抗高溫是怎樣煉成的？

度過了一波更強似一波席卷全國的熱浪，“高溫”與“避暑”在最近每一年的夏天都成了最熱的詞匯。面對洶涌的酷暑，“中暑人群”絕不僅僅是我們印象里的戶外作業(yè)人員，其實，每天呆在涼爽愜意的空調(diào)間里的白領(lǐng)’族，或許更容易成為“熱魔”的俘獲對象。你可能不信，但是科學告訴我們，能否戰(zhàn)勝這似乎越變越強的“熱魔”，我們身體里的一個小小蛋白起到了至關(guān)重要的作用——它就是大名鼎鼎的“熱休克蛋白”。

中暑的內(nèi)部機制

大家都知道高溫易導致中暑，這是一種在高溫作業(yè)環(huán)境下，由于熱平衡和水、鹽代謝失調(diào)引起的以中樞神經(jīng)、心血管障礙，汗腺功能衰竭為主要表現(xiàn)的急性疾病。本來我們的身體對于溫度有一個自我調(diào)節(jié)的功能，適宜我們身體的外界溫度是20℃～25℃，相對濕度為40％～60％，當溫度和濕度有所改變時，身體可以進行自我調(diào)節(jié)，以適應外界變化。但是當溫度超過35℃或有強熱輻射、或即使溫度不高但濕度較高且通風不良時，長期處于這種環(huán)境之下，身體產(chǎn)熱大于散熱或散熱受阻，體內(nèi)，就會有過量熱蓄積，引起器官功能紊亂和組織損害——就是我們常說的中暑。

面對高溫，人體就如同進入了桑拿房，呼吸困難，頭腦發(fā)脹；而深入到我們身體內(nèi)部，當細胞在接收到高溫的信號后，第一時間緊急動員，進入應激的戰(zhàn)備狀態(tài)，開始應對熱刺激。有一些非常規(guī)的機制被激活，人體會大量合成某些蛋白質(zhì)，保護我們的細胞和機體，抵御外在的高溫挑戰(zhàn)。

隨著現(xiàn)代分子生物學技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視各種疾病與內(nèi)在的基因及相關(guān)蛋白的關(guān)系。雖然，中暑的確切分子機制以及很多問題目前還不完全清楚，比如，相同的條件下，有的人只是略感不適，而有的人則會嚴重中暑，但這些都說明中暑的發(fā)病是和體內(nèi)相關(guān)的基因以及多種蛋白有密切聯(lián)系的。

熱休克蛋白的發(fā)現(xiàn)與功能

熱休克現(xiàn)象最早是在1962年意大利的生物學家在研究果蠅的發(fā)育時被發(fā)現(xiàn)的。他將果蠅幼蟲從正常的25℃培育提高為在32℃熱環(huán)境中培育，30分鐘后發(fā)現(xiàn)果蠅唾液腺染色體上出現(xiàn)很大的“膨突”，也就是說，該區(qū)域基因轉(zhuǎn)錄有所增強，而誘導的因素即為溫度的升高。隨后在1974年，科學家進一步發(fā)現(xiàn)，細胞在遭受高于正常溫度的刺激時，會大量合成一種蛋白質(zhì)，并已利用科學的手段成功分離出這組蛋白。因為這種蛋白最初發(fā)現(xiàn)時是由高溫引起的，所以將這種蛋白質(zhì)命名為“熱休克蛋白”。

在后來的研究中發(fā)現(xiàn)，高溫只是誘導的一個因素，除此之外，當細胞面對缺氧、自由基、有機物、重金屬、體內(nèi)基因損傷、組織創(chuàng)傷、病毒或細菌感染等能對細胞產(chǎn)生損傷的多種外在不利的刺激條件時，均可產(chǎn)生此類蛋白，所以也將這類蛋白統(tǒng)稱為應激蛋白。不過習慣上還是采用最初的“熱休克蛋白”來稱呼它。

熱休克蛋白不是一種蛋白，而是一大類，按分子量大小可分為以下幾個家族：HSP100、HSP90、HSP70、HSP60及小分子HSP，每個家族由多種不同形式或不同修飾程度的蛋白質(zhì)分子組成，同一家族的成員分子量大小相似。這是一類在進化過程中有高度保守性的蛋白，也就是說，從最小的細菌到昆蟲、植物再到我們?nèi)祟?，都含有這類蛋白，而且結(jié)構(gòu)基本相似。其中研究得最多、也最為重要的是HSP70家族，它們是熱休克蛋白中具有最高溫度敏感性和高度保守性的一類分子。

從誘導產(chǎn)生的條件我們就不難看出，這是一種緊急關(guān)頭挺身而出的“救命蛋白”。在生理條件下，許多熱休克蛋白都有低水平反應，但當細胞遭遇高溫或外在的不良刺激時，很多正常蛋白質(zhì)的合成受到抑制，機體通過減少原有蛋白質(zhì)的合成來優(yōu)先合成熱休克蛋白。

熱休克蛋白在體內(nèi)的意義十分重大，通過抗細胞凋亡、抗氧化、協(xié)同免疫、結(jié)合甾體激素受體等多個方面對細胞進行保護。它在體內(nèi)主要是以“分子伴侶”的身份出現(xiàn)的，顧名思義，就是幫助機體穩(wěn)定蛋白質(zhì)和多肽，當?shù)鞍踪|(zhì)發(fā)生錯誤后使之恢復正常，它還能降解嚴重損傷的蛋白質(zhì)，以此降低遭受到的損害或修復受損害的細胞。由于細胞、組織和機體的損傷、衰老等過程非常相似，由細胞的演化修補過程我們也發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白可以抵抗衰老，防治一些感染性疾病，它甚至可以通過緩解血壓過低和心動過緩來保護心血管、治療心臟病，它在診斷、防治癌癥方面也有積極意義。在上世紀90年代就曾發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞中熱休克蛋白的含量明顯高于普通細胞，腫瘤來源的熱休克蛋白具有強大的免疫原性和腫瘤特異性，能夠激發(fā)保護性的抗腫瘤和抗病毒細胞的免疫反應，這可以幫助人們制備新型的疫苗或藥物，成為腫瘤診斷和治療的新靶點。

我們可以將熱休克蛋白的作用再拓展，比如將其應用于畜牧業(yè)就具有更大的實際意義，因為現(xiàn)在我們飼養(yǎng)種植的動植物往往會由于惡劣的自然災害而減產(chǎn)，如果能夠通過基因工程的方法加強熱休克蛋白的合成與表達，使動植物能夠抵抗極端溫度或惡劣環(huán)境的影響，提高產(chǎn)量，那將具有極大的經(jīng)濟價值。

總而言之，熱休克蛋白已經(jīng)成為生命科學領(lǐng)域的一個熱點和新的希望，吸引了眾多科學家的關(guān)注和研究。

中暑與熱休克蛋白

已經(jīng)有大量的實驗證實了高溫與熱休克蛋白的關(guān)系——一方面，熱休克蛋白的生成量與細胞耐熱力成正相關(guān)，有研究顯示，耐熱的細胞株熱休克蛋白的表達水平呈現(xiàn)明顯的升高；另一方面，從低等生物到高等生物，幾乎所有的細胞面對熱應激都能產(chǎn)生熱休克蛋白。

在體外將細胞暴露于42℃～45℃下僅僅幾分鐘，就可以誘導出熱休克蛋白，其水平與熱應激強度和持續(xù)時間有關(guān)。隨著熱休克蛋白的增多，細胞對熱應激會產(chǎn)生耐受狀態(tài)，受損輕微。這對于細胞的存活非常重要，當細胞接受了一次高溫的洗禮后，就有了更大的“勇氣”來接受更嚴峻的挑戰(zhàn)，即中等程度的亞致死性熱休克可以幫助細胞增強熱耐受能力，得以忍受隨后溫度更高的熱處理，就算受到致死量的熱應激也能生存，極大地提高了細胞的生存能力。

對于人體也是相同的道理，有資料表明，在相似的高溫氣候條件下，重癥中暑患者體內(nèi)的熱休克蛋白水平明顯低于相應年齡段的健康對照組；而當這些患者治愈出院時，熱休克蛋白的水平相對于剛?cè)朐簳r有升高趨勢。這就說明，在高溫條件下，當身體內(nèi)因為某些因素如生理、生化紊亂導致熱休克蛋白基因的復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯過程受阻，熱休克蛋白沒有被有效合成或沒有被正常激活，直接后果就是在高溫下別人都能扛過去，而你就不幸中暑了；當經(jīng)歷過這么一次“檢驗”后，體內(nèi)的熱休克蛋白就如同被刺激過了，得以保留下來。

這一系列的研究成果對于實際的生活和生產(chǎn)都很有意義。比如如何防止熱損傷，是當今國內(nèi)外職業(yè)衛(wèi)生研究領(lǐng)域的熱點，從整體水平、細胞水平、蛋白質(zhì)水平、基因水平等來研究熱休克蛋白生成與環(huán)境的關(guān)系，將其應用于職業(yè)衛(wèi)生與防護當中，對于高溫作業(yè)的各工種都有深遠的意義。而對于運動員來說，他們在烈日下進行比賽，急速的高強度運動還會使細胞受到無氧等外在的不良刺激，導致細胞產(chǎn)生熱休克蛋白，研究二者的關(guān)系，必將有利于運動員提高運動成績和自我保護。另外，還有研究關(guān)注以傳統(tǒng)涼茶為代表的飲食，通過分析飲食與熱休克蛋白的關(guān)系，來開發(fā)新一代的保健飲食。

抗高溫是這樣煉成的

既然我們知道了高溫和熱休克蛋白之間非同一般的關(guān)系，以及熱休克蛋白的來龍去脈，我們就知道究竟該如何應付了。我們想提高自己的耐熱能力，也需要加強對熱休克蛋白的合成和表達。而鑒于熱休克蛋白的合成量與受熱程度和受熱時間有關(guān)，對于廣大空調(diào)屋里的白領(lǐng)一族來說，相比于戶外運動者，就比較吃虧了。早上坐的是空調(diào)車，進入單位后又有空調(diào)，下班的時候基本又是夕陽西下，在酷暑期間幾乎不暴露于高溫之下?？照{(diào)讓我們的身體在享受清涼的同時，似乎也使我們更容易中暑了。雖然熱休克蛋白有天生的基因差異，但后天的鍛煉也是重要原因。

倘若嘗試著逐步提高在高溫環(huán)境下的駐留時間，從深層次的微觀角度看，可以避免體內(nèi)熱休克蛋白的過度衰減，使它們一直處于戰(zhàn)備狀態(tài)，產(chǎn)生熱適應，增強耐熱能力，在關(guān)鍵時刻，就能夠減弱機體熱應激反應的劇烈程度，有效避免中暑。在日本、芬蘭等國甚至有一種專門的治療性熱水浴，利用的原理就是刺激熱休克蛋白，加強我們身體對高溫以及一些不良應激的抵御能力，減少傷害。

所以，主動擁抱高溫，走到陽光下，接受熱暴露，適應熱環(huán)境，讓自己熱一熱，發(fā)發(fā)汗，絕對不是件壞事。(文章代碼：1720)

責任編輯 趙檸