熱休克蛋白在腫瘤防治中的作用

劉新文鄒小琴 黃振光 綜述 楊玉芳 審校

作者單位：530021 南寧△廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院；廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院藥學(xué)部

綜述

熱休克蛋白在腫瘤防治中的作用

劉新文△鄒小琴 黃振光 綜述 楊玉芳 審校

作者單位：530021 南寧△廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院；廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院藥學(xué)部

熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）是熱應(yīng)激時(shí)機(jī)體所表現(xiàn)出以防御性為特征的新合成或合成增多的一組蛋白，具有“分子伴侶”和熱防御功能，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和抗氧化等作用，與腫瘤的關(guān)系十分密切。本文就HSPs在腫瘤防治中的作用進(jìn)行綜述。

熱休克蛋白；凋亡；腫瘤防治；抗腫瘤免疫反應(yīng)

熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）是一個(gè)高度保守的多成員蛋白家族，包括HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、小分子HSP（22～23kD）、HSP10和泛素等多個(gè)亞家族，廣泛存在于真核和原核細(xì)胞中，不同的HSPs定位于不同的細(xì)胞區(qū)域。近年發(fā)現(xiàn)HSPs也存在于細(xì)胞外空間和血液循環(huán)中［1］。HSPs的合成受嚴(yán)格調(diào)控，正常狀態(tài)下HSP基因處于非激活狀態(tài)，應(yīng)激可啟動(dòng)熱休克基因的轉(zhuǎn)錄，HSP基因轉(zhuǎn)錄受到細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖分化等生理過(guò)程的調(diào)節(jié)。它的分布與細(xì)胞狀態(tài)有關(guān)，例如在正常細(xì)胞中，大多數(shù)HSP10定位在線粒體基質(zhì)中，而在腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中HSP10的表達(dá)水平更高［2］，其表達(dá)、分布等與腫瘤的關(guān)系密切。

1 HSPs的生物學(xué)功能

1.1 HSPs的“分子伴侶”和熱防御功能

HSPs執(zhí)行各種“分子伴侶”的功能，幫助蛋白質(zhì)進(jìn)行折疊、移位、修復(fù)及降解等；可通過(guò)其C末端疏水區(qū)與新合成的多肽鏈結(jié)合，幫助其在折疊酶的作用下逐步完成正確折疊；還可提高細(xì)胞的熱耐受能力，當(dāng)預(yù)先給予非致死性的熱剌激后，生物對(duì)第二次熱剌激的抵抗力增強(qiáng)，從而提高細(xì)胞生存能力以及生物對(duì)致死性熱剌激的存活率。在HSPs不能被誘導(dǎo)合成的發(fā)育階段，有機(jī)體對(duì)熱刺激極其敏感，不能建立熱耐受。應(yīng)激原可通過(guò)誘導(dǎo)機(jī)體大量合成HSPs，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)如缺血、缺氧等應(yīng)激的耐受性，提高細(xì)胞存活率。

1.2 HSPs調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和抗氧化作用

HSPs是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，其有抗凋亡和促凋亡雙向性作用。參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的信號(hào)通路主要有兩條，一條是作用于細(xì)胞表面死亡受體的外源性通路，其中最典型的死亡受體是Fas和腫瘤壞死因子受體（tumor necrosis factor receptor，TNFR）；另一條是調(diào)控線粒體信號(hào)通路。研究發(fā)現(xiàn)HSP27、HSP60和HSP70通過(guò)調(diào)控線粒體信號(hào)通路和HSP27、HSP90通過(guò)調(diào)控死亡受體信號(hào)通路抑制細(xì)胞凋亡。另外，HSP70還可通過(guò)抑制應(yīng)激活化蛋白激酶（stress-activated protein kinase，SAPK）的活性抑制應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，HSP90也可作為分子伴侶調(diào)節(jié)應(yīng)激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中凋亡水解酶分子的活性而抑制細(xì)胞凋亡［3～5］。HSP60對(duì)細(xì)胞凋亡的影響具有兩面性，即在基礎(chǔ)狀態(tài)下抑制凋亡，但在某些病理因素作用下也可能成為促凋亡因子。HSP60可能通過(guò)以下兩條途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡：①細(xì)胞釋放出的HSP60可作為免疫優(yōu)勢(shì)抗原，強(qiáng)烈刺激機(jī)體產(chǎn)生抗HSP60抗體，這種自身抗體可與細(xì)胞膜HSP60結(jié)合并引起細(xì)胞凋亡；②HSP60可能通過(guò)激活Toll樣受體而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［6］。

研究發(fā)現(xiàn)HSPs具有抗氧化作用，可阻止活性氧（reactive oxygen species，ROS）引起的DNA鏈斷裂，防止脂質(zhì)過(guò)氧化，保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)和功能；通過(guò)抑制中性粒細(xì)胞線粒體還原型輔酶Ⅱ（NADPH）氧化酶，減少呼吸暴發(fā)產(chǎn)生的ROS對(duì)細(xì)胞的損傷；增強(qiáng)過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶等內(nèi)源性過(guò)氧化酶的活性，提高清除ROS的能力及減輕應(yīng)激對(duì)細(xì)胞的損傷。

2 HSPs在腫瘤防治中的作用

腫瘤的發(fā)生受多種因素的影響，其過(guò)程復(fù)雜。腫瘤細(xì)胞最明顯的特征是無(wú)限增殖，在增殖以及抗凋亡的過(guò)程中，需要大量HSPs發(fā)揮“分子伴侶”作用，同時(shí)，這些HSPs也作用于各種細(xì)胞通路。Didelot等［7］發(fā)現(xiàn)在各種形式的癌細(xì)胞中HSPs的表達(dá)水平顯著升高，其中以HSP90、HSP70、HSP27最為突出。放療和化療是癌癥治療的方法之一，但在接受治療過(guò)程中，腫瘤仍會(huì)增長(zhǎng)，正常組織也受損，限制藥物劑量又影響療效。因此，HSPs抗腫瘤的作用成為腫瘤治療新的突破口，目前，應(yīng)用HSPs抗腫瘤的途徑大致有以下幾種。

2.1 使用藥物改變細(xì)胞內(nèi)HSPs的表達(dá)水平

正常情況下，細(xì)胞中HSP90的表達(dá)最豐富，占細(xì)胞總蛋白的2%，這對(duì)維護(hù)細(xì)胞內(nèi)平衡和抑制細(xì)胞凋亡具有重要作用，在腫瘤細(xì)胞中HSP90呈持續(xù)高表達(dá)［8］，可通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)HSP90的表達(dá)達(dá)到治療腫瘤的目的。HSP90能被格爾德霉素（17-AAG）苯醌袢霉素類抗生素抑制，從而增加細(xì)胞對(duì)腫瘤壞死因子所誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡通路的敏感性。17-AAG在體內(nèi)外都具有良好的放射增敏性，且與HSP90的親和力在腫瘤細(xì)胞中比在正常細(xì)胞中高100倍，可能是17-AAG在腫瘤細(xì)胞中因HSP90的作用產(chǎn)生高活性的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象［9］。腫瘤生長(zhǎng)產(chǎn)生應(yīng)激時(shí)會(huì)出現(xiàn)與HSP90相關(guān)的具有細(xì)胞保護(hù)作用的表型，而正常細(xì)胞沒(méi)有這種表型，17-AAG能夠抑制HSP90，同時(shí)也降低HSP90對(duì)腫瘤細(xì)胞的保護(hù)作用，因此17-AAG可選擇性地殺死腫瘤細(xì)胞。有報(bào)道槲皮素衍生物和雷公藤對(duì)HSP70的表達(dá)和功能有抑制作用，但這些藥物是否可阻斷HSP70的表達(dá)仍有待進(jìn)一步研究［10］。

2.2 HSPs作為單克隆抗體的識(shí)別位點(diǎn)

有些HSPs在正常的細(xì)胞膜上不表達(dá)，但在腫瘤細(xì)胞膜上有表達(dá)，因此可用其單克隆抗體識(shí)別腫瘤細(xì)胞膜上的HSPs，達(dá)到選擇性抗腫瘤的目的。腫瘤生長(zhǎng)刺激細(xì)胞內(nèi)HSP70釋放到細(xì)胞外，使血漿中HSP70升高，誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從而抑制炎癥環(huán)境中腫瘤細(xì)胞的增殖［11］。用小鼠HSP70基因轉(zhuǎn)染人類黑色素瘤細(xì)胞后，腫瘤細(xì)胞過(guò)度表達(dá)HSP70，促進(jìn)了細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（cytotoxicT lymphocyte，CTL）介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［12］。HSP70可直接作為抗原提呈分子將腫瘤抗原提呈給T淋巴細(xì)胞，激發(fā)T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的特異性抗腫瘤免疫。給小鼠注射HSP70脂質(zhì)體化的單克隆抗體能顯著抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，增加自然殺傷細(xì)胞（natural killer cells，NK）的滲透性。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)cmHSP70.1單克隆抗體可識(shí)別小鼠和人腫瘤細(xì)胞表面的HSP70［13］，因此，HSP70可作為集中區(qū)/艾貝爾森（cluster region-abelson，Bcr/Abl）陽(yáng)性白血病的治療靶點(diǎn)。

2.3 HSPs作為佐劑誘發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng)

在研究胚胎細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)，HSP70和HSP110在熱休克刺激時(shí)能快速?gòu)募?xì)胞中釋放出來(lái)，細(xì)胞外HSP70具有提呈抗原、活化免疫細(xì)胞、促進(jìn)Th細(xì)胞向Th1轉(zhuǎn)化和激活補(bǔ)體系統(tǒng)等作用。HSPs結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，HSPs的C末端具有免疫原性，能刺激免疫活性細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子，從而誘導(dǎo)樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）成熟［14］；N末端具有ATP酶活性，在HSPs提呈抗原肽中發(fā)揮重要作用。因此，細(xì)胞外的HSPs被認(rèn)為是一類能增強(qiáng)機(jī)體免疫功能的蛋白佐劑，參與機(jī)體的特異性免疫和非特異性免疫，當(dāng)病原物入侵時(shí)，應(yīng)激誘導(dǎo)的HSPs可刺激機(jī)體合成免疫細(xì)胞和釋放各種炎性因子。gp96作為免疫佐劑或疫苗可提高TLR-2配體Pam3Cys或TLR-4配體LPS與DC相互的作用，刺激機(jī)體合成IL-12、IL-6和活化的共刺激分子［15］，抑制腫瘤生長(zhǎng)。

2.4 HSPs作為疫苗誘發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng)

抗腫瘤疫苗產(chǎn)生免疫反應(yīng)的原因是HSPs發(fā)揮“分子伴侶”的功能，HSPs與細(xì)胞內(nèi)的抗原肽結(jié)合，通過(guò)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)核苷酸和ATP的結(jié)合或水解，調(diào)控基因的表達(dá)。HSPs已被證實(shí)有強(qiáng)大的免疫原性［16］。gp96在纖維肉瘤、肝癌、肺癌、黑色素瘤、結(jié)腸癌和鱗狀細(xì)胞癌等多種腫瘤中表現(xiàn)出保護(hù)性免疫反應(yīng)，其作為疫苗用于黑色素瘤和結(jié)直腸癌的Ⅰ期/Ⅱ期臨床治療已顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，也已有用于腎細(xì)胞癌的國(guó)際性、多中心、雙盲的Ⅲ期臨床治療觀察［17］。被用作疫苗的還有HSP110-HER2“分子伴侶”復(fù)合物，它在小鼠體內(nèi)能提高保護(hù)性免疫力，刺激γ干擾素的產(chǎn)生［18］。從熱休克小鼠B淋巴細(xì)胞中提取的HSP60，當(dāng)遇到單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞時(shí)可以刺激細(xì)胞因子，誘導(dǎo)大量CD8+T細(xì)胞產(chǎn)生免疫應(yīng)答，其疫苗對(duì)正常細(xì)胞不產(chǎn)生毒性反應(yīng)而特異性地作用于腫瘤細(xì)胞［19］，目前HSP60疫苗在臨床研究中被證實(shí)對(duì)腎臟腫瘤有良好的治療效果［20］。

2.5 HSPs與腫瘤耐藥的逆轉(zhuǎn)

腫瘤耐藥是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果，HSPs可通過(guò)阻礙腫瘤細(xì)胞內(nèi)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)、改變腫瘤細(xì)胞代謝、多藥耐藥和再生耐藥等機(jī)制造成的腫瘤細(xì)胞耐藥。HSP27與腫瘤細(xì)胞耐藥關(guān)系較為密切。HSP27過(guò)表達(dá)可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)各種凋亡刺激的抵抗力，例如在培養(yǎng)的抗輻射頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系的轉(zhuǎn)化細(xì)胞和肺癌干細(xì)胞中，HSP27的濃度顯著升高［21］，這些細(xì)胞對(duì)超氧、順鉑、吉西他濱或者聯(lián)合治療會(huì)產(chǎn)生凋亡抗性反應(yīng)［22］。ROS的大量產(chǎn)生導(dǎo)致線粒體膜通透性增加，引起線粒體內(nèi)Cytc的大量釋放，激活胞質(zhì)程序化死亡途徑。HSP27高表達(dá)能抑制ROS的產(chǎn)生，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)超氧、化療等產(chǎn)生凋亡抗性反應(yīng)。蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，HSP27的表達(dá)使吉西他濱耐藥的胰腺癌細(xì)胞增加，認(rèn)為HSP27可判定胰腺癌對(duì)吉西他濱的敏感性［23］?？扇苄缘鞍兹薍SP90B也與耐藥相關(guān)［24］，它能特異地與多種細(xì)胞功能蛋白結(jié)合而改變這些蛋白質(zhì)的功能狀態(tài)，參與對(duì)底物蛋白質(zhì)的作用，影響信號(hào)傳遞分子的構(gòu)象變化過(guò)程，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的拮抗作用?？傊ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)HSPs的表達(dá)逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥可作為治療腫瘤的策略之一，例如可通過(guò)抑制熱休克轉(zhuǎn)錄因子的活性，下調(diào)HSPs的表達(dá)，解除腫瘤細(xì)胞的耐藥，增強(qiáng)其對(duì)化療藥物的敏感性。

3 小結(jié)

HSPs廣泛存在于真核和原核細(xì)胞中，具有“分子伴侶”和熱防御功能，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和抗氧化作用，與腫瘤關(guān)系密切，但其作用機(jī)制尚未明確，期望從以上幾種途徑深入研究HSPs在腫瘤防治中的作用，為腫瘤的診斷、治療和預(yù)后，以及研發(fā)新的抗腫瘤藥物提供新的途徑。

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［2013-11-11收稿］［2014-01-06修回］［編輯 羅惠予］

R730.3

A

1674-5671（2014）01-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2014.01.24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81260598）

楊玉芳。E-mail：yyf_69@163.com