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1、毕业论文文献综述食品科学与工程HSP90蛋白的研究进展摘要：热休克蛋白90(heat shock protein，HSP90)是一组结构高度保守的蛋白质，作为分子伴侣广泛参与细胞的发育、生长和分化。近年来因HSP90与肿瘤、真菌耐药性发生、发展、生物学行为有较密切的关系，而成为抗癌抑菌药物作用的靶点，也成为了研究热点。因此本文就HSP90的基因定位、表达情况；HSP90的结构、自我调节、调节机制做了系统的介绍。与此同时讨论了HSP90在肿瘤形成以及真菌耐药性中的作用。最后总结了HSP90的研究进展，并提出了自己的期望。 关键字：热休克蛋白90；调节机制；耐药；肿瘤 热休克蛋白(heat sho
2、ck proteins，HSPs)是一种广泛存在于原核和真核生物中的在应激(病毒感染、缺氧、紫外线照射等)状态下合成的高度保守的蛋白质分子，又称为应激蛋白。多以分子伴侣的形式参与细胞内相关蛋白质的装配、折叠、蛋白质降解及细胞内运输等过程。近年来因与肿瘤、微生物耐药性发生发展有较密切的关系而成为抗瘤治疗的热点。根据分子质量大小可分为HSP100、HSP90、HSP70、HSP60和小HSP五大家族，本文对HSP90的研究进展综述如下。1.热休克蛋白家族的发现与分类 首次发现热休克蛋白是一名意大利生物学家叫Ritossa，他在研究果蝇（Drosophila)发育时发现的。当时他发现培养果蝇的温度超
3、出正常生理水平时，幼虫(larvae)细胞中一些巨型染色体上的位点就会变得异常活跃，促使了一些新基因的表达。此后，Tissieres等在1974年从高温环境下的果蝇幼虫中分离得到几种新的蛋白。通过进一步试验证实，高温环境可以激发一组特殊蛋白质的合成，这种特殊的蛋白质就被称为热休克蛋白(Heat shock protein, HSPs)。热休克蛋白按照分子质量大小，可以被分为六个大家族，即Hsp110(104-170KD)、Hsp90(83-96KD)、Hsp70(66-78KD)、Hsp60(58-65KD)、Hsp40(3247KD)、sHsp(10-28KD)1，他们彼此相互联系，组成一个
4、个的分子伴侣复合体。2.HSP90基因定位、表达、结构、特性、调节机制2.1HSP90基因定位 HSP90可分为HSP90和HSP90两类，区别在于是否含有丰富的谷氨酰胺片段。HSP90由730个氨基酸组成，基因位于14q32.3，包含11个外显子和10个内含子和，而HSP90由724个氨基酸组成，基因位于6p21，在其转录起始位置上游包含由1102个碱基对组成的区域，整个基因包含12个外显子和11个内含子。他们的同源性为842。而起在HSP90和HSP90基因中，他们的第1个外显子是不能翻译为蛋白质的。2.2HSP90基因的表达与自我调节 Hsp90在机体内具有自我调控能力，最明显的表现是当
5、受到刺激时，它的表达量会大增。这一现象产生的原因可定位于结合在Hsp90基因启动子上游的一段热休克单元（HSE），其上含有热休克因子(HSF-heat shock factor)结合单位。正常情况下，热休克单元在胞内以单体状态存在，在特殊应激状况产生的时候，它们则会以三聚体形式在核内聚集，并与热休克因子结合，启动Hsp90基因的转录。在人体细胞内，还存在着一种Hsp90负调控机制。正常状态下，Hsp90和热休克因子结合，并抑制热休克因子活性，同时Hsp90和热损伤蛋白也有很强的亲和力，因此热休克因子和热损伤蛋白之间存在着竞争性抑制。在应激条件下，细胞内的热损伤蛋白增多，它们与Hsp90结合的机
6、会增多，这就使得Hsp90与HSF结合机会减少，细胞内Hsp90-HSF复合物解离，游离的HSF增多，大量的HSF和HSE结合，启动了Hsp90的转录，产生了大量的Hsp90。2.3HSP90的结构 HSP90通常以-和-同源二聚体形式存在细胞内，含有三个特殊结构。两个高极性氨基酸的A、B区，分子中段的含有7个赖氨酸构成的z区。A、B两区极性氨基酸位于蛋白的表面，肯能参与蛋白之间的相互作用，主要形成a螺旋，构成3个分开的球形结构。而这种特殊结构与肿瘤的抗原性有关。HSP90的每个亚单位组成3个功能域，一个含有四氯肽重复结合基序的C末端二聚体化域，一个中间域，一个N末端三磷酸腺苷(adenosi
7、netriphosphate，ATP)结合域。2.4HSP90的生物学特性HSP90是一种组成型ATP依赖性（ATP结合HSP90后，使HSP90的构象发生改变，形成二聚作用）伴侣蛋白，在细胞内比较保守。具有以下生物学特征：（1） 几乎所有的真核细胞中HSP90的C末端有一小的富含负电荷区域，虽序列变化较大，但最末端4个氨基酸均为KDEL(LysAspGluLeu)，即雌激素受体ER蛋白质滞留信号，这一区域的电荷分配与DNA双螺旋中磷酸基团的电荷相似，也就决定了HSP90与激素受体、癌基因产物之间的调节关系。（2） 诱导因素不同，对及的诱导也有所不同。相比之下更易受热的诱导，在肿瘤细胞增殖中起
8、重要作用；而HSP90易受有丝分裂的诱导，与细胞分化和结构构建有关。（3） HSP90和HSP90在氨基酸序列上的主要差别是HSP90的氨基酸末端有一五氨基序列(QTQDQ)，而HSP90却没有。这可能是许多肿瘤细胞中HSP90表达量增高，而HSP90基本不变的原因之一。3HSP90的功能3.1HSP90的生理功能 HSP90在细胞内发挥着中重要功能。其中生理功能主要体现在以下几个方面。（1） 维持细胞蛋白质稳定。蛋白质在距膜转运前必须解折叠，跨膜后又要重新折叠以形成成熟型，HSP90作为分子伴侣具有解折叠酶功能，能识别蛋白质解折叠后局部暴露的疏水面，并与之结合，防止相互作用产生凝聚，直至跨膜
9、运送。（2） 提高细胞对应激的耐受性。在应激条件下，HSP90的表达极具上升，通过传导信号，使机体做出正确的应答。（3） 增强抗氧化作用使细胞维持正常的生理功能。HSP90是细胞内最活跃的分子伴侣之一，对细胞在生理、病理及应激条件下的生存发挥重要作用。在发生应激反应时，HSP90由于环境刺激而使自身构象发生改变，保证蛋白进行适当的折叠并防止其非特异性聚集，从而维持细胞的正常活性3。3.1HSP90在肿瘤中的作用 除了生理功能外，近年来HSP90在肿瘤组织中的作用也受到广泛重视。HSP90可以与相应的底物结合而在肿瘤的形成和发展中产生作用。与子结合的底物具有一定的选择性，大多为某些转录因子及与细
10、胞信号转导相关的蛋白激酶。已证实HSP90的底物有100多种。HSP90能够与他们结合，形成特殊结构，而达到改变功能蛋白应有的功效，造成细胞代谢障碍或异常分裂增殖，从而形成恶性肿瘤。肿瘤形成过程中，大量编码的HSP作为分子伴侣起着调节和稳定这一异常增殖过程的作用。 HSP90受体蛋白与凋亡路径、细胞周期和调控信号转导有关，即HSP90通过其受体多环节多途径影响癌细胞生长和(或)存活。HSP90与凋亡的关系日益引起人们的重视，当细胞受到外界刺激，HSP90在引导细胞走向死亡还是重新存活的过程中起重要的作用，其作用机制已得到初步研究成果，并得到证实4-8。3.3HSP90在生物耐药性中的作用 Hs
11、p90分子伴侣复合体体系由5种蛋白组成，包括Hsp90，Hsp70，Hop，Hsp40，p23。其结合过程是：第一步：Hsp70和Hsp40相互作用，并与类固醇激素受体结合。第二步：这个复合体又与Hsp90，Hop，p23结合9。在该过程中，类固醇激素受体处于折叠状态时，它的配体结合结构域(1igand binding domain，LBD)是关闭的，类固醇激素不能进入受体10-14。他们的结合必须要有Hsp90的参与。受体与Hsp90结合以后，Hsp90依赖ATP水解，从而改变了类固醇受体的构象，将LBD打开，使类固醇激素进入了受体_。在LBD打开的状态下，p23起到了稳定构象的作用，Hop
12、被释放。 Cowen等以S.cerevisiae为模板，将geldanamycin(GA)或根赤壳菌素(radicicol，RD)作为Hsp90蛋白N端的抑制剂，来考察Hsp90在微生物耐药性形成过程中的作用15。 Geldanamycin或radicicol与Hsp90蛋白N末端特异性结合，可抑制Hsp90的活性，使客户蛋白不能与Hsp90结合。以类固醇激素受体为例，geldanamycin或radicic01和Hsp90蛋白N末端结合，Hsp90活性被抑制，且类固醇激素受体和Hsp90分离，类固醇激素就无法与受体结合，LBD就不能打开，激素就不能进入受体，不能引发一系列信号传导反应，此时的
13、细胞处于无防备状态，对于外界药物的刺激没有耐受能力。因此，如果能够抑制Hsp90的活性，使类固醇激素受体和类固醇激素不能结合，就能够达到抑制微生物细胞生长目的。Hsp90分子伴侣复合体通过改变类固醇激素受体的构象，调节细胞的信号传导途径，提高细胞对外界刺激的随机应变能力，使微生物体细胞的存活能力增强，对抗菌药物的耐受性也随之增强。Cowen等的研究显示16，胞内Hsp90含量越多，真菌耐药性越强，这种耐药性的产生需要Hsp90的存在，如果Hsp90缺失，耐药性也随之消失。但Waddington17等的研究又显示，长期的自然选择会使得原先Hsp90依赖性的耐药性转变为Hsp90不依赖性，微生物细
14、胞进化为对环境完全不敏感，这一过程叫做遗传同化(geneticassimilation)，它使得微生物的耐药性特征变得很稳定。除上述作用外，HSP90还与植物的抗逆性有关20,21。4.HSP90抑制剂 目前，Hsp90抑制剂是治疗微生物耐药性和肿瘤的重要方法之一。出现了除了多种相关药物，其中最有名的geldanamycin和Dradicicol以及他们的衍生物。这两种药物分别作用与Hsp90的N端，C端。其中衍生物tanespimycin和Dalvaspimycin不仅药效良好，而且毒副作用被降低是更具开发前景的Hsp90抑制剂18。5.研究进展和期望 从发现HSP到现在，已过去将近50年，
15、在这段时间里，HSP90的研究经历了从刚开始的蛋白质结构、功能研究到现在的基因序列的测定和基因功能的研究。同时，检测方法也在不断改进。目前采用荧光定量PCR能准确、敏感、简便的测定其mRNA的含量，进而推出表达量22,23。现在已建立了许物种的cDAN文库，并已确定HSP90和肿瘤（如胃癌）、各种疾病(如原发性肾病)发生发展有关24，多种抑制HSP90的抗癌药物已被用于肿瘤的临床治疗中。但HSP90在各种物种或生物现象如植物抗逆性中的功能研究还不全面，HSP90抑制剂还存在各种缺陷如副作用大。因此HSP90在癌症和耐药性方面的机制还有待于进一步的研究，进一步研究它们在肿瘤的发生、发展和转移过程
16、中的作用，将会有利于我们认识热休克蛋白与肿瘤的关系，从而为肿瘤和疾病的生物治疗提供新的思路。参考文献1 Hartl F U, HayerHartl M. Molecular chaperones in the cytosol: from nascent chain to folded proteinJ. Science, 2002, 295: 1852-1858. 2 胡秀娟, 王雪峰. HSP90在肿瘤中的研究.医学综述, 2008, l4(1).3 Ruthefrord SL, Lindquist S. HSP90 as a capacitor for morphological evolutio
