1、小熱休克蛋白家族研究進(jìn)展,概 述 小熱休克蛋白家族簡(jiǎn)介 分類 結(jié)構(gòu) 特性 功能 小熱休克家族成員簡(jiǎn)介 HspB1-HspB10 臨床研究及進(jìn)展 缺血再灌注損傷 腫瘤 神經(jīng)系統(tǒng)疾病 展 望,小熱休克蛋白家族研究進(jìn)展,熱休克蛋白家族,生物細(xì)胞在高溫環(huán)境下所表現(xiàn)的以基因表達(dá)變化為特征的反應(yīng)稱 熱休克反應(yīng)（heat shock response, HSR） 所產(chǎn)生的一組蛋白質(zhì)叫熱休克蛋白（heat shock proteins, HSP） 除了熱休克外，許多其它理化及生物刺激都可誘導(dǎo)HSP的產(chǎn)生,氨基酸類藥物,重金屬,能量代謝抑制物,滲透壓,熱休克因子,熱休克元件,熱休克蛋白的功能,幫助新合成蛋白質(zhì)的

2、折疊，防止其互相聚集 幫助蛋白質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)移位 幫助變性蛋白質(zhì)的復(fù)性 通過泛素-蛋白酶體通路清除嚴(yán)重受損的蛋白質(zhì),小熱休克蛋白家族,熱休克蛋白家族（HSP）中低分子量蛋白亞家族分子量1243KDa 作為重要的分子伴侶參與細(xì)胞骨架穩(wěn)定、細(xì)胞遷移、調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)與分化 ，與多種疾病的發(fā)生，發(fā)展關(guān)系密切 目前已發(fā)現(xiàn)并證實(shí)的哺乳動(dòng)物小熱休克蛋白 HSPB1-B10,？,小熱休克蛋白亞家族,類亞家族成員 呈現(xiàn)泛素化表 (ubiquitous expression) 無組織特異性 包括 HspB1, HspB5, HspB6, HspB8 類亞家族成員 肌原性組織（m） 睪丸組織（t） 眼晶狀體（e） m:

3、 HspB2, HspB3, HspB7 t : HspB9，HspB10 e : HspB4,小熱休克蛋白亞家族,小熱休克蛋白特點(diǎn),低分子量蛋白質(zhì) 具有保守的中央“晶體蛋白結(jié)構(gòu)域” 形成大的低聚復(fù)合物 與變性蛋白質(zhì)形成大的具有特點(diǎn)的復(fù)合物 具有非ATP依賴的分子伴侶活性,晶體蛋白結(jié)構(gòu)域,-晶狀體蛋白結(jié)構(gòu)域,調(diào)節(jié)低聚反應(yīng),伴侶活性,小的低聚體復(fù)合物,蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,sHSP-底物復(fù)合物可溶性,亞單位與低聚復(fù)合物,Nature Structural Biology 2001; 8, 1025-1030,非ATP依賴的分子伴侶活性,蛋白酶體降解途徑,亞單位/亞單位交換,四聚體為結(jié)合底物的活性

4、單位 不同的小熱休克蛋白之間可以交換亞單位 相似的四級(jí)結(jié)構(gòu) 相似的亞單位位置 CRYAA/CRYAB/HSPB1/B2/B6/B8,與底物之間的作用,不同底物可結(jié)合于同一低聚物 亞單位與底物結(jié)合穩(wěn)定 底物結(jié)合的亞單位在不同小熱休克蛋白之間可以互換 亞單位不會(huì)自發(fā)釋放結(jié)合的底物 與ATP水平有關(guān),分子伴侶活性,Three coupled equilibria,equilibrium binding between the sHsp and the substrate non-native states,sHsp oligomeric equilibrium,substrate folding e

5、quilibrium,Hu et al, Curr Neurovasc Res 2008; Vol.5(2):143-52,影響分子伴侶活性的因素,PH值 溫度 結(jié)構(gòu)/結(jié)合位點(diǎn) 亞單位的活性 低聚復(fù)合物的穩(wěn)定性 目標(biāo)蛋白質(zhì)的分子量,家族成員-HspB1/Hsp27,第一個(gè)在哺乳動(dòng)物中被證實(shí) 存在于眾多組織中 熱誘導(dǎo)表達(dá) 磷酸化是其活性形式 ( IL-2, TNF-,GF) 磷酸化位點(diǎn)：Ser-15, 78, 82 p38 MAPK 及 p38MAPK 激活的蛋白激酶、蛋白激酶C (PKC),參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)與分化 影響細(xì)胞骨架穩(wěn)定及肌肉收縮（肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白） 抗凋亡 與細(xì)胞耐熱性及抗藥性的

6、形成有關(guān) 與多種腫瘤密切相關(guān)：肝癌、乳腺癌、惡性纖維組織細(xì)胞瘤、黑色素瘤等 與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān),家族成員- HspB1/Hsp27,家族成員- HspB2/MKBP,強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白激酶結(jié)合蛋白 ( Myotonic dystrophy protein kinase binding protein，MKBP ) 存在于心肌，骨骼肌 與HspB5基因串聯(lián)排列在人類的第11 號(hào)染色體上,由共同的啟動(dòng)子來啟始基因的轉(zhuǎn)錄 無明顯磷酸化 熱誘導(dǎo)不影響表達(dá),家族成員- HspB2/MKBP,對(duì)骨骼肌、心肌細(xì)胞的發(fā)育是必需的 熱休克后在細(xì)胞內(nèi)重新分布,作用于細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu) 在強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良患者骨骼肌細(xì)胞

7、中表達(dá)上調(diào),家族成員- HspB3/HSPL27,通過分析人類心肌cDNA 文庫(kù)而發(fā)現(xiàn)的, 定位于人類染色體5q11. 2 通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列 對(duì)維持心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能非常重要 在環(huán)境壓力下, 遷移到細(xì)胞骨架并與之結(jié)合，抑制肌動(dòng)蛋白的聚集,家族成員- HspB4/HspB5,由 Berzelins 于1830年從晶狀體中分離出來并首次命名 A 晶體蛋白(A -crystallin , CRYAA 或 HSPB4 ) B 晶體蛋白(B -crystallin , CRYAB 或 HSPB5 ) A與B 晶體蛋白在基因序列上具有53 %同源性,Crystallin,-,-,-,

8、A - crystallin,B - crystallin,家族成員- HspB4/HspB5,家族成員- HspB4/HspB5,家族成員- HspB6/ Hsp20,表達(dá)于許多組織，尤其在心臟中有很高的表達(dá)，達(dá)1.3% 與 HspB1 和 HspB5 有很高的同源性 熱誘導(dǎo)不影響表達(dá) 磷酸化 位點(diǎn)： Ser-16 Ser-157 磷酸化酶：PKA/PKG 中性及偏堿性環(huán)境下活性增強(qiáng)，酸性環(huán)境活性顯著下降,家族成員- HspB6/ Hsp20,與血管平滑肌舒張有關(guān) 抑制血小板聚集 增強(qiáng)體外心肌細(xì)胞收縮功能 缺血再灌注后在心肌細(xì)胞內(nèi)重新分布于細(xì)胞骨架系統(tǒng)，對(duì)抗再灌注誘發(fā)的心肌細(xì)胞凋亡，減輕心肌

9、梗塞，促進(jìn)功能恢復(fù),家族成員- HspB7/ cvHsp,Cardiovascular heat shock protein (cvHsp) 選擇性表達(dá)于心血管系統(tǒng)以及胰島素敏感組織（骨骼肌，脂肪組織），其中，心臟表達(dá)很高，骨骼肌含量中等，脂肪組織表達(dá)最少 與 HspB1-6 有 26-49% 的同源性 與心肌收縮有關(guān)，對(duì)心肌有明確的保護(hù)作用 與-絲蛋白（肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白）結(jié)合,家族成員- HspB7/ cvHsp,基因定位于1p36.2-p36.3, 多個(gè)人類遺傳性疾病基因定位于這一區(qū)域，如心肌病，骨骼肌疾病等 與胰島素敏感組織有關(guān)，且在肥胖癥老鼠模型中表達(dá)增加提示可能與肥胖癥以及代謝紊亂疾

10、病密切相關(guān),家族成員- HspB8/ Hsp22,顯著表達(dá)于骨骼肌及平滑肌組織，在心臟，腦組織，胎盤，脾臟中也有表達(dá) 與HspB1有33%同源性 對(duì)熱誘導(dǎo)有反應(yīng)，活性與溫度呈相關(guān)性 在體外以單體形式存在并具有活性 在體內(nèi)與類亞家族的其他成員形成異型低聚復(fù)合物,家族成員- HspB8/ Hsp22,磷酸化蛋白激酶及位點(diǎn) PKC : Ser-14 Thr-63 p44MAPK : Ser-27 Thr-87 K141N/E 突變見于遺傳性末梢運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病 K141N 突變也見于腓骨肌萎縮 Charcot-Marie-Tooth disorder (CMT),mtHspB8與HspB1共定位,家族成

11、員- HspB9/ HspB10,均特異性表達(dá)于睪丸提示與性別相關(guān) HspB9表達(dá)于生殖細(xì)胞，而 HspB10曾被稱為精子鞭毛外層致密纖維蛋白1 (ODF1) HspB9在許多腫瘤組織中有表達(dá)，認(rèn)為屬于（Cancer/Testis Antigens, CAT） HspB10 的表達(dá)部位及與骨架蛋白的部分相似性提示其對(duì)細(xì)胞骨架有重要作用,小熱休克蛋白研究進(jìn)展,分子伴侶活性 保護(hù)細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu) 抗凋亡 組織特異性表達(dá) 基因突變,小熱休克蛋白研究進(jìn)展,缺血再灌注損傷： 心肌梗塞 腦缺血再灌注 腫瘤 神經(jīng)系統(tǒng)疾病： 肌病 神經(jīng)退行性疾病 遺傳病,小熱休克蛋白研究進(jìn)展,心肌梗塞保護(hù)細(xì)胞骨架,缺血損傷能對(duì)細(xì)

12、胞骨架造成嚴(yán)重?fù)p害 心肌細(xì)胞骨架的變化先于心肌缺血的超微結(jié)構(gòu)的變化,該損傷明顯影響心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能 在生理情況下，BC與細(xì)胞骨架成分有相互作用，在應(yīng)激情況下，這一作用得到增強(qiáng) 磷酸化的HspB2/20結(jié)合并穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白,抑制了由-激動(dòng)劑介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提高心衰患者生存率,心肌梗塞抑制凋亡,磷酸化及非磷酸化的HspB1/27對(duì)保護(hù)心肌細(xì)胞收縮功能及維持細(xì)胞的完整性均同樣有意義 HspB2，HspB5基因敲除老鼠生理情況下心肌收縮性正常，I/R后表現(xiàn)出心肌收縮功能明顯下降伴隨更多的細(xì)胞壞死及凋亡,缺血再灌注損傷后，HspB1 、 HspB2 、 HspB5 、HspB6 和HspB7分別沉積在

13、肌絲Z 線、帶和閏盤等處，通過穩(wěn)定肌小節(jié)來減輕心衰過程中的損傷,熱誘導(dǎo)心肌細(xì)胞中HspB5的表達(dá)變化,Sarcomere：肌小節(jié),腦缺血再灌注-HspB5,缺血再灌注損傷后膠質(zhì)細(xì)胞核周呈現(xiàn)B-晶體蛋白環(huán)狀濃染，延伸并顯示部分突起（呈串珠狀）,TGN38為高爾基體的特異性標(biāo)志物，HSP22 及TGN38 的細(xì)胞內(nèi)熒光均表現(xiàn)為核周環(huán)狀染色，共聚焦觀察發(fā)現(xiàn)HSP22的紅色免疫熒光及TGN38的綠色免疫熒光發(fā)生了明顯的重疊,腦缺血再灌注-HspB8,腫 瘤,凋亡失衡 致病因素&保護(hù)因素 腫瘤標(biāo)記物：HspB1, HspB8, HspB9細(xì)胞,腫 瘤,HspB1在惡性纖維組織細(xì)胞瘤中表達(dá)提示較好預(yù)后 H

14、spB1在體外抑制黑色素瘤生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)移及進(jìn)展 在成神經(jīng)細(xì)胞瘤中HSPB1 的高表達(dá)可以抑制N2myc 基因擴(kuò)增,限制成神經(jīng)細(xì)胞瘤的發(fā)展 HspB1增強(qiáng)抗腫瘤藥物的有效性，并減輕由化療所致的正常細(xì)胞凋亡,HspB1在乳腺癌表達(dá)增多，與雌激素受體呈相關(guān)性，伴隨較短的無病存活時(shí)間，預(yù)后差，增加轉(zhuǎn)移 HspB1與E2鈣粘素、間質(zhì)金屬蛋白酶9 的相互作用賦予了黑色素瘤的惡性生物學(xué)行為 HspB1/ HspB5抑制凋亡，致凋亡失衡，促進(jìn)腫瘤發(fā)生,NO,YES,診斷:惡性腫瘤標(biāo)記物 治療 治療前: 治療方案的選擇 治療中: 療效評(píng)價(jià) 預(yù)后評(píng)價(jià),腫 瘤,神經(jīng)系統(tǒng)疾病退行性病變,阿爾茨海默氏病（AD），帕金森病，肌萎縮側(cè)索硬化癥等都表現(xiàn)為蛋白質(zhì)構(gòu)型改變所致錯(cuò)誤折疊，蛋白質(zhì)的異常聚集，神經(jīng)元內(nèi)部及外部淀粉狀纖維蛋白的堆積,Tau 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中大量表達(dá)的一類低分子量的微管相關(guān)蛋白（MAP），尤其表達(dá)于神經(jīng)元軸突 Tau 蛋白病的病理改變?yōu)楦叨攘姿峄?，不可溶的Tau 蛋白在神經(jīng)元的異常聚集，阿爾茨海默氏?。ˋD）是最常見的Tau蛋白病 在AD，HspB5在活化的膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，同時(shí)也表達(dá)于膠質(zhì)細(xì)胞中Tau蛋白包涵體中，提示其參與Tau蛋白異