:/docin/rayshiu :/docin/rayshium概概 述述小热休克蛋白家族简介小热休克蛋白家族简介 分类分类 结构结构 特性特性 功能功能小热休克家族成员简介小热休克家族成员简介 HspB1-HspB10HspB1-HspB10m临床研究及进展临床研究及进展缺血再灌注损伤缺血再灌注损伤肿瘤肿瘤神经系统疾病神经系统疾病m展展 望望m生物细胞在高温环境下所表现的以基因表达变化为特征的反生物细胞在高温环境下所表现的以基因表达变化为特征的反应称应称 热休克反应（热休克反应（heat shock response,HSRheat shock response,HSR）m所产生的一组蛋白质叫热休克蛋白（所产生的一组蛋白质叫热休克蛋白（heat shock proteins,heat shock proteins,HSPHSP）m除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导HSPHSP的产生的产生m帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集m帮助蛋白质的细胞内移位帮助蛋白质的细胞内移位m帮助变性蛋白质的复性帮助变性蛋白质的复性m通过泛素通过泛素-蛋白酶体通路清除严重受损的蛋白质蛋白酶体通路清除严重受损的蛋白质m热休克蛋白家族（热休克蛋白家族（HSP）中低分子量蛋白亚家族分子量）中低分子量蛋白亚家族分子量1243KDam作为重要的分子伴侣参与细胞骨架稳定、细胞迁移、调节细胞的生长作为重要的分子伴侣参与细胞骨架稳定、细胞迁移、调节细胞的生长与分化与分化，与多种疾病的发生，发展关系密切，与多种疾病的发生，发展关系密切m目前已发现并证实的哺乳动物小热休克蛋白目前已发现并证实的哺乳动物小热休克蛋白 HSPB1-B10 HspBAlternativeNameGene LocusAmino Acid ResiduesMolecular Weight(KDa)HspB1Hsp277p12.319922-23HspB2MKBP11q22q2318220HspB3HspL275q11.215017HspB4A-crystallin/CRYAA1q22.3170-18020HspB5B-crystallin/CRYAB11q22.3q23.117520HspB6Hsp2019q13.1315717HspB7cvHsp1p36.2p34.317018-19HspB8Hsp22/E2IG112q24.23190-20021-22HspB917q21.216017-18HspB10ODF18q2225028-29m类亚家族成员类亚家族成员 呈现泛素化表呈现泛素化表(ubiquitous expression)无组织特异性无组织特异性 包括包括 HspB1,HspB5,HspB6,HspB8m类亚家族成员类亚家族成员 肌原性组织（肌原性组织（m）睾丸组织（睾丸组织（t）眼晶状体（眼晶状体（e）m:HspB2,HspB3,HspB7 t :HspB9，HspB10 e:HspB4m低分子量蛋白质低分子量蛋白质m具有保守的中央具有保守的中央“晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域”m形成大的形成大的低聚复合物低聚复合物m与变性蛋白质形成大的与变性蛋白质形成大的具有特点的复合物具有特点的复合物m具有具有非非ATPATP依赖依赖的分子伴侣活性的分子伴侣活性Nature Structural Biology 2001;8,1025-1030 m 四聚体为结合底物的活性单位四聚体为结合底物的活性单位m 不同的小热休克蛋白之间可以交换亚单位不同的小热休克蛋白之间可以交换亚单位 相似的四级结构相似的四级结构 相似的亚单位位置相似的亚单位位置 CRYAA/CRYAB/HSPB1/B2/B6/B8m不同底物可结合于同一低聚物不同底物可结合于同一低聚物m亚单位与底物结合稳定亚单位与底物结合稳定m底物结合的亚单位在不同小热休克蛋白之间可以底物结合的亚单位在不同小热休克蛋白之间可以互换互换m亚单位不会自发释放结合的底物亚单位不会自发释放结合的底物m与与ATP水平有关水平有关equilibrium binding between the sHsp and the substrate non-native statessHsp oligomeric equilibrium substrate folding equilibriumHu et al,Curr Neurovasc Res 2008;Vol.5(2):143-52 m PH值值m 温度温度m 结构结构/结合位点结合位点m 亚单位的活性亚单位的活性m 低聚复合物的稳定性低聚复合物的稳定性m 目标蛋白质的分子量目标蛋白质的分子量磷酸化磷酸化疏水结构域疏水结构域m第一个在哺乳动物中被证实第一个在哺乳动物中被证实m存在于众多组织中存在于众多组织中m热诱导表达热诱导表达m磷酸化是其活性形式磷酸化是其活性形式(IL-2,TNF-,GF)磷酸化位点：磷酸化位点：Ser-15,78,82 p38 MAPK 及及 p38MAPK 激活的蛋白激酶、蛋白激酶激活的蛋白激酶、蛋白激酶C(PKC)m参与调节细胞的生长与分化参与调节细胞的生长与分化m影响细胞骨架稳定及肌肉收缩（肌动蛋白结合蛋白）影响细胞骨架稳定及肌肉收缩（肌动蛋白结合蛋白）m抗凋亡抗凋亡m与细胞耐热性及抗药性的形成有关与细胞耐热性及抗药性的形成有关m与多种肿瘤密切相关：肝癌、乳腺癌、恶性纤维组织细胞瘤、与多种肿瘤密切相关：肝癌、乳腺癌、恶性纤维组织细胞瘤、黑色素瘤等黑色素瘤等m与神经系统疾病相关与神经系统疾病相关 m强直性肌营养不良蛋白激酶结合蛋白强直性肌营养不良蛋白激酶结合蛋白(Myotonic dystrophy protein kinase binding protein，MKBP)m存在于心肌，骨骼肌存在于心肌，骨骼肌m与与HspB5基因串联排列在人类的第基因串联排列在人类的第11 号染色体上号染色体上,由共同的由共同的启动子来启始基因的转录启动子来启始基因的转录m无明显磷酸化无明显磷酸化m热诱导不影响表达热诱导不影响表达m对骨骼肌、心肌细胞的发育是必需的对骨骼肌、心肌细胞的发育是必需的m热休克后在细胞内重新分布热休克后在细胞内重新分布,作用于细胞骨架结作用于细胞骨架结构构m在强直性肌营养不良患者骨骼肌细胞中表达上在强直性肌营养不良患者骨骼肌细胞中表达上调调m通过分析人类心肌通过分析人类心肌cDNA 文库而发现的文库而发现的,定位于定位于人类染色体人类染色体5q11.2m通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列m对维持心肌细胞的结构和功能非常重要对维持心肌细胞的结构和功能非常重要m在环境压力下在环境压力下,迁移到细胞骨架并与之结合，抑迁移到细胞骨架并与之结合，抑制肌动蛋白的聚集制肌动蛋白的聚集m由由 Berzelins 于于18301830年从晶状体中分离出来并首次命名年从晶状体中分离出来并首次命名 A 晶体蛋白晶体蛋白(A-crystallin,CRYAA 或或 HSPB4)B 晶体蛋白晶体蛋白(B-crystallin,CRYAB 或或 HSPB5)m A与与B 晶体蛋白在基因序列上具有晶体蛋白在基因序列上具有53%同源性同源性Crystallin-A-crystallinB-crystallin A B C D E F G 热应激对心肌细胞热应激对心肌细胞B-晶状体蛋白合成的影响晶状体蛋白合成的影响 A：细：细胞培养于胞培养于37；B,C,D,E,F：细胞于：细胞于43培养培养1h后后恢复恢复1h，3h，6h，12h，24h;G：B-晶状体蛋白的晶状体蛋白的标准蛋白标准蛋白m表达于许多组织，尤其在心脏中有很高的表达，达表达于许多组织，尤其在心脏中有很高的表达，达1.3%m与与 HspB1 和和 HspB5 有很高的同源性有很高的同源性m热诱导不影响表达热诱导不影响表达m磷酸化磷酸化 位点：位点：Ser-16 Ser-157 磷酸化酶：磷酸化酶：PKA/PKGm中性及偏碱性环境下活性增强，酸性环境活性显著下降中性及偏碱性环境下活性增强，酸性环境活性显著下降m与血管平滑肌舒张有关与血管平滑肌舒张有关m抑制血小板聚集抑制血小板聚集m增强体外心肌细胞收缩功能增强体外心肌细胞收缩功能m缺血再灌注后在心肌细胞内重新分布于细胞骨架缺血再灌注后在心肌细胞内重新分布于细胞骨架系统，对抗再灌注诱发的心肌细胞凋亡，减轻心系统，对抗再灌注诱发的心肌细胞凋亡，减轻心肌梗塞，促进功能恢复肌梗塞，促进功能恢复mCardiovascular heat shock protein(cvHsp)选择性表达于心血管系统以及胰岛素敏感组织选择性表达于心血管系统以及胰岛素敏感组织（骨骼肌，脂肪组织），其中，心脏表达很高，（骨骼肌，脂肪组织），其中，心脏表达很高，骨骼肌含量中等，脂肪组织表达最少骨骼肌含量中等，脂肪组织表达最少m与与 HspB1-6 有有 26-49%的同源性的同源性m与心肌收缩有关，对心肌有明确的保护作用与心肌收缩有关，对心肌有明确的保护作用m与与-丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合m基因定位于基因定位于1p36.2-p36.3,多个人类遗传性疾病基因多个人类遗传性疾病基因定位于这一区域，如心肌病，骨骼肌疾病等定位于这一区域，如心肌病，骨骼肌疾病等m与胰岛素敏感组织有关，且在肥胖症老鼠模型中表达与胰岛素敏感组织有关，且在肥胖症老鼠模型中表达增加提示可能与肥胖症以及代谢紊乱疾病密切相关增加提示可能与肥胖症以及代谢紊乱疾病密切相关m显著表达于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组显著表达于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组织，胎盘，脾脏中也有表达织，胎盘，脾脏中也有表达m与与HspB1有有33%同源性同源性m对热诱导有反应，活性与温度呈相关性对热诱导有反应，活性与温度呈相关性m在体外以单体形式存在并具有活性在体外以单体形式存在并具有活性m在体内与在体内与类亚家族的其他成员形成异型低聚复类亚家族的其他成员形成异型低聚复合物合物m磷酸化蛋白激酶及位点磷酸化蛋白激酶及位点 PKC :Ser-14 Thr-63p44MAPK:Ser-27 Thr-87mK141N/E 突变见于遗传性末梢运动神经元病突变见于遗传性末梢运动神经元病mK141N 突变也见于腓骨肌萎缩突变也见于腓骨肌萎缩 Charcot-Marie-Tooth disorder(CMT)Hsp27mtHsp22共定位共定位核染色核染色m均特异性表达于睾丸提示与性别相关均特异性表达于睾丸提示与性别相关mHspB9表达于生殖细胞，而表达于生殖细胞，而 HspB10曾被称为曾被称为精子鞭毛外层致密纤维蛋白精子鞭毛外层致密纤维蛋白1(ODF1)mHspB9在许多肿瘤组织中有表达，认为属于在许多肿瘤组织中有表达，认为属于（Cancer/Testis Antigens,CAT）mHspB10 的表达部位及与骨架蛋白的部分相似的表达部位及与骨架蛋白的部分相似性提示其对细胞骨架有重要作用性提示其对细胞骨架有重要作用m分子伴侣活性分子伴侣活性m保护细胞骨架结构保护细胞骨架结构m抗凋亡抗凋亡m组织特异性表达组织特异性表达m基因突变基因突变m缺血再灌注损伤：缺血再灌注损伤：心肌梗塞心肌梗塞脑缺血再灌注脑缺血再灌注m肿瘤肿瘤m神经系统疾病：神经系统疾病：肌病肌病神经退行性疾病神经退行性疾病遗传病遗传病m缺血损伤能对细胞骨架造成严重损害缺血损伤能对细胞骨架造成严重损害 m心肌细胞骨架的变化先于心肌缺血的超微结构的心肌细胞骨架的变化先于心肌缺血的超微结构的变化变化,该损伤明显影响心肌细胞的结构和功能该损伤明显影响心肌细胞的结构和功能 m在生理情况下，在生理情况下，BC与细胞骨架成分有相互作用，与细胞骨架成分有相互作用，在应激情况下，这一作用得到增强在应激情况下，这一作用得到增强 m磷酸化的磷酸化的HspB2/20结合并稳定肌动蛋白结合并稳定肌动蛋白,抑制了抑制了由由-激动剂介导的细胞凋亡，提高心衰患者生存激动剂介导的细胞凋亡，提高心衰患者生存率率m磷酸化及非磷酸化的磷酸化及非磷酸化的HspB1/27对保护心肌细胞收对保护心肌细胞收缩功能及维持细胞的完整性均同样有意义缩功能及维持细胞的完整性均同样有意义mHspB2，HspB5基因敲除老鼠生理情况下心肌收基因敲除老鼠生理情况下心肌收缩性正常，缩性正常，I/R后表现出心肌收缩功能明显下降伴后表现出心肌收缩功能明显下降伴随更多的细胞坏死及凋亡随更多的细胞坏死及凋亡m缺血再灌注损伤后，缺血再灌注损伤后，HspB1、HspB2、HspB5、HspB6 和和HspB7分别沉积在肌丝分别沉积在肌丝Z 线、线、带和闰盘等带和闰盘等处，通过稳定肌小节来减轻心衰过程中的损伤处，通过稳定肌小节来减轻心衰过程中的损伤B-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PWestern blot Western blot 显示热应激导致心肌细胞中显示热应激导致心肌细胞中B-B-晶状体蛋晶状体蛋白从胞浆向细胞器转移白从胞浆向细胞器转移 Ctrl 0h 1h 2h 0h 2h 4h 6h 0h 2h 4h 6hHS10HS30HS60缺血再灌注损伤后胶缺血再灌注损伤后胶质细胞核周呈现质细胞核周呈现B-晶体蛋白晶体蛋白环状浓染，环状浓染，延伸并显示部分突起延伸并显示部分突起（呈串珠状）（呈串珠状）m在大脑中动脉缺血在大脑中动脉缺血/再灌注的再灌注的大鼠模型中，缺血半暗带中神大鼠模型中，缺血半暗带中神经元及胶质细胞中经元及胶质细胞中HspB5 表表达上调，提示其在缺血后的大达上调，提示其在缺血后的大脑中扮演重要角色脑中扮演重要角色 TGN38为高尔基体的特异性标志物，HSP22 及TGN38 的细胞内荧光均表现为核周环状染色，共聚焦观察发现HSP22的红色免疫荧光及TGN38的绿色免疫荧光发生了明显的重叠 TIME7D3D1D6HNORMALTHE NUMBER OF POSITIVE CELLS100806040200GROUPHsp22HIF-1正常组和缺血再灌注组在不同时间点Hsp22和HIF-1表达趋势线图 HspB6HIF-1低氧诱导因子-1 缺氧诱导相关性表达提示可能存在协同作用mMasayuk 等首次在有心血管意外的患者血循环中检测到了高浓度的Hsp20/HspB6；有学者发现患有心肌疾病6周的小鼠静脉血血浆中的Hsp20/HspB6 含量较对照组有显著升高 m 作用机制:(1)抗血小板聚集 (2)舒张血管平滑肌 (3)稳定细胞骨架 (4)抗凋亡 复杂性动脉粥样硬化斑块中HspB1表达水平下降，患者血浆中HspB1表达较健康对照组血浆中要低HSP27动脉血清浓度变化 HSP20动脉血清浓度变化 m血浆血浆HspB1为动脉粥样硬化潜在实验室辅助检验指标为动脉粥样硬化潜在实验室辅助检验指标m将将Hsp20Hsp20的检测推广至人体试验，评估其作为短暂性脑缺血发作辅助的检测推广至人体试验，评估其作为短暂性脑缺血发作辅助检测指标的可行性研究检测指标的可行性研究m凋亡失衡凋亡失衡m致病因素致病因素&保护因素保护因素m肿瘤标记物：肿瘤标记物：HspB1,HspB8,HspB9细胞凋亡过少凋亡过少增殖过快增殖过快HspB1在恶性纤维组织细胞瘤中表达提示较好预后HspB1在体外抑制黑色素瘤生长，转移及进展在成神经细胞瘤中HSPB1 的高表达可以抑制N2myc 基因扩增,限制成神经细胞瘤的发展HspB1增强抗肿瘤药物的有效性，并减轻由化疗所致的正常细胞凋亡HspB1在乳腺癌表达增多，与雌激素受体呈相关性，伴随较短的无病存活时间，预后差，增加转移HspB1与E2钙粘素、间质金属蛋白酶9 的相互作用赋予了黑色素瘤的恶性生物学行为HspB1/HspB5抑制凋亡，致凋亡失衡，促进肿瘤发生m诊断诊断:恶性肿瘤标记物恶性肿瘤标记物m治疗治疗 治疗前:治疗方案的选择 治疗中:疗效评价m预后评价预后评价mHspB1-3,HspB5-8大量表达于肌肉组织大量表达于肌肉组织mHspB1，HspB5，HspB6聚合物及聚合物及HspB2，HspB3聚合物存在于应激后的肌细胞胞浆中聚合物存在于应激后的肌细胞胞浆中 mHspB2在肌强直性营养不良患者肌细胞中表达上调在肌强直性营养不良患者肌细胞中表达上调mHspB5在肌萎缩中起关键作用在肌萎缩中起关键作用mHspB6过表达与心肌肥厚密切相关过表达与心肌肥厚密切相关mDesmin-related myopathy(DRM)临表临表:进行性四肢肌无力，心脏传导阻滞、心衰进行性四肢肌无力，心脏传导阻滞、心衰(猝死猝死)，可累及颅神经，可累及颅神经 (面神经麻痹，延髓麻痹面神经麻痹，延髓麻痹)，呼吸肌偶可受累，呼吸肌偶可受累病理病理:心肌及骨骼肌细胞胞浆心肌及骨骼肌细胞胞浆 desmin 阳性的异常聚合物沉积阳性的异常聚合物沉积遗传遗传:常染色体显性及隐形遗传均有报道，常染色体显性及隐形遗传均有报道，近近1/3发病与发病与 desmin 基因突基因突变有关变有关mHspB5/CRYAB能阻止能阻止desmin的异常聚集的异常聚集mCRYAB的的R120G突变：突变：结构改变结构改变 分子伴侣活性改变分子伴侣活性改变 与细胞骨架结构作用改变与细胞骨架结构作用改变 导致导致HspB5与与desmin 聚合物的形成以及肌纤维的断裂聚合物的形成以及肌纤维的断裂mDRM为由为由desmin&/or HspB5突变所致的疾病突变所致的疾病m神经系统自身免疫性疾病，诱导细胞及体液免疫的发生神经系统自身免疫性疾病，诱导细胞及体液免疫的发生 mHspB5在急性和慢性在急性和慢性MS的少突胶质细胞及星型胶质细的少突胶质细胞及星型胶质细胞中表达并具免疫活性胞中表达并具免疫活性 mMS中中HspB5被抗原呈递至被抗原呈递至T细胞，且细胞，且T细胞对细胞对HspB5的的反应比其他因子要强反应比其他因子要强m作为作为MS髓鞘中唯一免疫显性的抗原，髓鞘中唯一免疫显性的抗原，HspB5可能在可能在MS发病机制中作为自身抗原存在伴表达增强发病机制中作为自身抗原存在伴表达增强m阿尔茨海默氏阿尔茨海默氏病（病（AD），帕），帕金森病，肌萎金森病，肌萎缩侧索硬化症缩侧索硬化症等都表现为蛋等都表现为蛋白质构型改变白质构型改变所致错误折叠，所致错误折叠，蛋白质的异常蛋白质的异常聚集，神经元聚集，神经元内部及外部淀内部及外部淀粉状纤维蛋白粉状纤维蛋白的堆积的堆积NormalAlzheimermTau 是中枢神经系统中大量表达的一类低分子量是中枢神经系统中大量表达的一类低分子量的微管相关蛋白（的微管相关蛋白（MAP），尤其表达于神经元轴），尤其表达于神经元轴突突mTau 蛋白病的病理改变为高度磷酸化，不可溶的蛋白病的病理改变为高度磷酸化，不可溶的Tau 蛋白在神经元的异常聚集，阿尔茨海默氏病蛋白在神经元的异常聚集，阿尔茨海默氏病（AD）是最常见的）是最常见的Tau蛋白病蛋白病m在在AD，HspB5在活化的胶质细胞中表达上调，在活化的胶质细胞中表达上调，同时也表达于胶质细胞中同时也表达于胶质细胞中Tau蛋白包涵体中，提蛋白包涵体中，提示其参与示其参与Tau蛋白异常聚集的病理过程，并从中蛋白异常聚集的病理过程，并从中起保护作用起保护作用 TAU-POSITIVETAU-POSITIVEHspB5HspB5共定位共定位共定位共定位帕金森病脑组织包涵体m疾病的诊断疾病的诊断标志物：血浆标志物：血浆/组织组织/肿瘤肿瘤基因诊断：基因突变基因诊断：基因突变m疾病的治疗疾病的治疗 药物药物 基因治疗基因治疗m小热休克蛋白分子伴侣功能实现的具体机制小热休克蛋白分子伴侣功能实现的具体机制m在神经系统疾病中相应机制及临床应用价值在神经系统疾病中相应机制及临床应用价值m肿瘤发生发展中可能存在的作用及意义肿瘤发生发展中可能存在的作用及意义 :/docin/rayshiu :/docin/rayshiu。