熱休克蛋白和腫瘤關(guān)系研究進(jìn)展＊

延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院（延安716000） 何靜子 綜述 許靜洪 審校

熱休克蛋白（Heat shock protein，HSP）是一組高度保守的蛋白質(zhì)，當(dāng)各種各樣的理化環(huán)境侵?jǐn)_機(jī)體時(shí)，誘導(dǎo)HSP通過(guò)不同的作用機(jī)制保護(hù)細(xì)胞，是細(xì)胞在致命條件下生存的關(guān)鍵［1］。在動(dòng)物模型中，超表達(dá)的HSP能加強(qiáng)腫瘤的生長(zhǎng)和抵制化療。HSP損耗或抑制通常與腫瘤的大小密切相關(guān)，有時(shí)甚至可以導(dǎo)致腫瘤的完整的退化。臨床研究表明，HSP的表達(dá)關(guān)系到臨床治療效果［1］。目前，人們正在積極探索以抑制HSP來(lái)治療腫瘤的新的方法，作為基礎(chǔ)，人們對(duì)HSP蛋白的結(jié)構(gòu)、作用和生理功能進(jìn)行了大量的研究，并獲得了巨大的進(jìn)展。熱休克蛋白根據(jù)分子量大小，主要分為四個(gè)家族：HSP90家族（83～90kD）、HSP70（66～78kD）家族、HSP60家族及小分子 HSP家族（15～30kD，包括 HSP27）。此外還有分子量在100～110kD的大分子HSP。熱休克蛋白家族成員的表達(dá)是既定的形式分布，存在于不同的亞細(xì)胞的隔間。高分子量HSP是依賴ATP的分子陪伴，而分子量小的HSP是不依賴ATP的分子伴侶。近幾年研究最多的熱休克蛋白是：HSP90、HSP70和HSP27。本文介紹了HSP90、HSP70、HSP27這三種熱休克蛋白及與其相關(guān)的腫瘤領(lǐng)域的研究，重點(diǎn)闡述了HSP90的結(jié)構(gòu)、功能和抑制劑進(jìn)展。

1 HSP70和腫瘤的關(guān)系

1．1 HSP70的結(jié)構(gòu) 人類(lèi)細(xì)胞包含多個(gè)HSP70家族成員。包括誘導(dǎo)型HSP70、結(jié)構(gòu)型HSP70和線粒體型HSP70，HSP70家族以分子伴侶的形式在功能蛋白質(zhì)的形成以及細(xì)胞功能的保護(hù)方面具有多方面作用［2］。主要結(jié)構(gòu)從N端至C端可分為4個(gè)區(qū)域：近N端保守的ATP酶結(jié)合區(qū)，中間的蛋白酶敏感點(diǎn)，近C端的肽結(jié)合區(qū)，C端的可變區(qū)及末端的EEVD基序，HSP70成員的基序序列具有特異性，只有位于胞質(zhì)中的HSP70基序序列為 EEVD［2］。

1．2 HSP70的功能 在正常情況下，HSP70發(fā)揮作用是以ATP依賴的方式結(jié)合成多肽鏈的疏水區(qū)，再通過(guò)有控制的釋放幫助其折疊，形成功能蛋白構(gòu)象。此外，在蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)輸、錯(cuò)誤折疊多肽的降解及其調(diào)控過(guò)程中也發(fā)揮重要的作用。HSP70家族以分子伴侶的形式在功能蛋白質(zhì)的形成以及細(xì)胞功能的保護(hù)方面具有多方面作用［3］。HSP70可以阻止細(xì)胞色素C從線粒體釋放，起到抗凋亡功能。通過(guò)交叉遞呈，HSP70多肽復(fù)合物比單獨(dú)的腫瘤多肽激活的T淋巴細(xì)胞反應(yīng)更強(qiáng)烈［4］。

1．3 HSP70的抑制劑 已經(jīng)證明，依據(jù)AIF（Apoptosis inducing factor）以HSP70為目標(biāo)通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可以激活腫瘤細(xì)胞，通過(guò)HSP70的中和能力誘導(dǎo)凋亡；所有這些AIF衍生的多肽需要綁定在其PBD（Peptide binding domain）才能發(fā)揮功能，這些抑制劑，稱(chēng)為 ADD70（AIF派生的誘餌 HSP70）［1］。已經(jīng)證明，ADD70抗腫瘤是激活腫瘤的特異性CD8＋的細(xì)胞毒性的T細(xì)胞［1］。HSP70特定化學(xué)分子抑制劑稱(chēng)為PES（2-phenyl ethyne sulfonamide），與之進(jìn)行交互的是 HSP70的 C端。PES與HSP70的分子伴侶作用導(dǎo)致蛋白的錯(cuò)誤折疊聚合，溶酶體膜的不穩(wěn)定，從而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡［4］。

2 HSP90

2．1 HSP90的結(jié)構(gòu) HSP90是廣泛分布于真核細(xì)胞的伴侶蛋白。人類(lèi)中分布最多的是HSP90α和HSP90β異構(gòu)體，分別由730和724個(gè)氨基酸組成，分別由兩個(gè)截然不同的基因表達(dá)。它們有86%的相似性在蛋白序列上，而且他們的n端在晶體結(jié)構(gòu)上很相似的。HSP90的每個(gè)單體被分成3個(gè)主要的結(jié)構(gòu)域：N-末端結(jié)構(gòu)（NT）、中間域（M）、C-來(lái)端結(jié)構(gòu)（cT）。NT是ATP／ADP的結(jié)臺(tái)位點(diǎn)，是負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的ATP酶活性，另外一個(gè)特征足有一個(gè)叫“ATP Lid”片段，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明．在HSP90與ATP結(jié)合后，此片段進(jìn)行構(gòu)象重排，致使NT區(qū)域出現(xiàn)短暫二聚化，此片斷的擺動(dòng)受底物的影響［5］。中間域能與其他分子伴侶（p50CDC37，p23，Aha1）以及其他蛋白發(fā)生結(jié)合；C端二聚化結(jié)構(gòu)域包括TRP基序EEVD在內(nèi)。HSP90經(jīng)過(guò)不同的轉(zhuǎn)錄修飾后（磷酸化、乙?；?、亞硝基化）有調(diào)節(jié)功能。

2．2 HSP90功能 HSP90的客戶蛋白大概有200個(gè)，這些蛋白發(fā)揮著重要的功能，包括促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和存活，大多數(shù)也參與了腫瘤的生長(zhǎng)過(guò)程。抑制HSP90ATP酶的活性，干擾了多個(gè)伴侶蛋白正在參與進(jìn)行的折疊過(guò)程，導(dǎo)致客戶蛋白不穩(wěn)定，發(fā)生蛋白介導(dǎo)的泛素化修飾，最終通過(guò)蛋白酶體途徑降解。針對(duì)HSP90能夠同時(shí)阻斷多個(gè)致瘤信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，可以作為腫瘤治療的方法。此外，在一些腫瘤細(xì)胞中HSP的表達(dá)或ATP酶的活性都有升高。HSP90也被報(bào)道成是一個(gè)增加肺癌表皮生長(zhǎng)因子活動(dòng)的突變受體［6］。

2．3 HSP90的抑制劑為腫瘤治療的新興方向 HSP90抑制劑主要天然抑制劑和人工設(shè)計(jì)合成的抑制劑。天然HSP90抑制劑有局限性，所以嘗試人工合成新的HSP90抑制劑，這些抑制劑的結(jié)構(gòu)大都針對(duì)HSP90N末端ATP口袋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成。

2．3．1 天然 HSP90抑制劑及其衍生品：格爾德霉素（Geldanamycin，GA），是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行深入研究的HSP90抑制劑，最初從吸水鏈霉菌（Streptomyces hygroscopicus）發(fā)酵液中分離得到的苯醌安莎類(lèi)霉素。苯醌安莎霉素類(lèi)抗生素在體外和體內(nèi)都具有強(qiáng)大的抗腫瘤活性。格爾德霉素可以專(zhuān)一地與HSP90結(jié)合，其抗腫瘤活性通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合HSP90N末端ATP／ADP的結(jié)合位點(diǎn)，改變HSP90構(gòu)象，特異性抑制HSP90所需的ATP酶的活性，并使其不能與效應(yīng)蛋白及其他小分子蛋白形成復(fù)臺(tái)體，從而抑制其行使正常分子伴侶功能，導(dǎo)致客戶蛋白降解，阻斷腫瘤賴以生存的信號(hào)通路［7］。其具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，但由于溶解性低、體內(nèi)穩(wěn)定性差、肝臟毒性大，未進(jìn)入臨床試驗(yàn)。針對(duì)GA的缺點(diǎn)，研究和開(kāi)發(fā)了其衍生物17-烯丙胺-17-去甲氧基格爾德霉素（17-allyamino-17-demethoxygeldanamycin，17-AAG）抗腫瘤活性比GA高而且肝毒性也降低，是第一個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的HSP90抑制劑，目前已經(jīng)進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段。但是溶解度比較差，有一定的肝毒性且生物利用度有限，對(duì)不同類(lèi)型的腫瘤和不同情況的患者療效差異顯比較大。

17-DMAG（17-Dimethylaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin）是第二代格爾德霉素衍生物，其水溶性和生物利用度有所增加，己進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，結(jié)果表明其毒副作用也具有劑量和療程依賴性［8］。已進(jìn)入一期臨床試驗(yàn)階段，在多種白血病和實(shí)體腫瘤上具有可耐受的毒性［9］。

根赤殼菌素（Radicicol，RD）是分離自 Monosporium bonorden的大環(huán)內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素。它有強(qiáng)大的抗腫瘤特性，但在腫瘤異種移植模型中活性降低，可能因?yàn)槠湓隗w內(nèi)的化學(xué)不穩(wěn)定性造成的。根據(jù)這個(gè)原理，設(shè)計(jì)了間苯二酚的吡唑及異惡唑抑制劑，提高了在體內(nèi)發(fā)揮作用的能力以及具有更好的溶解度?，F(xiàn)己通過(guò)合成法獲得根赤殼菌素的肟衍生物（KF25706、KF58332、KF58333）及環(huán)丙烷衍生物來(lái)提高體內(nèi)活性［7］。

2．3．2 HSP90的合成抑制劑：根據(jù) HSP90抑制劑，嘌呤類(lèi)化合物是N-末端獨(dú)特的核苷酸連接口袋設(shè)計(jì)而成，所以選擇嘌呤化合物主要對(duì)HSP90ATP酶活性的抑制劑。最初合成的這類(lèi)化合物是PU系列，如PU-H71和PU-DZ8。與正常組織相比，PU-H71能優(yōu)先在淋巴瘤細(xì)胞中聚集，在體內(nèi)以HSP90靶標(biāo)蛋白BCL-6依賴的方式特異性抑制淋巴瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)［10］。CNF-2024（or BIIB021）一種嘌呤結(jié)構(gòu)的口服制劑能通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路誘導(dǎo)霍奇金淋巴瘤細(xì)胞的死亡［11］。

2．3．3 HSP90的抑制劑小結(jié)：以乳腺腫瘤為例，約有30%的乳腺癌病人過(guò)度表達(dá)HER2，HER2的過(guò)度表達(dá)是預(yù)后不良的指征［12］。瞄準(zhǔn)HER2的信號(hào)通路的單克隆抗體，通過(guò)HSP90抑制劑進(jìn)一步抑制這條信號(hào)傳導(dǎo)通路，能改善臨床結(jié)果。17-AAG已經(jīng)被證明能夠誘導(dǎo)HER2降解，在異種移植上抑制腫瘤生長(zhǎng)［13］。Shepherdin是HSP90客戶蛋白腫瘤細(xì)胞存活關(guān)鍵調(diào)控因子生存素與HSP90相互作用的肽類(lèi)拮抗劑。它能與HSP90的ATP結(jié)構(gòu)域結(jié)合。體外實(shí)驗(yàn)表明，Shepherdin能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，但并不影響純化造血祖細(xì)胞的克隆形成能力［1］。

3 HSP70與HSP90的聯(lián)合抑制 HSP70與HSP90抑制劑的結(jié)合被認(rèn)為是一個(gè)新的研究方向，已經(jīng)被證明一些腫瘤細(xì)胞中，腫瘤病理的分級(jí)的增加，HSP70的表達(dá)增加，而HSP90的表達(dá)減弱［14］。HSP70的高表達(dá)時(shí)，誘發(fā)HSP90抑制劑，這對(duì)腫瘤細(xì)胞更具有選擇性。這是因?yàn)镠SP70家族的高度保守鈣調(diào)素結(jié)合結(jié)構(gòu)域的生物學(xué)特性［1］。損耗HSP70可以通過(guò)干擾RNA增加細(xì)胞的敏感來(lái)自17-AAG。同時(shí)HSC70和HSP70依賴HSP90蛋白客戶誘發(fā)蛋白酶體降解［15］。在腫瘤的治療這將是一個(gè)新的研究方向。

4 HSP27和腫瘤 HSP27（HSPB1）與其他小分子量HSP家族成員都具有能形成寡聚體復(fù)合物和磷酸化的能力。體內(nèi)誘導(dǎo)HSP27磷酸化的信號(hào)通路是 MAPKAP-2／3和P38 MAPK［16］。這是一個(gè)可逆的磷酸化，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的寡聚體。研究表明，HSP27與多種腫瘤的關(guān)系密切，如乳腺癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌和白血病中［17］。隨著研究的深入，HSP 27與腫瘤的關(guān)系越來(lái)越被人們重視，在一些乳腺癌細(xì)胞患者中，HSP 27表達(dá)能夠明顯地增加乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力，是預(yù)后不良標(biāo)志［1］。深入研究HSP27在腫瘤細(xì)胞的表達(dá)及其表達(dá)調(diào)控機(jī)制，對(duì)腫瘤的臨床治療很有意義。HSP27在腫瘤治療上是一個(gè)新的方向，但是其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語(yǔ) HSP對(duì)機(jī)體具有保護(hù)作用，參與大部分細(xì)胞的生命活動(dòng)，研究中發(fā)現(xiàn)，HSP與疾病的關(guān)系密切，尤其在腫瘤的治療中成為一個(gè)熱點(diǎn)。進(jìn)一步尋找方便、可用的新型HSP抑制劑并對(duì)評(píng)估其臨床效果，是HSP未來(lái)研究的主要方向。

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