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热休克蛋白70与心肌保护
时间：2010-08-24 11:39:06 来源： 作者：
| 1 概述 1.1 HSP70的分类、表达及分布 HSP70家族主要包括Hsp72、Hsp73、Grp78、Grp75四个成员，按表达情况分为诱导型和结构型［1-2］。Hsp72为高度应激诱导，存在于胞浆中，胞核在正常条件下不表达或少见合成，为诱导型；Hsp73固定表达并存在于胞浆和胞核中，为结构型；Grp78、Grp75为葡萄糖调节蛋白，分别固定存在于内质网和线粒体。 正常细胞可表达结构型HSP70，在应激下略增加，而诱导型HSP70仅出现于应激细胞，可以在各种应激状态下被诱导，如高热、缺氧、运动、缺血、氧化应激、心衰、射线、内毒素、某些药物等。HSP70存在于细胞内，并在细胞内发挥作用。应激时，大部分诱导型HSP70位于细胞核内并包围核仁，恢复后则移入胞浆，再次应激又重回胞核。 1.2 应激状态下HSP70的表达机制及调节 HSP70表达的原因估计与应激情况下未折叠或变性蛋白质的出现，或者细胞内游离钙、蛋白激酶、DNA等的改变有关。热休克基因的表达是对变性蛋白的应答，其应答机制被认为与热休克转录因子(heat shock transcription factor，HSF)和热休克元件(heat shock element，HSE)有关。HSF是一种胞浆内的多 肽，通常以单体形式存在，少数与HSP70结合；HSE为位于HSP70基因启动子中特定的核苷酸序列。应激情况下，变性蛋白失去正常的三维结构，暴露出内部的HSP70结合位点，HSP70与受损蛋白结合后释放出游离的HSF，游离HSF倾向于聚合成三聚体，向核内移位并与HSE上游的起动序列相结合，起动HSP70转录合成。 应激状态下HSP70的表达与细胞的生理状态有关，随着机体衰老和细胞老化，HSP70 mRNA和HSP70的合成和功能均有所降低。实验表明，青年鼠比老年鼠心肌细胞HSP70表达量明显增多，肥厚的心肌细胞比正常的心肌细胞HSP70表达量减少。HSP70合成还依赖于预存的HSP70含量和应激反应的严重度，HSP70可作为一种负性调节物质调节HSP70的表达。应激原刺激可使即早基因(immediately early genes，IEGs)先于HSP70基因在细胞内表达，有研究推测HSP70基因可能是IEGs的靶基因之一。Xu等［3］提出，GTP结合蛋白Ras和Rac可以显著抑制HSP70合成和HSF的活性。 1.3 HSP70的细胞保护作用 HSP70的细胞保护作用是指机体细胞在受到各种应激，如高热、氧化等有害应激时，产生的HSP70可以增强细胞对损害的耐受程度，维持细胞的正常功能代谢，提高细胞生存率，是一种内源性的自我保护机制。其可能机制为：①提高细胞对应激原的耐受性；②“分子伴侣”作用；③抗细胞凋亡的作用；④减轻过氧化及炎性损伤。几乎全身所有的细胞都能表达HSP70,心脏的组织细胞在应激状态下亦可产生HSP70，而且产生的主要部位是在血管的内皮细胞，在应激时对心肌收缩功能和内皮功能具有保护作用，以抵抗各种应激原对心肌的损害，如高热、缺血及缺血/再灌注损伤等。因此，调动心脏内源性的保护机制，以提高心肌细胞自身耐受缺氧的能力，是近年来人们实施心肌保护方面研究的主要着重点。 2 HSP70与心肌缺血/再灌注损伤 1988年Currie等用全身42℃高温维持15min造成大鼠热休克模型，24 h后心脏离体灌注，形成缺血/再灌注损伤，与对照组相比，热休克组心脏收缩功能显著恢复，肌酸激酶释放减少，过氧化氢酶增多，同时心肌HSP70增多。后来大量实验证实，多种非致死性应激刺激能诱导心肌合成HSPs，如缺血、压力或容量负荷、重金属盐、药物等。 心肌缺血是常见的应激反应，可以诱导心肌细胞表达HSP70。实验证明短暂的心肌缺血预处理可以诱导HSP70的表达，而且反复多次短暂缺血诱导HSP70表达的量更多，HSP70合成的量与心脏保护的程度有关。1996年Junichiro等研究发现，缺血/再灌注可以诱导热休克转录因子-I(HSF-1)的明显激活，从而调节热休克蛋白基因的转录，促进HSPs的合成，而且该研究也证实，在鼠心肌缺血/再灌注后，是再灌注而不是缺血诱导热休克反应。心肌缺血/再灌注时HSP70产生的主要原因，可能为氧自由基的产生扰乱了蛋白质代谢，产生了分子作用的底物，激活HSF-1，诱导HSP70 mRNA基因的表达和HSP70产生［4］。 3 HSP70对缺血/再灌注心肌的保护作用 由热应激诱导的HSP70对随后发生的缺血/再灌注损伤具有保护作用，1996年Mohamed等在研究热应激后离体鼠心肌缺血/再灌注时发现，心脏机械功能和内皮功能在心肌缺血后的恢复明显改善，如心输出量、左室舒张末期压力变化及冠状动脉血流量均明显增加。通过HSP70基因转染技术使心脏过度表达HSP70，也可以促进心肌缺血/再灌注后心脏功能的恢复［5-6］。1995年Marber等将大鼠诱导型HSP70基因插入小鼠基因后，导致小鼠HSP70 mRNA超水平表达，与对照组(单纯热休克)相比，缺血/再灌注后心肌梗死面积减少40%，肌酸激酶释放减少50%，收缩功能恢复增加2倍。非致死性应激和HSP70相互关联，它们通过细胞内在途径起保护作用；非致死性应激可造成细胞内蛋白变性，从而诱导合成HSP70，实现其保护作用［7］。 实验证明多种药物可以诱导HSP70表达，从而增加心脏的保护作用。在体实验发现，去甲肾上腺素通过α1-肾上腺素受体诱导鼠心肌c-fos和HSP70的表达，对缺血后心肌功能失调具有延迟性保护作用。Katori等［8］通过预先应用一氧化氮释放剂诱导HSP70表达而减轻鼠心脏移植模型中的心肌缺血/再灌注损伤；Xu等［9］在鼠心缺血/再灌注前使用重组人促红细胞生成素预处理，诱导HSP70表达，缩小心肌梗死面积；Mc Guinness等［10］也在新西兰白兔缺血/再灌注模型中发现，预先应用Ω-3脂肪酸灌注，可以上调HSP70表达，降低心肌梗死面积；Oxman等［11-12］应用乳酸杆菌和GGA诱导HSP70过度表达而获得心肌保护作用；国内学者应用参麦注射液、川芎嗪、左旋尼卡汀等药物诱导HSP70表达，达到保护心肌的目的［13-14］。 4 HSP70心肌保护作用的可能机制 心肌细胞遭受缺血/再灌注应激后，诱导HSP70表达，发挥“分子伴侣”作用，与新生、未折叠、错折叠或聚集的蛋白质相结合，使某些蛋白质解离，减少产生不溶性聚集物的危险性，并帮助需要折叠的蛋白正确折叠；维持某些肽链的伸展状态，以利于其跨膜转运，在线粒体、内质网等不同区域内发挥作用；同时还能促进某些变性蛋白的降解和清除；维持酶的动力学特征，以维护细胞的功能，抵抗缺血/再灌注损伤，促进心肌细胞功能恢复。 血管内皮细胞的功能是反映心肌状况的一项重要指标，缺血造成的血管内皮损伤将导致冠状血管阻力增加和心肌灌注不足，使再灌注时出现“无灌流现象”［15］。实验证实热处理后HSP70在心肌细胞和内皮细胞均有表达；如果将HSP70 cDNA转染大鼠冠脉内皮细胞，再置于缺氧环境18h，恢复2h后，细胞内ATP浓度较对照增加54% ，乳酸脱氢酶漏出减少8%，内皮通透性降低59%。因此，HSP70的内皮保护功能是其保护缺血心肌的重要保护机制。 心肌缺血/再灌注时氧自由基产生增加，它可以损伤细胞膜、破坏细胞酶系统、细胞核和核糖体蛋白，导致心肌功能失常［16］。HSP70理论上能减少氧自由基释放，具有稳定细胞膜和溶酶体、防止蛋白质变性的作用。Su等发现，大鼠H9C2细胞经热休克处理后10～60h细胞耐受低浓度H202损伤的能力增强，耐受较高浓度H202损伤的能力于热休克处理后20～44h出现增强。Mn-SOD是重要的抗氧化酶，可减轻氧自由基损伤，具有心肌保护作用。研究表明［17］，大鼠心脏转染Hsp72基因后，可提高缺血/再灌注后心肌Mn-SOD活性，保护线粒体功能，抑制心肌细胞凋亡，缩小心肌梗死面积。因此，HSP70除直接导致细胞抗氧自由基酶活性增加外，还可作为“分子伴侣”保护Mn-SOD等细胞内抗氧自由基酶免受损伤，从而达到清除自由基的作用。 HSP70还可抑制细胞因子介导的炎性反应，起到一定的非特异性免疫保护作用［18］。缺血等应激时可刺激体内淋巴细胞、单核巨噬细胞和血管内皮细胞产生免疫活性因子，如IL-1、TNF-α等，诱导内皮细胞表达内皮细胞黏附分子和血管细胞黏附分子等，促进血液中的中性粒细胞、单核细胞活化后附着于血管壁，故这些因子在继发性缺血/再灌注损伤中起重要作用。应激时这些因子激活HSP70基因，上调HSP70表达，以抑制IL-1、TNF-α的转录，减少其分泌并降低其在循环中的含量［19-20］。 王乔等［21］发现HSP70的表达与细胞凋亡呈显著性负相关，提示HSP70表达的代偿性增加可抑制心肌细胞凋亡，从而成为心肌保护的一种理论依据。这与国外Suzuki［22］的发现大体一致。Katori等［8］研究发现，用一氧化氮供体可以促进HSP70的表达，进而可以产生对心肌的保护作用，并认为这种保护作用的机制在于HSP70可以加强对心肌的抗氧化和抗凋亡作用。新近，有研究发现HSP70和P53均在心肌缺血/再灌注损伤过程中有明显变化，而后者又是重要的细胞凋亡调控基因，故认为HSP70与细胞凋亡的相关性很可能是通过P53为中介的［23］。 【参考文献】 ［1］ Snoeckx LH,Comelussen RN,Van Nieuwenhoven FA,et al. 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