分子伴侣的作用探析

李绪友

湖北生态工程职业技术学院，湖北 武汉 430200

分子伴侣的作用探析

李绪友

湖北生态工程职业技术学院，湖北 武汉 430200

李绪友

分子伴侣不仅是一大类在蛋白质折叠、组装、复性、转运和降解等方面具有重要功能的蛋白质，随着研究的深入，还发现分子伴侣而且是在病毒感染、DNA复制、转录、抗衰老和信号转导等方面也具有重要的功能，本文对此进行了综述。

分子伴侣；复性；蛋白折叠；信号转导；病毒感染；抗衰老

分子伴侣是一大类在序列上不相关在功能上却相同的蛋白质。分子伴侣在防止未折叠的蛋白质变性和促进聚集的蛋白质溶解复性两方面都发挥着重要作用。生物细胞在经受高温等胁迫时，分子伴侣就以热休克蛋白Hsp(heat shock protein)的形式表现出来，因此热休克蛋白其实就是一大类分子伴侣。分子伴侣主要分为Hsp70 家族、Hsp90家族、伴侣素家族Cpn以及其他种类分子伴侣。其中Hsp70 家族是进化上最保守、应用上较广泛和研究上成热门的家族。Hsp90 家族能与细胞内许多重要的生物活性蛋白相互作用，共同调节抗原递呈、基因转录等功能。Cpn家族以依赖ATP方式促进体内正常和应急条件下蛋白质折叠。其他种类分子伴侣如核质数、T受体结合蛋白、噬菌体编码的支架蛋白等，目前研究不多。

1 分子伴侣在蛋白质复性、折叠和组装中的作用

在基因重组技术中，很多利用原核生物为宿主细胞的外源基因表达产物如干扰素、尿激酶、人胰岛素等，它们一般不能分泌到细胞外，而且会在细胞内聚集成没有生物活性的固体颗粒包含体。具有正确的高级结构的蛋白质才有生物活性，这些基因表达产物因为没有正确的高级结构，尽管具有正确的一级结构，也并不表现出生物学活性。有些学者从生物体内和体外两方面试验分子伴侣辅助蛋白质复性功能，结果成功地解决了蛋白质复性难题。董晓燕等利用固定化分子伴侣GroE，在体内试验GroE对变性溶菌酶的复性效果，结果取得成功。在体外，固定化的分子伴侣能否对变性的淀粉酶、碳酸酐酶、DNA酶复性，Teshima等的研究也取得了成功。

Levinthal[1]研究表明，如果有分子伴侣的协助，体外合成的蛋白质能正确的折叠和组装，反之则不能或者是速度很慢。在生物体内蛋白质折叠和组装的速度很快，甚至只需几秒至几分钟，就是有分子伴侣参与的结果。Levinthal认为蛋白质的折叠是逐步积累选择的结果，折叠过程中如果产生正确的部分将被保留，这样经过一系列连续的正确部分保留而完成折叠，分子伴侣在这一过程中起重要协助作用，从而使蛋白质折叠能迅速完成。在蛋白质折叠和组装过程中，分子伴侣具有识别那些未折叠的肽链和未组装的亚基，通过与它们形成复合物防止错误折叠或聚集成包涵体。此外，分子伴侣可以促进折叠错误的蛋白质降解。如果这些错误折叠的蛋白质不被分子伴侣降解，将产生如老年痴呆症、癌症、肺气肿和帕金森氏病等分子伴侣病。

2 分子伴侣在病毒感染中的作用

研究表明：病毒的增殖过程与分子伴侣密切相关，分子伴侣不仅参与病毒基因组的复制、转录和翻译的过程而且也在病毒粒子的装配成熟和病毒成分在宿主体内的转运过程中发挥了作用。两方面因素决定了病毒对细胞的感染，病毒的成分如其表面的特异蛋白和细胞成分如其表面的特异性受体的参与是一重要因素，细胞和(或)病毒表面的一些非特异性的相关辅助因子的参与是一另重要因素。病毒在感染细胞时，其表面的蛋白质构象发生改变是入侵细胞的必需条件，而蛋白质构象的改变是由分子伴侣的作用引起的。轮状病毒表面的VP4和VP7蛋白在分子伴侣的作用下发生了构象的改变后才进入细胞，Hewish等在研究中得到证实。ZyIicz等的研究发现，分子伴侣DnaK及辅伴侣分子DnaJ是λ噬菌体DNA复制所必需的。Liu等研究表明，Hsc70伴侣分子和Hsp40激发蜗牛酶E1结合到复制起始位点后才导致了乳头瘤病毒的复制。同病毒DNA复制一样，某些病毒在转录过程中也需要分子伴侣的参与。Og1esbee等发现麻疹病毒MV和犬瘟热病毒CDV的RNA转录水平由于Hsp72以依赖ATP的方式与两者的RNP的可逆性结合而提高了。分子伴侣除了调节病毒基因转录外，也在翻译中起重要作用。Kim等研究表明，在热应激条件下，分子伴侣既对脑心肌炎病毒蛋白质的翻译有作用又对C型肝炎病毒的蛋白质的翻译有效，但对脊髓灰质炎病毒是无效的。HBV的组装需要先以其RNA为模板生成RNP，包括病毒聚合酶和一段前基因组RNA片段epsilon。Hu等证实HBV的RNP的合成需要宿主细胞的分子伴侣如Hsp90和p23等的参与。病毒在植物细胞内的传播方式包括通过细胞间局部运动和通过脉管的长距离运输。甜菜黄化病毒(BYV)在细胞之间的局部移动是通过Hsp70的类组物(Hsp70h)介导的。Prokhnevsky等发现，Hsp70h与BYV的另外一个蛋白p20相互作用，p20对病毒的组装和病毒在细胞之间的局部移动无关，但是对病毒的长距离运输是必要的[2]。

分子伴侣在病毒感染中如何发挥作用，尚有许多问题没有研究清楚。随着分子伴侣研究的深入，分子伴侣疫苗已经在肿瘤免疫和治疗的基础研究方面取得了很大的进程。开展病毒与分子伴侣的相互关系的深入研究可能为病毒病的防控提供新的途径[3]。

3 分子伴侣在抗衰老中的作用

目前的研究认为：衰老取决于生物体在同内在和外在的多种应激源长期进行的一场斗争，而这场斗争注定是走向失败的这就是衰老，与“衰老程序”能否成功运行无关。研究显示：细胞内生物大分子如果发生损伤（这些损伤包括DNA损伤、端粒的丢失、蛋白质的损伤和在胞内的聚集以及线粒体损伤等多种情况。）不能及时被修复或清除而发生堆积是衰老的重要原因。生物体的内外环境共同作用导致各种损伤在细胞内日积月累，逐步导致了老化。因此研究机体对付应激修复损伤的机制将成为研究衰老机制的切入点。分子伴侣参与了一个蛋白质从翻译出来开始一直到它被降解为止的全过程。研究表明：①在年老的个体中，heat shock factor 1(HSF一1) 和DNA的结合能力大幅降低，尽管它的蛋白水平和转录活性没有明显变化，还是引起了在应激状态下细胞诱导表达分子伴侣的能力下降；②另外，在年轻大鼠和年老大鼠的胞浆中分子伴侣的活性对比研究中发现，前者明显高于后者，分析认为可能是分子伴侣在保护其它蛋白的同时受到氧化应激损伤的结果；③与此同时，胞内蛋白随着细胞的老化损伤的会越来越多，胞内蛋白酶体如果要降解这些损伤的蛋白需要分子伴侣的辅助，但是分子伴侣的活性会被某些氧化或聚集的蛋白抑制，从而使胞内蛋白降解能力降低，这样就有更多的分子伴侣被等待降解的蛋白占有，减少了分子伴侣对新合成的蛋白和其它一些正常蛋白的辅助[4]。

人们有了这些衰老分子机制的认识后，认为机体的分子伴侣的表达水平或生物学活性对衰老和疾病将产生重要影响，众多研究证实了两者水平提高会起到延缓作用。在对HSF—l的活性研究中发现，对果蝇进行短暂的热休克处理或在C.elegans中过表达HSF—l均可以显著延长动物的寿命，如果降低或破坏HSF—l的活性会导致C.elegans的衰老加速。HSF一1的过表达还可使植物种子的保存时间大大延长，说明HSF一1起着延缓个体衰老的作用[5]。

4 分子伴侣在DNA复制、转录及信号转导中的作用

研究表明，DNA的复制和转录离不开分子伴侣的作用。研究发现,热休克蛋白转录的调控过程就有Hsp70的参与。转录因子HSF介导了热诱导的Hsp的转录激活。正常情况下,由于Hsp70、Hsp90的共同作用,常常使HSF保持单体状态。热诱导时，由于变性蛋白增加，Hsp70、Hsp90在其他配体竞争下解离，从而使HSF分子多聚化并获得DNA结合活性，进行热休克应答，Hsp大量表达后导致活化HSF构象改变，使热休克反应减弱并终止[6]。

分子伴侣在信号转导中也有重要作用。例如：Hsp70已被认为是一种抗凋亡蛋白，其作用机制也被认为是作为一种压力感受器来阻断凋亡路径。又例如：Hsp90是一促进细胞内基础表达水平的分子伴侣。糖皮质激素受体(glucocoricoid receptor, GR)必须要通过与Hsp90的作用才能产生配体结合活性。糖皮质激素受体既可和分子伴侣如Hsp90结合又可和激素结合，因此它是一个调节基因表达的蛋白。如果遇到没有激素作用的情况下，糖皮质激素受体就同Hsp90结合存在于胞质中。如果遇到激素的刺激作用，糖皮质激素受体就同激素结合，而与分子伴侣分开，并进入细胞核结合于特定的DNA上从而启动基因的表达。

分子伴侣功能众多，其本身结构和功能的缺陷也参与了疾病的发生，这类疾病被归为分子伴侣病。随着对分子伴侣知识研究的不断深入，越来越多的疾病可以被定义为分子伴侣病；也有越来越多的蛋白质被认为具有分子伴侣的功能。阐明分子伴侣在这类疾病发病机制中所起的作用对疾病的预防具有重要的意义，并可通过对分子伴侣的直接干预达到疾病治疗的目的。

[1]Levinthal C Are there pathways for protein folding[J]．2004,32(3)．

[2]Santanu Bose，Mausumi Basu，Amiya K B. Role of nucleolin In human paraifluenza virus Type 3 infection of human lung epithelial cells[J]．J virol，2009，78(15)：8146-8 158．

[3]刘菲，程安春，曾智勇.分子伴侣在病毒感染中的作用[J].中国兽医学报,2009,26(1).

[4]邱玉华，李运山.衰老与分子伴侣研究进展[J].化工时刊，2010，24(12)．

[5]Kirkwood T B L. Understanding the odd science of aging[J].Cell,2008,120,437—447．

[6]潘云娣，杨文鸽，侯温甫，孙翠玲．分子伴侣结构与功能的研究进展[J]. 生物学通报,2012,41(3).

Analysis of the Effect on the Molecular Chaperone

LI Xuyou
Hubei Vocational College of Ecological Engineering，Wuhan 430200

Molecular chaperones are a class of important function protein not only in protein folding, assembly, renaturation, transport and degradation, with the in-depth study,molecular chaperones and also has an important function of the protein in the viral infection, DNA replication, transcription, anti-aging and signal transduction etc. This paper summarizes.

Molecular Chaperone; Renaturation; Protein Floding; Signal Transduction; Virus Infection; Anti-aging

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.24.012

李绪友（1972-），男，讲师，主要从事高职生物教学与科研工作。