誘導(dǎo)熱休克蛋白70形成預(yù)處理對(duì)心肌保護(hù)的研究進(jìn)展

張國(guó)銳綜述，王元星審校（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院心胸外科，湖南衡陽421001）

誘導(dǎo)熱休克蛋白70形成預(yù)處理對(duì)心肌保護(hù)的研究進(jìn)展

張國(guó)銳綜述，王元星△審校（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院心胸外科，湖南衡陽421001）

HSP70熱休克蛋白質(zhì)類；缺血預(yù)處理，心肌；心肌缺血；心肌再灌注；綜述

生物體在受到外界有害刺激時(shí)（如高溫?zé)嵝菘恕?chuàng)傷、感染、缺氧等）會(huì)快速作出一種自我保護(hù)反應(yīng)，相應(yīng)基因開始激活表達(dá)，產(chǎn)生一種特殊保護(hù)機(jī)體的蛋白——熱休克蛋白（HSP）。HSP家族基于相對(duì)分子質(zhì)量可劃分7類：小HSP家族、HSP10/60家族、HSP40家族、HSP70家族、HSP90家族、HSP110家族和CCT家族。不同相對(duì)分子質(zhì)量的HSP對(duì)機(jī)體有不同的保護(hù)作用，如抗動(dòng)脈粥樣硬化、參與腫瘤免疫、預(yù)防及治療應(yīng)激性潰瘍、保護(hù)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞、改善缺血性腦損傷、減輕腎臟缺血再灌注損傷等。其中HSP70對(duì)心肌保護(hù)作用的研究也越來越多，多項(xiàng)研究表明HSP70具有保護(hù)心肌的作用。

1　HSP70　概述

1.1HSP家族HSP家族基于相對(duì)分子質(zhì)量可劃分7類，HSP70是其中最保守和最重要的一類。HSP家族具有高度保守性、非特異性、時(shí)間性及表達(dá)突出性（哺乳動(dòng)物細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)主要表達(dá)HSP70）［1］。1962年Ritossa［2］首次在果蠅幼蟲唾液腺染色體中發(fā)現(xiàn)熱休克反應(yīng)。隨后Tissières等［3］從熱休克果蠅唾液中分離出一種特殊蛋白并稱之為HSP。研究發(fā)現(xiàn)，HSP除了高熱可以誘導(dǎo)外，創(chuàng)傷、感染、缺氧、電擊甚至某些藥物（替普瑞酮、地塞米松、葛根素注射液、血必凈注射液、參麥注射液等）均可誘導(dǎo)HSP形成。

1.2HSP結(jié)構(gòu)HSP結(jié)構(gòu)包括一個(gè)保守固定的N端序列和一個(gè)相對(duì)易變的C端序列，C端易與受損蛋白結(jié)合。當(dāng)機(jī)體受到熱休克、創(chuàng)傷、感染、缺氧、電擊及某些藥物的刺激后，機(jī)體部分蛋白受損，暴露出C端結(jié)合部位，促使HSP與受損蛋白結(jié)合。機(jī)體正常情況下HSP與熱休克轉(zhuǎn)錄因子（HSF）結(jié)合在一起不會(huì)啟動(dòng)HSP70的轉(zhuǎn)錄合成。HSP70 C端與受損蛋白結(jié)合后釋放出HSF，HSF的結(jié)構(gòu)類似于三聚體。HSF與HSP基因上游的熱休克元件（HSE）結(jié)合，啟動(dòng)HSP的轉(zhuǎn)錄合成致使熱休克基因表達(dá)［4］。受損蛋白被機(jī)體降解后，HSP C端結(jié)合減少，釋放HSF隨之減少，HSP轉(zhuǎn)錄速度下降，直至停止。

1.3HSP分類HSP家族基于相對(duì)分子質(zhì)量可劃分7類：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家族是整個(gè)HSP家族中最保守和最重要的一個(gè)分支。HSP70家族可以分為：結(jié)構(gòu)型heatshockcognate70（HSC70，又稱P73）、誘導(dǎo)型heat shock protein 70（HSP70，有稱之為P72或P70I）、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（glucose-regulated protein 78，GRP78）、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白75（glucose-regulated protein 75，GRP75）。結(jié)構(gòu)型HSC70和誘導(dǎo)型HSP70的基因序列高度同源，表達(dá)的蛋白質(zhì)氨基酸序列90%相同，且生化特性電泳泳動(dòng)度稍有差異，二者有著相似的生理功能［5］。GRP78與GRP75在細(xì)胞內(nèi)所處位置不同，GRP78位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)，GRP75位于線粒體內(nèi)。GRP78與GRP75均為葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白，在應(yīng)激時(shí)稍有表達(dá)，在細(xì)胞內(nèi)是以分子伴侶的形式發(fā)揮作用［6］。

2　HSP對(duì)心肌缺血再灌注損傷（MIRI）的保護(hù)機(jī)制

2.1心肌缺血、心肌缺血再灌注、MIRI的概念心肌缺血指各種原因（冠心病、心臟瓣膜病、冠狀動(dòng)脈痙攣、機(jī)體血壓低等）導(dǎo)致心肌血液灌注減少，導(dǎo)致心肌血供失常，心肌不能正常代謝的一種病理狀態(tài)。心肌缺血再灌注是指心肌組織在以上這些原因下缺血一定時(shí)間后再次得到血流恢復(fù)供應(yīng)。心肌組織再次恢復(fù)血供后使原本因缺血心肌組織受損進(jìn)一步加重，并有可能出現(xiàn)不可逆的損傷，稱之為MIRI。

2.2HSP70對(duì)MIRI具有保護(hù)作用早在20世紀(jì)80年代就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，HSP與MIRI關(guān)系密切。Currie等［7］在一次對(duì)大鼠熱預(yù)處理對(duì)心肌缺血再灌注實(shí)驗(yàn)中無意發(fā)現(xiàn)了HSP，實(shí)驗(yàn)表明，熱預(yù)處理后大鼠MIRI較對(duì)照組的損傷減少，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱預(yù)處理對(duì)心肌缺血再灌注具有保護(hù)作用。隨后研究人員開始深入研究HSP與MIRI關(guān)系，尋找二者之間聯(lián)系。Jayakumar等［8］通過基因轉(zhuǎn)染技術(shù)將HSP70基因轉(zhuǎn)染到大鼠心肌細(xì)胞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染后大鼠心肌細(xì)胞對(duì)抗缺血再灌注損傷能力較未轉(zhuǎn)染大鼠要強(qiáng)，其心肌受傷程度低。Brundel等［9］發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過熱休克預(yù)處理后的心肌細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生HSP家族，且HSP70含量越高，該心肌細(xì)胞對(duì)抗心肌缺血再灌注能力越強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HSP70的含量與心肌細(xì)胞對(duì)抗心肌缺血再灌注的能力呈正相關(guān)。越來越多的研究表明，HSP70是具有保護(hù)心肌缺血再灌注作用的一類蛋白，其可以減少心肌梗死面積、促進(jìn)受損心肌快速恢復(fù)、減少心肌細(xì)胞線粒體損傷程度、抑制NO生成、下調(diào)肌酸激酶同工酶（CK-MB）、抗心律失常等。

2.3HSP70的小分子伴侶作用分子伴侶是指有一類特殊蛋白在蛋白質(zhì)合成過程中可以幫助指導(dǎo)多肽正確組裝，待蛋白質(zhì)合成后其自行與該組裝蛋白脫離關(guān)系，自己本身不構(gòu)成該組裝蛋白的一部分，稱之為分子伴侶。HSP70家族是目前已知的最廣泛分布的一類分子伴侶。HSP70廣泛分布于各類細(xì)胞中，它與參與新生多肽合成蛋白質(zhì)，在腺苷三磷酸（ATP）的依賴下，可以對(duì)新生多肽正確折疊、組裝。HSP70可以維持細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定，通過與變性蛋白結(jié)合修復(fù)或水解變性蛋白，防止細(xì)胞內(nèi)重要蛋白被水解，分解有害蛋白，保證細(xì)胞自穩(wěn)狀態(tài)。在應(yīng)激狀態(tài)下，HSP70可以通過穩(wěn)定受損變性的心肌肌動(dòng)蛋白，修復(fù)心肌細(xì)胞內(nèi)的肌動(dòng)蛋白，從而穩(wěn)定心肌細(xì)胞，保證心肌組織的自穩(wěn)狀態(tài)。心肌細(xì)胞缺血再灌注后，心肌細(xì)胞內(nèi)的肌動(dòng)蛋白聚集、溶解、變性，肌動(dòng)蛋白Z線消失、明帶模糊［10］。HSP可以穩(wěn)定受損的肌動(dòng)蛋白，修復(fù)受損肌動(dòng)蛋白防止被降解，降低缺血再灌注對(duì)心肌細(xì)胞的損傷，從而保證心肌組織正常生理功能。王慷慨等［11］研究還發(fā)現(xiàn)，HSP70還具有減輕心肌細(xì)胞核仁受損癥狀作用。通過過氧化氫對(duì)體外培養(yǎng)的Wistar幼鼠心肌造成損傷，模擬臨床上常見體外循環(huán)下行心臟手術(shù)、冠狀動(dòng)脈搭橋等操作過程中活性氧導(dǎo)致急性心肌損傷。熱預(yù)處理可以減輕過氧化氫對(duì)Wistar幼鼠心肌細(xì)胞所致的損傷，HSP70向心肌細(xì)胞核仁位移。電鏡檢查結(jié)果顯示，熱預(yù)處理組心肌細(xì)胞核仁結(jié)構(gòu)緊密且無明顯核仁分離，而未熱預(yù)處理組則心肌細(xì)胞核仁松散且有一定核仁分離。結(jié)果表明HSP70通過分子伴侶發(fā)揮作用改善過氧化氫對(duì)Wistar幼鼠心肌細(xì)胞核仁損傷。HSP同時(shí)還具有加速促進(jìn)受損蛋白降解的作用，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體部分蛋白受損后破壞細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，受損蛋白暴露結(jié)合部位點(diǎn)，促使HSP與受損蛋白結(jié)合，HSP幫助受損蛋白穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或線粒體，使受損蛋白降解［12］。

2.4HSP70抑制心肌細(xì)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，從而抑制細(xì)胞凋亡［13］。心肌組織缺血再灌注過程中會(huì)出現(xiàn)心肌細(xì)胞的凋亡，目前研究有caspase 3、caspase 8、caspase 9凋亡信號(hào)通路。其中caspase 8為膜死亡受體信號(hào)通路，caspase 9為線粒體信號(hào)通路［14］。心肌細(xì)胞在遭受缺血再灌注損傷時(shí)，caspase 3、caspase 8、caspase 9的活性顯著增高。熱預(yù)處理能夠降低caspase 3、caspase 8、caspase 9的活性，從而阻斷細(xì)胞凋亡通路［15-16］。實(shí)驗(yàn)證明，通過誘導(dǎo)HSP70形成，可以抑制caspase 3、caspase 8、caspase 9活性，減少心肌細(xì)胞凋亡。HSP上調(diào)，可以抑制P53蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路，阻止細(xì)胞的凋亡［17］。HSP還可以抑制自殺激活因子-細(xì)胞色素C和凋亡誘導(dǎo)因子的釋放，減少細(xì)胞的凋亡［18］。

2.5HSP70維持心肌細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)平衡心肌細(xì)胞具有自律性、興奮性、傳導(dǎo)性等生理特征，這與心肌細(xì)胞內(nèi)鉀離子、鈣離子、鈉離子等密切相關(guān)，一旦心肌細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)失去平衡，將引起各種心律失常、心肌收縮異常等。研究表明，心肌細(xì)胞內(nèi)鉀離子減少致鉀電流減少，可引起尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動(dòng)過速［19］。鈣超載可引起心肌細(xì)胞受損，心肌缺血可導(dǎo)致心肌細(xì)胞鈣超載。研究表明，HSP70具有降低心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，有效降低心肌缺血再灌注對(duì)心肌細(xì)胞的損傷［20］的作用。柯琴梅等［21］發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素預(yù)處理可上調(diào)HSP70，減輕細(xì)胞和線粒體內(nèi)鈣超載，對(duì)大鼠缺血再灌注心肌有延遲性保護(hù)作用。宋偉等［22］將24只新西蘭大白兔隨機(jī)分成假手術(shù)組、起搏組和熱應(yīng)激起搏組，起搏組和熱應(yīng)激起搏組以600次/分起搏右心房6 h，結(jié)果表明，熱應(yīng)激誘導(dǎo)HSP70可抑制鈣激活鉀通道（KCa）3.1 mRNA和蛋白表達(dá)量顯著下降。

3　小結(jié)與展望

HSP對(duì)心肌的保護(hù)作用不斷受到研究人員的重視，近年來對(duì)誘導(dǎo)HSP形成預(yù)處理的研究越來越多，HSP除了傳統(tǒng)的高熱可以誘導(dǎo)外，創(chuàng)傷、感染、缺氧、電擊，甚至某些藥物（替普瑞酮、地塞米松、谷氨酰胺、川芎嗪、參麥注射液等）均可誘導(dǎo)HSP形成。林海波［23］建立新西蘭大耳白兔心肌缺血再灌注模型，發(fā)現(xiàn)通過對(duì)電針預(yù)處理后的心肌細(xì)胞HSP70 mRNA表達(dá)高于單純?nèi)毖俟嘧⒔M（P＜0.05），較假手術(shù)組明顯增加（P＜0.01），HSP70顯著升高，說明電針預(yù)處理可以上調(diào)HSP70，對(duì)MIRI有保護(hù)作用。陽晶晶［24］建立新西蘭大耳白兔心肌缺血再灌注模型發(fā)現(xiàn)，電針預(yù)處理和艾灸預(yù)處理均可上調(diào)HSP70表達(dá)，且艾灸預(yù)處理較電針預(yù)處理效果更佳。上述研究結(jié)果顯示，傳統(tǒng)中醫(yī)針灸及電擊均可上調(diào)HSP70表達(dá)保護(hù)MIRI。傳統(tǒng)水浴高熱誘導(dǎo)在臨床上操作難度較高，患者接受程度低或不宜處于高熱環(huán)境，很難達(dá)到預(yù)期預(yù)處理效果，傳統(tǒng)中醫(yī)針灸及電擊較傳統(tǒng)高熱誘導(dǎo)安全且方便，患者相對(duì)易接受。相對(duì)中醫(yī)針灸及電擊，臨床藥物預(yù)處理方便且易為患者所接受，若患者合并其他疾病，使用相關(guān)藥物中，可優(yōu)先使用具有誘導(dǎo)HSP形成的藥物。川芎嗪在臨床上廣泛應(yīng)用于活血化瘀、抑制炎癥、改善微循環(huán)、抗血小板聚集等［25］。參附注射液有提高機(jī)體耐氧能力、保護(hù)身體臟器等功能［26］。研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪及參附注射液均具有上調(diào)HSP70表達(dá)、改善大鼠MIRI的作用，且川芎嗪和參附注射液聯(lián)合用藥效果更佳［27］。谷氨酰胺主要用于胃炎、胃潰瘍、高分解及代謝的患者，研究表明，谷氨酰胺有上調(diào)HSP70表達(dá)功能、改善MIRI的作用［28-29］。替普瑞酮膠囊適用于各類急慢性胃炎、胃潰瘍、胃黏膜病變，研究表明，替普瑞酮膠囊可以誘導(dǎo)心、肝、腎臟形成HSP，降低相應(yīng)臟器應(yīng)激后受損程度［30］。科學(xué)研究的目的是為了服務(wù)臨床，MIRI在臨床上非常常見，且患者常合并不同系統(tǒng)的疾病，若單一藥物具有治療多種疾病效果，可大大減少患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和減少相應(yīng)藥物不良反應(yīng)，這種研究具有良好的臨床應(yīng)用前景。

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（2016-03-22）