（运动人体科学专业论文）耐力训练对大鼠心肌hsp72mrna表达及急性运动耐受性的影响.pdf

论文摘要 热休克蛋白是一种细胞内源性保护蛋白，它普遍存在于整个生物界，几乎所 有的细胞均能合成。当机体遇到环境应激时，热休克蛋白可以被诱导合成，并在 维持细胞的自稳、保护细胞免受各种应激伤害中发挥重要作用。大量研究证实， 热休克蛋白在减小心肌缺血再灌注的损伤、抗细胞凋亡等方面有重要作用，而运 动可以诱导机体h s p 7 0 的表达，这提示我们也许运动可以作为一种预防或治疗 心血管疾病的有效方法。 本实验目的是通过让大鼠进行长期中等强度的耐力训练，观察耐力训练对急 性应激大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 表达的影响，同时检测心肌s o d 、c a t 、m d a 的 水平，探讨长期中等强度耐力训练对心肌的保护作用及其可能机制，从而为运动 健身提供一些实证支持。 本实验选用健康雄性s d 大鼠3 6 只，体重为1 8 0 _ + 1 0 9 ，随机分为安静组( c 组，n = 1 8 只) 和耐力组( t 组，n = 1 8 只) ，进行l 周的适应性训练和6 周的正式 训练。6 周训练结束后，休息2 4 h ，安静组和耐力组大鼠各取6 只作为基础组， 两组剩余大鼠再进行一次急性运动，然后分别在急性运动后0 h 和2 4 h 将大鼠处 死。根据动物的分组，在不同时间取心肌，用r t - p c r 法检测h s p 7 2 m r n a 表达， 分光光度法检测s o d 、c a t 活性，硫代巴比妥酸法( t b a 法) 检测m d a 含量。 实验结果： ( 1 ) 6 周耐力训练后，安静组大鼠体型较胖，耐力组大鼠体型适中，两组大鼠体重 相比具有显著性差异( p 0 0 5 ) 。 ( 2 ) 从急性运动应激时的两组大鼠的行为表现可以看出，安静组大鼠对运动应激 的适应性较差，耐力组大鼠具有较好的抗运动应激能力。 ( 3 ) 6 周耐力训练后，与安静基础组相比，耐力基础组大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 表达 和s o d 的活性都显著增加( p 0 0 1 ) ，而c a t 的活性却无显著性差异。 ( 4 ) 与安静基础组相比，安静组急性运动后0 h ，大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 表达显著 增加( p o 0 1 ) ，2 4 h 后仍具有显著性差异( p 0 0 1 ) ：耐力组急性运动后0 h ， 大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 表达也显著增加( p 0 0 1 ) ，2 4 h 后基本恢复到基础值。 耐力组与安静组相比，大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 表达在急性运动后0 h 及2 4 h 都 具有显著性差异( p 0 0 1 ) 。 ( 5 ) 与安静基础组相比，安静组急性运动后0h ，大鼠心肌s o d 的活性显著增加， s o d m d a 的值有显著性差异( p 0 0 5 ) 。耐力组急性运动后0 h ， 大鼠心肌s o d 的活性显著增加，心肌m d a 含量显著下降，s o d m d a 的值 显著增加( p o 0 1 ) ，2 4 h 后仍具有显著性差异( p 0 0 1 ) 。c a t 的活性只有 耐力组急性运动后o h 显著增加( p 0 0 5 ) 。 结论： ( 1 ) 耐力训练能有效的控制体重，使机体保持良好的状态更好的适应急性应激。 ( 2 ) 长期中等强度耐力训练可以增加大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 的表达，提高心肌抗 氧化酶s o d 的活性，降低急性应激时心肌脂质过氧化产物m d a 的含量，说 明耐力训练诱导的h s p 7 2 m r n a 表达的增加和s o d 活性的增强，对于提高心 肌在受到应激时的适应性和耐受力，维持机体内环境的稳定有很大作用。 ( 3 ) 急性运动应激时大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 的表达显著增加，说明在受到急性应 激时h s p 7 2 m r n a 表达能迅速上调，这是细胞的一种内在的自我保护机制。但 是，h s p 7 2 m r n a 在迅速上调以产生更多蛋白保护细胞的同时，也从侧面反映 了细胞受到的应激程度。给予相同的急性应激，耐力组大鼠心肌h s p 7 2 m r n a 上调相对较少，这说明耐力训练可以使大鼠心肌具有较好的抗应激能力。 ( 4 ) 急性运动应激可以激活大鼠，d 肌s o d 的活性，使s o d 水平升高，但同时m d a 含量也增多，提示此时自由基代谢和抗氧化系统之间存在失衡。耐力训练可以 使心肌抗氧化系统发生适应性变化，提高心肌清除自由基的能力，减少急性应 激时心肌氧化性损伤，使自由基代谢和抗氧化系统之间失衡程度减小。 ( 5 ) h s p 7 2 m r n a 的表达和抗氧化酶s o d 的活性具有相似的时相性变化，说明两 者之间存在一定联系。h s p 7 2 可能与抗氧化酶共同作用，增强机体的抗氧化能 力，抵御应激对机体的损伤。 ( 6 ) 从本实验结果我们推测，长期中等强度的耐力运动有利于保护心脏，提高心 脏对应激的适应性和耐受力，达到更好的强身健体效果。 关键词：耐力训练，h s p 7 2 m r n a ，s o d ，c a t ，m d a ，急性运动 a b s t r a c t a si n t r i n s i cp r o t e c t i n gp r o t e i n s ，h e a ts h o c kp r o t e i n sw i d e l ye x i s ti nm a n y o r g a n i s m sa n dc o u l db es y n t h e s i z e db ya l m o s ta l lk i n d so fc e l l h e a ts h o c kp r o t e i n s c o u l db ei n d u c e d ，a n dt h e ya r ec o n s i d e r e dt op l a ya ne s s e n t i a lr o l ei nm a i n t a i n i n gc e l l s t a b i l i z a t i o na n dp r o t e c t i n gt h e mt os u r v i v ea l lk i n d so fd i s t u r b e de n v i r o n m e n t s p r e v i o u ss t u d i e sh a v ed e m o n s t r a t e dt h a th e a ts h o c kp r o t e i n sp l a ya ne s s e n t i a lr o l ei n r e d u c i n gm y o c a r d i a li s c h e m i c r e p e r f u s i o ni n j u r y a n dp r o t e c t i n gc a r d i o m y o c y t e s a g a i n s ta p o p t o s i s ，a n de x e r c i s ec o u l di n d u c eh s p 7 0e x p r e s s i o n ，w h i c hm a yi m p l y t h a t e x e r c i s em a y b ea l la v a i l a b l em e t h o df o ru st op r e v e n to rc u r ec a r d i o p a t h y t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yw a st oo b s e r v et h ee f f e c to fl o n gt i m em o d e r a t e e n d u r a n c et r a i n i n go nr a t sm y o c a r d i u mh s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o na n dt o l e r a n c et o a c u t ee x e r c i s e ，t oi n s p e c tt h ec h a n g e so fs u p e r o x i d ed i s m n t a s e ( s o d ) 、c a t a l a s e ( c a t ) a n dm a l o n l d e h y d e ( m d a ) ，f oi h v e s t i g a t et h ep o s s i b l e m e c h a n i s ma n dp r o t e c t i n g f u n c t i o no fl o n gt i m em o d e r a t ee n d u r a n c et r a i n i n ga n do f f e rs o m et h e o r i e sf o r p h y s i c a le x e r c i s e 3 6p u r e b r e dm a l es p a r g u e - d a w l e yr a t s ( w e i g h t ：1 8 0 1 0 9 ) w e r ed i v i d e di n t o t w og r o u p s ：c o n t r o l l e dg r o u p ( c ，n = 1 8 ) a n dt r a i n e dg r o u pf r , n = 1 8 ) ，c a r r y i n go u t1 w e e ka d a p t a b i l i t yt r a i n i n ga n d6w e e ke n d u r a n c et r a i n i n g a f t e r6w e e ke n d u r a n c e t r a i n i n g ，r e s tf o r2 4h o u r s ，w ec h o s e6r a t sf r o mc o n t r o l l e dg r o u pa n dt r a i n e dg r o u p r e s p e c t i v e l ya sb a s i cg r o u p s ；r e m a i n e dr a t so ft w og r o u p sw e r ep u tt h r o u g ha na c u t e e x e r c i s e ，t h e nt h e yw e r ek i l l e da f t e rp o s t - e x e r c i s e0h o u ra n dp o s t - e x e r c i s e2 4h o u r a c c o r d i n g d i f f e r e n tg r o u p s ，w ec h o s er a t sm y o c a r d i u ma n di n s p e c t e dm y o c a r d i u m h s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o n w i t hr t - p c rm e t h o d ，s o d 、c a ta c t i v i t yw i t h s p e c t r o p h o t o m e t e rm e t h o d ，a n dm d a c o n t e n tw i t ht b am e t h o d e x p e r i m e n tr e s u l t s ： ( 1 ) a f t e r6w e e k s e n d u r a n c et r a i n i n g , r a t si nc o n t r o l l e dg r o u pw e r ef a ta n dr a t s i n t r a i n e dg r o u pw e g ew e l ls i t u a t e d ，t h ew e i g h tw a sa l s oo b v i o u s l yd i f f e r e n tb e t w e e n t h et w og r o u p s ( p o 0 5 ) 。 ( 2 ) f r o mt h eb e h a v i o ro ff a c i n ga c u t ee x e r c i s e ，w ec o n c l u d e dt h a tc o n t r o l l e dg r o u p c o u l dn o ta d a p ta c u t ee x e r c i s es t r e s sq u i c k l y ，b u tt r a i n e dg r o u pc o u l d ( 3 ) a f t e r 6w e e k s e n d u r a n c e t r a i n i n g ，c o m p a r e d w i t hc o n t r o l l e d g r o u p ，t h e m y o c a r d i u mh s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o na n ds o da c t i v i t yo ft r a i n e dg r o u pw e r e o b v i o u s l yi n c r e a s e d ( p 0 0 1 ) ，b u tc a ta c t i v i t yo b s e r v e dn oc h a n g e ( 4 ) c o m p a r e dw i t h c o n t r o l l e db a s i c g r o u p ，p o s t e x e r c i s e0h o u r , m y o c a r d i u m h s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o no b v i o u s l yi n c r e a s e di nc o n t r o l l e dg r o u p ( p o 0 1 ) ，i tw a s s t i l ls i g n i f i c a n ta f t e r2 4h o u r s ( p 0 0 1 ) ：p o s t e x e r c i s e0h o u r ，m y o c a r d i a l h s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o na l s oo b v i o u s l yi n c r e a s e di nt r a i n e dg r o u p ( p 0 0 1 ) ，b u t i tr e t u r n e dt ob a s i cl e v e la f t e r2 4h o u r s w em a d eac o m p a r i s o no ft h et w o g r o u p s a n df o u n dt h a t m y o c a r d i u mh s p 7 2 m r n aw a ss i g n i f i c a n td i f f e r e n ta f t e r p o s t e x e r c i s e0 h o u ra n dp o s t e x e r c i s e2 4h o u r ( p 0 0 1 ) ( 5 ) c o m p a r e dw i t hc o n t r o l l e db a s i cg r o u p , p o s t e x e r c i s e0h o u r , s o da c t i v i t ya n dt h e v a l u eo fs o d m d ao b v i o u s l yi n c r e a s e d ( p o 0 5 ) p o s t e x e r c i s e0h o u r , s o da c t i v i t yo b v i o u s l yi n c r e a s e di n t r a i n e dg r o u p ，m d ac o n t e n to b v i o u s l yd e c r e a s e da n dt h ev a l u eo fs o d m d a i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ( p 0 0 1 ) i ts t i l le x h i b i t ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea f t e r2 4 h o u r s ( p o 0 1 ) c a ta c t i v i t yo n l y o b v i o u s l yi n c r e a s e da f t e rp o s t - e x e r c i s e0h o u r i nt r a i n e dg r o u p ( p 0 0 5 ) c o n c l u s i o n s ： ( 1 ) e n d u r a n c et r a i n i n gc o u l dc o n t r o lw e i g h te f f e c t i v e l ya n dm a k eb o d ya d a p ta c u t e s t r e s sq u i c k l y ( 2 ) l o n gt i m em o d e r a t ee n d u r a n c et r a i n i n gc o u l di n c r e a s eh s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o ni n r a t sm y o c a r d i u m ，e n h a n c es o d a c t i v i t ya n dd e c r e a s et h ec o n t e n to fm y o c a r d i u m o v e r o x i d a t i o np r o d u c t i o nm d a i ts h o w st h a tt h ei n c r e a s eo fh s p 7 2 m r n a e x p r e s s i o na n ds o da c t i v i t yi n d u c e db ye n d u r a n c et r a i n i n gp l a ya ne s s e n t i a lr o l ei n e n h a n c i n gm y o c a r d i a la d a p t a b i l i t ya n de n d u r a n c e ，a n dp l a ya ne s s e n t i a lr o l ei n m a i n t a i n i n gc e l li n e n v i r o n m e n ts t a b i l i t y ( 3 ) t h eh s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o ni n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi nr a t sm y o c a r d i u md u r i n g a c u t ee x e r c i s es h o wt h a th s p 7 2 m r n ac o u l db er e g u l a t e db ys t r e s s ，a n di t sa l l i n t r i n s i cs e l f - p r o t e c tm e c h a n i s mo fc e l l h s p 7 2 m r n aa l s or e f l e c tt h es t r e s sd e g r e e i nac e r t a i ne x t e n tw h e ni ti n c r e a s e sq u i c k l yt o p r o t e c tc e l l s h s p 7 2 m r n a e x p r e s s i o ni n c r e a s i n gl e s si nt r a i n e dg r o u pt h a ni nc o n t r o l l e dg r o u pa f t e rs a m e a c u t ee x e r c i s es h o wt h a te n d u r a n c et r a i n i n gc o u l de n h a n c er a t sm y o c a r d i u ma g a i n s t s t r e s s ( 4 ) a c u t ee x e r c i s es t r e s sc o u l da c t i v a t et h ea c t i v i t yo fr a tm y o c a r d i u ms o d a n dm a k e s o d a c t i v i t ya n dm d a c o n t e n ti n c r e a s es h o w st h a tt h e r ei sa nu n b a l a n c eb e t w e e n r a d i c a lm e t a b o l i t i o na n da n t i o x i d a t i o ns y s t e m e n d u r a n c et r a i n i n gc o u l dm a k e m y o c a r d i a la n t i o x i d a t i o ns y s t e mc h a n g ea d a p t a b l y , e n h a n c et h ea b i l i t yo fr a d i c a l e l i m i n a t i o n ，r e d u c em y o c a r d i u mo x i d a t i v ei n j u r yd u r i n ga c u t es t r e s sa n dm a k et h e u n b a l a n c ed i m i n i s h ( 5 ) h s p 7 2 m r n ae x p r e s s i o na n ds o da c t i v i t yh a v eas i m i l a rc h a n g e ，w h i c hi n d i c a t e s s o m er e l a t i o n sb e t w e e nt h e m h s p 7 2m a yb ea s s o c i a t e dw i t ha n t i o x i d a t i o ne n z y m e t oe n h a n c et h ea n t i o x i d a t i o na b i l i t yo fc e l l sa n dr e s i s tt h ei n j u r yi n d u c e db ys t r e s s ( 6 ) a c c o r d i n gt oo u rs t u d y , w es p e c u l a t et h a tl o n gt i m em o d e r a t ee n d u r a n c et r a i n i n gi s f a v o r a b l et op r o t e c t i n go u rh e a r t ，a n de n h a n c i n gt h ea d a p t a b i l i t ya n de n d u r a n c eo f o u rh e a r t w ec a ne m p l o yi tf o rb e r e rh e a l t h k e y w o r d s ：e n d u r a n c et r a i n i n g , h s p 7 2 m r n a , s o d ，c a t , m d a , a c u t ee x e r c i s e 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示感谢。 作者签名：蔓隧日期： 学位论文授权使用说明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：曹桂霞 日期：塑z 笸 翩躲秀鹋 第一部分文献综述 热休克蛋i 刍( h e a ts h o c kp r o t e i n s ，h s p s ) 是生物体( 或离体培养细胞) 在不良环 境因素作用下所产生的一组具有高度保守性的应激蛋白，它普遍存在于整个生物 界，几乎所有的细胞均能合成。当机体遇到环境应激时，热休克蛋白可以被诱导 合成并在细胞的不同区域之间转移发挥其细胞保护作用，这种独特的防御机制可 以使细胞在遇到外环境作用时维持动态的平衡并能保证细胞的存活。 l 热休克蛋白概述 1 1 热休克蛋白的发现及命名 1 9 6 2 年，遗传学家r o t o s s a t l l 在研究果蝇唾液腺染色体时，将2 5 培养的果 蝇幼虫无意间置于3 2 的环境中，3 0 分钟后观察到唾液腺2 号染色体左臂上 出现了一种新的膨突，他认为该膨突的生成与基因的转录增强有关，热休克时可 能有某种蛋白合成的增加。1 9 7 4 年，t i s s i e r e s 2 1 等人从热休克果蝇唾液腺纽胞中 分离出一组特殊蛋白质，发现这种蛋白质的种类与蓬松的染色体数目相等，从而 认为是热休克激发基因转录所合成的特异蛋白。后来，人们将这种现象称为热休 克反应，其热休克反应产物为热休克蛋白。从此，人们对热应激进行了一系列研 究，发现温和的热应激可以诱导热休克反应，合成一种新的热休克蛋白，暂时增 加细胞对亚致死性温度的耐受性，随着研究的深入，人们发现除高温外的各种刺 激如低氧、缺血、炎症、重金属、内毒素及活性氧等均可诱导热休克蛋白的合成， 增加器官和组织细胞对有害刺激的耐受性，故也有人称其为应激蛋白或热应激蛋 白。 1 2 热休克蛋白的分类及特性 热休克蛋白分子量的大小范围为1 0 1 7 0 k d 。根据分子量的大小及同源程度， m o r i m o t 0 1 3 1 将主要的热休克蛋白分为四个家族( 家族名称用大写字母h s p s 表示， 家族成员用h s p s 表示) ：h s p g o 家族、h s p 7 0 家族、h s p 6 0 家族以及小h s p 家族。此外，还有分子量1 0 0 1 1 0 k d 而性质不同于上述家族的大分子热休克蛋 白。根据表达方式的不同也有人将热休克蛋白分为三类1 4 i ：根据正常情况下该蛋 白是否存在，将热体克蛋白区分为非应激条件下几乎不存在而应激后会立即合成 的蛋白和在组织中有一定构成性表达的蛋白，前者称诱导型蛋白，后者称同源型 蛋白。如，h s p 7 0 家族中的蛋白为7 0 7 8k d 之间的蛋白，构成型或同源型成员 为h s c t 0 、h s p 7 5 、g r p 7 8 ，然而诱导型的是h s p 7 2 ，我们通常称其为h s p 7 0 。由 于葡萄糖缺乏而使合成增加的蛋白叫葡萄糖调节蛋白( g r p s ) ，它们是热休克蛋 白家族中一个特殊的群体，存在于各种热休克蛋白家族中，主要成员有g r p 5 8 、 g r p 7 8 、g r p 9 4 和g r p l 7 0 。在细胞外葡萄糖浓度低的情况下g r p s 的合成增加， 但如果细胞内钙贮存耗竭或蛋白糖基化被抑制也能使它们的合成增加。 热休克蛋白在真核和原核生物的细胞中都存在，其主要特性：( 1 ) 进化时的 高度保守性h s p s 基因在进化时都具有一定的保守性，不同种细胞所产生的 h s p s 其基因的核酸序列和蛋白质的氨基酸序列经常会高度一致。例如，在真核 细胞中h s p 7 0 基因核酸序列的一致性为6 0 7 8 ；与人类的h s p 7 0 基因相比，果 蝇的h s p 7 0 基因和c o l i 的d n a k 基因分别达到了7 2 和5 0 的一致性。( 2 ) 诱导 因素的非特异性除热应激以外的其他应激如缺血、缺氧、感染、创伤、运动、 重金属、过氧化氢、氧自由基、亚砷酸盐等都可以诱导h s p s 的产生。( 3 ) 诱导 后的交叉耐受性研究表明，某种应激诱导细胞产生的h s p 7 0 ，不仅会使细胞对 该刺激的耐受性增强而且也会使细胞对其他的应激刺激产生耐受性。( 4 ) 保护作 用发挥的时间性研究发现，预热休克的保护作用会随着h s p s 的表达而出现时 相性变化，h s p s 产生的滞后性，使热休克反应即刻对机体没有保护作用，3 h 以 后才开始有保护作用，2 4 - 4 8 h 保护作用达到峰值，然后缓慢下降并持续数天p i 。 ( 5 ) 保护作用的有限性h s p s 不可以无限度的保护细胞，超出一定范围，h s p s 的保护作用就会消失。研究发现，预热休克对于中等强度的h 2 0 2 有保护作用， 而对于高浓度的h 2 0 2 却无保护作用，同样，预热休克对于3 5 m i n 的心肌缺血再 灌注具有保护作用，而对于4 5 m i n 的却没有保护作用1 6 i 。 1 3 热休克蛋白的合成 热休克蛋白的合成包括热休克因子( h e a ts h o c kf a c t o r s ，h s f s ) 的激活，热 休克因子与热休克元件( h e a ts h o c ke l e m e n t ，h s e ) 的结合，热休克基因的转 录以及热休克蛋白的表达等。 目前，已发现有四种不同的h s f s ，h s f l 、h s f 2 、h s f 3 和h s f 4 。各种细 胞应激对于四种因子的激活作用是不同的。h s f l 对温度的变化十分敏感，主要 2 在应激时产生，是最具有代表性的热休克因子1 7 1 ；h s f 2 和h s f 3 主要是调节一 些特殊组织中h s p 基因的转录，并参与一些组织的分化和发育过程；h s f 4 对于 某些h s p 基因的活性具有抑制作用，当h s f 4 过度表达时，h s p 7 0 、h s p 9 0 和h s p 2 7 基因的转录是减少的。s i s t o n e n t 8 i 等人发现，h s f 2 对于h s f l 具有累加作用，当 两种h s f 分别被热应激所激活时，h s p 7 0 基因的转录比单独激活h s f l 更具有良 好的效果。虽然四种热休克因子各有独特性，但是它们仍具有共同的结构：一个 n 末端d n a 结合域，一个相邻的及一个位于羟基末端的由脂肪族氨基酸组成的 七价重复单位亮氨酸拉链结构。不同物种的h s f 差别很大，但却可以识别相同 的h s e 。 撒硒h s p 基因和随后的蛋白合成信号的传递是通过激活h s f 实现的。h s f 的激活主要取决于h s p s 与h s f 和h s p s 与变性蛋白的结合情况i ”。通常情况下， h s f 合成和定位于细胞液和细胞核中，并且经常与h s p s 构成无活性的h s p s h s f 复合体。a t p 对于h s p s 与变性蛋白的分离是必不可少的。应激时，细胞a t p 水 平下降，变性蛋白作为一种竞争底物而增加，h s p s 与较多的变性蛋白相结合 游离的h s p s 含量减少，从而导致h s p s h s f 复合体解体，解除了对h s f 活性的 抑制，更多h s f 单体被释放。当被激活时，h s f 从胞液中转移到核间质中并且 形成一个具有d n a 结合活性的三聚体1 1 0 l 。三聚体是由蛋白质氨基酸末端区的一 些a 螺旋状残余物排列而成，它可以被羧基末端区的亮氨酸拉链区负性调节【j l l 。 h s f 与d n a 结合需要h s p 基因上游启动子位点上的h s e 的出现。h s e 是多种 多样的，由不同数目的5 - n g a a n 3 的交替式排列组成的。h s f 同源三聚体与 h s e 的结合至少需要两个n g a a n ，按照头与头、尾与尾原则排列而成。在非 应激细胞中，h s f 与h s e 有低水平的结合，热休克反应时其结合水平可迅速提 高1 0 2 0 倍，在5 分钟之内即可达到结合高峰【1 2 i 。h s e 与h s f 结合后，h s e 的 活化域暴露，h s p 基因开始转录。热休克基因的转录启动后通过优先翻译 h s p m r n a ，增强h s p m r n a 的稳定性( 其中h s p m r n a 的3 和5 非翻译区分别 对h s p m r n a 的稳定性和优先翻译起关键作用) ，进而产生大量的热休克蛋白l 。 随着变性蛋白的减少及新合成的h s p s 的增加，游离态h s p s 含量增加，h s f 与 h s p s 重新结合，h s f 恢复到无活性状态，从而抑制热休克基因的转录，热休克 蛋白合成减少。 3 1 4 热休克蛋白的主要生理功能 1 4 1 分子伴侣作用 分子伴侣是指一类可以介导其他蛋白的正确折叠，但在最后合成新的结构时 并不参与进去的一种蛋白质。细胞内蛋白质要发挥正常功能，必须呈完整的天然 折叠状态，而要完成在细胞内的运输，又必须呈伸展状态，这都需要分子伴侣类 蛋白质来协助完成。 h s p s 的分子伴侣作用无论在应激还是非应激的条件下都是存在的。非应激 状态下，h s p 7 0 主要存在于胞质中，可以稳定和修饰新生的未折叠的肽类，并且 使之保持正确的未折叠状态进入细胞间质 1 & 1 5 i ：应激时，h s p t 0 可以在细胞的胞 核和胞质之间转移，防止核仁损伤【1 6 i ，引导错误折叠的蛋白重新折叠，恢复蛋白 质正常构象，促进不能修复的蛋白质加速降解，在蛋白质转运、酶活性稳定及修 复等方面有重要作用。h s p 6 0 主要存在于线粒体，可以阻止错误折叠蛋白的聚合， 并且与h s p l 0 一起辅助线粒体蛋白的再折叠【1 7 1 。h s p 9 0 作为许多功能蛋白的结 合蛋白也是一种伴侣蛋白，它常与多种蛋白质形成复合物：调解靶蛋白的活性但 并不参与靶蛋白的组成，在细胞保护、激素受体结合、蛋白质转运及信号转导等 方面起重要作用。正常情况下，h s p 9 0 主要分布在细胞质中，应激时其合成会增 加，并有少量进入细胞核 i s i 。h s p 9 0 可以结合并稳定未折叠蛋白促进其正确折叠， 防止蛋白质的异常聚合，维持类固醇受体的蛋白质在与激素结合前处于失活状 态，直至相应激素量的增加足以使其与受体分离邮i 。另外，有些构成型s h s p s ， 如h s p 2 7 和a b 晶状体球蛋白，在应激时发生磷酸化作用并且与肌小节、细胞骨 架和核结构蛋白有关，可以稳定细胞核和胞浆骨架结构，加速不能修复的蛋白质 的降解，对应激时的细胞具有特殊的保护作用 2 0 l 。h s p 2 7 主要参与微丝的稳定和 细胞信号转导，阻止应激状态的肌动蛋白和微丝的分裂，有利于细胞骨架的稳定； a b 晶体球状蛋白在酸性条件下，能保护肌动蛋白和肌间线蛋白肌丝免受损伤。 1 4 2 抗氧化作用 应激时，氧自由基增多，会使核酸d n a 主链断裂，碱基缺失，引起细胞畸 变；使蛋白质多肽链断裂，蛋白质交联发生聚合；使一些关键酶激活或灭活。同 时，由于磷脂发生脂质过氧化，使膜的液体性、流动性改变，通透性升高，亚细 胞结构如使线粒体、溶酶体等细胞器遭到破坏，从而影响了细胞的正常功能1 2 l i 。 4 t e t s u y a 2 2 j 的研究首次证明，细胞内预先诱导产生的h s p s 转移进入细胞核可以保 护氧自由基造成d n a 的进一步损害，并促进已经损伤的d n a 修复。研究发现， h s p s 具有直接或间接的抗氧化生物活性。一方面，h s p s 可抑制产生氧自由基的 关键酶n a d p h 氧化酶，通过反馈作用减少氧自由基的产生。p o l l y ”i 对分离培养 的人白细胞的研究发现，用热预处理诱导白细胞出现热应激反应，伴随h s p 7 2 合成增加，证实热预处理可以抑制单核细胞和白细胞内的n a d p h 氧化酶，限制 氧自由基的产生。c h o n g “i 等研究显示，预先经热处理的h 9 c 2 心肌细胞( 来源于 大鼠心肌) 可增强其对氧化剂氧化作用的耐受性，其抗氧化作用与h s p 7 0 的诱导 表达( h s p 7 0 i ) 及组成性表达( h s p 7 0 c ) 的共同作用相关。另一方面，h s p s 可通过 分子伴侣作用在应激时恢复和维持抗氧化酶如s o d 、c a t 、g s h p x 的活性，同 时修复在应激时被破坏的功能蛋白结构，发挥抗氧化功能。d a s d k t z s i 发现缺血再 灌注引起了数种应激相关的抗氧化基因的激活，包括h s p 7 0 、m n s o d 基因。 n i e d z w i e c h k i “l 等在3 7 果蝇中发现s o d m r n a 水平的增高与h s p t 0 m r n a 表 达的增高相一致。s u z u k i ! 卅等研究表明，心肌线粒体基质中的m n s o d 与h s p 7 2 的关系密切，h s p 7 2 可通过某种方式将m n s o d 的前体转运至线粒体，促进 m n s o d 酶的生成，从而达到保护心肌的目的。刘理1 2 s l 等研究发现，热休克蛋白 具有保护肾脏抗氧化酶s o d 、c a t 的活性，增强大鼠抗氧自由基损伤的能力， 热预处理能够减轻严重烧伤后的肾损伤。谢子安等研究发现，热休克预处理可 以减轻大鼠心肌再灌注性损伤，减少再灌注性心律失常，其作甩与h s p 7 0 含量 的增加和心肌组织的抗氧化酶s o d 、c a t 和g s h p x 活性增强有关。叶春1 3 0 1 等 研究了热休克对急性运动后大鼠骨骼肌中m d a 和s o d 的影响，发现预热体克 后安静组h s p 7 2 高于室温安静组，预热休克运动组骨骼肌中m d a 的含量明显低 于室温运动组，而s o d 高于室温运动组。 1 4 3 协同免疫作用 人体正常状态下少量表达h s p s ，其含量仅占总蛋白的5 1 0 ，而且受 自身免疫调节网络作用，不会引起免疫应答反应。当病原体感染机体时，病原体 相对抗体及机体针对病原体均可合成h s p s 。h s p s 可在不同个体中介导抗感染免 疫，参与病原体感染致病作用，也参与宿主抗感染免疫作用。h s p s 还可诱导自 身免疫。一方面，病原体和宿主的h s p s 具有相同的抗原表位，可逃避宿主的免 5 疫耐受机制，引起自身免疫疾病：另一方面，病原体h s p s 可结合病原体抗原而 成为免疫优势抗原，提呈给自身免疫反应性t 细胞而不受抑制，造成自身免疫 疾病。h s p s 与同种移植排斥免疫有关，如器官保存、缺血再灌注损伤、外科手 术操作及排斥反应等过程均可诱导其表达。b a b a 等在同种异型和同型大鼠心脏 移植中发现，前者h s p 7 0 m r n a 明显增高，且有时间依赖性，而后者增加则不 明显，提示h s p 参与排斥免疫。研究发现，h s p s 可能作为抗原参与肾移植排斥 反应，把由发生排斥反应的人移植肾中提取的t 细胞与i l - 2 共同培养1 周后， 用重组人h s p 7 2 刺激，可引起明显的增值反应，并且从发生排斥反应的移植肾 中纯化培养的人肾上皮细胞也可刺激该细胞株的增值反应。由此可见，抑制针对 h s p s 的免疫反应可能会为临床控制移植排斥反应提供有效的方法。此外，h s p s 还与免疫细胞的发育、分化、激活，免疫球蛋白的装配及淋巴细胞的归巢有关川。 1 4 4 抗细胞凋亡作用 h s p s 与细胞生长及分化等调控密切相关，在细胞调亡中发挥着重要作用。 人们进行了大量关于h s p s 与细胞凋亡信号转导途径调节机制的研究，发现许多 h s p s 如h s p 9 0 、h s p 7 0 、h s p 6 0 等能够在f a s 死亡受体途径、j n k s a p k 途径、 c a s p a s e 途径等多个水平发挥调节作用。g a b a i t ”i 等发现细胞内h s p 7 2 水平的增高 可以阻断信号通路，抑制应激诱导的j n k 激活，从而减少细胞凋亡。m e h l e n t a i 等发现h s p 2 7 的过度表达可提高细胞内g s h 水平，对f a s 介导的细胞凋亡有一 定保护作用，其机制可能是通过h s p 2 7 维持细胞内环境的氧化还原平衡而实现 的。m e l d r u m i 州报道热应激诱导h s p 7 0 的产生，增加了肾小管细胞b c l 2 的表达， 从而阻止了缺血导致的细胞凋亡。