[科普中国]-热休克

热休克是指在42℃的温度时，大肠杆菌出现热休克，质粒可通过大肠杆菌细胞膜上形成的空隙进入菌内，热休克是在质粒的转化中常用的技术手段。1

简介1962年Ritossa等把黑腹果蝇幼虫暴露30~32℃的环境中，30min后发现巨大的唾液腺染色体上出现了新的膨突，当温度恢复到正常时，其他部位才出现类似的膨突，这些独立的膨突部位的基因具有活跃的转录活性。1974年Tissieres和他的同事发现，经多年研究发现，生物体细胞在环境温度突然升高时，细胞内某一蛋白质的表达迅速增加，合成了一组特殊的蛋白质，会产生一种非常相似的反应，这一现象及期间的产物分别被称为热休克反应（heat shock respond HSR）和热休克蛋白（heat shock proteins HSPs）。1992年Burel mRNA被优先翻译，发现不同分子量的热休克蛋白在细胞内的不同部位堆积。细胞对于抵抗强烈的热损伤是必须的，但却是短暂的。1

热休克反应特点热休克反应的特点是在短暂的环境温度升高（40-45℃）下观察组织和细胞的变化得来的。

1、普遍性，所有的原核和真核生物都有热休克反应；

2、保守性，不同物种有同源性很高的热休克蛋白；

3、热休克反应时热休克蛋白的合成迅速增加而原有的蛋白合成减少；

4、除热损伤以外的各种刺激如缺氧，缺血，各种物理化学损伤，肿瘤等均可诱导热休克蛋白。1

诱导因素研究人员发现热休克反应除能被热损伤诱导外，还能被其他因素诱导，如氨基酸类似物、各种中金属、代谢性毒物、缺氧、损伤等。目前将各种应激因子引起的热休克反应称为应激反应（stress response），是以基因表达和调控方面变化为主的细胞应激反应，热休克蛋白被称为应激蛋白（stress proteins）。1

热休克蛋白种生物的HSPs及其编码基因具有高度的保守性，人类与细胞的HSPs具有50%以上的同源性。哺乳动物中5种不同种系的细胞热休克后和HSPs的表达方式相似。

应激蛋白的调节模式，分为两大类： HSPs和调节糖蛋白（glucose-regulated proteins，GRPs）。按分子量大小和诱导进行分类，在哺乳动物细胞中，HSPs分为8（泛素）、10、28、32、47、60、70、90和110kPa。饥饿时GRPs诱导表达增加，主要为75、78、94和170kDa四大类。

热休克蛋白的功能 ：1)使细胞的功能稳定，有保护细胞的作用。研究表明:细胞在受到各种应激，如高热，缺氧时，产生的HSP70可以增强细胞对下一次损伤的耐受，维持细胞的正常代谢，提高生存率。HSP70与耐热性有关。2)使细胞过量表达重组HSP70的能使细胞获得热耐受性。如Li等将重组入诱导型HSP70基因转入鼠成纤维细胞，发现HSP70表达增加，成纤维细胞对热的抗性增加16；3)竞争性抑制细胞内Hsp70的基因表达或向细胞内注射HSP70抗体后，使细胞产生更高的热敏感性，降低细胞的存活率。HSP70对热休克后细胞的复原也是重要的。热休克诱导细胞产生HSP70不仅增加细胞对该刺激的耐受性，而且使细胞对其它应激源刺激的耐受性增加。这就是HSP70的“交叉保护作用”。Karmozyn发现热休克后的小鼠较没有经过热休克刺激的小鼠，心肌局部缺血再灌注后，左心室功能恢复较快，心肌收缩力和心率恢复较快，心肌肌酸激酶释放较少。HSP70的细胞保护作用机理尚不清楚。实验已证明在应激时HSP70以高浓度集聚在染色体和核质内，并以特殊方式与解聚染色质相互作用，防止染色质和hnRNA复合物降解。研究表明HSP70（或羟基端部分的碎片）具有保护细胞免遭应激损伤作用，而氨基端的蛋白碎片无此效应；且只有HSP70。

研究证实HSP70对于蛋白质穿过内质网和线粒体膜的转运过程是必需的。正常情况下，HSP72/HSP73也参与蛋白质成熟过程的早期阶段。新合成的蛋白质与HSP72/HSP73形成复合体，促进蛋白质的有序折叠，这种结合是短暂的，ATP的参与，15min-30min后，新合成的蛋白质与HSP72/HSP73解离。在应激状态下，HSP72/HSP73与蛋白质之间的结合时间较久。

HSP70还有抗细胞凋亡。有害应激包括热休克，氧化应激等可以导致细胞程序性死亡，即凋亡。

热休克蛋白是高度保守的蛋白质，其基因也具有高度保守性，热休克蛋白既参与细胞的正常生理过程，又对外环境变化或刺激所作出应答或防御反应。不同种类的热休克蛋白功能各异，在执行某些功能时又相互协作，如作为“分子伴侣”，数种热休克蛋白均参与细胞内新合成蛋白质的折叠、加工及转运。从分子水平上研究热休克蛋白的调控机制有助于进一步阐明细胞的生理过程，为了解细胞的应激、病变状态下的分子调节机制打下基础。1

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学