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1、1热休克蛋白 70 心肌保护研究进展【关键词】 热休克蛋白 70；心肌保护热休克蛋白（heat shock protein，HSP）是所有原核细胞和真核细胞在高温或应激情况下由热休克基因编码产生的一组序列高度保守的细胞蛋白，又称应激蛋白。参与细胞的损伤与修复。因 Ritossa1首先从果蝇在热应激环境中诱导合成而命名,随后的研究发现除高温外,缺血、低氧、重金属盐及大多数病理状态下都能诱导细胞产生 HSP。根据分子量大小和同源程度可分为HSP110、HSP90、HSP70 、HSP60、小分子量 HSP等几个家族,每个家族又有多个成员。HSP70 是 HSP中最保守、最主要、含量最丰富的一类。近
2、年来国内外许多学者一直在探索 HSP70 的特性及其在心肌缺血性疾病治疗中的作用，并且许多研究已表明 HSP70在心肌保护中起到了极为重要的作用。HSP70 的心肌保护作用越来越受到诸多学者的重视。1HSP70 概况HSP70 是一族最保守和最重要的热休克蛋白家族。HSP70 家族(分子量：72 80 kDa) 成员最多,共有 21 种蛋白质, 是一组进化上高度保守的应激蛋白。按表达情况又可分为结构型 HSP70 和诱导型 HSP70 。正常细胞可表达结构型HSP70 , 应激情况下略增加。结构型 HSP70 又可分为两种,即葡萄糖调节蛋白（glucose-regulated protein
3、GRP）78，这种蛋白存在于内质网腔内；另一种是 GRP 75，主要位于线粒体内:诱导型 HSP70 即 HSP72，仅出现于应激细胞，通常在正常细胞中并不表达或表达量很少。但是在热应激或其它应激原的作用下则表达迅速增加2 。2HSP70细胞保护作用机制2.1分子伴侣作用分子伴侣（molecular chaperones,MC）是一类与其他蛋白不稳定构象相结合并使之稳定的蛋白，它们通过控制结合和释放来帮助被结合多肽在体内的折叠、组装、转运或降解等。HSP70 承担着非常保守的分子伴侣功能,即帮助蛋白跨越内膜及维持蛋白的特定构象等。HSP70 在应激后生成最为显著, 它作为分子伴侣参与细胞内蛋白
4、质的折叠、装配,维持某些肽链的伸展状态,以利其跨膜转位，在线粒体、内质网等不同的区域内发挥作用，在细胞的信息传递、生长、分化中具有重要的调控作用,同时它又可以促进某些变性蛋白质的降解清除，重新激活某些酶的活性，维持细胞的正常生理功能，作为一种内源性保护物质对脏器损伤产生自身保护作用3 。2.2提高细胞对应激原的耐受性预先给细胞以非致死性热处理可增强其对第二次热处理的耐受性，提高细胞对于致死性热处理的存活率，这种现象称为热耐受（thermotolerance） 。细胞这种获得性的耐受的产生与 HSP70 有关。Gong 4证明在果蝇热休克反应中分子伴侣蛋白 HSP70 在其蛋白合成中占优势，缺失
5、 HSP70 的果蝇热耐受减少，热休克反应时间延长，非致死性热休克的延迟发2展更广泛，说明了 HSP70 促进热应激后的恢复。细胞除存在热耐受现象外，亦能产生缺血耐受、癫痫耐受等耐受现象，且这些耐受现象间具有交叉性：即一种应激刺激诱导细胞产生 HSP70 ，不仅使细胞对该刺激的耐受性增强，也增加了细胞对其它应激原刺激的耐受性。2.3抗细胞凋亡作用细胞凋亡（apoptosis）是与机体组织自稳机制有关的主动性死亡，是细胞在一定生理和病理条件下，遵循自身程序的生理性死亡。一些有害应激包括热休克、氧化应激等均可以导致细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）, 即细胞凋亡。
6、Suzuki 5等通过大鼠冠状动脉内灌注日本脂质体血凝病毒基因转染和在体外通过缺氧复氧诱导 HSP70 的过度表达，结果显示试验组心脏自主复跳的时间、血清肌酸磷酸激酶水平、缺口末端标记法中心肌细胞阳性染色的百分率明显少于对照组，通过流式细胞仪检测凋亡细胞 DNA片段，试验组明显少于对照组，充分说明了 HSP70 的过度表达减少了心肌细胞凋亡，发挥了对心肌细胞的保护作用。2.4抗氧化及炎性损伤作用目前认为自由基的作用、细胞内钙超载及炎性细胞浸润在缺血再灌注（ischemia reperfusion ,I/R)损伤中起重要作用。HSP70 对 I/ R损伤心肌保护作用与其阻止再灌注损伤时氧自由基的
7、释放和细胞内钙反常及抗炎作用有关。心肌缺血时氧自由基产生增加,导致细胞内钙离子超载，它可以损伤细胞膜、破坏细胞酶系统、细胞核和核糖体蛋白,使血管通透性增加，离子泵衰竭，导致心肌功能失常。而 HSP70 理论上具有稳定细胞膜和溶酶体,防止蛋白质变性的作用。通过用过热或亚砷酸钠诱导肠上皮细胞产生 HSP70 可减少由白介素-1 诱导的 C3补体产生,在脓毒症或内毒素血症小鼠诱导肠黏膜 HSP 70可增加白介素-6 的生成,从而发挥保护作用6 。3HSP70的心肌保护作用3.1保护心肌收缩力 Tanonaka7等证明了热应激预处理冠脉损伤导致慢性心衰大鼠模型组 HSP 72/R热休克同源物（heat
8、 shock cognate，HSC）73 表达明显增加，其左室舒张末压力（LVEDP） 、心率（HR） 、心率收缩压乘积（RPP）较对照组明显降低，说明了 HSP 72/HSC 73对慢性心衰大鼠心肌细胞收缩功能的保护作用。Jayakumar8等通过基因转染诱导 HSP 70大量表达发现试验组供心移植后心脏复跳时间、LVEDP 的恢复、左心室内压上升最大速率(+dp/dt max) 、左心室内压下降最大速率(-dp/dt max)的恢复以及冠脉血流的恢复明显好于对照组。Nayeem 等9利用半致死量的热休克或新陈代谢预处理培养成年大鼠心肌细胞 30min，24 h 后用致死量的热休克及新陈代
9、谢分别再处理两种预处理过的心肌细胞，可使致死量热休克处理引起的心肌细胞损伤指数从 69 下降到 27 (用半致死量热休克预处理) 和 19 (用半致死量新陈代谢预处理)；使致死量新陈代谢处理引起的心肌细胞损伤指数从 81下降到 25.9 (用半致死量热休克预处理) 和 21.4 (用半致死量新陈代谢预处理) 。3.2减少心肌缺血坏死范围 HSP的诱导产生,已被证明和离体心肌保护有关，3且可减少心肌缺血坏死范围和延迟不可逆的心肌 I/R损伤的发生。Okubo10将单纯载体（Vehicle） 、腺病毒LacZ 基因（AdLacZ） 、腺病毒HSP70 (AdHSP70 )基因分别转移入兔的心肌中，
10、然后经过 30 min缺血和 3 h再灌注，发现 AdHSP70 组的心肌梗死面积减少到（24.52.8） %，而 Vehicle和AdLacZ组分别是(41.92.8)% 和(42.72.5)%。而且这种保护作用仅表现在注射部位，在非注射部位没有明显的保护作用。充分说明了通过体内兔心肌HSP70 基因转移减少了 I/R心肌的梗死面积。3.3 抗心律失常作用 I/R心脏几乎都出现室性早搏、室性心动过速和心室纤颤等节律紊乱,尤其是体外循环下行心脏手术心脏复跳时表现更为明显，发生率占 87.5%(7/8) 。卢彦珍，王庸晋11等在原位及离体家兔心脏, I/R 、缺血预处理（ischemic pre
11、conditioning，IPC）模型上分别应用蛋白激酶 C抑制剂和激动剂,观察对心肌的作用和对心肌 HSP70 mRNA 的表达的影响，结果显示 IPC使心肌 HSP70 mRNA 的表达明显高于缺血再灌组,而心律失常发生率明显低于该组。通过 IPC而诱导HSP70 的产生明显降低再灌注心律失常的发生。在大鼠体内注射去甲肾上腺素诱导 HSP70 合成后, 却促进了缺血心肌心室功能的恢复, 再灌注后, 实验组心肌收缩力增加, 心律失常减少, 心肌超微结构显示损伤减轻12 。HSP70 心肌的保护作用可能的机制有13： 分子伴侣功能；蛋白降解功能；调节肌浆网钙泵功能，减轻细胞钙超负荷； 调节 A
12、TP敏感性钾通道活性；抑制细胞膜上快钠通道开放而抗再灌注心律失常；参与细胞骨架，起到稳定细胞膜的功能；保护冠状动脉内皮细胞，调节血管平滑肌舒张功能；改善心肌细胞能量代谢；抑制细胞凋亡。4HSP70 心肌保护用的研究进展及应用前景展望国内外越来越多的研究已经证明了 HSP70 的心肌保护作用。通过药物（如五味子素 B、酪氨酸激酶抑制剂、七氟醚等14-16 ）诱导内源性 HSP70 的表达，对 I/R和缺氧复氧时的心肌细胞都产生了有效的保护作用。Dowers17等证明了 HSP尤其是 HSP70 家族对 I/R心肌的保护作用。White18等发现热应激预处理（42，20min）的烧伤大鼠模型组心肌
13、组织 HSP70 蛋白表达显著高于单纯烧伤组，HSP70 蛋白明显减轻了大鼠烧伤心肌收缩和舒张功能的减弱。Nomura19等研究报道,新生羊经热预处理,在心脏麻痹性 I/R后,其心脏收缩、氧消耗及冠状动脉内皮功能的恢复均明显好于对照组,其乳酸盐水平亦较低。心肌缺血性损伤的治疗一直受到心脏病学家的关注，人们一直在探讨心肌缺血性损伤过程中的心肌保护问题。众所周知，目前最好的药物途径仅能够延迟组织坏死,不能减小梗死区面积;即使对缺血区域心肌进行及时再灌注可以促进其恢复,但同时却会导致“再灌注损伤”的发生。HSP70 在各种有害刺激对心肌细胞的损害过程中对维持细胞生存及正常结构功能至关重要。尤其在心肌
14、 I/R损伤中发挥了重要的作用。HSP70 对心肌保护作用的特点在于突破传统药物束缚,从根本上来发挥其对心肌细胞的保护作用，从加强自身体内细胞本身抗损伤潜能出发, 独僻蹊径,因而具有重要的理论意义和临床应用前景。【参考文献】41Ritossa ,FM. A new puffing pattern induced by temperature shock and DNP in DrosophilaJ. Experientia, 1962, 18（1）:571-573.2Welch WJ. Mammalian stress response: cell physiology,structure/f
15、unction of stress proteins, and implications for medicine and diseaseJ. Physiol Rev,1992,72 (4) : 1063-1081.3Gusarova V,Caplan AJ,Brodsky JL,et al.Apoprotein B degradation is promoted by the molecular chaperones HSP90 and HSP70J.Biol Chem,2001,276(27):24891-24892.4Wei J Gong,Kent G Golic.Loss of Hsp
16、70 in Drosophila is pleiotropic, with effects on thermotolerance, recovery from heat shock, and neurodegenerationJ. Genetics,2006,172(1):275-286.5Suzuki k，Sawa Y,Kagisaki k,et al. Reduction in myocardial apoptosis associated with overexpression of heat shock protein 70J. Basic Res Cardiol,2000,95（5）：397-4036Wang Q,Sun X,Pritts TA,et al. Induction of the stress response increases interleukin-6 production i
