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1、 小热休克蛋白家族研究进展胡治平 教授 博士生导师中南大学湘雅附二院神经内科 Email: 更多医学精品尽在医学吧 :/docin/rayshiu 小热休克蛋白家族研究进展胡治平 教授 博士生导师中南大学湘雅附二院神经内科 Email: 小热休克蛋白家族研究进展m概 述小热休克蛋白家族简介 分类 结构 特性 功能小热休克家族成员简介 HspB1-HspB10m临床研究及进展缺血再灌注损伤肿瘤神经系统疾病m展 望小热热休克蛋白家族研究进进展热休克蛋白家族m生物细胞在高温环境下所表现的以基因表达变化为特征的反应称 热休克反应（heat shock response, HSR）m所产生的一组蛋白质叫
2、热休克蛋白（heat shock proteins, HSP）m除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导HSP的产生热休克蛋白的功能m帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集m帮助蛋白质的细胞内移位m帮助变性蛋白质的复性m通过泛素-蛋白酶体通路清除严重受损的蛋白质小热休克蛋白家族m热休克蛋白家族（HSP）中低分子量蛋白亚家族分子量1243KDam作为重要的分子伴侣参与细胞骨架稳定、细胞迁移、调节细胞的生长与分化 ，与多种疾病的发生，发展关系密切m目前已发现并证实的哺乳动物小热休克蛋白 HSPB1-B10 HspBAlternativeNameGene LocusAmino Acid Resi
3、duesMolecular Weight(KDa)HspB1Hsp277p12.319922-23HspB2MKBP11q22q2318220HspB3HspL275q11.215017HspB4A-crystallin/CRYAA1q22.3170-18020HspB5B-crystallin/CRYAB11q22.3q23.117520HspB6Hsp2019q13.1315717HspB7cvHsp1p36.2p34.317018-19HspB8Hsp22/E2IG112q24.23190-20021-22HspB917q21.216017-18HspB10ODF18q2225028-2
4、9小热休克蛋白亚家族m类亚家族成员 呈现泛素化表 (ubiquitous expression) 无组织特异性 包括 HspB1, HspB5, HspB6, HspB8m类亚家族成员 肌原性组织（m） 睾丸组织（t） 眼晶状体（e） m: HspB2, HspB3, HspB7 t : HspB9，HspB10 e : HspB4小热休克蛋白亚家族小热热休克蛋白特点m低分子量蛋白质m具有保守的中央“晶体蛋白结构域”m形成大的低聚复合物m与变性蛋白质形成大的具有特点的复合物m具有非ATP依赖的分子伴侣活性晶体蛋白结构域亚单位与低聚复合物亚单位与低聚复合物Nature Structural Bi
5、ology 2001; 8, 1025-1030 非非ATPATP依赖的分子伴侣活性依赖的分子伴侣活性亚单位/亚单位交换m 四聚体为结合底物的活性单位m 不同的小热休克蛋白之间可以交换亚单位 相似的四级结构 相似的亚单位位置 CRYAA/CRYAB/HSPB1/B2/B6/B8与底物之间的作用m不同底物可结合于同一低聚物m亚单位与底物结合稳定m底物结合的亚单位在不同小热休克蛋白之间可以互换m亚单位不会自发释放结合的底物m与ATP水平有关分子伴侣活性Three coupled equilibriaequilibrium binding between the sHsp and the subst
6、rate non-native statessHsp oligomeric equilibrium substrate folding equilibriumHu et al, Curr Neurovasc Res 2008; Vol.5(2):143-52 影响分子伴侣活性的因素m PH值m 温度m 结构/结合位点m 亚单位的活性m 低聚复合物的稳定性m 目标蛋白质的分子量磷酸化疏水结构域家族成员-HspB1/Hsp27m第一个在哺乳动物中被证实m存在于众多组织中m热诱导表达m磷酸化是其活性形式 ( IL-2, TNF-,GF)磷酸化位点：Ser-15, 78, 82 p38 MAPK 及
7、p38MAPK 激活的蛋白激酶、蛋白激酶C (PKC)m参与调节细胞的生长与分化m影响细胞骨架稳定及肌肉收缩（肌动蛋白结合蛋白）m抗凋亡m与细胞耐热性及抗药性的形成有关m与多种肿瘤密切相关：肝癌、乳腺癌、恶性纤维组织细胞瘤、黑色素瘤等m与神经系统疾病相关 家族成员- HspB1/Hsp27家族成员- HspB2/MKBPm强直性肌营养不良蛋白激酶结合蛋白 ( Myotonic dystrophy protein kinase binding protein，MKBP )m存在于心肌，骨骼肌m与HspB5基因串联排列在人类的第11 号染色体上,由共同的启动子来启始基因的转录m无明显磷酸化m热诱导
8、不影响表达家族成员- HspB2/MKBPm对骨骼肌、心肌细胞的发育是必需的m热休克后在细胞内重新分布,作用于细胞骨架结构m在强直性肌营养不良患者骨骼肌细胞中表达上调家族成员- HspB3/HSPL27m通过分析人类心肌cDNA 文库而发现的, 定位于人类染色体5q11. 2m通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列m对维持心肌细胞的结构和功能非常重要m在环境压力下, 迁移到细胞骨架并与之结合，抑制肌动蛋白的聚集家族成员- HspB4/HspB5m由 Berzelins 于1830年从晶状体中分离出来并首次命名 A 晶体蛋白(A -crystallin , CRYAA 或 HSPB4 ) B 晶体
9、蛋白(B -crystallin , CRYAB 或 HSPB5 )m A与B 晶体蛋白在基因序列上具有53 %同源性Crystallin-A - crystallinB - crystallin家族成员- HspB4/HspB5 A B C D E F G 热应激对心肌细胞B-晶状体蛋白合成的影响 A：细胞培养于37；B, C, D, E, F：细胞于43培养1h后恢复1h，3h，6h，12h，24h ; G：B-晶状体蛋白的标准蛋白家族成员- HspB4/HspB5家族成员- HspB6/ Hsp20m表达于许多组织，尤其在心脏中有很高的表达，达1.3%m与 HspB1 和 HspB5 有
10、很高的同源性m热诱导不影响表达m磷酸化 位点： Ser-16 Ser-157 磷酸化酶：PKA/PKGm中性及偏碱性环境下活性增强，酸性环境活性显著下降家族成员- HspB6/ Hsp20m与血管平滑肌舒张有关m抑制血小板聚集m增强体外心肌细胞收缩功能m缺血再灌注后在心肌细胞内重新分布于细胞骨架系统，对抗再灌注诱发的心肌细胞凋亡，减轻心肌梗塞，促进功能恢复家族成员- HspB7/ cvHspmCardiovascular heat shock protein (cvHsp) 选择性表达于心血管系统以及胰岛素敏感组织（骨骼肌，脂肪组织），其中，心脏表达很高，骨骼肌含量中等，脂肪组织表达最少m与
11、HspB1-6 有 26-49% 的同源性m与心肌收缩有关，对心肌有明确的保护作用m与-丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合家族成员- HspB7/ cvHspm基因定位于1p36.2-p36.3, 多个人类遗传性疾病基因定位于这一区域，如心肌病，骨骼肌疾病等m与胰岛素敏感组织有关，且在肥胖症老鼠模型中表达增加提示可能与肥胖症以及代谢紊乱疾病密切相关家族成员- HspB8/ Hsp22m显著表达于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组织，胎盘，脾脏中也有表达m与HspB1有33%同源性m对热诱导有反应，活性与温度呈相关性m在体外以单体形式存在并具有活性m在体内与类亚家族的其他成员形成异型低聚复合物家族成员
12、- HspB8/ Hsp22m磷酸化蛋白激酶及位点 PKC : Ser-14 Thr-63p44MAPK : Ser-27 Thr-87mK141N/E 突变见于遗传性末梢运动神经元病mK141N 突变也见于腓骨肌萎缩 Charcot-Marie-Tooth disorder (CMT) mtHspB8与HspB1共定位Hsp27mtHsp22共定位核染色家族成员- HspB9/ HspB10m均特异性表达于睾丸提示与性别相关mHspB9表达于生殖细胞，而 HspB10曾被称为精子鞭毛外层致密纤维蛋白1 (ODF1)mHspB9在许多肿瘤组织中有表达，认为属于（Cancer/Testis An
13、tigens, CAT）mHspB10 的表达部位及与骨架蛋白的部分相似性提示其对细胞骨架有重要作用小热休克蛋白研究进展m分子伴侣活性m保护细胞骨架结构m抗凋亡m组织特异性表达m基因突变小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展m缺血再灌注损伤：心肌梗塞脑缺血再灌注m肿瘤m神经系统疾病：肌病神经退行性疾病遗传病小热休克蛋白研究进展心肌梗塞保护细胞骨架m缺血损伤能对细胞骨架造成严重损害 m心肌细胞骨架的变化先于心肌缺血的超微结构的变化,该损伤明显影响心肌细胞的结构和功能 m在生理情况下，BC与细胞骨架成分有相互作用，在应激情况下，这一作用得到增强 m磷酸化的HspB2/20结合并稳定肌动蛋白,抑制
14、了由-激动剂介导的细胞凋亡，提高心衰患者生存率心肌梗塞抑制凋亡m磷酸化及非磷酸化的HspB1/27对保护心肌细胞收缩功能及维持细胞的完整性均同样有意义mHspB2，HspB5基因敲除老鼠生理情况下心肌收缩性正常，I/R后表现出心肌收缩功能明显下降伴随更多的细胞坏死及凋亡m缺血再灌注损伤后，HspB1 、 HspB2 、 HspB5 、HspB6 和HspB7分别沉积在肌丝Z 线、带和闰盘等处，通过稳定肌小节来减轻心衰过程中的损伤B-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PWestern blot 显示热应激导致心肌细胞中B-
15、晶状体蛋白从胞浆向细胞器转移 Ctrl 0h 1h 2h 0h 2h 4h 6h 0h 2h 4h 6hHS10HS30HS60热诱导心肌细胞中热诱导心肌细胞中HspB5HspB5的表达变化的表达变化脑缺血再灌注-HspB5缺血再灌注损伤后胶质细胞核周呈现B-晶体蛋白环状浓染，延伸并显示部分突起（呈串珠状）m在大脑中动脉缺血/再灌注的大鼠模型中，缺血半暗带中神经元及胶质细胞中HspB5 表达上调，提示其在缺血后的大脑中扮演重要角色脑缺血再灌注-HspB5 TGN38为高尔基体的特异性标志物，HSP22 及TGN38 的细胞内荧光均表现为核周环状染色，共聚焦观察发现HSP22的红色免疫荧光及TG
16、N38的绿色免疫荧光发生了明显的重叠 脑缺血再灌注-HspB8正常组和缺血再灌注组在不同时间点Hsp22和HIF-1表达趋势线图 HspB6HIF-1低氧诱导因子-1 缺氧诱导相关性表达提示可能存在协同作用脑缺血再灌注-HspB6mMasayuk 等首次在有心血管意外的患者血循环中检测到了高浓度的Hsp20/HspB6；有学者发现患有心肌疾病6周的小鼠静脉血血浆中的Hsp20/HspB6 含量较对照组有显著升高 m 作用机制: (1) 抗血小板聚集 (2) 舒张血管平滑肌 (3) 稳定细胞骨架 (4) 抗凋亡 复杂性动脉粥样硬化斑块中HspB1表达水平下降，患者血浆中HspB1表达较健康对照组血浆中要低脑缺血再灌注-HspB1/6HSP27动脉血清浓度变化 HSP20动脉血清浓度变化 脑缺血再灌注-HspB1/6m血浆HspB1为动脉粥样硬化潜在实验室辅助检验指标m将Hsp20的检测推广至人体试验，评估其作为短暂性脑缺血发作辅助检测指标的可行性研究脑缺血再灌注-HspB1/6肿 瘤m凋亡失衡m致病因素&保护因素m肿瘤标记物：HspB1, HspB8, HspB9细胞凋亡过少增殖过快肿
