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1、中国科学院研究生院 博士学位论文热休克反应与哺乳动物的高海拔（缺氧）适应申请学位级别 博士 学科专业名称 资源动物学 培养单位 中国科学院西北高原生物研究所 论文摘要热休克反应与哺乳动物的高海拔（缺氧）适应本研究对生物的适应性进行了细致的探讨和研究，利用免疫学和分子生物学手段研究哺乳动物的高海拔（缺氧）适应, 通过哺乳动物热休克反应(Hsp)，了解Hsp在生物体高海拔（缺氧）适应中的意义。1.从高海拔到低海拔的途径（自然缺氧）：用Western Blot和常规RT-PCR及实时荧光定量PCR（Real-time PCR Detection）测定不同海拔哺乳动物（牦牛）心肌组织中热休克蛋白70（
2、Hsp70）的表达差异和脑组织中hsp70基因的自然表达。2.从低海拔到高海拔的途径(缺氧诱导)：将低海拔哺乳动物（家兔）直接送达不同高海拔地区（海拔220033005000米）喂养三周后宰杀，再用RT-PCR测定其脑组织中Hsp70基因的诱导表达。3. 药物刺激可引起的Hsp70的表达, 抗缺氧物质(即红景天胶囊，石榴籽超临界萃取物， 塞隆肉超临界萃取物)灌喂的小鼠测定密闭缺氧存活时间; 测定经抗缺氧物质(即红景天胶囊，石榴籽超临界萃取物， 塞隆肉超临界萃取物)灌喂的小鼠Hsp70的表达。结果显示:1. 热休克反应中Hsp70的快速合成有利于维持应激时细胞的正常生理功能，Hsp70的表达存在
3、着阈值, 热休克反应的最佳条件是海拔5000米，超过海拔6000米时热休克反应减弱, Hsp70生成量与细胞的耐缺氧能力成正比。2.不同海拔哺乳动物都具有热休克反应基因，应激时高海拔哺乳动物Hsp70表达快速升高；Hsp70可被高海拔（缺氧）诱导产生。3. 抗缺氧物质(即红景天胶囊，石榴籽超临界萃取物， 塞隆肉超临界萃取物)灌喂的小鼠密闭缺氧存活时间均延长,且均出现Hsp70的表达,说明不经过高原缺氧诱导，在平原使用药物后，Hsp70的表达出现，抗缺氧药物可诱导Hsp70的表达，抗缺氧药物研究可以在平原完成,Hsp70可以作为抗缺氧药物的研究和测试指标之一。关键词： 热休克反应 热休克蛋白70
4、（Hsp70） Western Blot RT-PCR 实时荧光定量PCR 高海拔缺氧 哺乳动物 应激 糖代谢 抗缺氧药物 诱导Abstract:Heat Shock Response and Mammal Adaptation to High Elevation (Hypoxia)The mammals high elevation (hypoxia) adaptation was studied by using the immunological and the molecular biological methods to understand the significance of
5、Hsp (hypoxia) adaptation in the organic high elevation, through the mammal Heat Shock response (Hsp).1.From high elevation to low elevation (natural hypoxia): Western blot and conventional RT-PCR and real-time fluorescence quota PCR were adopted. Expression difference of heat shock protein of 70 (Hs
6、p70) and natural expression of brain tissue of Hsp 70 gene was determined in the cardiac muscle tissue among the different elevation mammals (yak).2.From low elevation to high elevation (hypoxia induction): The mammals (domestic rabbits) from the low elevation were sent directly to the areas with th
7、e different high elevations like 2,200, 3,300 and 5,000 meters above sea level to be raised for a period of three weeks before being slaughtered and the genetic inductive expression of the brain tissue of Hsp 70 was determined with RT-PCR. 3. medicines stimulate the Hsp70 expression which may cause,
8、 the anti- oxygen deficit matter (namely hong jing tian capsule, pomegranate seed supercritical extract, muscle of Myospalax baileyi supercritical extract) that fills the mouse determination airtight oxygen deficit survival time) ; The anti- oxygen deficit matter (namely hong jing tian capsule, pome
9、granate seed supercritical extract, muscle of Myospalax baileyi supercritical extract )that test the mouseHsp70 expression The result indicated that: 1. The speedy synthesis of Hsp 70 in the process of heat shock response is suitable to maintain the cells normal physiological functions under stress.
10、 The Hsp 70 has its threshold value. The altitude of 5,000 m above sea level is the best condition for the heat shock response and it starts to reduce when the altitude is over 6000 m above sea level. The Hsp 70 production quantity and the cell hypoxia bearing capacity have their direct ratio.2.All
11、of the mammals at different elevations possess their heat shock response gene. Hsp 70 of the high elevation mammal rises abruptly when under stress and might be induced to occur by high elevation (hypoxia).3. The anti- oxygen deficit matter (namely hong jing tian capsule, pomegranate seed supercriti
12、cal extract, muscle of Myospalax baileyi supercritical extract) fills the mouse airtight oxygen deficit survival time that has been lengthen, also appears Hsp70 the expression, explained does not pass through the plateau oxygen deficit induction, after the plain use medicine, the Hsp70 expression ap
13、pearance, the anti- oxygen deficit medicine may induce Hsp70 the expression, the anti- oxygen deficit medicine research may complete in the plain, Hsp70 may take the anti- oxygen deficit medicine the research and one of test targets.Key Words: Heat Shock Reaction, Heat Shock Protein 70 (Hsp 70), Wes
14、tern Blot, RT-PCR, Fluorescence Quota PCR, High Elevation Hypoxia, Mammal, Stress, ,Anti- oxygen deficit medicine ,Induction.英汉对照词表(一)英文缩写 英文全称 中文全称Hsr heat shock response 热休克反应Sr stress response 应激反应Hsp heat shock proteins 热休克蛋白Hsp70 heat shock protein 70 热休克蛋白70Hsf heat shock transcriptional facto
15、rs热休克转录因子Hse heat shock element 热休克元件WB Western-blot 免疫印迹hsp Induced heat shock proteins 诱导性热休克蛋白hsc Continuous heat shock proteins 结构性热休克蛋白SPSS statistical package for the social science 社会科学统计软件包SDSPAGE sodium dodecyl sulphate polyacrylamide 聚丙烯酰胺凝胶电泳gel electrophoresis英汉对照词表(二)英文缩写 英文全称 中文全称PCR p
16、olymerase chain reaction 聚合酶链反应RT-PCR Reverse Transcription-PCR mRNA的反转录和cDNA的聚合酶链式反应real-time PCR Real-time Fluorescence Reverse Transcription 实时-PCR 荧光定量逆转录酶-聚会酶链反应 h hour centigrade 摄氏度kD Kilodalton 千道尔顿目录论文摘要Abstract英汉对照词表(一)英汉对照词表(二)论文目录引言 生物适应的研究进展1缺氧文献综述11缺氧及其分类1 2高原缺氧特点及其对人体的影响13高原缺氧适应的研究进展2
17、适应的中心概念21适应是生物学的一个中心概念22生态适应研究的分子基础蛋白质组23生物对环境的适应24热休克反应第一部分 热休克蛋白的研究进展1.热休克蛋白和热休克反应11.热休克蛋白的分类和结构12 HSP70反应的调节及基因表达13 热休克蛋白的功能2热休克蛋白研究意义3. 热休克蛋白的实验实验1 . Western Blot测定不同海拔哺乳动物的HSP70的热休克反应1. 材料和方法1.1 试剂1.2 材料1. 3样品总蛋白质浓度的测定1.4抗体1.5 .聚丙烯酰胺凝胶电泳1.6电泳17.Western blot1.8染色2实验结果21 Western（免疫印迹（WB）结果3.小结实验2
18、 RT-PCR测定不同海拔哺乳动物的hsp70基因的表达1. 材料和方法1.1 实验样品采集12试剂13引物14细胞总RNA的提取15 hsp与-actin基因 的PCR16软件分析（One-Dsan2.03软件）。2实验结果21 Hsp的PCR产物22 提取的细胞总RNA质量23 RT-PCR测定不同海拔哺乳动物的hsp70基因的表达3小结实验3荧光实时RT-PCR测定不同海拔哺乳动物的hsp70基因表达差异1. 材料和方法1.1 实验样品采集12实验仪器1.3引物序列14 细胞总RNA的提取15 .cDNA标准样16 定量PCR实验17 hsp与-actin基因的PCR18 实验结果统计分
19、析2实验结果2.1-actin原始数据22 hsp基因原始数据23结果校正3小结实验4 RT-PCR测定高海拔(缺氧)诱导低海拔家兔热休克蛋白基因表达的差异1. 材料和方法1.1 实验样品采集 12引物13细胞总RNA的提取14.提取RNA 步骤15反转录16电泳 拍照17实验结果统计分析2实验结果3小结第二部分 抗缺氧物质灌胃的小鼠的抗缺氧能力和热休克反应的表达1.热休克反应2.理化和生物学因素与热休克反应3. 药物刺激引起的HSP70的表达实验5.抗缺氧物质灌胃的小鼠的抗缺氧能力测定和Western Blot测定Hsp70的热休克反应的表达1. 材料和方法1.1 试剂22动物分组及处理：2
20、3 抗缺氧物质灌胃的小鼠耐常压缺氧实验：231密闭缺氧存活时间的测定232Western Blot测定灌胃的小鼠的Hsp70的热休克反应的表达3.结果：311抗缺氧物质灌胃的小鼠密闭缺氧存活时间的影响312抗缺氧物质灌胃的小鼠的HSP70的热休克反应讨论参考文献致谢博士期间发表的论文引言 生物适应的研究进展1缺氧文献综述11缺氧及其分类缺氧(Hypoxia)是向器官和组织运送氧减少或组织利用氧发生障碍时，机体内发生的病理生理过程，主要表现为细胞生物氧化障碍、能量生成不足、无氧代谢产物蓄积、细胞功能紊乱，甚至细胞结构改变以致死亡。缺氧分类是按缺氧发生的原因划分的，一般可分为低张性低氧血症、等张性
21、低氧血症、低血流性缺氧、耗氧障碍性缺氧等四大类 1:1. 低张性低氧血症：动脉血氧分压及氧含量低于正常静脉血氧分压及氧含量也低于正常；动静脉血氧含量差小于正常；血氧容量正常。主要包括高原缺氧、外呼吸障碍所致的缺氧等。2. 等张性低氧血症：动脉血氧分压正常；血氧容量及氧含量减少；静脉血氧分压低于正常；动静脉血氧含量差大于正常。主要包括血液或血红蛋白的变化所引起的缺氧，如贫血、高铁血红蛋白症等。3. 低血流性缺氧：血氧容量正常，动脉血氧分压及氧含量基本正常，静脉血氧分压及氧含量低于正常，动一静脉血氧含量差大于正常。主要包括因循环障碍所引起的缺氧，如心力衰竭、休克、血管痉挛、血栓或栓塞以及动脉粥样硬
22、化等。4.耗氧障碍性缺氧：主要是组织利用氧发生障碍，也称为组织中毒性缺氧。血氧容量、动脉血氧分压及氧含量均正常，由于组织利用氧障碍，静脉血氧分压及氧含量均高于正常值，动静脉血氧含量差小于正常。主要为氰化物中毒等所致的缺氧。12高原缺氧特点及其对人体的影响 高原(High altitude)从生理及医学的角度认为，是指能激发机体发生显著性生理变化的环境和高度，一般公认为海拔3000m及3000m以上地域均为高原。高原是一个特殊环境，大气物理、地球化学、生态结构均与平原不同。在高原环境下机体发生生理变化是环境因素综合作用的结果，其主要影响因素育大气压低、缺氧、严寒、风大、干燥、紫外线强等，但最重要
23、的影响因素是缺氧 2。氧是完成人体生理功能必不可少的物质。机体从外界摄取的营养物质，只有在细胞内经过有氧参与的氧化代谢，才能释放并利用完成生理功能所需的能量，决定机体对氧满足程度的是细胞周围的氧。空气中的氧经过人体呼吸、血液运输、物理扩散才能到达细胞周围。所谓呼吸系指将外界氧分压较高的空气，通过人的呼吸运动经呼吸道吸入肺泡，在较高氧分压的驱使下氧通过物理弥散进入血液的过程。进入血液的氧迅速进入红细胞与血红蛋白结合，经血液循环到达组织，再经物理弥散由氧分压较高的血液进入氧分压较低的细胞。由此可见，决定组织供氧量的因素主要有：吸入气(空气)的氧分压、人体的呼吸功能和血液对氧的运输能力。高原由于大气
24、内氧分压降低，人体肺泡氧分压、动脉血氧分压、动脉血氧饱和度亦相应下降(见表1)3，机体供氧不足，会造成组织缺氧而发生一系列缺氧症状和体征，如头痛、头昏、心慌、气短、疲乏、失眠及血压改变等。表1 海拔高度与大气压和氧分压的关系 高度 大气压 空气的氧分压 肺泡气压分压 动脉血氧饱和度 (Km) (KPa) (KPa) (KPa) (%) 0 101.08 21.15 13.97 95 l 90.44 18.62 11.98 94 2 79.80 16.66 9.58 92 3 70.49 15.49 8.25 90 4 61.18 13.03 6.65 85 5 53.87 11.61 5.99
25、 75 6 47.22 9.84 5.32 66 7 41.23 8.65 4.66 60 8 35.91 7.45 3.99 50 9 30.59 6.38 由于大气中氧分压低，导致肺泡氧分压和氧饱和度降低，组织细胞不能从血液获得所需的氧完成正常氧化代谢，从而影响到机体的物质代谢4。初入高原，消化功能受到影响，胃张力降低，饥饿收缩减少，饮食后胃蠕动减弱，幽门括约肌收缩，胃排空时间延长，消化液分泌减少，食欲和口渴感下降，营养素摄入量和饮水量明显减少，水代谢呈负平衡，电解质代谢出现紊乱。由于食物摄取量减少，葡萄糖吸收减慢，血糖降低，糖原贮备量减少。此外，有氧代谢下降，无氧酵解加强，血液乳酸含量增
26、强，乳酸在体内积留，易发生酸中毒。缺氧时蛋白质代谢主要表现为：氮的摄入减少；蛋白质和氨基酸分解代谢加强，氮的排出量增加：蛋白质的合成率下降，出现负氮平衡，致使机体抵抗力下降：血清必需氨基酸与非必需氨基酸比值下降等。脂肪分解大于合成，脂肪贮量减少而血浆脂肪成分增高。维生素和微量元素代谢也受到缺氧的影响。 高原除缺氧(或低氧外)，低温是仅次于低氧而对人体影响的因素之一。气温随海拔高度升高而降低，海拔每升高1000m，气温约下降6C。低温使机体代谢率增强，耗氧量增加。在高原低氧环境条件下，低温成为诱发或加剧高原性疾病的重要因素。人体处于高原环境，因空气对流及蒸发所散失的热量比平原多，促使机体代谢率增
27、高，氧耗量增高，不利于机体适应低氧环境，并加剧缺氧对机体的损伤。 13高原缺氧适应的研究进展近几年来，我国的高原医学研究取得了显著成绩,尤其是对高原生理病理和高原病防治已进行深入研究，与此同时国内外专家学者对如何提高机体对高原环境的适应能力也开展了一定的研究工作。张西洲和陈占诗2 报道，通过利用细胞生物学和分子生物学方法对高原适应生理的研究结果证实，在机体低氧适应的氧摄取、氧运输和氧利用三个生理过程中，我国世居藏族人群与移居汉族人群间的适应机理存在着差异，移居者主要依靠功能性适应，如通气量增强、心排出量增高、红细胞增多等来弥补缺氧影响，而世居者呼吸循环功能的增强并不占主导地位，更多地依靠组织适
28、应，即对氧的利用更经济有效。在高原低氧条件下，除适应性锻炼以外，人体生理适应的根本需求就是获取更多的氧并被充分利用。完成这一复杂的生理过程必须经过一个氧传送链始能将氧从大气运送到细胞线粒体以供组织利用，传送链包括两个主动的泵呼吸泵(驱动气体)和循环泵(驱动血液)，两个被动的弥散面呼吸膜和全身组织。人类突然到达高海拔地区时，因高海拔不适出现呼吸困难等一系列症状，甚至死亡；但在次高海拔地区休息数日后，则能改善呼吸困难等一系列症状，克服了高海拔产生的不适，说明机体对高海拔应激发生了高原习服与适应5；那么是什么是高原适应？高原适应是6 最简单的方式是增加呼吸频率和增加血液循环，比较稳定的增加血红蛋白和
29、红血球的数量，减少机体的需求量是另一种特殊的适应。目前的研究发现热休克反应（heat shock response）是生物体在长期的进化过程中，产生的一种新的适应形式。2适应的中心概念21适应是生物学的一个中心概念，因人们对适应的认识不同,定义也不同。Mc Kane和 Karp7把适应定义为是改善有机体生存或繁殖机会的遗传特征。Mader8认为适应是有机体通过结构和功能迎合调整外界条件，以增加生存的可能性。R. .Bernstein和 S. Bernstein9给适应下这样的定义：通过遗传控制有机体的解剖生理和行为的特征，以改善个体在特殊环境条件下生存和产生后代的机会。Schmidt-Niel
30、sen10提出对定义是：适应是有机体通过遗传生理或生化的调整，以确保在一定的条件下更好的生存和繁衍。Miller和Harley11认为在特定的条件下，增加有机体或物种繁殖潜能的特征。但从广义上讲，适应具有三方面的含义12：适应常常作为术语来描述自然界对有机体选择结果的特征或特性。适应可以被认为是一个进化的过程。适应同时也用来描述生物对外界环境变化所引起的短期补偿性反应。环境因素可以激活或抑制某些影响发育进程的基因表达，导致某些发育的抑制或表型的改变13。生物对环境的生态适应包括14：生物种的生态幅（适应范围），结构与功能的适应，行为与调节的适应。22生态适应研究的分子基础蛋白质组。蛋白质是生命
31、活动的关键承担者，也是生命有机体内对体外环境进行生态适应的分子基础。蛋白质所体现的生命有机体的生理代谢、信号传导等功能，是通过蛋白质组来实现的。蛋白质组是一个生命有机体所有蛋白质序列和蛋白质空间结构的总合。因为蛋白质是基因信息表达的产物，故基因组有多样性，蛋白质组就有多态性，蛋白质组对环境的生态适应就有多效性。蛋白质可分为结果蛋白和调节蛋白两大类，具体的种类极其繁多，在生命有机体内的分布极其广泛，所担负的任务，特别是生态适应任务也是多种多样的。蛋白质作为启动因子可以在环境改变时激活某些基因的表达，从而产生新的蛋白质即环境诱导蛋白来调节生命系统的生理代谢活动，从而进行生态适应。基因组中存在大量重
32、复基因而导致信息冗余一样，蛋白质组也存在着大量的信息冗余，他们是生命有机体分子层次上额外的和多余的部分，但同样具有重复多拷贝性和容量可调节性的特点。当生命有机体受到外界某种不良的环境因素影响而遭受损失时，蛋白质组内丢掉一个或几个拷贝，生命有机体仍可通过剩余的拷贝完成其生命史和物种延续。果蝇中有75个tRNA基因拷贝，当外界环境变化时，其中任何的一个tRNA基因拷贝均能合成相应的蛋白质，以适应变化了的环境。蛋白质冗余的多拷贝性，也使得生命有机体在外界极端环境胁迫下损失一个蛋白质拷贝时，仍能进行正常的生命活动。当外界环境条件超常优越，有利于生命有机体的生长发育时，信息冗余的量增加。基因的容量扩增导
33、致蛋白质量的扩增。同时单拷贝基因在条件适宜时也可可大量生产蛋白质，蛋白质合成可以级联放大的方式来表达。信息冗余的容量可调节性的结果可使得蛋白质组的集团效应在一定条件下予以强化，在生命有机体遭受外界某种不良环境因子作用时保持稳定而不受影响。蛋白质与核酸等生物大分子是生命的主要体现者，核酸和蛋白质在生态适应与生态进化活动中有密切的联系。蛋白质是核酸转录、翻译后的产物，一些蛋白质在环境的诱导下能够激活或关闭某些基因的表达，这种核酸和蛋白质的整合作用在生态适应与生态进化中显然起着重要作用 15,16。23生物对环境的适应生物对环境的适应是指生物的形态结构和生物机能与其赖以生存的一定环境条件相适应的现象
34、。从拉马克的一步适应（直接适应，即变异=适应）17和达尔文的两步适应（间接适应，即变异+选择=适应）18，到现代综合进化论19，分子进化中性论20,都说明生物对环境的适应是通过进化适应和生理适应而完成的。生物在与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间而发生一系列不可逆的改变，并导致相应的表型改变，在大多数情况下这种改变导致生物总体对其生存环境的相对适应21。有机体对其生境的无生命条件变化的适应，是一个有意义的生态和进化问题。在进化的历史长河中，有机体具备了诸如行为适应、形态变化、生殖调节和细胞反应等抵抗环境变化的胁迫的能力。其中最常见的是涉及热休克蛋白（Hsp）迅速合成的细胞胁迫反应22。
35、在国际上, 对通过分子比较追溯生物进化的轨迹的研究已有极大的突破,热休克蛋白在分子进化的研究,主要就是从这一方面进行的。24热休克反应热休克反应是生物对逆境适应的一种新的形式。Ritossa23 在1962年对果蝇唾液腺染色体的研究，Tissieres24等在1974年果蝇幼虫的研究中发现热休克反应以来，热休克反应已成为各领域的研究热门。热休克反应(Heat shock response,Hsr)是细胞在受到外界应激刺激后发生的反应，存在于从细菌到人的整个生物界中25，它不仅为热刺激所诱导，而且可为物理因素如紫外线、射线等，化学因素如重金属、细胞性毒剂等及机械刺激如缺氧、寒冷及营养缺乏等所诱发
36、26；由各种应激因子引起的热休克反应被称为应激反应（stress response, SR），产生的蛋白质被称为热休克蛋白(Heat shock protein, Hsp)，热休克蛋白具有保护有机体（或细胞）不受损害或少受损害的功能27，其中Hsp70具有重要的细胞作用，如抗逆性，分子伴侣。Hsp70在高海拔(缺氧)应激时,产生的Hsp70可以增强细胞对下一次有害损伤的耐受程度,维持细胞的正常生理功能代谢,提高细胞生存率28-31。热休克蛋白能产生一系列相应的生理反应,来减缓细胞的损伤,这些功能如下:1)蛋白质在受到物理或化学刺激时产生沉淀;2)作为分子伴侣协助蛋白质在细胞器之间转运;3)协助
37、新生肽链折叠,并阻止折叠时发生错误32-36)作为DNA水解酶(dnaK)在碱基错配时协助修复DNA结构35此外，热休克蛋白质(Hsp), 包括分子伴侣, 是一个普遍存在的特点,即它是其它蛋白质减轻压力的变性细胞。Hsp受到了多数注意,在有机体接受实验性应激, 并且Hsp 的作用已经在分子和细胞的水平被了解。一个焦点涌现在模型和自然界有机体Hsp接受应激,在Hsp的研究在整体的真核细胞的应激生理和组织和器官包括,生态学的变化和Hsp基因演变。这个焦点透露：(a) Hsp 表达可能发生在自然里, (b) 所有种类都有Hsp基因，但它们变化有特定的表达形式, (c) Hsp 表达可能与对抗应激有关
38、联, (d) Hsp 表达的种类与它们接受应激的水平有关联。但许多重大问题依然是未回答关于多样化了Hsp 基因,Hsp 斡旋与应激耐力的两个机制在有机体水平和演变机制37。目前的研究多认为热休克蛋白可作为促进因子或“突变容器”在物种进化中发挥作用38-40, Lerman41等人通过实验证实,环境转变时,Hsp的遗传物质可产生定量的变化,这种变化会在种群范围内产生区别,自然选择可对其起作用。Rutherford38等认为Hsp可以缓冲物种的表型变化,即自然选择能增加物种的遗传多样性,在Hsp的调节下,机体的表型变化一般不能立刻表现出,直到当物种的环境受胁迫时,这种变化才表现出来.相应地,当机体
39、受胁迫时, Hsp参与某种机制使中性突变转变成选择突变,依靠此来适应选择的需要.换句话说, Hsp可以在选择压力下影响基因的表达,通过调节突变的蛋白正确折叠,或是间接地通过调节信号转导缓冲开始变化的表型,使不利于环境的形态基因不能立刻表达,而隐藏的有利基因得以表达。Feder等 39通过实验进一步支持这种说法。国内对Hsp的研究已进展到基因水平，了解Hsp基因的表达，应激时热休克蛋白的表达,但大多局限于医药学、运动医学，畜牧兽医，农业等领域,在生态方面的研究刚开始。但国外早已开始用Hsp的表达研究生态适应。如以色列科学家Omer Choresh42等用Hsp 70研究地中海以色列沿岸盛产的绿海
40、葵对海水温度变化的适应能力；加拿大科学家Valeria Ramaglia43等用Hsp 70研究西方绘画龟对缺氧的适应能力。本研究在国内用Hsp 70探讨哺乳动物对高海拔（缺氧）适应能力。它的意义是哺乳动物（人类）突然到达高海拔地区时，因高海拔不适出现呼吸困难等一系列症状，甚至死亡；但在次高海拔地区休息数日后，则能改善呼吸困难等一系列症状，克服了高海拔产生的不适。研究结果提示机体对高海拔（缺氧）应激能发生适应5,但不能突然到达高海拔地区，而只能缓冲到达，使机体有时间对应激产生适应。应激适应的机理是热休克反应及热休克蛋白的产生。Hsp70对生态环境的重要贡献是(1)所有组织都有Hsp70的表达,
41、 不同的组织变化发生在它们的反应时间之中。(2) 多数Hsp70表达后,均能回归到正常生理状态。(3) Hsp70 的使用作为一生物标记在环境监测中应用44, (4)热休克反应清楚地提高生物的生存和有机体的耐受力45。（5）在适应环境的生物的Hsp70mRNA的表达高,热休克反应在种内调节诱导适应46。第一部分 热休克蛋白的研究进展1.热休克蛋白和热休克反应1962年Ritossa等把黑腹果蝇幼虫暴露3032oC的环境中，30min后发现巨大的唾液腺染色体上出现了新的膨突，当温度恢复到正常时，其他部位才出现类似的膨突，这些独立的膨突部位的基因具有活跃的转录活性23。1974年Tissieres
42、和他的同事发现，经多年研究发现，生物体细胞在环境温度突然升高时，细胞内某一蛋白质的表达迅速增加,合成了一组特殊的蛋白质, 会产生一种非常相似的反应，这一现象及期间的产物分别被称为热休克反应（heat shock respond Hsr）和热休克蛋白（heat shock proteins Hsp）24,研究人员发现热休克反应除能被热损伤诱导外，还能被其他因素诱导，如氨基酸类似物、各种中金属、代谢性毒物、缺氧、损伤等。目前将各种应激因子引起的热休克反应称为应激反应（stress response,Sr），是以基因表达和调控方面变化为主的细胞应激反应，热休克蛋白被称为应激蛋白（stress pro
43、teins）47,热休克反应的特点是在短暂的环境温度升高（40-45oC）下观察组织和细胞的变化得来的。1992年Burel mRNA被优先翻译，发现不同分子量的热休克蛋白在细胞内的不同部位堆积。细胞对于抵抗强烈的热损伤是必须的，但却是短暂的48。热休克反应有如下特点：普遍性，所有的原核和真核生物都有热休克反应；保守性，不同物种有同源性很高的热休克蛋白；热休克反应时热休克蛋白的合成迅速增加而原有的蛋白合成减少；除热损伤以外的各种刺激如缺氧，缺血，各种物理化学损伤，肿瘤等均可诱导热休克蛋白。11.热休克蛋白的分类和结构各种生物的Hsp及其编码基因具有高度的保守性，人类与细胞的Hsp具有50%以上的同源性49。哺乳动物中5种不同种系的细胞热休克后和Hsp
