人體內熱休克蛋白的數量不僅保護機體免受傷害,還決定了我們忍受酷暑的能力。走出空調屋,適度地在夏季的常溫下活動,會誘導熱休克蛋白保持較高數量,我們也會更耐熱。
走出空調屋,熱浪便撲面而來,迅速包裹全身,讓人如同進入了桑拿房。就在這一剎那,細胞在接收到高溫的信號后,第一時間緊急動員,進入應激的戰備狀態,開始大量合成某些蛋白質,保護我們的細胞和機體,抵御外在的高溫挑戰。
當身體能夠合成足夠的這類熱休克蛋白(heat shock protein,HSP)時,我們很快就會適應溫差和酷暑,并保持機體狀態。然而,不耐熱者則開始呼吸困難,頭腦發脹。當外在表現為面色潮紅、大量出汗、脈搏跳動加速,那就是中暑了。中暑的具體分子機制并不完全清楚,不過有一點可以肯定:耐熱能力與熱休克蛋白密切相關。
讓炎熱“休克”的蛋白
上班族,出則坐車,在公司孵8 個小時空調,夕陽西下才下班,哪怕酷暑之季也幾乎不暴露于高溫之下,所以很少有機會進行耐熱鍛煉。一旦走出舒適的空調屋,面對洶涌的熱浪襲擊,由于體內的熱休克蛋白數量過低,“還手之力”相當脆弱。
熱休克蛋白是一種在能對細胞產生損傷的多種外在刺激下產生的應激蛋白。意大利生物學家里多薩于1962 年在研究果蠅的發育時最早發現了熱休克現象。10 多年后,科學家進一步發現,細胞在遭受高于正常溫度的刺激時,都會大量合成這種蛋白。當遭遇高溫或外在的不良刺激時,其他很多蛋白合成都會受到抑制,而讓開道路優先合成熱休克蛋白。它們在體內有很多重要的作用,最主要的是以“分子伴侶”的身份出現的,顧名思義,就是幫助穩定蛋白質和多肽,當蛋白質發生錯誤后使之恢復正常,還能降解嚴重損傷的蛋白質。
在熱應激反應中,它可以幫助因高溫而導致錯誤結構的蛋白質恢復正常;并且在嚴重的熱應激中,緩解血壓過低和心動過緩, 從而保護心血管。讓細胞和我們的身體在面對高溫時,降低遭受到的損害或修復受損害的細胞。曾有報道,在相似的高溫氣候條件下, 重癥中暑患者血漿中熱休克蛋白水平明顯低于相應年齡段的健康對照組。也就是說,如果我們體內的熱休克蛋白在高溫下沒有被有效合成或沒有被正常激活,就會使身體的熱耐受能力下降,容易中暑。
此外,在面對比如高溫、缺氧、氧自由基、有機物、重金屬、體內基因損傷、組織創傷、病毒或細菌感染等刺激時,熱休克蛋白會通過抗細胞凋亡、抗氧化、協同免疫、結合甾體激素受體等多個方面對細胞有所保護。而早在20 世紀90 年代就已發現,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,能夠激發保護性的抗腫瘤和抗病毒的細胞免疫反應,這可以幫助人們制備新型的疫苗或藥物,或許將成為 .瘤診斷和治療的新靶點。另外,在強烈運動時,所產生的體溫升高,體液pH 值降低,體內相對缺氧、能量缺失以及活性氧族的形成,都能刺激熱休克蛋白產生,這些蛋白對于運動的適應性、運動的強度和時間都有密切聯系,因此,研究運動時熱休克蛋白的表達調控,不僅可以提高運動員成績,對普通人也有保護健康、避免運動損傷的指導作用。
目前,熱休克蛋白已經成為生命科學領域的一個熱點和新的希望,有科學家甚至在研究如何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境的影響,進而提高產量。
抗高溫是這樣煉成的
由于熱休克蛋白與防熱抗暑能力有著直接的相關性,因此如果要提高耐熱能力,其實就是要加強這種蛋白的合成和表達。研究表明,機體熱休克蛋白的表達水平是與熱應激強度和持續時間有關的。通俗地說,要變得更耐熱,就是要“走出去,曬出來”。
熱休克蛋白在進化的過程中有高度保守性,從最小的細菌到植物再到人類,都含有這類蛋白。而且,從高等生物到低等生物,幾乎所有的細胞面對熱應激都能產生熱休克蛋白。熱休克蛋白是可以誘導表達的,在體外將細胞暴露于42℃ ~45℃下20 分鐘~60 分鐘, 然后恢復到正常溫度就可以誘導表達。這種表達與最初的誘導相關,最初誘導的量越大,熱休克蛋白的表達也就越多,持續的時間也就越長。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。中等程度的亞致死性熱休克可以幫助細胞耐受隨后的致死性熱處理,就算受到致死量的熱應激也能生存,極大的提高了細胞的生存能力。
將這種作用擴大,由千千萬萬細胞組成的身體當然也具備這種愈磨礪愈強硬的潛質。雖然人與人之間有天生的基因差異,本身對熱休克蛋白的表達就有差別,但后天的鍛煉也很重要。像日本、芬蘭等國就專門有一種治療性熱水浴,利用外部環境來刺激熱休克蛋白,加強身體對高溫以及一些不良應激的抵御能力,減少突發的高溫傷害。
讓自己熱一熱,發發汗,這對身體絕不是壞事!我們要做的僅僅就是主動走到陽光下擁抱高溫,接受熱暴露, 適應熱環境,并且嘗試逐步增多高溫環境下的駐留時間。當你在分享陽光的同時,也可以使體內的熱休克蛋白一直處于戰備狀態,產生熱適應,增強耐熱能力,避免它們的過度衰減,在關鍵時刻,就能夠減弱機體熱應激反應的劇烈程度,有效避免中暑。