热休克蛋白 hsp70

1、热休克蛋白的发现

热休克蛋白最初是在果蝇中发现的。早在1962年Ritossa把25℃下培养的果蝇幼虫无意间置于32℃的环境中30min后在其巨大唾液腺染色体上发现了3个新的膨突，说明该区域基因转录增强，可能在热休克时有某种蛋白合成的增加。人们将该现象称为热休克反应。1974年Tissieres等用SDS凝胶电泳技术和放射自显影技术首次证明，热休克反应产生一组特殊的蛋白质，即热“休克蛋白”。近年研究表明，HSP的生成，不仅见于果蝇，而且是普遍存在于从细菌直至人类的整个生物界（包括植物和动物）的一种现象

2 热休克蛋白的分类及特性

热休克蛋白按照蛋白的大小共分为以下几个家族，分别为HSP100，HSP90，HSP70，HSP60 以及小分子热休克蛋白，每个家族各有很多成员。其中HSP70家族成员最多，共有21种蛋白质，是一组在进化上高度保守的应激蛋白。主要包括HSP68、72、73。、HSC70、GRP75、78、80、Bip等

HSP70有许多重要的生物学特性：第一、存在的普遍性，从原核生物到真核生物都有表达。第二、高度的保守性，不同来源的HSP氨基酸序列有50%-90%的同源性。第三、正常情况下HSP70在细胞内表达水平很低，只有在应急条件下，HSP70的合成才显著，以提高其本身的抗应急能力。第四、正常情况下HSP70位于细胞浆内，只有当细胞受到应急作用时，才迅速移入细胞核。

3、HSP70的表达与调控

随着研究的深入，人们发现真核生物HSP70的转录需要三个步骤：在应急条件下，如热休克，导致热休克转录因子（HSTF）的激活。活化的HSTF与HSP70基因的HSE区域结合，从而诱导基因的转录。HSTF是一种蛋白质，HSE是位于HSP70基因启动子TATA盒上游的一段保守序列，具有增强子的一些特性。HSP70可作为

一种负性调节物来调节HSP的表达：在正常情况下HSP70蛋白与HSTF结合，以单体的形式存在，此时HSTF的活性被抑制，不具有与HSE结合的能力。热应急条件下，细胞内大量增加的非稳定蛋白等与HSP70有高度的亲和力，可竞争性地结合HSP70使大量的HSTF游离出来，形成三聚体，进入细胞核【1】]。HSTF三

聚体与HSE快速、高效地结合，保证HSP基因的高效转录，从而HSP70蛋白的合成增多。当产生的HSP70的水平到一定量，足够结合HSTF的时候，使其活性降低，从而关闭热休克基因的表达.

[1] 陈劲松. 热休克蛋白的分子遗传学研究进展[J ] . 国外医学一遗传学分,2001 ,24 (3) 128 - 132.

正常情况下HSP70的mRNA很不稳定，半衰期很短，只有20min左右，而在热应激下可长达几个小时之久。HSP70 mRNA常温下的不稳定由mR2 NA降解系统控制,而热应激影响了系统的活性[ 2 ]。热应激下细胞内其他的mRNA虽不被降解，但翻译停止，HSP70mRNA大量翻译。

[2] 孙克年 .能提高牛乳品质的饲料添加剂 [J ].《中国奶牛》

4 热休克蛋白70家族的功能

4.1分子伴侣功能

分子伴侣,是一类帮助新合成或解折叠蛋白质正确折叠和成功组装而本身非最终装配产物的组成蛋白,HSP70是目前发现的主要的分子伴侣之一,在细胞内分布

最广,含量最大.HSP70主要从以下几个方面发挥其分子伴侣功能:一是保持新合成蛋白的恰当构型,防止在正确的多聚体形成之前的错误折叠或聚集,二是帮助蛋白质分子的跨膜运输,三是促进受损蛋白的恢复或降解,以维持细胞的功能.

HSP70发挥上述功能可能与HSP70自身ATP酶结构域或者G末端的EEVD序列有关[3] .HSP70以 ATP依赖的方式结合未折叠多肽疏水区以保持其状态,再通过有控制的释放帮助其折叠,细胞内很多蛋白质合成后暂时与HSP结合 ,保持其伸展状态以利于穿过内质网或线粒体膜[4]。

[3]Mosser DD,Caron A W and Bourget L. The Chaperone Function of hsp70 Is Required for Protection against Stree-Induced Apoptosis [J].Mol. Cell Biol.,2000; 20: 7146-7159.

[4] 李永和.牛奶成分的营养调控[J ].《中国乳业》

4.2提高细胞的耐受性

HSP70广泛存在于细胞中，与核仁和细胞膜结合，从而提高细胞对热的耐受力，它可以维持细胞内的稳态它在细胞内的高表达可以显著改善细胞的生存能力。例如，长期耐力试验后运动肌群中的HSP70含量明显提高【5】。再如，微量注射HSP70单克隆抗体后细胞的热耐受性明显降低【6】。王枫等人用硫酸镉诱导细胞HSP70高表达，发现1小时后细胞HSP70 mRNA水平显著升高；且其水平在一定程度与细胞耐受力呈正相关【7】。由此可见，HSP70在细胞保护方面起着不可磨灭的作用。

[5] Currie RW. Tanguaru RM. Kingama JG. Heat-shock response and

limitation of tissue neerosis during occlusion/reperlusion in rabbit hearts [J.Circulation. 1993.87(4):963-971].

[6] Riabowol KT. Mizzen IA. Welch WJ. Heat shock is lethal to fibroblasts microinjected with antibodies against HSP70 [J].Science.

1998.242(3)433-436

[7 ] 王枫,郭俊生. HSP70 高表达对K562 细胞耐热力的影

响[J ] . 中国公共卫生,2000 , 16 (7) :587 - 588.

4.3 抗细胞凋亡作用

研究发现当机体处于不利条件下，如热应激能引起自身细胞的程序性死亡，即“细胞凋亡”。在1997年，Cabai发现细胞内HSP70水平的增高可以减少细胞的凋亡，原因是阻断了信号通路从而抑制应激诱导的应激激酶的活性【8】。

[8 ] Cabai VL , MerimAB ,MosserDD. et al . HSP70 pre2

vent s activation of st ress kinase ,A novel pathway of

cellular ther motolerance [J ] . J Biol Chem ,1997 ,272

(29) :18033 - 18037.

4.4抗氧化作用

在应急条件下氧自由基增多，可使脂质氧化并且影响细胞膜系的通透性和流动性，从而对细胞及细胞器如线粒体、叶绿体等产生破坏。超氧化物歧化酶（SOD）能将氧自由基歧化呈无毒的水，从而解除SOD对细胞的毒害作用。HSP70可以激活蛋白激酶C，增强蛋白酶的活性从而促进ATP 水解，刺激生成SOD.