第三節(jié) 應激的細胞反應
當暴露于各種理化及生物性損傷因素時，任何生物細胞(從單細胞生物到高等哺乳動物細胞)都將出現(xiàn)一系列適應代償反應。這些反應包括與損傷因素性質有關的特異性反應。例如，當生物細胞受到氧自由基威脅時，其抗氧化酶(如超氧化物歧化酶，過氧化氫酶等)的表達可能增加；當暴露于低氧環(huán)境時，細胞中的低氧誘導因子—1及其所調控的靶基因的表達可能增加；當遭遇重金屬毒害時，細胞中金屬硫蛋白(metallothionein)可表達增多。與此同時，生物細胞亦可出現(xiàn)與損傷因素的性質無關的非特異反應。因特異性反應涉及諸多因素，應在相應疾病或病理過程中加以討論，本章僅就細胞的非特異反應進行闡述。
一、熱休克蛋白
熱休克蛋白(heatshock proteins，HSP)是指細胞在高溫(熱休克)或其他應激原作用下所誘導生成或合成增加的一組蛋白質。除熱休克外，其他多種物理、化學、生物因素及機體的內外環(huán)境變化(如放射線、重金屬、乙醇、自由基、缺血、缺氧、寒冷、感染等)都可誘導HSP產生。因此HSP又稱為應激蛋白(stressproteins，SP)。
HSP首先在果蠅體內發(fā)現(xiàn)。1962年人們發(fā)現(xiàn)，當環(huán)境溫度從25℃提高到30℃并維持30min后，果蠅唾液腺染色體的某些部位可出現(xiàn)蓬松現(xiàn)象，提示這些區(qū)帶基因的轉錄加強，預示有新蛋白質合成增加。197m.f1411.cn/zhuyuan/4年，有學者從熱休克果蠅的唾液腺中分離到6種新的蛋白質命名為熱休克蛋白。近年研究發(fā)現(xiàn)，HSP是一具有多個成員的蛋白質家族，根據其分子量的大小可分為多個亞家族(表6—4)。
(一)HSP的生物學特點
1．誘導的非特異性 許多不同性質的應激原都可誘導HSP基因表達(圖6—3)。
2．存在的廣泛性 HSP廣泛存在于單細胞生物(如細菌、酵母)至哺乳動物的整個生物界(亦包括植物)。
3．結構的保守性 HSP在進化過程中具有明顯的結構保守性。如人類HSP90(即分子量為90kD的 HSP)的氨基酸序列與酵母HSP90有60％的相似性，與果蠅HSP90相比具有78％的相似性。
上述特點表明，HSP是在長期生物進化過程中所保留下來的，具有普遍生物學意義的一類蛋白質。
(二)HSP的主要生物學功能
HSP的主要功能與蛋白質代謝有關，其功能涉及細胞的結構維持、更新、修復、免疫等，但其基本功能為幫助蛋白質的正確折疊(folding)、移位(translocation)、復性(renaturation)及降解(degradation)。由于其伴隨著蛋白質代謝的許多重要步驟，因此被形象地稱為“分子伴娘”(molecular chaperone)。在正常狀態(tài)下，從核糖體上新合成的多肽鏈尚未經過正確的折疊而形成具有一定空間構型的功能蛋白質，其疏水基團常暴露在外。如果沒有HSP分子伴娘的存在，這些蛋白質可通過其疏水基團互相結合、聚集而失去活性。HSP通過其C末端的疏水區(qū)與這些新合成的多肽鏈結合，從而防止其聚集并幫助其在折疊酶的作用下逐步完成正確折疊。在應激時，各種應激原導致蛋白質變性(denaturation)，使之成為伸展的(unfolded)或錯誤折疊的(misfolded)多醫(yī).學全在線肽鏈，其疏水區(qū)域可重新暴露在外，因而較易形成蛋白質聚集物，對細胞造成嚴重損傷。HSP充分發(fā)揮分子伴娘功能，防止蛋白質變性、聚集并促進聚集蛋白質的解聚及復性，因而在各種應激反應中對細胞具有保護作用，是機體內重要的內源性保護機制。
(三)HSP表達的調控
關于HSP基因表達的調控研究，近20年來有了諸多進展。目前認為，HSP的基礎表達受HSP基因5，端的普通啟動子(如TATA盒、CCAAT盒、GC盒等)的調控，但對其詳細機制目前尚不明了。而HSP的誘導表達則是細胞中的熱休克因子1(heat shock factor l，HSFl)與HSP基因5‘端啟動子區(qū)的熱休克元件(heat shock element，HSE)相互作用的結果。目前已知，在幾乎所有HSP基因5‘端的啟動子區(qū)，都含有HSE(其核心序列為nGAAnnTTCn)。在正常狀態(tài)下，HSFl以無活性的單體形式存在于細胞質中，并與某些HSP結合在一起。在各種應激原作用
下，胞質中的變性蛋白質增多。這些變性蛋白的折疊發(fā)生改
變，暴露出分子內部的疏水區(qū)域，從而導致HSP與其結合。HSP與受傷蛋白質結合后釋放出HSF1單體，HSFl單體再聚合成具有轉錄活性的三聚體。經過磷酸化修飾，HSFl三聚體向核內轉移并結合至HSP基因啟動子區(qū)的HSE，激活HSP基因的轉錄，使HSP產生增多(圖6—3)。增多的HSP一方面可增強細胞的抗損傷能力，同時又可與HSFl結合，抑制其繼續(xù)活化，對細胞的應激反應進行負反饋調控。熱休克蛋白的發(fā)現(xiàn)及其功能與表達調控研究深化了人們對應激反應的認識，使應激反應的研究從整體水平深入至細胞、分子水平。
