热休克基因转录的调节：热休克转录因子(HSF)的结构与功能
作者：张伟 综述 王登高 审校
单位：张伟(第三军医大学预防医学系劳动卫生学教研室，重庆，400038)；王登高(第三军医大学预防医学系劳动卫生学教研室，重庆，400038)
关键词：热休克转录因子；结构；功能
第三军医大学学报000231
中图法分类号Q754 文献标识码A
文章编号：1000-5404(2000)02-0198-03
Regulation of heat shock gene transcription: the structure and function of heat shock transcription factor
, 百拇医药
热应激反应(Heat shock response)最早由Ritossa(1962)在研 究黑腹果蝇时发现[1]。随后，许多学者对其进行了深 入研究，发现众多生物，包括动物、植物、细菌等 ，都具有这一特性。随生物化学及遗传学技术进步 ，热休克蛋白(Heat shock protein,HSP)及热休克基因被逐渐 发现和探明。迄今，HSP的结构及在热应激反应中的功 能已较为清楚，其“分子伴娘”(Molecular charperone)[2]的 身份已广为人知。同时，热应激反应的调节也逐渐 受到研究人员的重视。
1 HSF的发现
鉴于热休克蛋白(HSP)在热应激反应中的关键作用， 对热应激反应调节的研究主要集中在HSP及其基因( Heat shock gene)表达的调节上。到八十年代中期，研究证 明热休克基因表达的调节主要发生在转录水平[3]，此 后研究工作重点便集中于寻找调节热休克基因转录 的热休克依赖性转录因子。后来在E.coli体内，发现了 热休克σ因子(Heat shock σ factor)[4]。但是，与σ因子同 源的调节因子在原核生物中并不普遍存在，其它细 菌的调节另有机制。在枯草杆菌(Bacilluss ubtilis)体内 ，热休克基因的表达则受到一个重复DNA序列的可逆的 顺式负调节(Negative cis-acting control)。所以原核生物的 热应激反应调节机制中，迄今尚无一个共同的调节 因子。
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早在70年代中期，研究人员就发现，用热休克细胞 的提取物能诱导果蝇染色体的热休克位点出现所谓 的“染色体疏松”(Chromosome puff)，说明真核生物体内 存在某种转录因子。但直到80年代中期，研究人员发 现DNA上转录因子的特异结合位点—热休克元件(Heat shock element,HSE)[5]后，方才利用足迹法(Footprinting assay)和 亲和层析法(HSE-affinity chromatography)找到并纯化了热休克 转录因子(Heat shock transcription factor,HSF)[6]。HSF本质上是一 种蛋白质，其结构和功能在进化中较少变异，因此 具有广泛的同源性，在真菌、果蝇、鸡、人类等真 核生物中都有存在。
2 HSF的 类别与功能
从HSF发现到现在，随研究的深入及新技术的采用， 在不同生物体内，发现了越来越多的HSF及其基因，如 ：人体内有hHSF1、2、4[7]；鸡体内有cHSF1、2、3；小鼠体 内有mHSF1、2；西红柿有3种HSF；只有一种HSF的生物也很 多。
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HSF在热应激反应中的主要功能，是在热休克基因的 表达过程中与相应启动子结合，启动基因的转录过 程，最终促进HSP的表达(详见后述)。但在高等真核 生物体内，如脊椎动物及哺乳动物，不同种类的HSF， 虽然结构上很相似，但功能上却出现了不同程度的 差异。其中，只有HSF1是最有代表性、最具有完全意 义的HSF，而其它HSF则不然。如HSF2，有研究证明HSF2对热 刺激信号耐受；通常认为它对代表生长、发育、分 化的信号更为敏感，其组织含量及活性变化的时相 也证实了这一点[8]。如cHSF3，虽然也对热刺激信号起 反应，但其活化阈值却高于cHSF1，在较高温度时仍能 保持活性。而最新发现的hHSF4[7]似乎是一个通过减少 HSE结合位点，而专门起抑制作用的HSF，其生物学意义 在于控制热应激反应的动态平衡。
3 HSF的结构
虽然从不同生物体内分离出来的HSF分子种类和大小 各有不同，如从酵母菌、果蝇、人类体内分离出来 的HSF，其分子量分别为：150、110、80×103u；但其结构却 极为相似，共同具有一个极为保守的核心区域—— DNA结合区域(DNAbindingdomain)和三聚区域(Trimerizationdomain) 。
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3.1 DNA结合区域(DNAbindingdomain)
DNA结合区域靠HSF的N-末端，位于HSF最保守的区域中 ，其晶体结构与溶解状态的结构比较一致，都具有 DNA结合蛋白特征性的螺旋-转角-螺旋结构基元( Helix-turn-helixmotif)，由3个螺旋(H1、H2和H3)和4个反 向平行的β-片层(β-sheet)(β1、β2、β3和β4)组 成，其排列顺序如下：
DNA结合区域通过螺旋-转角-螺旋结构形成了一个 紧密的球形结构。但与其它DNA结合蛋白(如CAP)的DNA结 合区域不同的是：HSF的DNA结合区域有一个α-螺旋凸起(α-helical bulge)；一个由脯氨酸诱导的扭结(Proline-induced kink)，该扭结使H2发生明显扭曲；在H2和H3之间有一段5～7个 氨基酸的间隔。对于非植物性来源的HSF，在β3和β4之 间还有一个暴露的、易曲的可溶性环状结构。
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HSF的DNA结合区域与DNA结合的部位起始于H1的N端后数个 氨基酸处。终止位置对不同的HSF并不一致，但多数认 为终止位置位于β4末端之后的16个氨基酸处。这16个 氨基酸的功能一方面是通过与疏水核心的相互作用 在空间结构上封闭DNA结构区域的一个侧面；另一方面 是使HSF三聚体中各HSF单体的DNA结合区域相互协调，以 获得对热休克元件(HSE)的高亲和力。
DNA通过主沟与HSF结合，具体结合位点就是DNA上的 HSE。HSF能识别HSE上特异性的“-nGAAn-”结构，HSF单体 与“-nGAAn-”结构以1:1的比例结合。HSE上“-nGAAn- ”结构的数目对HSF与HSE亲和性有很大的影响。一个完 整的HSE结构上通常有3个“-nGAAn-”结构，而完整的 HSF也是以三聚体的形式与HSE结合，这样的结合具有最 大的亲和力。若HSE上只有2个“-nGAAn-”结构，两者 的亲和力只能达到中等水平。
许多物理学与遗传学证据都表明，DNA结合区域 螺旋-转角-螺旋结构上的第3个螺旋(H3)起识别HSE上 “-nGAAn-”结构的作用。H3通过其极性及阳性氨基酸 残基在溶液中形成一个典型的双岐性螺旋(Amphipathic helix)，与DNA通过离子键相互作用，但具体的机制尚 不清楚。
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3.2 三聚区域
当HSF活化时，相互间需通过三聚区域结合形成HSF三 聚体。相对于DNA结合区域，三聚区域位于HSF的C-末端 。三聚区域的特征性结构是3个疏水七氨基酸重复序 列(Hydrophobic heptad repeat array)。这3个序列由数目不等的 七氨基酸重复(Heptad repeat)构成。第一个序列较长， 有5～6个七氨基酸重复；第二和第三个序列较短，且 基本上重叠在一起，前后只差一个氨基酸；第一个 序列与后两个序列之间由QQQ基元(QQQmotif)隔开。( 注：Q即谷氨酰胺残基)
每个七氨基酸重复的第一和第四个疏水氨基酸 残基是螺旋型卷曲螺旋结构(Helical coiled-coil structure) 所特有的，可用于形成亮氨酸拉链(Leucine zipper)[9]。 但具有亮氨酸拉链的蛋白通常形成同二聚体或异二 聚体，像HSF这样形成三聚体的非常少见。
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以流体力学方法检测HSF三聚体所得结果表明， 三聚体的空间结构比预期的紧密，因此，HSF三聚区域 的空间结构并非如所想像的是一个简单的连续卷曲 螺旋(Coiled-coil)，其构型可能与流感病毒血凝素的 三聚区域相似：较长的七氨基酸重复序列内部相互 作用，形成一个三链α-螺旋型卷曲螺旋(Triple-stranded α-helical coiled-coil)，其外部由较短的七氨基酸 重复序列形成一个α-螺旋，以稳定其结构。
3.3 其它结构
3.3.1 活化区域(Activator domain)除DNA结合区域与三聚区 域外，促进热休克基因转录的活化区域也是HSF较重要 的结构之一，但活化区域与上述两个结构区域不同 ，其物种间的同源性不高，位置也不很确定。通过 遗传学方法可将KLHSF(Kluyveromyces lactis HSF)的C末端活化子 (Carboxy-terminal activator,CTA)定位于C末端的32个氨基酸残 基内；而ScHSF(Saccharomyces cerevisiaeHSF)的CTA则散在于180个氨 基酸残基内。N-末端活化子(N-termina lactivator,NTA)的 位置尚未确定。
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高等真核生物的情况就比较复杂，其活化区域的确 定就相对困难一些，可能位于C-末端的某些区域。 如hHSF1有2个独立的活化区域，位于靠C-端1/3处，受所 谓中心调节区域(Central regulatory domain)的调节。该调节 区域位于三聚区域与该活化区域之间，对热刺激信 号敏感[10]。
3.1.2 CE2CE2是位于HSFC-末端的一小段序列，也是HSF最 为保守的序列之一，能够抑制HSF的转录促进功能。但 CE2仅见于酵母菌，高等生物缺乏这一结构。
4 HSF活化过程
多种内、外界刺激因素均可活化HSF，其中以热休克 为最典型、最传统的活化方式。细胞受到高温刺激 后，通过目前尚不完全了解的机制，促进HSF活化，HSF从 无活性到有活性的这一活化过程现在知道得较为清 楚，简述如下：
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4.1 形成HSF三聚体
无应激状态下，HSF以无活性的单体形式存在。当细 胞处于应激状态时，细胞内环境发生变化，解除了 对HSF的活性抑制，促进HSF由单体向三聚体转换。HSF之 间通过三聚区域结合，具体位点是三聚区域的3个七 氨基酸重复序列。无应激时，这3个序列在HSF内部形 成稳定的卷曲螺旋结构，以维持其单体状态；应激 时，在不明机制作用下，卷曲螺旋结构打开，相邻 HSF的七氨基酸重复序列之间相互作用，形成分子间的 卷曲螺旋，在此结构帮助下，每3个HSF单体结合在一 起形成一个三聚体。
4.2 三聚体与HSE的结合
HSF单体基本上不能结合HSE，只有形成三聚体后，两 者的亲和性才大大增强。HSF与HSE亲和力的大小不仅与 HSE内的“-nGAAn-”数目有关，HSF三聚体之间的协作也 能极大地促进两者的结合。在热休克基因转录起点 上游数百bp处，往往有多个拷贝的HSE；实验证实，HSF与 2个紧邻HSE的亲和力比与单个HSE的亲和力高出近2千倍 。
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4.3 促进转录
对Kluyveromyces lactis等较低等的真核生物而言，HSF与HSE的 结合过程与HSF促进转录过程是耦联的；两者结合后， 随HSF上活化区域的暴露，即可促进热休克基因的转录 。但高等真核生物的情况就比较复杂，虽然通常两 者也能耦联，但在一定的条件下，HSF与HSE结合并不能 促进热休克基因的转录[11]，即两者是两个相互独立 而非耦合的过程。这一现象说明在高等真核生物体 内，对HSF的DNA结合功能和转录促进功能的调节各有其 机制；通常情况下两者互相协调，但在一定的条件 下，可将两者分开。与HSF活化紧密相关的还有HSF的定 位及HSF的磷酸化[12]等过程。
5 HSF的调节
生物体调节HSF，主要通过控制HSF的活性，而非其生 物合成及细胞内稳定性。因此，HSF的各种调节因素，无论来自体内还是体外，其作用机制及效应都以改 变HSF活性为中心。
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5.1 活化因素
5.1.1 内部活化因素细胞内环境对HSF的活性有重要影 响；内环境发生的生理或病理改变，往往可通过直 接或间接的途径激活HSF。在影响HSF活性的内环境多种 因素中，HSP是最重要的双重调节因素。细胞内某些因 子、激素可能也与HSF的活化有关，如NF-κB、内源性 肿瘤坏死因子[13]、前列腺素等。
5.1.2 外界活化因素近年来，对外界活化因素的研究 成为新的热点，现已发现了多种因素能够激活HSF。其 机理在于：外部活化因素作用于细胞后，造成细胞 内的非正常蛋白(如：未正常折叠蛋白、该降解而 未降解的蛋白、蛋白碎片、蛋白多聚体、变性蛋白 等)浓度过高，降低游离HSP浓度，从而激活HSF。这样 的因素较多，如：热休克、pH变化、渗透压变化、缺 氧、缺血再灌注、过氧化氢、水杨酸盐、表面活性 剂、蛋白合成抑制剂(如环己烷)、丝氨酸蛋白酶 抑制剂、蛋白酶体抑制剂(Proteasome inhibitor)[14]及其它 多种物理因素及化学试剂。但有些因素通过刺激细 胞的发育分化而激活HSF，如：氯化高铁血红素(Hemin) 等。
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5.2 抑制因素
抑制HSF活性的因素主要来自细胞内部。HSF结构中存 在抑制三聚体形成过程的区域。靠近HSF的C-末端有 一个保守的疏水七氨基酸重复序列，对动物HSF而言是 一个维系单体状态、抑制三聚体形成的结构。若hHSF1的 这一序列被其它非保守序列取代，将导致hHSF1无论有 无刺激始终处于三聚状态，并与DNA结合；若删除这一 序列，也将出现同样的结果；类似的现象还见于果 蝇HSF、cHSF1和cHSF3。
细胞内HSP水平能反馈抑制HSF。高浓度的HSP能降低 HSF与DNA结合的活性，促进HSF三聚体解聚，从而使HSF失 活；所以随HSP合成的增多，HSF的活性被逐渐抑制。但 目前还不清楚HSP是以直接，或间接的方式抑制HSF。
6 现状及展望
迄今，研究人员已在多种生物体内发现了不同种类 的HSF，并通过多种方法探明了HSF分子上的大部分重要 结构，同时对这些重要结构的定位、空间构象、功 能及调节进行了充分的研究。通过这些资料，可以 看出HSF在热应激反应中发挥功能有3个关键步骤：其 一，从单体聚合为三聚体；其二，三聚体识别并结 合热休克基因的HSE；其三，转录活化区域开放，促进 转录。生物体内、外多种调节因素对HSF的调节基本是 围绕这3个关键步骤进行，尽管具体的调节机制还有 许多不解之处。同时，以往的研究对象大多是离体 培养细胞；由于技术限制，在研究中不可能完全成 功地模拟体内的实际情况，所以离体研究与在体研 究之间得出了一些差异较大或似乎矛盾的结论[15]。
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HSF除了在热应激反应中能调节HSP的合成外，有的 还能在某些生理和病理状态下发挥作用。故而有必 要从多学科、多角度来全面系统地研究HSF，一方面可 以借此了解细胞处于应激状态时，如何调动和协调 各种生理功能来维持生存；另一方面可将相关知识 应用于临床，为诊治人类疾病作出贡献。
作者简介：张伟(1972.8)，男，云南省大理人，硕士研 究生，助教，主要从事生化及分子生物学方面的研究，发表论文3篇。电话：(023)68752289
参考文献
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[6]Wu C. Activating protein factor binds in vitro to upstream control sequences in heat shock gene chromatin[J]. Nature， 1984,311 (5981):81-84.
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[9]Landschulz W H, Johnson P F, McKnight S L. The leucine zipper: a hypothetical structure common to a new class of DNA bin-ding proteins[J]. Science,1988,240(4 860):1 759- 1 764.
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[15]Locke M, Tanguay R M. Increased HSF activation in muscles with a high constitutive HSP70 expression[J]. Cell Stress Chaperones,1996,1(3):189-195.
收稿日期：1999-11-01；修回日期：2000-01-20, 百拇医药
单位：张伟(第三军医大学预防医学系劳动卫生学教研室，重庆，400038)；王登高(第三军医大学预防医学系劳动卫生学教研室，重庆，400038)
关键词：热休克转录因子；结构；功能
第三军医大学学报000231
中图法分类号Q754 文献标识码A
文章编号：1000-5404(2000)02-0198-03
Regulation of heat shock gene transcription: the structure and function of heat shock transcription factor
, 百拇医药
热应激反应(Heat shock response)最早由Ritossa(1962)在研 究黑腹果蝇时发现[1]。随后，许多学者对其进行了深 入研究，发现众多生物，包括动物、植物、细菌等 ，都具有这一特性。随生物化学及遗传学技术进步 ，热休克蛋白(Heat shock protein,HSP)及热休克基因被逐渐 发现和探明。迄今，HSP的结构及在热应激反应中的功 能已较为清楚，其“分子伴娘”(Molecular charperone)[2]的 身份已广为人知。同时，热应激反应的调节也逐渐 受到研究人员的重视。
1 HSF的发现
鉴于热休克蛋白(HSP)在热应激反应中的关键作用， 对热应激反应调节的研究主要集中在HSP及其基因( Heat shock gene)表达的调节上。到八十年代中期，研究证 明热休克基因表达的调节主要发生在转录水平[3]，此 后研究工作重点便集中于寻找调节热休克基因转录 的热休克依赖性转录因子。后来在E.coli体内，发现了 热休克σ因子(Heat shock σ factor)[4]。但是，与σ因子同 源的调节因子在原核生物中并不普遍存在，其它细 菌的调节另有机制。在枯草杆菌(Bacilluss ubtilis)体内 ，热休克基因的表达则受到一个重复DNA序列的可逆的 顺式负调节(Negative cis-acting control)。所以原核生物的 热应激反应调节机制中，迄今尚无一个共同的调节 因子。
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早在70年代中期，研究人员就发现，用热休克细胞 的提取物能诱导果蝇染色体的热休克位点出现所谓 的“染色体疏松”(Chromosome puff)，说明真核生物体内 存在某种转录因子。但直到80年代中期，研究人员发 现DNA上转录因子的特异结合位点—热休克元件(Heat shock element,HSE)[5]后，方才利用足迹法(Footprinting assay)和 亲和层析法(HSE-affinity chromatography)找到并纯化了热休克 转录因子(Heat shock transcription factor,HSF)[6]。HSF本质上是一 种蛋白质，其结构和功能在进化中较少变异，因此 具有广泛的同源性，在真菌、果蝇、鸡、人类等真 核生物中都有存在。
2 HSF的 类别与功能
从HSF发现到现在，随研究的深入及新技术的采用， 在不同生物体内，发现了越来越多的HSF及其基因，如 ：人体内有hHSF1、2、4[7]；鸡体内有cHSF1、2、3；小鼠体 内有mHSF1、2；西红柿有3种HSF；只有一种HSF的生物也很 多。
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HSF在热应激反应中的主要功能，是在热休克基因的 表达过程中与相应启动子结合，启动基因的转录过 程，最终促进HSP的表达(详见后述)。但在高等真核 生物体内，如脊椎动物及哺乳动物，不同种类的HSF， 虽然结构上很相似，但功能上却出现了不同程度的 差异。其中，只有HSF1是最有代表性、最具有完全意 义的HSF，而其它HSF则不然。如HSF2，有研究证明HSF2对热 刺激信号耐受；通常认为它对代表生长、发育、分 化的信号更为敏感，其组织含量及活性变化的时相 也证实了这一点[8]。如cHSF3，虽然也对热刺激信号起 反应，但其活化阈值却高于cHSF1，在较高温度时仍能 保持活性。而最新发现的hHSF4[7]似乎是一个通过减少 HSE结合位点，而专门起抑制作用的HSF，其生物学意义 在于控制热应激反应的动态平衡。
3 HSF的结构
虽然从不同生物体内分离出来的HSF分子种类和大小 各有不同，如从酵母菌、果蝇、人类体内分离出来 的HSF，其分子量分别为：150、110、80×103u；但其结构却 极为相似，共同具有一个极为保守的核心区域—— DNA结合区域(DNAbindingdomain)和三聚区域(Trimerizationdomain) 。
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3.1 DNA结合区域(DNAbindingdomain)
DNA结合区域靠HSF的N-末端，位于HSF最保守的区域中 ，其晶体结构与溶解状态的结构比较一致，都具有 DNA结合蛋白特征性的螺旋-转角-螺旋结构基元( Helix-turn-helixmotif)，由3个螺旋(H1、H2和H3)和4个反 向平行的β-片层(β-sheet)(β1、β2、β3和β4)组 成，其排列顺序如下：
DNA结合区域通过螺旋-转角-螺旋结构形成了一个 紧密的球形结构。但与其它DNA结合蛋白(如CAP)的DNA结 合区域不同的是：HSF的DNA结合区域有一个α-螺旋凸起(α-helical bulge)；一个由脯氨酸诱导的扭结(Proline-induced kink)，该扭结使H2发生明显扭曲；在H2和H3之间有一段5～7个 氨基酸的间隔。对于非植物性来源的HSF，在β3和β4之 间还有一个暴露的、易曲的可溶性环状结构。
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HSF的DNA结合区域与DNA结合的部位起始于H1的N端后数个 氨基酸处。终止位置对不同的HSF并不一致，但多数认 为终止位置位于β4末端之后的16个氨基酸处。这16个 氨基酸的功能一方面是通过与疏水核心的相互作用 在空间结构上封闭DNA结构区域的一个侧面；另一方面 是使HSF三聚体中各HSF单体的DNA结合区域相互协调，以 获得对热休克元件(HSE)的高亲和力。
DNA通过主沟与HSF结合，具体结合位点就是DNA上的 HSE。HSF能识别HSE上特异性的“-nGAAn-”结构，HSF单体 与“-nGAAn-”结构以1:1的比例结合。HSE上“-nGAAn- ”结构的数目对HSF与HSE亲和性有很大的影响。一个完 整的HSE结构上通常有3个“-nGAAn-”结构，而完整的 HSF也是以三聚体的形式与HSE结合，这样的结合具有最 大的亲和力。若HSE上只有2个“-nGAAn-”结构，两者 的亲和力只能达到中等水平。
许多物理学与遗传学证据都表明，DNA结合区域 螺旋-转角-螺旋结构上的第3个螺旋(H3)起识别HSE上 “-nGAAn-”结构的作用。H3通过其极性及阳性氨基酸 残基在溶液中形成一个典型的双岐性螺旋(Amphipathic helix)，与DNA通过离子键相互作用，但具体的机制尚 不清楚。
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3.2 三聚区域
当HSF活化时，相互间需通过三聚区域结合形成HSF三 聚体。相对于DNA结合区域，三聚区域位于HSF的C-末端 。三聚区域的特征性结构是3个疏水七氨基酸重复序 列(Hydrophobic heptad repeat array)。这3个序列由数目不等的 七氨基酸重复(Heptad repeat)构成。第一个序列较长， 有5～6个七氨基酸重复；第二和第三个序列较短，且 基本上重叠在一起，前后只差一个氨基酸；第一个 序列与后两个序列之间由QQQ基元(QQQmotif)隔开。( 注：Q即谷氨酰胺残基)
每个七氨基酸重复的第一和第四个疏水氨基酸 残基是螺旋型卷曲螺旋结构(Helical coiled-coil structure) 所特有的，可用于形成亮氨酸拉链(Leucine zipper)[9]。 但具有亮氨酸拉链的蛋白通常形成同二聚体或异二 聚体，像HSF这样形成三聚体的非常少见。
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以流体力学方法检测HSF三聚体所得结果表明， 三聚体的空间结构比预期的紧密，因此，HSF三聚区域 的空间结构并非如所想像的是一个简单的连续卷曲 螺旋(Coiled-coil)，其构型可能与流感病毒血凝素的 三聚区域相似：较长的七氨基酸重复序列内部相互 作用，形成一个三链α-螺旋型卷曲螺旋(Triple-stranded α-helical coiled-coil)，其外部由较短的七氨基酸 重复序列形成一个α-螺旋，以稳定其结构。
3.3 其它结构
3.3.1 活化区域(Activator domain)除DNA结合区域与三聚区 域外，促进热休克基因转录的活化区域也是HSF较重要 的结构之一，但活化区域与上述两个结构区域不同 ，其物种间的同源性不高，位置也不很确定。通过 遗传学方法可将KLHSF(Kluyveromyces lactis HSF)的C末端活化子 (Carboxy-terminal activator,CTA)定位于C末端的32个氨基酸残 基内；而ScHSF(Saccharomyces cerevisiaeHSF)的CTA则散在于180个氨 基酸残基内。N-末端活化子(N-termina lactivator,NTA)的 位置尚未确定。
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高等真核生物的情况就比较复杂，其活化区域的确 定就相对困难一些，可能位于C-末端的某些区域。 如hHSF1有2个独立的活化区域，位于靠C-端1/3处，受所 谓中心调节区域(Central regulatory domain)的调节。该调节 区域位于三聚区域与该活化区域之间，对热刺激信 号敏感[10]。
3.1.2 CE2CE2是位于HSFC-末端的一小段序列，也是HSF最 为保守的序列之一，能够抑制HSF的转录促进功能。但 CE2仅见于酵母菌，高等生物缺乏这一结构。
4 HSF活化过程
多种内、外界刺激因素均可活化HSF，其中以热休克 为最典型、最传统的活化方式。细胞受到高温刺激 后，通过目前尚不完全了解的机制，促进HSF活化，HSF从 无活性到有活性的这一活化过程现在知道得较为清 楚，简述如下：
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4.1 形成HSF三聚体
无应激状态下，HSF以无活性的单体形式存在。当细 胞处于应激状态时，细胞内环境发生变化，解除了 对HSF的活性抑制，促进HSF由单体向三聚体转换。HSF之 间通过三聚区域结合，具体位点是三聚区域的3个七 氨基酸重复序列。无应激时，这3个序列在HSF内部形 成稳定的卷曲螺旋结构，以维持其单体状态；应激 时，在不明机制作用下，卷曲螺旋结构打开，相邻 HSF的七氨基酸重复序列之间相互作用，形成分子间的 卷曲螺旋，在此结构帮助下，每3个HSF单体结合在一 起形成一个三聚体。
4.2 三聚体与HSE的结合
HSF单体基本上不能结合HSE，只有形成三聚体后，两 者的亲和性才大大增强。HSF与HSE亲和力的大小不仅与 HSE内的“-nGAAn-”数目有关，HSF三聚体之间的协作也 能极大地促进两者的结合。在热休克基因转录起点 上游数百bp处，往往有多个拷贝的HSE；实验证实，HSF与 2个紧邻HSE的亲和力比与单个HSE的亲和力高出近2千倍 。
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4.3 促进转录
对Kluyveromyces lactis等较低等的真核生物而言，HSF与HSE的 结合过程与HSF促进转录过程是耦联的；两者结合后， 随HSF上活化区域的暴露，即可促进热休克基因的转录 。但高等真核生物的情况就比较复杂，虽然通常两 者也能耦联，但在一定的条件下，HSF与HSE结合并不能 促进热休克基因的转录[11]，即两者是两个相互独立 而非耦合的过程。这一现象说明在高等真核生物体 内，对HSF的DNA结合功能和转录促进功能的调节各有其 机制；通常情况下两者互相协调，但在一定的条件 下，可将两者分开。与HSF活化紧密相关的还有HSF的定 位及HSF的磷酸化[12]等过程。
5 HSF的调节
生物体调节HSF，主要通过控制HSF的活性，而非其生 物合成及细胞内稳定性。因此，HSF的各种调节因素，无论来自体内还是体外，其作用机制及效应都以改 变HSF活性为中心。
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5.1 活化因素
5.1.1 内部活化因素细胞内环境对HSF的活性有重要影 响；内环境发生的生理或病理改变，往往可通过直 接或间接的途径激活HSF。在影响HSF活性的内环境多种 因素中，HSP是最重要的双重调节因素。细胞内某些因 子、激素可能也与HSF的活化有关，如NF-κB、内源性 肿瘤坏死因子[13]、前列腺素等。
5.1.2 外界活化因素近年来，对外界活化因素的研究 成为新的热点，现已发现了多种因素能够激活HSF。其 机理在于：外部活化因素作用于细胞后，造成细胞 内的非正常蛋白(如：未正常折叠蛋白、该降解而 未降解的蛋白、蛋白碎片、蛋白多聚体、变性蛋白 等)浓度过高，降低游离HSP浓度，从而激活HSF。这样 的因素较多，如：热休克、pH变化、渗透压变化、缺 氧、缺血再灌注、过氧化氢、水杨酸盐、表面活性 剂、蛋白合成抑制剂(如环己烷)、丝氨酸蛋白酶 抑制剂、蛋白酶体抑制剂(Proteasome inhibitor)[14]及其它 多种物理因素及化学试剂。但有些因素通过刺激细 胞的发育分化而激活HSF，如：氯化高铁血红素(Hemin) 等。
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5.2 抑制因素
抑制HSF活性的因素主要来自细胞内部。HSF结构中存 在抑制三聚体形成过程的区域。靠近HSF的C-末端有 一个保守的疏水七氨基酸重复序列，对动物HSF而言是 一个维系单体状态、抑制三聚体形成的结构。若hHSF1的 这一序列被其它非保守序列取代，将导致hHSF1无论有 无刺激始终处于三聚状态，并与DNA结合；若删除这一 序列，也将出现同样的结果；类似的现象还见于果 蝇HSF、cHSF1和cHSF3。
细胞内HSP水平能反馈抑制HSF。高浓度的HSP能降低 HSF与DNA结合的活性，促进HSF三聚体解聚，从而使HSF失 活；所以随HSP合成的增多，HSF的活性被逐渐抑制。但 目前还不清楚HSP是以直接，或间接的方式抑制HSF。
6 现状及展望
迄今，研究人员已在多种生物体内发现了不同种类 的HSF，并通过多种方法探明了HSF分子上的大部分重要 结构，同时对这些重要结构的定位、空间构象、功 能及调节进行了充分的研究。通过这些资料，可以 看出HSF在热应激反应中发挥功能有3个关键步骤：其 一，从单体聚合为三聚体；其二，三聚体识别并结 合热休克基因的HSE；其三，转录活化区域开放，促进 转录。生物体内、外多种调节因素对HSF的调节基本是 围绕这3个关键步骤进行，尽管具体的调节机制还有 许多不解之处。同时，以往的研究对象大多是离体 培养细胞；由于技术限制，在研究中不可能完全成 功地模拟体内的实际情况，所以离体研究与在体研 究之间得出了一些差异较大或似乎矛盾的结论[15]。
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HSF除了在热应激反应中能调节HSP的合成外，有的 还能在某些生理和病理状态下发挥作用。故而有必 要从多学科、多角度来全面系统地研究HSF，一方面可 以借此了解细胞处于应激状态时，如何调动和协调 各种生理功能来维持生存；另一方面可将相关知识 应用于临床，为诊治人类疾病作出贡献。
作者简介：张伟(1972.8)，男，云南省大理人，硕士研 究生，助教，主要从事生化及分子生物学方面的研究，发表论文3篇。电话：(023)68752289
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收稿日期：1999-11-01；修回日期：2000-01-20, 百拇医药