的其他蛋白合成受到抑制，因为这类蛋白的合成与热休克反应有关，故称为热休克蛋白（TISSIERESETAL,1974）。HSP70家族是最重要和最保守的家族，大多数生物中HSP70的含量

4、是最多的，在细胞应激反应后合成的也是最多的，家族成员共有20多种蛋白质。其中HSP70是最为重要的一种蛋白质，其相关研究也最多、最深入。根据其功能和分布分型包括应激诱导型、结构型、线粒体型以及内质网型等（SHINBKETAL,2003）。2HSP70的生物学特性21HSP的概念热休克蛋白也称应激蛋白，是生物细胞在热刺激、缺血、缺氧、过氧化、低血糖、紫外线、外伤、病原微生物的感染、乙醇、亚砷酸钠、砒霜和重金属（TODRYKSMETAL,2003GROSSCETAL,2003）等应激源刺激下，发生热休克反应所产生的、由热休克基因编码、在进化上高度保守的伴随细胞蛋白。生物体在各种应激状态下所表现出来

5、的以基因表达变化为特征的防御性适应反应称为热休克反应。22HSP70的功能域以氨基酸的一级结构为依据，可将HSP70分为三个功能域近N端为45KD大小在结构上高度保守的氨基酸序列，有ATPASE活性区，紧接着为分子量18KD大小相对保守的氨基酸序列，是多肽的结合部位；近C端有约为10KD结构多变的氨基酸序列，其功能尚不明确，可能与某种特定的蛋白底物相互作用有关（陈劲松,2001）。热应答元件是指HSP70基因5上游中多个NGAAN同时存在时，高水平活化转录，热应激应答中必不可少的功能区，具有增强子的一些特性。当把这类HSE接在其它基因5上游时，该基因同样可以获得热应激蛋白的诱导性（HUGHRB

6、PELHAMETAL,1982ROYHETAL,1986）。23HSP70的同源性HSP70基因没有内含子，这使得开始启动转录就可产生成熟的MRNA以适应HSP70大量快速表达的需要，阻止应激源对其MRNA前体的影响。进化过程中HSP70基因具有高度相似性，大鼠的HSP70氨基酸序列与人类的相似性约为95，与小鼠的相似性约为98；人类HSP70氨基酸序列与果蝇的相似性为73，与大肠杆菌诱导型HSP70的相似性为47，果蝇的HSP70基因与大肠杆菌的DNAK基因的核苷酸序列相似性在50以上（SLINDGUISTETAL,1988）。24HSP70的生化特性HSP70都有较弱的ATPASE活性和较

7、高的ATP亲和性，结合ATP后促使靶蛋白与之解离，ATPHSP70对靶蛋白具有很高的亲和力，形成稳定的HSP70蛋白复合体；选择性结合各种特殊蛋白或多肽参与蛋白稳定构象的形成、跨膜运输或降解；其它HSP或细胞因子的辅助才能形成HSP70复合体；HSP70家族可以保护各种酶免受热损伤，使聚合的蛋白质解聚（BURDONRH,1993）。3HSP70的生物学功能HSP70具有多种生物学功能，包括分子伴侣功能，参与免疫反应，抗细胞凋亡功能，抗热性功能，促进细胞增殖等等，广泛的生物学功能使其成为当今生命科学研究领域中的热点（JULIANNGKETAL,1998）。31HSP70的分子伴侣功能分子伴侣是能

8、够稳定和结合其它蛋白质的不稳定构象，通过控制有效的结合和释放，促进新生多肽链折叠、多聚体的装配或降解及细胞器蛋白的跨膜运输等的一类蛋白质（HENDRICKJPETAL,1993）。蛋白质家族中分子伴侣是在进化上是非常保守，存在于各种生物体内，分子伴侣能够防止未折叠的蛋白质变性和促进聚集的蛋白质溶解复性，所以在细胞受到不利环境胁迫时特别重要，因而许多分子伴侣在生物体内首次以HSP形式被鉴定出来（GEORGOPOULOSCETAL,1993BOSTONRSETAL,1996）。HSP70的ATP酶结构域或与肽链结合过程中起重要作用的C2末端的EEVD序列决定其分子伴侣作用。HSP家族可以帮助其他蛋

9、白在细胞内折叠、成熟，值得关注的是不是所用的HSPS都是分子伴侣，分子伴侣也并不全是HSPS（MACIEJZETAL,2001）。HSP的分子伴侣功能是十分复杂的。32HSP70的抗热性功能细胞或生物体在预先受到亚致死温度时，对后来的热胁迫产生抗性的能力称之为生物的耐热性。生存能力随着热耐力提高而提高，HSP介导应激耐受力的产生，且耐受力的高低与HSP的表达水平呈正相关关系（MARBERMSETAL,1994）。但不同条件下的HSP70对机体的保护作用是不一样的（RAKONCZAYZJETAL,2002）研究表明，虽然热休克处理和亚砷酸盐诱导都产生了大量的HSP70，但是热休克处理诱导的HSP

10、70具有保护作用，而亚砷酸盐诱导的没有，说明热休克处理后HSP70对机体的应激能力增加不只是HSP70的作用。热耐力提高后，可以提高机体在致死高温下的生存能力（LINDQUISTS,1986）。实验表明（WANGTTETAL,1998），预先处理的生物体细胞，当再次置于更高的甚至是致死温度的环境下时，生物体细胞的生存能力得到明显提高。细胞如果一直暴露于高温环境中，将使细胞分化功能丧失；而这些细胞间歇性的暴露于热环境中时，将会产生耐热性（CAOYETAL,1998）。生物对热环境的抵抗能力可以通过温度驯化得到。如蝾螈经过一段时间的温度驯化，能明显提高抗热性。现在有许多研究结果表明细胞的HSP可以

11、通过热驯化诱导，以减轻高温对细胞的损害。HSP有提高微生物耐热能力的作用已得到很多学者的证实。33HSP的免疫调节功能现在，HSP在机体免疫调节中的作用越来越重要。HSP70在免疫调节方面发挥着许多令人瞩目的功效。病原体侵入宿主后会合成HSP，而宿主细胞通过改变基因表达方式，诱导其HSP的产生。这时宿主其他基因表达受抑制，相应蛋白质合成减少。病原体和宿主细胞产生的HSP大多有抗原决定簇，可使宿主细胞发生体液和细胞免疫反应。长久以来，癌症一直是医学界乃至与生物界无法攻克的难题，但HSPS具有激活抗原的作用，如果用病人自己肿瘤的多肽加工制备成HSPS肽复合物疫苗，再注射回病人就能产生免疫反应。研究

12、发现由于HSPBP1在肿瘤中的高表达使其可能成为一个新的癌症标志（DEBORAHETAL,2003）。UDONO等的研究表明，从肿瘤组织中获得的HSP70和小分子肽复合物具有肿瘤特异性免疫原性，产生特异性抗肿瘤免疫效应。一旦分离，单独的HSP70无此作用，而小分子肽大部降解，含量甚微。因此，利用HSP70结合肽链这一特性获得特异性免疫原性和免疫抗性，可能为肿瘤的治疗提供一条新的途径。34HSP的抗细胞凋亡功能细胞的程序性死亡即凋亡指各种各样有害的应激因素如热暴露、缺血、缺氧氧化应激等可以引起细胞损伤。细胞收缩、膜排空、核破裂和DNA破碎是凋亡的主要特征。在应激情况下HSP70基因表达增加，可抑

13、制应激激酶激活及凋亡激活基因的表达，防止细胞凋亡。当细胞与氨基酸类似物一起孵育时，细胞内出现异常蛋白积聚，导致P38、JNK等应激激酶的激活，此现象可能被HSP72的过量表达所阻断。因此，在应激状态下，细胞内HSP70家族基因表达水平的增加，可抑制应激激酶激活，防止细胞凋亡（郑磊等,1999）。这种现象的机理到现在为止还不清楚，但在小鼠的胚胎F9细胞里，同种蛋白的过度表达加强过氧化介导的凋亡（YAMAGISHINETAL,2002）。研究表明，细胞内HSP72水平的增加会阻断信号通路，抑制JNK激活，从而减少细胞的凋亡（GABAIVLETAL,1997）。还发现，在温度为42情况下对克隆的小鼠

14、BC8细胞进行30MIN的热应激后，BC8细胞不能产生应激反应，不产生HSP70，却可在细胞内观察到细胞凋亡小体和DNA碎片（SREEDHARASETAL,1999）。33展望现在，尽管HSP70的分子生物学研究仍然处在初级阶段，但大量的研究数据正在被收集，正在逐步尝试功能基因的研究。不同的受试物种和研究组织，不同的应激源，HSP70的合成规律明显有不同程度差异。而对HSP70在应激反应过程中的合成原理仍然不清楚，这主要是因为，对HSP70合成机制研究数量到目前为止还很少，另外，在有限的实验研究中，受试物种的不一样，实验方案的设计以及HSP70的检测方法不同，造成数据之间缺乏可比性。所以，还需

15、要得到更多HSP70基因信息，来更深层次的研究表明HSP70诱导因素、生物适应原理及合成表达的调控机制。另外，虽然现在有多种肿瘤免疫治疗方法应用于临床，但有些因为抗原呈递效果差，有些因为毒副作用大，效果不是很理想。HSP具有抗原的载体和佐剂的双重作用，可大大提高肿瘤抗原多肽的呈递效率，并且广泛参与肿瘤免疫。随着HSP的免疫学和生物学机制研究的不断加深，其在肿瘤治疗方面的作用被越来越多的人所关注，应用前景无疑是非常诱人的。参考文献1陈劲松,夏双印,杨大平HSP70在鼠背轴型皮管IPC后的保护作用的实验研究J中国急救医学,2001,2131391412郑磊,颜晓慧,邹飞,等热应激时热休克蛋白70及

16、其细胞保护作用J国外医学卫生学分册,1999,2642092123BOSTONRS,VIITANENPV,VIERLINGEMOLECULARCHAPERONESANDPROTEINFOLDINGINPLANTJPLANTMOLBIOL,1996,32121912224BURDONRHHEATSHOCKPROTEINSINRELATIONTOMEDICINEJMOLASPECTSMED,1993,142831655CAOY,MATSUMOTOT,MOTOMURAK,ETALIMPAIREDINDUCTIONOFHEATSHOCKPROTEINIMPLICATEDINDECREASEDTHERM

17、OTOLERANCEINATEMPERATURESENSITIVEMULTINUCLEATEDCELLLINEJJCELLBIOCHEM,1998,7119146CONROYSE,LATCHMANDSDOHEATSHOCKPROTEINSHAVEAROLEINBREASTCANCERJBRJCANCER,1996,7457177217DEBORAHAR,MICHAELWG,ROCHELLEB,ETALINCREASEDEXPRESSIONOFTHEHSP70COCHAPERONEHSPBP1INTUMORSJTUMORBIOLOGY,2003,2462818GROSSC,HANSCHD,GAS

18、TPARR,ETALINTERACTIONOFHEATSHOCKPROTEIN70PEPTIDEWITHNKCELLSINVOLVESTHENKRECEPTORCD94JBIOLCHEM,2003,3842679GETTINGMJ,SAMBROOKJPROTEINFOLDINGINTHECELLJNATURE,1992,355334510GEORGOPOULOSC,WELCHWJROLEOFTHEMAJORHEATSHOCKPROTEINSASMOLECULARCHAPERONESJANNUREVCELLBIOL,1993,960163411GABAIVL,MERIINAB,MOSSERDD,

19、ETALHSP70PREVENTSACTIVATIONOFSTRESSKINASESANOVELPATHWAYOFCELLULARTHERMOTOLERANCEJBIOLCHEM,1997,272291803318037712GARCIABL,ETALTHESIGNIFICANCEOFLIPIDSATEARLYSTAGESOFMARINEFISHAREVIEWJAQUACULTURE,1997,1551410311513HUGHRBPELHAM,ETALAREGULATORYUPSTREAMPROMOTERELEMENTINTHEDROSOPHILAHSP70HEATSHOCKGENEJCEL

20、L,1982,3051752814HENDRICKJP,HARTLFUMOLECULARCHAPERONEFUNCTIONOFHEATSHOCKPROTEINSJANNUREVBIOCHEM,1993,6234938415JULIANNGK,GEORGECTHEATSHOCKPROTEIN70KDAMOLECULARBIOLOGY,BIOCHEMISTRYANDPHYSIOLOGYJPHARMACOLTHER,1998,80218418516LINDQUISTSTHEHEATSHOCKRESPONSEJANNUREVBIOCHEM,1986,551151119117MACIEJZ,FRANKW

21、K,ALICJAWHSP70INTERACTIONSWITHTHEP53TUMORSUPPRESSORPROTEINJTHEEMBOJOURNAL,2001,20174634463818MARBERMS,WALKERJM,LATOMANDS,ETALMYOCARDALPROTEINAFTERWHOLEBODYHEATSTRESSINTHERATITISDEPENDENTONMETABOLICSUBSTRATEANDISRELATEDTOTHEAMOUNTOFINDUCIBLE70KDHEATSTRESSPROTEINJJCLININVEST,1994,933108719ROYH,BURDONH

22、EATSHOCKANDTHEHEATSHOCKPROTEINSJBIOCHEMJ,1986,24031332420RAKONCZAYZJ,MANDIY,KASZAKIJ,ETALINDUCTIONOFHSP72BYSODIUMARSENITEFAILETOPROTECTAGAINSTCHOLECYSTOKINOCTAPEPTIDEINDUCEDACUTEPANCREATITISINRATSJDIGDISSCI,2002,4771594160321LINDGUISTS,CRAIGEATHEHEATSHOCKPROTEINSJANNUREVGENET,1988,2263167722SHINBK,W

23、ANGH,YIMAM,ETALGLOBALPROFILINGOFTHECELLSURFACEPROTEOMEOFCANCERCELLSUNCOVERSANABUNDANCEOFPROTEINSWITHCHAPERONEFUNCTIONJJBIOLCHEM,2003,278760723SREEDHARAS,PARDHASARADHIBV,BEGUMZ,ETALLACKOFHEATSHOCKRESPONSETRIGGERSPROGRAMMEDCELLDEATHINARATHISTIOCYTICCELLLINEJFEBSLETT,1999,456233934224TODRYKSM,GOUGHMJ,P

24、OCKLEYAGFACETSOFHEATSHOCKPROTEIN70SHOWIMMUNOTHERAPEUTICPOTENTIALJIMMUNOLOGY,2003,11011425WANGTT,CHIANGAS,CHUJJ,ETALCONCOMITANTALTERATIONSINDISTRIBURIONOF70KDHEATSHOCKPROTEINS,CYTOSKELETONANDORGANELLESINHEATSHOCKED9LCELLSJINTJBIOCHEMCELLBIOL,1998,30674575926YAMAGISHIN,SAITOY,ISHIHARA,ETALENHANCEMENTEMBRYONALF9CELLSJEURBIOCHEM,2002,26941434151