熱休克蛋白與腫瘤的研究進(jìn)展

張 敏 劉曉民

張 敏，劉曉民.熱休克蛋白與腫瘤的研究進(jìn)展［J/CD］.中華肺部疾病雜志:電子版，2013，6(6):554-556.

熱休克蛋白(heat shock proteins，HSP)是細(xì)胞暴露在致死性環(huán)境刺激下產(chǎn)生的一種功能高度保守的蛋白質(zhì)，是一種應(yīng)激蛋白，廣泛存在于原核生物及真核生物中。其作為分子伴侶通過協(xié)助蛋白質(zhì)的適當(dāng)折疊，保護(hù)細(xì)胞免受外界環(huán)境的損害，并參與細(xì)胞的生長(zhǎng)分化、新陳代謝及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);此外，它也可以幫助隔絕損傷蛋白并使其降解。近年來發(fā)現(xiàn)HSP在許多腫瘤組織中過度表達(dá)，已有研究證明HSP通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖或抑制細(xì)胞凋亡促進(jìn)癌癥發(fā)展，現(xiàn)對(duì)HSP的生物學(xué)功能、其與腫瘤發(fā)生、腫瘤治療關(guān)系進(jìn)行概述。

一、熱休克蛋白及其生物學(xué)功能

1.HSP的生物學(xué)特性:熱休克蛋白是一種功能保守的蛋白，1962年由Ferruccio Ritossa在果蠅的幼體中第一次發(fā)現(xiàn)，存在于幾乎所有生物的細(xì)胞中，包括細(xì)胞膜及細(xì)胞外基質(zhì)。HSP作為分子伴侶參與蛋白質(zhì)的折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)、活化、降解及蛋白信號(hào)的呈遞。它們?cè)诖龠M(jìn)細(xì)胞存活及維持細(xì)胞自身免疫調(diào)節(jié)等防御機(jī)制中發(fā)揮重要作用，并保護(hù)細(xì)胞免受輻射誘導(dǎo)的死亡［1-2］。HSP根據(jù)其分子量的不同分為 HSP100、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40 及小分子 HSP［3］。HSP 不僅在正常細(xì)胞中表達(dá)，在一些侵襲性腫瘤或轉(zhuǎn)移癌中也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)HSP過度表達(dá)。在一般環(huán)境中，溫度、pH值、氧含量的變化，三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的消耗，化學(xué)藥品，乙醇，缺血，紫外線照射，電離輻射甚至氧自由基都可導(dǎo)致HSP的產(chǎn)生，并促使細(xì)胞存活，細(xì)胞變異、增殖、成熟的生理過程也可導(dǎo)致HSP的合成增加［4］。

2.HSP的生物學(xué)功能:HSP在外界環(huán)境刺激的情況下合成增加，促進(jìn)線粒體蛋白折疊，保護(hù)細(xì)胞免受刺激引起的損傷，提高細(xì)胞的生存率。

大部分HSP都可作為分子伴侶，在正常細(xì)胞中它們可占蛋白總量的5% ～10%，當(dāng)細(xì)胞暴露在刺激環(huán)境中，效應(yīng)蛋白則與分子伴侶結(jié)合并釋放熱休克因子(heat shock factor，HSF)，HSF作為轉(zhuǎn)錄因子與熱休克原件相結(jié)合，在HSP基因的促進(jìn)下使細(xì)胞內(nèi)HSP濃度增加。HSP可以阻止蛋白聚集，導(dǎo)致輸入的蛋白聚合物溶解，促進(jìn)初始多肽鏈折疊，并參與損傷蛋白的重新折疊及隔離降解損傷蛋白［5］。

HSP還可調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，細(xì)胞凋亡主要通過細(xì)胞表面死亡受體相關(guān)通路及線粒體相關(guān)通路調(diào)節(jié)。前者主要通過死亡受體Fas與其相關(guān)蛋白結(jié)合，活化前-caspase-8/10，活化的caspase-8/10刺激下游的caspase-3導(dǎo)致細(xì)胞凋亡;后者是通過線粒體釋放的細(xì)胞色素-C與凋亡蛋白酶活化因子結(jié)合活化caspase-9進(jìn)而活化caspase-3誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Bruey等［6］證實(shí)在人類白血病細(xì)胞中，HSP 27可通過與細(xì)胞色素-C相互作用，從而抑制調(diào)亡小體的形成及caspase級(jí)聯(lián)活化。HSP90可抑制絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶Akt的去磷酸化，磷酸化的Akt可使caspase-9磷酸化，導(dǎo)致其活性受到抑制，對(duì)抗細(xì)胞凋亡［7］。

HSP亦可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。研究顯示應(yīng)激條件下細(xì)胞內(nèi)生成的HSP可釋放到細(xì)胞外發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，HSP70具有抗原遞呈、活化細(xì)胞及促進(jìn)Th細(xì)胞向Th1轉(zhuǎn)化的作用［8］。不僅如此，HSP還可介導(dǎo)抗感染免疫，在病原體侵入時(shí)，刺激免疫細(xì)胞生成炎性因子釋放入血而發(fā)揮作用。

二、HSP在腫瘤發(fā)生中的作用

在許多人類腫瘤中都可發(fā)現(xiàn)HSP過度表達(dá)，包括實(shí)體腫瘤及血液系統(tǒng)惡性腫瘤，這是癌細(xì)胞在惡劣環(huán)境中保護(hù)蛋白質(zhì)體內(nèi)穩(wěn)定及促進(jìn)細(xì)胞存活的一種適應(yīng)性反應(yīng)，同時(shí)也促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞死亡［9］。HSP通過參與以下六個(gè)生物學(xué)過程發(fā)揮其作用:①在癌細(xì)胞生長(zhǎng)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)可自給自足:HSP90在維持參與正常細(xì)胞生長(zhǎng)途徑的轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶的易碎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上起到非常重要的作用，而且這個(gè)分子伴侶在維持信號(hào)分子處于活化狀態(tài)以及引起生長(zhǎng)信號(hào)迅速激發(fā)的過程也十分必要。在癌細(xì)胞中，HPS90保持原癌基因HER2和蛋白激酶Akt、c-Src及Raf-1的活性促進(jìn)腫瘤增長(zhǎng)，同時(shí)穩(wěn)定了突變蛋白v-Src結(jié)構(gòu)以及總體結(jié)構(gòu)改變分子如Bcr-Abl的形態(tài)，從而使癌細(xì)胞內(nèi)的突變分子數(shù)增加［9-10］;②對(duì)抗增殖信號(hào)不敏感:HSP70可以與p53及其他腫瘤抑制基因蛋白結(jié)合，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中p53突變是最常見的，然而盡管HSP70在腫瘤細(xì)胞中濃度較高且與突變的p53蛋白高度結(jié)合，但沒有確切的證據(jù)證實(shí)增加HSP70的水平對(duì)滅活腫瘤抑制基因是必要的，及這些抑制基因可導(dǎo)致腫瘤惡化［11-12］;③逃避細(xì)胞凋亡:癌細(xì)胞總數(shù)是由腫瘤細(xì)胞增值及消耗之間的平衡所決定的，而癌細(xì)胞的消耗大部分歸功于細(xì)胞凋亡。HSP在細(xì)胞凋亡的調(diào)控中起著非常復(fù)雜的作用，它們參與caspase依賴型及非依賴型兩種細(xì)胞凋亡途徑，同時(shí)參與抗凋亡因子的活化與維護(hù)［13］。例如，滅活或沉默HSP70或HSP27可引起caspase依賴的細(xì)胞凋亡。相反，上調(diào)HSP70或HSP27可抑制caspase依賴的細(xì)胞凋亡。HSP70、HSP27靶點(diǎn)包括 c-Jun激酶、Apaf-1和 caspase 8。HSP70也參與caspase非依賴的細(xì)胞凋亡途徑，并且抑制組織蛋白酶參與的細(xì)胞死亡途徑［13］;④無限的復(fù)制能力:為了使癌細(xì)胞躲避衰老并保持無限復(fù)制的能力，就必須繞開染色體端粒顯著濃縮和大量細(xì)胞集體死亡的危險(xiǎn)階段，從而避免細(xì)胞分裂的發(fā)生［10］。HSP90對(duì)端粒酶的穩(wěn)定性具有關(guān)鍵作用，在惡性腫瘤的轉(zhuǎn)化上也有十分重要的作用［14］。HSP75是HSP70家族中的一員，在癌細(xì)胞的分裂增加過程中起重要作用，并可對(duì)抗因抑制p53活性而導(dǎo)致的增殖老化［15］;⑤參與血管生成:HSP90和HSP70可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄因子H1F1α(腫瘤處于低氧環(huán)境時(shí)的傳感器)［16］。另外，HSP90通過誘導(dǎo)和穩(wěn)定血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和血管內(nèi)皮細(xì)胞中一氧化氮合酶的表達(dá)來調(diào)節(jié)血管細(xì)胞的增殖和運(yùn)動(dòng)［17］。事實(shí)上，HSP90的過度表達(dá)已證明可增加腫瘤血管的生成;⑥侵襲和轉(zhuǎn)移能力:組織侵襲和轉(zhuǎn)移是癌癥進(jìn)展的標(biāo)志。臨床研究顯示HSP27和HSP70的增長(zhǎng)水平與惡性腫瘤的侵襲性及轉(zhuǎn)移程度成正相關(guān)［18］。HSP90還可作為分子伴侶協(xié)助基質(zhì)金屬蛋白酶2活化，導(dǎo)致腫瘤侵襲性增加［19］。

三、HSP與腫瘤治療

鑒于HSP在腫瘤發(fā)生及發(fā)展中的重要作用，其可能成為腫瘤治療中較理想的治療靶點(diǎn)，例如，HSP參與主要的凋亡信號(hào)途徑，并且可作為細(xì)胞凋亡中其他重要分子的分子伴侶。因此，HSP的抑制劑也可能參與多種信號(hào)途徑，導(dǎo)致caspase依賴和非依賴式的癌細(xì)胞凋亡。

1.HSP抑制劑在腫瘤化療中的作用:HSP90的抑制劑包括17-AAG、17-DMAG、格爾德霉素和根赤殼霉素，在預(yù)實(shí)驗(yàn)中，后兩者被證實(shí)有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，但亦有較強(qiáng)的肝毒性［20］。17-AAG通過對(duì)一系列腫瘤如乳腺癌、黑色素瘤、肺癌、骨髓瘤及前列腺癌等的臨床前實(shí)驗(yàn)的證明其具有抑制腫瘤生長(zhǎng)的活性［21］。在乳腺癌中，應(yīng)用17-AAG和血管生成抑制劑治療可使腫瘤退化。在Her-2過度表達(dá)的乳腺癌異體抑制物中，17-AAG還可誘導(dǎo)Her-2退化［22］。而且有趣的是，現(xiàn)今臨床所應(yīng)用的紫杉醇、順鉑等化學(xué)制劑本身就具有抗HSP90的作用，這對(duì)它們的抗腫瘤作用具有重要貢獻(xiàn)［23］。

近年來反義寡核苷酸和siRNA技術(shù)選擇性的沉默靶基因已被證實(shí)通過改變HSP表達(dá)以增加腫瘤對(duì)化療的敏感性非常有前景。在體外培養(yǎng)的直腸癌細(xì)胞中，siRNA下調(diào)HSP27表達(dá)可增加腫瘤細(xì)胞對(duì)伊立替康的敏感性，并且HSP27高表達(dá)則可導(dǎo)致伊立替康耐藥。在小鼠異體移植前列腺癌的研究中，siRNA HSP27的全身給藥不僅可以抑制腫瘤進(jìn)展，而且可以增加腫瘤對(duì)紫杉醇的敏感性［24］。類似的像在有膀胱癌腫瘤的小鼠膀胱內(nèi)給予HSP27反義寡核苷酸也可以增加紫杉醇、順鉑和吉西他濱等藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒性［25］。

通過HSP與寡核苷酸適配子結(jié)合途徑增加化療敏感性也已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。寡核苷酸適配子是支架蛋白上的短肽，促使肽鏈維持一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)。應(yīng)用蛋白適配體結(jié)合HSP27處理過的腫瘤細(xì)胞在順鉑和阿霉素治療時(shí)細(xì)胞死亡有明顯增加［26］。

2.HSP抑制劑在放射治療中的作用:17-AAG在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究中顯示可增加放療敏感性，并且在許多腫瘤如肺癌、結(jié)腸癌中也得到了證實(shí)［27］。小分子的HSP抑制劑對(duì)放療敏感的癌細(xì)胞有著很重要的作用。小分子的HSP70抑制劑，最主要的是橡黃素及其相關(guān)的化學(xué)衍生物如雷公藤甲素也被證明有相似的作用。然而這些分子只是抑制蛋白的表達(dá)而不是功能，并不能體現(xiàn)出對(duì) HSP70的高度特異性［28］。另一種小分子抑制物花姜酮，是從生姜的一種亞型中提取的物質(zhì)，可使HSP27單體聚合，這種物質(zhì)可以通過抑制HSP27抗凋亡活性而增加未治療的癌細(xì)胞對(duì)放射治療的敏感性［29］。

另外，在克隆存活試驗(yàn)中，應(yīng)用siRNA技術(shù)在頭頸部癌中沉默HSP27可以使癌細(xì)胞對(duì)放療更敏感，使其氧自由基產(chǎn)物增加，降低細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽含量并增加線粒體膜通透性［30］。此外，應(yīng)用反義cDNA技術(shù)下調(diào)HSP27表達(dá)可增加前列腺癌細(xì)胞對(duì)放療的敏感性［31］。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用HSP27反義寡核苷酸及放射治療的小鼠，表現(xiàn)為腫瘤細(xì)胞退化并增加了移植瘤模型的成活率，同時(shí)也證實(shí)其可減少腫瘤血管的生成及細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽的含量［32］。

最近，在SQ20B細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，參與HSP27活性的兩種寡核苷酸適配子作為放療增敏劑在放射治療后增加了克隆細(xì)胞的病死率［26］;同時(shí)也證明SQ20B可使鱗狀細(xì)胞癌的生長(zhǎng)速度變慢，而這一結(jié)果是由細(xì)胞周期停滯所致。

因?yàn)镠SP在腫瘤細(xì)胞中的高度表達(dá)及其強(qiáng)大的促存活、促增殖功能，其可能成為非常有前景的腫瘤治療靶點(diǎn)。鑒于正常細(xì)胞中HSP的含量豐富及其基本的生理功能，熱休克蛋白抑制劑作為臨床上有效的治療藥物將被研制開發(fā)。同時(shí)這種制劑可最大限度地減少細(xì)胞毒性及對(duì)體內(nèi)正常細(xì)胞不必要的副作用，為腫瘤的放射、化療提供了新的方向。

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