洞蝠Eonycteris spelaea非典型热休克反应揭示哺乳动物耐热新机制

为解决哺乳动物耐热性差异的分子机制问题，新加坡研究人员通过比较洞蝠与小鼠的体内热休克反应(HSR)，发现洞蝠具有高基础热休克蛋白(HSP)表达水平和非经典HSR特征，其生理保护能力显著优于小鼠。该研究为理解哺乳动物应激反应多样性提供了新视角，发表于《Communications Biology》。

　　

在自然界中，蝙蝠作为唯一能持续飞行的哺乳动物，其飞行时核心体温可飙升至42°C以上而不受损伤，这种非凡的耐热性长期吸引着科学家的关注。传统观点认为，热休克反应(HSR)是高度保守的应激防御机制，通过热休克因子1(HSF1)激活热休克蛋白(HSP)的表达来应对蛋白质错误折叠。然而，蝙蝠这种特殊生理现象是否对应着独特的HSR调控模式，成为亟待解答的科学问题。

为揭示这一谜题，新加坡的研究团队在《Communications Biology》发表了一项开创性研究。通过建立洞蝠(Eonycteris spelaea)和小鼠(Mus musculus)的体内热休克模型，结合多组学分析，首次系统阐释了蝙蝠非经典的HSR特征。研究发现，与小鼠在42°C热刺激后迅速激活典型HSR不同，洞蝠表现出延迟且非典型的反应模式，其关键机制在于基础HSP表达水平显著升高，特别是主要应激诱导型异构体HSP90AA1、HSPA1A等。这种独特的分子适应可能源于蝙蝠飞行代谢产生的进化压力，为理解哺乳动物应激反应的多样性提供了全新视角。

研究采用的关键技术包括：1）建立清醒动物热休克模型，监测核心体温和生理指标；2）组织病理学分析和血清皮质酮检测；3）多器官（肺、肌肉、血液）RNA测序和生物信息学分析；4）CRISPR基因编辑构建HSF1敲除蝙蝠细胞系；5）跨物种比较蛋白质印迹验证。

【结果部分】
Establishment of the in vivo heat shock system
通过文献荟萃分析确认蝙蝠是唯一运动时体温>40°C的哺乳动物。建立42°C/1h的热休克模型，使两种动物核心体温均升至41°C，验证了模型有效性。

Hormonal, physiological and histological evidence of enhanced heat resistance in bats
热刺激后小鼠出现20%死亡率、肾小管变性（病理评分2分）和皮质酮水平3倍升高，而洞蝠则完全耐受这些生理损伤，显示更强的热抵抗能力。

Acute classical heat shock response elicited in mice but absent in bats
RNA测序显示小鼠在HS时相产生441个上调差异基因（含经典HSP基因簇），而洞蝠仅14个；恢复期(HS+R)则呈现相反趋势，蝙蝠 DEG数量达小鼠的4.75-30.8倍，呈现延迟响应特征。

Delayed non-canonical heat shock response in bats
恢复期洞蝠上调基因涉及IL37（抗炎因子）和NEDD4（泛素化酶）等非经典应激通路，而HSPA1A等热休克基因反而下调，呈现独特的转录调控模式。

High basal HSP expression in bats is not further transcriptionally induced during heat shock
基线比较显示洞蝠肺/肌肉组织中18-33个HSP基因表达显著高于小鼠，特别是应激诱导型HSP90AA1、HSPA1A等。模块评分证实蝙蝠基础HSP水平已达小鼠热休克后峰值。

HSF1 is responsible for the induction but not the maintenance of high HSP baseline in vitro
CRISPR-HSF1敲除实验证实HSF1调控蝙蝠HSP的诱导性表达，但不参与基础高表达的维持，提示存在其他调控机制。

High basal HSP expression is a shared characteristic in bats
跨亚目（阴翼手亚目和阳翼手亚目）、多食性（食蜜、食果、食虫）蝙蝠物种的Western blot验证表明，高基础HSP表达是翼手目的共有特征。

【结论与意义】
该研究首次揭示洞蝠通过"预激活"的HSP防御策略重塑了哺乳动物HSR范式：1）基础HSP水平构成"分子缓冲池"，避免急性转录激活需求；2）延迟的基因调控可能保留转录程序稳定性；3）HSF1非依赖的HSP维持机制暗示新的调控通路存在。这种适应或源于飞行代谢的选择压力，为理解应激反应的进化提供了模型。在应用层面，发现蝙蝠特有的HSP调控网络可能为热相关疾病治疗提供新靶点，其维持蛋白质稳态的机制对神经退行性疾病研究也有启示。研究同时强调非模式生物在揭示生物学多样性中的独特价值，为比较医学研究开辟了新方向。