第三节 应激的细胞反应
当暴露于各种理化及生物性损伤因素时，任何生物细胞(从单细胞生物到高等哺乳动物细胞)都将出现一系列适应代偿反应。这些反应包括与损伤因素性质有关的特异性反应。例如，当生物细胞受到氧自由基威胁时，其抗氧化酶(如超氧化物歧化酶，过氧化氢酶等)的表达可能增加；当暴露于低氧环境时，细胞中的低氧诱导因子—1及其所调控的靶基因的表达可能增加；当遭遇重金属毒害时，细胞中金属硫蛋白(metallothionein)可表达增多。与此同时，生物细胞亦可出现与损伤因素的性质无关的非特异反应。因特异性反应涉及诸多因素，应在相应疾病或病理过程中加以讨论，本章仅就细胞的非特异反应进行阐述。
一、热休克蛋白
热休克蛋白(heatshock proteins，HSP)是指细胞在高温(热休克)或其他应激原作用下所诱导生成或合成增加的一组蛋白质。除热休克外，其他多种物理、化学、生物因素及机体的内外环境变化(如放射线、重金属、乙醇、自由基、缺血、缺氧、寒冷、感染等)都可诱导HSP产生。因此HSP又称为应激蛋白(stressproteins，SP)。
HSP首先在果蝇体内发现。1962年人们发现，当环境温度从25℃提高到30℃并维持30min后，果蝇唾液腺染色体的某些部位可出现蓬松现象，提示这些区带基因的转录加强，预示有新蛋白质合成增加。197www.lindalemus.com/zhuyuan/4年，有学者从热休克果蝇的唾液腺中分离到6种新的蛋白质命名为热休克蛋白。近年研究发现，HSP是一具有多个成员的蛋白质家族，根据其分子量的大小可分为多个亚家族(表6—4)。
(一)HSP的生物学特点
1．诱导的非特异性 许多不同性质的应激原都可诱导HSP基因表达(图6—3)。
2．存在的广泛性 HSP广泛存在于单细胞生物(如细菌、酵母)至哺乳动物的整个生物界(亦包括植物)。
3．结构的保守性 HSP在进化过程中具有明显的结构保守性。如人类HSP90(即分子量为90kD的 HSP)的氨基酸序列与酵母HSP90有60％的相似性，与果蝇HSP90相比具有78％的相似性。
上述特点表明，HSP是在长期生物进化过程中所保留下来的，具有普遍生物学意义的一类蛋白质。
(二)HSP的主要生物学功能
HSP的主要功能与蛋白质代谢有关，其功能涉及细胞的结构维持、更新、修复、免疫等，但其基本功能为帮助蛋白质的正确折叠(folding)、移位(translocation)、复性(renaturation)及降解(degradation)。由于其伴随着蛋白质代谢的许多重要步骤，因此被形象地称为“分子伴娘”(molecular chaperone)。在正常状态下，从核糖体上新合成的多肽链尚未经过正确的折叠而形成具有一定空间构型的功能蛋白质，其疏水基团常暴露在外。如果没有HSP分子伴娘的存在，这些蛋白质可通过其疏水基团互相结合、聚集而失去活性。HSP通过其C末端的疏水区与这些新合成的多肽链结合，从而防止其聚集并帮助其在折叠酶的作用下逐步完成正确折叠。在应激时，各种应激原导致蛋白质变性(denaturation)，使之成为伸展的(unfolded)或错误折叠的(misfolded)多医.学全在线肽链，其疏水区域可重新暴露在外，因而较易形成蛋白质聚集物，对细胞造成严重损伤。HSP充分发挥分子伴娘功能，防止蛋白质变性、聚集并促进聚集蛋白质的解聚及复性，因而在各种应激反应中对细胞具有保护作用，是机体内重要的内源性保护机制。
(三)HSP表达的调控
关于HSP基因表达的调控研究，近20年来有了诸多进展。目前认为，HSP的基础表达受HSP基因5，端的普通启动子(如TATA盒、CCAAT盒、GC盒等)的调控，但对其详细机制目前尚不明了。而HSP的诱导表达则是细胞中的热休克因子1(heat shock factor l，HSFl)与HSP基因5‘端启动子区的热休克元件(heat shock element，HSE)相互作用的结果。目前已知，在几乎所有HSP基因5‘端的启动子区，都含有HSE(其核心序列为nGAAnnTTCn)。在正常状态下，HSFl以无活性的单体形式存在于细胞质中，并与某些HSP结合在一起。在各种应激原作用
下，胞质中的变性蛋白质增多。这些变性蛋白的折叠发生改
变，暴露出分子内部的疏水区域，从而导致HSP与其结合。HSP与受伤蛋白质结合后释放出HSF1单体，HSFl单体再聚合成具有转录活性的三聚体。经过磷酸化修饰，HSFl三聚体向核内转移并结合至HSP基因启动子区的HSE，激活HSP基因的转录，使HSP产生增多(图6—3)。增多的HSP一方面可增强细胞的抗损伤能力，同时又可与HSFl结合，抑制其继续活化，对细胞的应激反应进行负反馈调控。热休克蛋白的发现及其功能与表达调控研究深化了人们对应激反应的认识，使应激反应的研究从整体水平深入至细胞、分子水平。
