诱导热休克蛋白70形成预处理对心肌保护的研究进展

张国锐综述，王元星审校（南华大学附属第一医院心胸外科，湖南衡阳421001）

诱导热休克蛋白70形成预处理对心肌保护的研究进展

张国锐综述，王元星△审校（南华大学附属第一医院心胸外科，湖南衡阳421001）

HSP70热休克蛋白质类；缺血预处理，心肌；心肌缺血；心肌再灌注；综述

生物体在受到外界有害刺激时（如高温热休克、创伤、感染、缺氧等）会快速作出一种自我保护反应，相应基因开始激活表达，产生一种特殊保护机体的蛋白——热休克蛋白（HSP）。HSP家族基于相对分子质量可划分7类：小HSP家族、HSP10/60家族、HSP40家族、HSP70家族、HSP90家族、HSP110家族和CCT家族。不同相对分子质量的HSP对机体有不同的保护作用，如抗动脉粥样硬化、参与肿瘤免疫、预防及治疗应激性溃疡、保护视网膜色素上皮细胞、改善缺血性脑损伤、减轻肾脏缺血再灌注损伤等。其中HSP70对心肌保护作用的研究也越来越多，多项研究表明HSP70具有保护心肌的作用。

1　HSP70　概述

1.1HSP家族HSP家族基于相对分子质量可划分7类，HSP70是其中最保守和最重要的一类。HSP家族具有高度保守性、非特异性、时间性及表达突出性（哺乳动物细胞应激反应主要表达HSP70）［1］。1962年Ritossa［2］首次在果蝇幼虫唾液腺染色体中发现热休克反应。随后Tissières等［3］从热休克果蝇唾液中分离出一种特殊蛋白并称之为HSP。研究发现，HSP除了高热可以诱导外，创伤、感染、缺氧、电击甚至某些药物（替普瑞酮、地塞米松、葛根素注射液、血必净注射液、参麦注射液等）均可诱导HSP形成。

1.2HSP结构HSP结构包括一个保守固定的N端序列和一个相对易变的C端序列，C端易与受损蛋白结合。当机体受到热休克、创伤、感染、缺氧、电击及某些药物的刺激后，机体部分蛋白受损，暴露出C端结合部位，促使HSP与受损蛋白结合。机体正常情况下HSP与热休克转录因子（HSF）结合在一起不会启动HSP70的转录合成。HSP70 C端与受损蛋白结合后释放出HSF，HSF的结构类似于三聚体。HSF与HSP基因上游的热休克元件（HSE）结合，启动HSP的转录合成致使热休克基因表达［4］。受损蛋白被机体降解后，HSP C端结合减少，释放HSF随之减少，HSP转录速度下降，直至停止。

1.3HSP分类HSP家族基于相对分子质量可划分7类：小HSP家族、HSP10/60家族、HSP40家族、HSP70家族、HSP90家族、HSP110家族和CCT家族。其中HSP70家族是整个HSP家族中最保守和最重要的一个分支。HSP70家族可以分为：结构型heatshockcognate70（HSC70，又称P73）、诱导型heat shock protein 70（HSP70，有称之为P72或P70I）、葡萄糖调节蛋白78（glucose-regulated protein 78，GRP78）、葡萄糖调节蛋白75（glucose-regulated protein 75，GRP75）。结构型HSC70和诱导型HSP70的基因序列高度同源，表达的蛋白质氨基酸序列90%相同，且生化特性电泳泳动度稍有差异，二者有着相似的生理功能［5］。GRP78与GRP75在细胞内所处位置不同，GRP78位于内质网内，GRP75位于线粒体内。GRP78与GRP75均为葡萄糖调节蛋白，在应激时稍有表达，在细胞内是以分子伴侣的形式发挥作用［6］。

2　HSP对心肌缺血再灌注损伤（MIRI）的保护机制

2.1心肌缺血、心肌缺血再灌注、MIRI的概念心肌缺血指各种原因（冠心病、心脏瓣膜病、冠状动脉痉挛、机体血压低等）导致心肌血液灌注减少，导致心肌血供失常，心肌不能正常代谢的一种病理状态。心肌缺血再灌注是指心肌组织在以上这些原因下缺血一定时间后再次得到血流恢复供应。心肌组织再次恢复血供后使原本因缺血心肌组织受损进一步加重，并有可能出现不可逆的损伤，称之为MIRI。

2.2HSP70对MIRI具有保护作用早在20世纪80年代就有学者发现，HSP与MIRI关系密切。Currie等［7］在一次对大鼠热预处理对心肌缺血再灌注实验中无意发现了HSP，实验表明，热预处理后大鼠MIRI较对照组的损伤减少，其实验结果表明热预处理对心肌缺血再灌注具有保护作用。随后研究人员开始深入研究HSP与MIRI关系，寻找二者之间联系。Jayakumar等［8］通过基因转染技术将HSP70基因转染到大鼠心肌细胞内，发现转染后大鼠心肌细胞对抗缺血再灌注损伤能力较未转染大鼠要强，其心肌受伤程度低。Brundel等［9］发现在经过热休克预处理后的心肌细胞会产生HSP家族，且HSP70含量越高，该心肌细胞对抗心肌缺血再灌注能力越强，实验结果表明，HSP70的含量与心肌细胞对抗心肌缺血再灌注的能力呈正相关。越来越多的研究表明，HSP70是具有保护心肌缺血再灌注作用的一类蛋白，其可以减少心肌梗死面积、促进受损心肌快速恢复、减少心肌细胞线粒体损伤程度、抑制NO生成、下调肌酸激酶同工酶（CK-MB）、抗心律失常等。

2.3HSP70的小分子伴侣作用分子伴侣是指有一类特殊蛋白在蛋白质合成过程中可以帮助指导多肽正确组装，待蛋白质合成后其自行与该组装蛋白脱离关系，自己本身不构成该组装蛋白的一部分，称之为分子伴侣。HSP70家族是目前已知的最广泛分布的一类分子伴侣。HSP70广泛分布于各类细胞中，它与参与新生多肽合成蛋白质，在腺苷三磷酸（ATP）的依赖下，可以对新生多肽正确折叠、组装。HSP70可以维持细胞内蛋白质的稳定，通过与变性蛋白结合修复或水解变性蛋白，防止细胞内重要蛋白被水解，分解有害蛋白，保证细胞自稳状态。在应激状态下，HSP70可以通过稳定受损变性的心肌肌动蛋白，修复心肌细胞内的肌动蛋白，从而稳定心肌细胞，保证心肌组织的自稳状态。心肌细胞缺血再灌注后，心肌细胞内的肌动蛋白聚集、溶解、变性，肌动蛋白Z线消失、明带模糊［10］。HSP可以稳定受损的肌动蛋白，修复受损肌动蛋白防止被降解，降低缺血再灌注对心肌细胞的损伤，从而保证心肌组织正常生理功能。王慷慨等［11］研究还发现，HSP70还具有减轻心肌细胞核仁受损症状作用。通过过氧化氢对体外培养的Wistar幼鼠心肌造成损伤，模拟临床上常见体外循环下行心脏手术、冠状动脉搭桥等操作过程中活性氧导致急性心肌损伤。热预处理可以减轻过氧化氢对Wistar幼鼠心肌细胞所致的损伤，HSP70向心肌细胞核仁位移。电镜检查结果显示，热预处理组心肌细胞核仁结构紧密且无明显核仁分离，而未热预处理组则心肌细胞核仁松散且有一定核仁分离。结果表明HSP70通过分子伴侣发挥作用改善过氧化氢对Wistar幼鼠心肌细胞核仁损伤。HSP同时还具有加速促进受损蛋白降解的作用，维持内环境稳定。应激状态下，机体部分蛋白受损后破坏细胞内环境稳态，受损蛋白暴露结合部位点，促使HSP与受损蛋白结合，HSP帮助受损蛋白穿过内质网或线粒体，使受损蛋白降解［12］。

2.4HSP70抑制心肌细胞凋亡HSP70可以抑制激活蛋白激酶，防止氧自由基和蛋白水解酶形成，从而抑制细胞凋亡［13］。心肌组织缺血再灌注过程中会出现心肌细胞的凋亡，目前研究有caspase 3、caspase 8、caspase 9凋亡信号通路。其中caspase 8为膜死亡受体信号通路，caspase 9为线粒体信号通路［14］。心肌细胞在遭受缺血再灌注损伤时，caspase 3、caspase 8、caspase 9的活性显著增高。热预处理能够降低caspase 3、caspase 8、caspase 9的活性，从而阻断细胞凋亡通路［15-16］。实验证明，通过诱导HSP70形成，可以抑制caspase 3、caspase 8、caspase 9活性，减少心肌细胞凋亡。HSP上调，可以抑制P53蛋白介导的细胞凋亡通路，阻止细胞的凋亡［17］。HSP还可以抑制自杀激活因子-细胞色素C和凋亡诱导因子的释放，减少细胞的凋亡［18］。

2.5HSP70维持心肌细胞内电解质平衡心肌细胞具有自律性、兴奋性、传导性等生理特征，这与心肌细胞内钾离子、钙离子、钠离子等密切相关，一旦心肌细胞内电解质失去平衡，将引起各种心律失常、心肌收缩异常等。研究表明，心肌细胞内钾离子减少致钾电流减少，可引起尖端扭转型室性心动过速［19］。钙超载可引起心肌细胞受损，心肌缺血可导致心肌细胞钙超载。研究表明，HSP70具有降低心肌细胞内钙离子浓度，有效降低心肌缺血再灌注对心肌细胞的损伤［20］的作用。柯琴梅等［21］发现去甲肾上腺素预处理可上调HSP70，减轻细胞和线粒体内钙超载，对大鼠缺血再灌注心肌有延迟性保护作用。宋伟等［22］将24只新西兰大白兔随机分成假手术组、起搏组和热应激起搏组，起搏组和热应激起搏组以600次/分起搏右心房6 h，结果表明，热应激诱导HSP70可抑制钙激活钾通道（KCa）3.1 mRNA和蛋白表达量显著下降。

3　小结与展望

HSP对心肌的保护作用不断受到研究人员的重视，近年来对诱导HSP形成预处理的研究越来越多，HSP除了传统的高热可以诱导外，创伤、感染、缺氧、电击，甚至某些药物（替普瑞酮、地塞米松、谷氨酰胺、川芎嗪、参麦注射液等）均可诱导HSP形成。林海波［23］建立新西兰大耳白兔心肌缺血再灌注模型，发现通过对电针预处理后的心肌细胞HSP70 mRNA表达高于单纯缺血再灌注组（P＜0.05），较假手术组明显增加（P＜0.01），HSP70显著升高，说明电针预处理可以上调HSP70，对MIRI有保护作用。阳晶晶［24］建立新西兰大耳白兔心肌缺血再灌注模型发现，电针预处理和艾灸预处理均可上调HSP70表达，且艾灸预处理较电针预处理效果更佳。上述研究结果显示，传统中医针灸及电击均可上调HSP70表达保护MIRI。传统水浴高热诱导在临床上操作难度较高，患者接受程度低或不宜处于高热环境，很难达到预期预处理效果，传统中医针灸及电击较传统高热诱导安全且方便，患者相对易接受。相对中医针灸及电击，临床药物预处理方便且易为患者所接受，若患者合并其他疾病，使用相关药物中，可优先使用具有诱导HSP形成的药物。川芎嗪在临床上广泛应用于活血化瘀、抑制炎症、改善微循环、抗血小板聚集等［25］。参附注射液有提高机体耐氧能力、保护身体脏器等功能［26］。研究发现，川芎嗪及参附注射液均具有上调HSP70表达、改善大鼠MIRI的作用，且川芎嗪和参附注射液联合用药效果更佳［27］。谷氨酰胺主要用于胃炎、胃溃疡、高分解及代谢的患者，研究表明，谷氨酰胺有上调HSP70表达功能、改善MIRI的作用［28-29］。替普瑞酮胶囊适用于各类急慢性胃炎、胃溃疡、胃黏膜病变，研究表明，替普瑞酮胶囊可以诱导心、肝、肾脏形成HSP，降低相应脏器应激后受损程度［30］。科学研究的目的是为了服务临床，MIRI在临床上非常常见，且患者常合并不同系统的疾病，若单一药物具有治疗多种疾病效果，可大大减少患者经济负担和减少相应药物不良反应，这种研究具有良好的临床应用前景。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.14.029

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1009-5519（2016）14-2199-03

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（2016-03-22）