热休克蛋白70在心肌缺血/再灌注损伤中的作用

高奎乐(综述)，王 涛(审校)

(遵义医学院深圳市儿童医院心血管中心，广东深圳518026)

热休克蛋白(heat shock protein，HSP)，也称应激蛋白，首先从果蝇在热应激环境中诱导合成而命名［1］，是生物体或离体培养细胞在应激状态下产生的一类内源性保护蛋白。HSP正常情况下存在于细胞内，当细胞坏死时内容物外溢、HSP与缩氨酸(Peptide)的复合体释放到细胞外，与抗原呈递细胞表面的CD91受体结合，刺激淋巴系统产生一系列免疫反应。HSP家族是与创伤耐受有关的一组高度保守的特殊蛋白质，而HSP70是家族中含量最多的一种，在应激反应中作用最强，升高最显著［2］。现对HSP70在心肌缺血/再灌注损伤中的作用进行综述。

1 HSP70的生物学特性

HSP70是广泛存在于真核生物中高度保守的重要蛋白质家族。研究表明［3］，在人类HSP70基因结构中未发现内含子。热休克转录因子(HSF)和HSP基因上特异DNA片段，即热休克素(HSE)的结合在HSP70的产生中起主要作用。HSP具有协同免疫作用、调节细胞凋亡过程，在应激反应中具有细胞保护作用。已经有实验证明，HSP70通过参与蛋白质伸展折叠过程，与细胞内许多功能蛋白结合从而保护脑缺血后的脑细胞［4］。

2 心脏直视手术下的心肌损伤

2.1 心肌损伤的主要发生机制 虽然近年来心脏外科技术和体外循环(cardiopulmonary bypass，CPB)灌注水平有了较大提高，但通过对心脏手术临床资料分析后认为［5］，术后因心肌损伤导致心功能不全及住院病死率居高不下的重要原因与心肌保护的不够完善有很大关系。心脏直视手术的患者由于基础疾病的影响，本身即可能存在心肌损伤。CPB下的特殊生理病理过程对心肌也有损伤［6］，CPB设备的非生物表面物质与血液直接接触，机械损伤以及控制性休克过程，组织器官灌注失衡、炎性反应等多种途径都会对人体造成某种程度的损伤。

CPB造成心肌损伤的机制较为复杂，其中心肌缺血、缺氧和缺血/再灌注损伤是主要原因。CPB过程中，需要阻断心肌血运使心脏停搏，然后进行手术。因此，就会造成心肌的缺血、缺氧，并以此为基础还会导致心肌缺血/再灌注损伤，心肌功能代谢、形态都会产生损伤性变化。

2.2 缺血/再灌注损伤在心肌损伤中的重要作用现阶段手术中心肌保护措施应用及改良，缺血/再灌注损伤在某种程度上成为CPB对心肌损伤的重要部分，甚至比缺血损伤更严重。当心肌细胞低灌注缺血后获得血液再供应时，不但未使组织细胞缺血性损害减轻或恢复，反而加重了缺血性损伤［7］。大量实验证实，缺血/再灌注虽可改善心肌供血，但加重了单纯心肌缺血所造成的损伤，如心律失常、梗死面积扩大、持久性心室收缩功能低下等。其病理变化可表现为心肌细胞的完整性破坏，肌纤维破坏性超微结构的改变，微血管损伤和无灌注现象等。

3 HSP70在心肌缺血/再灌注损伤中的作用

3.1 HSP70在应激状态下的作用 HSP70在心肌缺血/再灌注损伤中起着重要作用，心肌细胞在受到各种应激(高热、缺氧等)时，产生的HSP70可以增强细胞对损害的耐受程度，维持细胞的正常功能代谢，提高细胞生存率。不同类型的细胞和物种，经热诱导合成HSPs后均能提高在高温应激下的生存率，而且细胞或器官对热耐受力的强弱与HSP70水平高低呈正相关。有实验表明［8］，转染HSP70基因的大鼠心脏缺血/再灌注后心功能恢复明显优于对照组，提示内源性 HSP70在心肌损伤中起着重要的保护作用。

应激状态下HSP70能增强细胞对抗自由基的能力，维持细胞的正常功能。这可能与HSP70保护抗氧化酶，如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)等活性有关。相关的实验表明，HSP70通过恢复和维持抗氧化酶的功能，同时修复其他在应激状态下被破坏的功能蛋白结构来实现其保护功能［9］。Tanonaka等［10］通过热应激预处理的大鼠模型组实验说明HSP70对慢性心力衰竭大鼠心肌细胞收缩功能有保护作用。

3.2 HSP70抗心律失常作用 相当部分缺血/再灌注心脏会出现室性期前收缩、室性心动过速和心室纤颤等节律紊乱，而CPB下心脏手术复跳时更为常见。在原位及离体家兔心脏，缺血/再灌注、缺血预处理模型上观察心肌HSP70 mRNA的表达［11］，结果显示，缺血预处理使心肌HSP70 mRNA的表达明显高于单纯缺血/再灌注组，而心律失常发生率明显降低，说明诱导HSP70的产生明显降低了再灌注心律失常的发生。在大鼠体内诱导HSP70合成的相关实验中［12］，也得出了心律失常减少的结果。心房颤动是心外科手术中常见的一种并发症［13］。Mandal等［14］的研究结果表明，在80例经心脏外科手术的患者中，心肌细胞HSP70表达较高的患者，心房颤动的发生率低。这也提示术前诱导HSP70表达可以作为一种抗术后心房颤动的有效方法。

3.3 HSP70抗氧化作用 目前认为自由基在缺血/再灌注损伤中起重要作用。而HSP70可以通过抑制产生氧自由基的关键酶，即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，增加内源性过氧化酶SOD的水平，从而反馈性地减少氧自由基的产生，保护细胞。研究表明［15］，缺血/再灌注后自由基大量生成，同时机体的自由基防御系统，如SOD等抗氧化物功能受损，不能有效清除自由基，自由基大量堆积使膜结构破坏，细胞肿胀坏死，组织发生脂质过氧化损伤，功能受损。有研究表明，热预处理后HSP对SOD活性具有保护作用，HSP表达水平越高，体内抗氧化酶活性受保护程度越强，机体抗自由基损伤能力也就越强［16］。Hamilton等［17］也报道了热休克反应可减轻脂质过氧化损伤，改善心肌收缩功能。

近年来，国内外许多学者认为，实施心肌保护应多注重于调动心脏内源性的保护机制，以提高心肌细胞自身耐受缺血、缺氧的能力。缺血预适应对心肌的保护是迄今发现最强的内源性保护，其确切机制尚不清楚。近来研究表明［18-19］，短暂缺血/再灌注产生的氧自由基、腺苷等物质，与其相应受体结合，引起靶蛋白磷酸化及ATP敏感钾通道的开放以达到保护效果。HSP70已被证实是机体应激状态下产生的一种重要的内源性保护因子。大量的实验证实，诱导内源性HSP70的表达，对缺血/再灌注的心肌细胞产生了有效的保护作用［20-21］。HSP70可以从根本上发挥对心肌细胞的保护作用，因而具有重要的理论意义和临床应用前景。

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