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1、小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展m概概 述述小热休克蛋白家族简介小热休克蛋白家族简介 分类分类 结构结构 特性特性 功能功能小热休克家族成员简介小热休克家族成员简介 HspB1-HspB10HspB1-HspB10m临床研究及进展临床研究及进展缺血再灌注损伤缺血再灌注损伤肿瘤肿瘤神经系统疾病神经系统疾病m展展 望望小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展热休克蛋白家族热休克蛋白家族热休克蛋白家族热休克蛋白家族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
2、热休克反应（热休克反应（heat shock response, HSRheat shock response, HSR）m所产生的一组蛋白质叫热休克蛋白（所产生的一组蛋白质叫热休克蛋白（heat shock proteins, HSPheat 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除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导HSPHSP的产生的产生氨基酸类药物重金属能量代谢抑制物渗透压热休克因子热休克元件热休克蛋白的功能热休克蛋白的功能热休克蛋白的功能热休克蛋白的功能m帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集
3、m帮助蛋白质的细胞内移位帮助蛋白质的细胞内移位m帮助变性蛋白质的复性帮助变性蛋白质的复性m通过泛素通过泛素- -蛋白酶体通路清除严重受损的蛋白质蛋白酶体通路清除严重受损的蛋白质小热休克蛋白家族小热休克蛋白家族小热休克蛋白家族小热休克蛋白家族m热休克蛋白家族（热休克蛋白家族（HSP）中低分子量蛋白亚家族分子量）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分化 ，与多种疾病的发生，发展关系密切，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目前已发现
4、并证实的哺乳动物小热休克蛋白 HSPB1-B10 HspBAlternativeNameGene LocusAmino Acid ResiduesMolecular Weight(KDa)HspB1Hsp277p12.319922-23HspB2MKBP11q22q2318220HspB3HspL275q11.215017HspB4A-crystallin/CRYAA1q22.3170-18020HspB5B-crystallin/CRYAB11q22.3q23.117520HspB6Hsp2019q13.1315717HspB7cvHsp1p36.2p34.317018-19HspB8Hsp
5、22/E2IG112q24.23190-20021-22HspB917q21.216017-18HspB10ODF18q2225028-29小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族m类亚家族成员类亚家族成员呈现泛素化表呈现泛素化表 (ubiquitous expression)无组织特异性无组织特异性包括包括 HspB1, HspB5, HspB6, HspB8m类亚家族成员类亚家族成员肌原性组织（肌原性组织（m） 睾丸组织（睾丸组织（t） 眼晶状体（眼晶状体（e）m: HspB2, HspB3, HspB7t : HspB9，HspB10e : HspB4小热
6、休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小小小小热热休克蛋白特点休克蛋白特点休克蛋白特点休克蛋白特点m低分子量蛋白质低分子量蛋白质m具有保守的中央具有保守的中央“晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域”m形成大的形成大的低聚复合物低聚复合物m与变性蛋白质形成大的与变性蛋白质形成大的具有特点的复合物具有特点的复合物m具有具有非非ATPATP依赖依赖的分子伴侣活性的分子伴侣活性晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域-晶状体蛋白结构域调节低聚反应伴侣活性小的低聚体复合物 蛋白质四级结构稳定性sHSP-底物复合物可溶性亚单位与低聚复合物亚单位与低聚复合物亚单位与低聚
7、复合物亚单位与低聚复合物Nature Structural Biology 2001; 8, 1025-1030 非非非非ATPATP依赖的分子伴侣活性依赖的分子伴侣活性依赖的分子伴侣活性依赖的分子伴侣活性蛋白酶体降解途径亚单位亚单位亚单位亚单位/ /亚单位交换亚单位交换亚单位交换亚单位交换m 四聚体为结合底物的活性单位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四级结构相似的亚单位位置相似的亚单位位置 CRYAA/CRYAB/HSPB1/B2/B6/B8与底物之间的作用与底物之间的作用与底物之间的作用与底物之间的作
8、用m不同底物可结合于同一低聚物不同底物可结合于同一低聚物m亚单位与底物结合稳定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亚单位不会自发释放结合的底物m与与ATP水平有关水平有关分子伴侣活性分子伴侣活性分子伴侣活性分子伴侣活性Three coupled equilibriaequilibrium binding between the sHsp and the substrate non-native statessHsp oligomeric equilibrium substrate fol
9、ding equilibriumHu et al, Curr Neurovasc Res 2008; Vol.5(2):143-52 影响分子伴侣活性的因素影响分子伴侣活性的因素影响分子伴侣活性的因素影响分子伴侣活性的因素m PH值值m 温度温度m 结构结构/结合位点结合位点m 亚单位的活性亚单位的活性m 低聚复合物的稳定性低聚复合物的稳定性m 目标蛋白质的分子量目标蛋白质的分子量磷酸化磷酸化疏水结构域疏水结构域家族成员家族成员家族成员家族成员-HspB1/Hsp27-HspB1/Hsp27m第一个在哺乳动物中被证实第一个在哺乳动物中被证实m存在于众多组织中存在于众多组织中m热诱导表达热诱导表
10、达m磷酸化是其活性形式磷酸化是其活性形式 ( IL-2, TNF-,GF)磷酸化位点：磷酸化位点：Ser-15, 78, 82 p38 MAPK 及及 p38MAPK 激活的蛋白激酶、蛋白激酶激活的蛋白激酶、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）影响细胞骨架稳定及肌肉收缩（肌动蛋白结合蛋白）m抗凋亡抗凋亡m与细胞耐热性及抗药性的形成有关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：肝癌与多种肿瘤密切相关：肝癌、乳腺癌乳腺癌、恶性纤维组织细胞瘤恶性纤维组织细胞瘤、黑色素黑色素瘤等瘤等m与神经系统疾病相关与神经
11、系统疾病相关 家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB1/Hsp27- HspB1/Hsp27家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB2/MKBP- HspB2/MKBPm强直性肌营养不良蛋白激酶结合蛋白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，骨骼肌存在于心肌，骨骼肌m与与HspB5基因串联排列在人类的第基因串联排列在人类的第11 号染色体上号染色体上,由共同的启动子由共同的启动子来启始基因的转录来启始基因的转录m无明显磷酸化无明显磷酸化m热诱导不影响表达热诱导不
12、影响表达家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB2/MKBP- HspB2/MKBPm对骨骼肌、心肌细胞的发育是必需的对骨骼肌、心肌细胞的发育是必需的m热休克后在细胞内重新分布热休克后在细胞内重新分布,作用于细胞骨架结构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家族成员家族成员家族成员- HspB3/HSPL27- HspB3/HSPL27m通过分析人类心肌通过分析人类心肌cDNA 文库而发现的文库而发现的, 定位于人类定位于人类染色体染色体5q11. 2m通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列通常缺乏氨基端保守序列和羧基
13、端尾序列m对维持心肌细胞的结构和功能非常重要对维持心肌细胞的结构和功能非常重要m在环境压力下在环境压力下, 迁移到细胞骨架并与之结合迁移到细胞骨架并与之结合，抑制肌抑制肌动蛋白的聚集动蛋白的聚集家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB4/HspB5- HspB4/HspB5m由由 Berzelins 于于18301830年从晶状体中分离出来并首次命名年从晶状体中分离出来并首次命名 A 晶体蛋白晶体蛋白(A -crystallin , CRYAA 或或 HSPB4 ) B 晶体蛋白晶体蛋白(B -crystallin , CRYAB 或或 HSPB5 )m A与与B 晶体蛋白在基因序列上具有
14、晶体蛋白在基因序列上具有53 %同源性同源性Crystallin-A - crystallinB - crystallin家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB4/HspB5- HspB4/HspB5 A B C D E F G 热热应应激激对对心心肌肌细细胞胞B-晶晶状状体体蛋蛋白白合合成成的的影影响响 A：细细胞胞培培养养于于37；B, C, D, E, F：细细胞胞于于43培培养养1h后后恢恢复复1h，3h，6h，12h，24h ; G：B-晶晶状状体体蛋蛋白白的的标准蛋白标准蛋白家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB4/HspB5- HspB4/HspB5家族成员家族成员家
15、族成员家族成员- HspB6/ Hsp20- HspB6/ Hsp20m表达于许多组织，尤其在心脏中有很高的表达，达表达于许多组织，尤其在心脏中有很高的表达，达1.3%m与与 HspB1 和和 HspB5 有很高的同源性有很高的同源性m热诱导不影响表达热诱导不影响表达m磷酸化磷酸化 位点：位点： Ser-16 Ser-157 磷酸化酶：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家族成员家族成员家族成员- HspB6/ Hsp20- HspB6/ Hsp20m与血管平滑肌舒张有关与血管平滑肌舒张有关m抑制血小
16、板聚集抑制血小板聚集m增强体外心肌细胞收缩功能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，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，促进功能恢复功能恢复家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB7/ cvHsp- HspB7/ cvHspmCardiovascular heat shock protein (cvHsp) 选选择择性性表表达达于于心心血血管管系系统统以以及及胰胰岛岛素素敏敏感感组组织织（骨骨骼骼肌肌，脂脂肪肪组组织织），其其中中，心心脏脏表表达达很很
17、高高，骨骨骼骼肌肌含含量量中中等，脂肪组织表达最少等，脂肪组织表达最少m与与 HspB1-6 有有 26-49% 的同源性的同源性m与心肌收缩有关，对心肌有明确的保护作用与心肌收缩有关，对心肌有明确的保护作用m与与-丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB7/ cvHsp- HspB7/ cvHspm基因定位于基因定位于1p36.2-p36.3, 多个人类遗传性疾病基因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与胰岛素敏感组织有
18、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家族成员家族成员家族成员- HspB8/ Hsp22- HspB8/ Hsp22m显著表达于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组织，显著表达于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组织，胎盘，脾脏中也有表达胎盘，脾脏中也有表达m与与HspB1有有33%同源性同源性m对热诱导有反应，活性与温度呈相关性对热诱导有反应，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在体外以单体形式存在并具有活性m在体内与在体内与类亚家族的其他成员形成异型低聚复合物类亚家族的其他成员形成异型低聚复合物家
19、族成员家族成员家族成员家族成员- HspB8/ Hsp22- HspB8/ Hsp22m磷酸化蛋白激酶及位点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突变也见于腓骨肌萎缩 Charcot-Marie-Tooth disorder (CMT) mtHspB8mtHspB8与与与与HspB1HspB1共定位共定位共定位共定位Hsp27mtHsp22共定位共定位核染色核染色家族成员家族成员家族成员家族成员- HspB9/ Hs
20、pB10- HspB9/ HspB10m均特异性表达于睾丸提示与性别相关均特异性表达于睾丸提示与性别相关mHspB9表达于生殖细胞，而表达于生殖细胞，而 HspB10曾被称为精子曾被称为精子鞭毛外层致密纤维蛋白鞭毛外层致密纤维蛋白1 (ODF1)mHspB9在许多肿瘤组织中有表达，认为属于在许多肿瘤组织中有表达，认为属于（Cancer/Testis Antigens, CAT）mHspB10 的表达部位及与骨架蛋白的部分相似性提示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其对细胞骨架有重要作用小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展m分
21、子伴侣活性分子伴侣活性m保护细胞骨架结构保护细胞骨架结构m抗凋亡抗凋亡m组织特异性表达组织特异性表达m基因突变基因突变小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展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：缺血再灌注损伤：心肌梗塞心肌梗塞脑缺血再灌注脑缺血再灌注m肿瘤肿瘤m神经系统疾病：神经系统疾病：肌病肌病神经退行性疾病神经退行性疾病遗传病遗传病小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展心肌梗塞心肌梗塞心肌梗塞心肌梗塞保护细胞骨架保护细胞骨架m缺血损伤能对细胞骨架造成严重损害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
22、微结构的变化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该损伤明显影响心肌细胞的结构和功能 m在生理情况下，在生理情况下，BC与细胞骨架成分有相互作用，在与细胞骨架成分有相互作用，在应激情况下，这一作用得到增强应激情况下，这一作用得到增强 m磷酸化的磷酸化的HspB2/20结合并稳定肌动蛋白结合并稳定肌动蛋白,抑制了由抑制了由-激激动剂介导的细胞凋亡，提高心衰患者生存率动剂介导的细胞凋亡，提高心衰患者生存率心肌梗塞心肌梗塞心肌梗塞心肌梗塞抑制凋亡抑制凋亡m磷酸化及非磷酸化的磷酸化及非磷酸化的HspB1/27对保护心肌细胞收缩功对保护心肌细胞收缩功能及维持细
23、胞的完整性均同样有意义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基因敲除老鼠生理情况下心肌收缩性正常，正常，I/R后表现出心肌收缩功能明显下降伴随更多的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细胞坏死及凋亡m缺缺血血再再灌灌注注损损伤伤后后，HspB1 、 HspB2 、 HspB5 、HspB6 和和HspB7分分别别沉沉积积在在肌肌丝丝Z 线线、带带和和闰闰盘盘等等处处，通过稳定肌小节来减轻心衰过程中的损伤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
24、S P S P S PWestern blot Western blot 显示热应激导致心肌细胞中显示热应激导致心肌细胞中B-B-晶状体蛋晶状体蛋白从胞浆向细胞器转移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的表达变化的表达变化Sarcomere：肌小节 脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注- - - -HspB5HspB5缺血再灌注损伤后胶缺血再灌注损伤后胶质细胞核周呈现质细胞核周呈现B-晶晶体蛋白体
25、蛋白环状浓染，延环状浓染，延伸并显示部分突起伸并显示部分突起（呈串珠状）（呈串珠状） 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TGN38的绿色免疫荧光发生了明显的重叠 脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注- - - -HspB8HspB8肿肿肿肿 瘤瘤瘤瘤m凋亡失衡凋亡失衡m致病因素致病因素&保护因素保护因素m肿瘤标记物：肿瘤标记物：HspB1, HspB8, HspB9细胞凋亡过少凋亡过少增殖过快增殖过快肿肿肿肿 瘤瘤瘤瘤HspB1在恶性纤维组织细胞瘤中表达提示较好预后HspB1在体外
26、抑制黑色素瘤生长，转移及进展在成神经细胞瘤中HSPB1 的高表达可以抑制N2myc 基因扩增,限制成神经细胞瘤的发展HspB1增强抗肿瘤药物的有效性，并减轻由化疗所致的正常细胞凋亡HspB1在乳腺癌表达增多，与雌激素受体呈相关性，伴随较短的无病存活时间，预后差，增加转移HspB1与E2钙粘素、间质金属蛋白酶9 的相互作用赋予了黑色素瘤的恶性生物学行为HspB1/ HspB5抑制凋亡，致凋亡失衡，促进肿瘤发生m诊断诊断: :恶性肿瘤标记物恶性肿瘤标记物m治疗治疗 治疗前: 治疗方案的选择 治疗中: 疗效评价m预后评价预后评价肿肿肿肿 瘤瘤瘤瘤神经系统疾病退行性病变神经系统疾病退行性病变神经系统疾
27、病退行性病变神经系统疾病退行性病变 m阿阿尔尔茨茨海海默默氏氏病病（AD），帕帕金金森森病病，肌肌萎萎缩缩侧侧索索硬硬化化症症等等都都表表现现为为蛋蛋白白质质构构型型改改变变所所致致错错误误折折叠叠，蛋蛋白白质质的的异异常常聚聚集集，神神经经元元内内部部及及外外部部淀淀粉粉状状纤纤维蛋白的堆积维蛋白的堆积NormalAlzheimermTau 是是中中枢枢神神经经系系统统中中大大量量表表达达的的一一类类低低分分子子量量的的微微管相关蛋白（管相关蛋白（MAP），尤其表达于神经元轴突），尤其表达于神经元轴突mTau 蛋蛋白白病病的的病病理理改改变变为为高高度度磷磷酸酸化化，不不可可溶溶的的Tau
28、蛋蛋白白在在神神经经元元的的异异常常聚聚集集，阿阿尔尔茨茨海海默默氏氏病病（AD）是是最常见的最常见的Tau蛋白病蛋白病m在在AD，HspB5在在活活化化的的胶胶质质细细胞胞中中表表达达上上调调，同同时时也也表表达达于于胶胶质质细细胞胞中中Tau蛋蛋白白包包涵涵体体中中，提提示示其其参参与与Tau蛋白异常聚集的病理过程，并从中起保护作用蛋白异常聚集的病理过程，并从中起保护作用 神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病Tau Tau 蛋白病蛋白病蛋白病蛋白病TAU-POSITIVETAU-POSITIVEHspB5HspB5共定位共定位共定位共定位帕金森病脑组织包涵体神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病Tau Tau 蛋白病蛋白病蛋白病蛋白病突突变变与与神神经经肌肌肉肉疾疾病病突突变变与与神神经经肌肌肉肉疾疾病病m疾病的诊断疾病的诊断标志物：血浆标志物：血浆/组织组织/肿瘤肿瘤基因诊断：基因突变基因诊断：基因突变m疾病的治疗疾病的治疗 药物药物 基因治疗基因治疗展展展展 望望望望m小热休克蛋白分子伴侣功能实现的具体机制小热休克蛋白分子伴侣功能实现的具体机制m在神经系统疾病中相应机制及临床应用价值在神经系统疾病中相应机制及临床应用价值m肿瘤发生发展中可能存在的作用及意义肿瘤发生发展中可能存在的作用及意义展展展展 望望望望THANK YOUTHANK YOU
