马宏仲 综述 薛荣亮 审校
1 热休克蛋白概述
1.1 热休克蛋白（heat shock protein，HSP）是指在热应激（或其他应激）
下细胞合成或合成增加的一组蛋白质，非由细胞分泌到血浆或组织液中发挥作用，
而是在细胞内发挥作用，属于非分泌性蛋白质。最早Ｒitossa[1] 发现，果蝇受热
应激时（从25℃移到30℃ 30min）其唾液腺染色体出现蓬松现象，在该唾液腺细胞
内含有一种特殊类型的蛋白质，因与热应激有关，故取名为热处理蛋白（HSP）。
后来发现除热应激外，炎症、缺血、感染、缺氧、酸中毒、高钾血症、电击、毒血
症、麻醉药如氯胺酮[2]等约200余种应激因素都能刺激诱导HSP的产生。已发现HS
P是分子量在7～200KD之间的蛋白大家族，根据其分子量大小可分为：110KD的HSP
，位于细胞浆或细胞核中；90KD的HSP家族，包括HSP90和Grp94，前者位于细胞浆
，后者位于内质网；70KD的HSP家族，包括HSC70，Grp78（Bip）和Grp75，分别位
于细胞浆，内质网和线粒体；60KD的HSP，位于线粒体；低分子量HSP，分子量200
00～30000，位于细胞浆或细胞核中；10KD的HSP，位于线粒体；泛素（ubiquitin
），分子量为8000，位于细胞浆或细胞核。其中分子量70KD的HSP在正常细胞中较
少，但在应激状态下显著升高，对它的研究也较多。另一种分类是以其能否因诱导
因素而分为结构型HSP（或称固有型）和诱生型HSP，前者为细胞内正常的组成成分
，为细胞内的一种结构蛋白质；后者为细胞的诱生HSP，通过诱导因素而产生。诱
生型HSP则在蛋白质水平起防御、保护作用。
1.2 HSP种类虽然繁多，但它们共同的显著特点是结构的保守性，从昆虫到人
类所产生的HSP有着共同的形态结构。利用逆转录PCR等现代分子生物学技术发现H
SP是迄今为止原核生物到真核生物，一直到人类最为保守的蛋白质[3]，其基因的
编码序列与人类有很多相同之处。生物在长期进化中，HSP是保留下来对抗损害进
行自我保护的重要机制之一。HSP在细胞内的含量相当高，约占细胞总蛋白质的5%
，其功能涉及细胞结构的维持、更新、修复、免疫等，但基本功能是帮助蛋白质的
正确折叠、移位、维持和降解，维持细胞内环境稳定[4]，故多数学者称其为“分
子伴娘”（molecular chaperoner）。
1.3 HSP最基本的结构为N端的一个具有ATP酶活性的高度保守序列和C端的一
个相对可变的基质识别序列。后者倾向与蛋白质的疏水结构区相结合，而这些结构
区在天然蛋白质中被折叠隐藏于内部而无法接近，也就是说HSP倾向于与尚未折叠
或因有害因素被破坏了其折叠结构的肽链结合，并依靠其N端的ATP酶活性，利用A
TP促成这些肽链的正确折叠、移位、修复或降解[5]。
2 HSP与脑缺血/再灌注损伤
近年对脑缺血预处理或药物性预处理的研究较多，预处理导致耐受的机制目前
尚不够清楚，可能机制之一是启动HSP基因，使HSP表达增加，从而产生保护作用。
Bidmon证实，通过肾脏缺血预处理后产生的HSP70能有效减轻肾脏缺血再灌损伤[7
]。Lepore证实，通过骨骼肌缺血预处理后产生的HSP70能有效减轻骨骼肌缺血再灌
损伤[8]。在心脏缺血预处理产生的HSP70对心肌缺血再灌损伤起保护作用。在大鼠
实验中发现，用HSP70基因转染的供鼠心脏移植给受鼠后，心功能明显改善并能对
抗心脏缺血再灌损伤[9]。实验证实鼠肝脏温缺血预处理后，阻断肝十二指肠韧带
造成长时间温缺血30min，然后再灌注后10min或40min采样检查，结果表明热休克
15min的诱导使HSP72产生增多，于24h和48h后最为明显。短时间的缺血和热休克预
处理，肝脏可诱导HSP72的产生，从而可使肝脏缺血再灌注损伤减轻，改善缺血后
肝功能和动物生存率[10]。Villar对肺脏实验表明，在HSP表达增强的肺组织中，
对热以及应激反应和化学药物刺激的耐受能力明显增强[11]。HSP70对大脑缺血再
灌损伤是否也产生保护作用？绝大多数学者认为是肯定的。Gass等用红藻氨酸(ka
inic acid)、六氟二乙酯等药诱发大鼠持续癫痫模型中均发现脑内神经元有HSP70
的表达[12]。HSP70表达一般在癫痫发作后24h达最高峰，2～4天后逐渐下降，8天
后消失。HSP70的表达主要分布在边缘系统，尤其在海马、齿状回、杏仁体、扣带
回和原嗅皮质，其次为大脑皮质和纹状体，丘脑也有表达；但在脑干和小脑则未见
表达。HSP主要分布于核周体及树突部位，也出现在核仁中，而神经胶质细胞内则
无表达。Yang为明确大鼠在中暑过程中发生的神经元缺血性损伤，是否能够被热诱
导的HSP72所减轻，进行实验：将大鼠热休克（42℃15min）或化学应激（亚硝酸钠
5mg/kg静脉注射）诱发大鼠中暑，记分评定大鼠的平均动脉压（MAP）、脑血流（
CBF）、脑内多巴胺（DA）、5羟色胺（5-HT）和神经损伤；热休克或化学应激后，
运用Western印迹法探针可测定脑HSP72含量。动物置于高温环境（42℃15min）可
诱发中暑，当MAP和CBF从顶点下降时作为中暑时间的开始，出现HSP72蛋白的含量
上升，证实热休克或化学应激可诱发大鼠高热、动脉低血压、脑缺血、DA和5-HT超
负荷，具有重要的保护意义，在最初16h的神经元损伤与HSP72的表达相一致，但在
48h时当HSP72表达返回到基础值时，其保护作用在与0h组比较已无差异。结果表明
：脑能被热和化学因素预处理，预处理能诱导HSP72的产生，HSP72的诱导对中暑大
鼠在解剖、组化、血流动力学方面的保护作用有高度相关性[13]。目前，对HSP表
达的量与保护作用之间的关系，报道尚不多。
3 HSP与神经细胞凋亡
脑缺血/再灌注损伤引起脑细胞死亡有两种方式，即细胞坏死和细胞凋亡；高
浓度氧自由基引起的细胞死亡为坏死，低浓度氧自由基引起的细胞死亡为细胞凋亡
；短暂性全脑缺血引发的迟发性脑细胞死亡为细胞凋亡。细胞凋亡是受细胞内源性
基因、酶类、和信号传导途径调控的一个“瀑布式”激活过程[14]，是细胞的主动
性死亡,包括凋亡信号转导、凋亡基因激活、细胞凋亡的执行和凋亡细胞的清除[1
5]。目前对HSP与细胞凋亡的确切关系尚未明了。在细胞凋亡的执行过程中，除核
酸内切酶的激活外，凋亡蛋白酶（caspase）的激活也起同等重要的作用，是推动
细胞凋亡实现的主要因素之一。Caspases是一组对底物天门冬氨酸部位有特异水解
作用、在活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶，目前发现caspase家族中有13个成员，
caspase在凋亡中所起的作用是灭活细胞的凋亡抑制物（Bcl-2），水解细胞的蛋白
质结构，导致细胞解体，形成凋亡小体。Caspase-9可使Caspase-3酶原水解形成有
活性的Caspase-3，而HSP70和Hsc70的表达可抑制Caspase-9和Caspase-3之间的活
化进程，从而参与对凋亡的抑制[16]。Okubo等发现在短暂性全脑缺血后引起细胞
凋亡过程中，HSP60和HSP10就是受应激而诱导的线粒体基质蛋白质，与线粒体内的
蛋白折叠和组装有关。在海马CA1区，以及更为脆弱的区域如大脑皮质中，这些线
粒体应激蛋白基因的诱导过程，与HSP60mRNA、HSP10mRNA的诱导过程是相同的。在
脑缺血后2min内，两种mRNA均无表达，但在缺血后10min海马CA1区内两种mRNA的诱
导均出现，且持续到再灌注后的一天[17]。近几年来早期即刻基因的研究较为热门
，认为早期即刻基因表达如c-myc、c-jun 和c-fos与细胞凋亡的关系十分密切，是
凋亡起始信号与细胞执行自杀的中间环节。虽然HSP的神经保护作用与早期即刻基
因的关系尚未明了，但使用免疫电子显微镜观察到沙土鼠短暂性脑缺血再灌后，带
有c-fos，c-jun和HSP70表达的神经元的超微结构整体，可观察到在c-fos，c-jun
和HSP70表达的神经元中，除线粒体肿胀和多聚核糖体解聚外，神经元的完整性依
然保持。比较之下，缺乏HSP70表达的CA1区神经元显示细胞浆出现空泡体和粗面内
质网的平行堆积，此项特征与延迟性神经元死亡过程（即细胞凋亡）相关[18]。另
一研究发现，随着衰老的进展，人体各器官细胞的HSP含量逐渐减少。由于人衰老
过程的进展与脑细胞凋亡有密切关系，可以假说因脑细胞内HSP含量逐渐减少，无
法维持细胞内蛋白质的正常结构，因而出现大分子物质交联，使神经细胞正常生理
功能受影响，出现神经纤维传导减慢，感觉灵敏度低下，痛觉减退，思维及记忆能
力下降等表现。
4 结语
目前认为HSP对中枢神经系统的保护作用机制，可能是通过抗氧化作用；调节
其它蛋白质的合成，维持细胞固有蛋白质的形态结构，促进缺损蛋白质的修复；影
响糖皮质激素的释放及代谢，干扰〖CDH00847〗〖HT5”K〗(接237页)
宿主的炎症反应而完成。HSP与脑缺血机制的研究可为临床脑缺血再灌损伤如脑梗
塞、低血压、脑缺氧、颅内高压、溶栓治疗、心搏骤停、麻醉过深、重症癫痫和脑
复苏等的防治提供新的思路和方法。运用此项原理，可研制HSP转基因动物模型，
进行多种机制的研究。但另有研究发现，HSP蛋白质的过分表达对细胞可产生有害
作用，甚至诱发肿瘤及自身免疫疾病，影响化疗药物对肿瘤的杀伤作用。虽然对这
些问题知之甚少，但随着对HSP研究的日益深入，其认识必渐趋全面。
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