熱休克蛋白90的分子伴侶調(diào)控與癌癥研究進(jìn)展

翟 睿 龔曉云 熊行創(chuàng) 江 游 黃澤建 方 向

(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院， 北京 100013)

1 引 言

惡性腫瘤已成為嚴(yán)重威脅人類健康的高發(fā)病率和高死亡率疾病。據(jù)估計(jì)，2015年我國(guó)新增腫瘤病例429萬例，死亡281.42萬例，其中肺癌為死亡率最高的癌癥，其次為胃癌、食管癌和肝癌[1]。關(guān)于癌癥的發(fā)生及轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制研究仍是生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域需要解決的重要科學(xué)問題。熱休克蛋白(Heat shock protein，HSP)，又名應(yīng)激蛋白，是機(jī)體受到外界不利因素(高溫、缺氧、細(xì)胞因子釋放等)刺激后，迅速合成表達(dá)的一類蛋白。熱休克蛋白最早于1962年由意大利遺傳學(xué)家Ferruccio Ritossa在研究果蠅幼蟲的唾液腺染色體時(shí)發(fā)現(xiàn)[2]。當(dāng)環(huán)境溫度升高，果蠅唾液腺出現(xiàn)膨突現(xiàn)象，人們將這種現(xiàn)象稱為熱休克應(yīng)答(Heat shock response，HSR)。HSP家族成員有6類，根據(jù)分子量的不同分為HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40以及小分子熱休克蛋白(Small heat shock proteins, sHSPs)。作為一類糖蛋白，HSP在遺傳上高度保守，不同種屬的同種HSP的核苷酸序列和氨基酸序列具有高度的同源性。在細(xì)胞中，HSP最主要的作用之一是作為分子伴侶參與新合成蛋白的正確折疊、幫助受到壓力作用后被破壞的蛋白質(zhì)的重新復(fù)性、維持蛋白質(zhì)的構(gòu)象和穩(wěn)定等。隨著對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展分子機(jī)制研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)HSP90由于對(duì)腫瘤癌變過程中多條信號(hào)通路中的蛋白質(zhì)起重要調(diào)節(jié)作用，因而對(duì)HSP90的研究已成為抗腫瘤生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)HSP90的分子伴侶調(diào)控及參與的腫瘤發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

2 HSP90及其結(jié)構(gòu)特征

HSP90家族是一類ATP依賴的分子伴侶，分子量約90 kDa。HSP90以二聚體形式存在于細(xì)胞中，HSP90的二聚化是其行使細(xì)胞內(nèi)功能所必須的[3]。在非應(yīng)激狀態(tài)下，HSP90的表達(dá)量約占細(xì)胞內(nèi)蛋白總量的1%～2%，是蛋白平均含量的數(shù)千倍；在應(yīng)激條件下，HSP90的含量可升高到細(xì)胞蛋白總量的4%～6%[4～6]。在人細(xì)胞中，HSP90蛋白分為HSP90α(誘導(dǎo)型)和HSP90β(組成型)。HSP90α在受到熱誘導(dǎo)后表達(dá)增加，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)是非必須的，與壓力條件下維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)相關(guān)；而HSP90β可持續(xù)表達(dá)且在哺乳動(dòng)物體內(nèi)必須存在，與哺乳動(dòng)物的生命活動(dòng)相關(guān)[7,8]。此外，根據(jù)蛋白表達(dá)位置不同，HSP90的亞型還包括： Gr994(存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng))、TRAP1(位于線粒體)、HSP90C(位于葉綠體)[9]。作為一種重要的分子伴侶，HSP90可以激活不同的底物蛋白，進(jìn)而參與多種生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)。

圖1 熱休克蛋白90的結(jié)構(gòu)示意圖[10]Fig.1 Schematic representation of the structure of heat shock protein 90 (HSP90) [10]

HSP90單體包括N端、中間區(qū)域和C端3個(gè)結(jié)構(gòu)域(圖1)[10]，每個(gè)區(qū)域的功能各不相同，無ATP結(jié)合時(shí)HSP90主要以“V”型開放構(gòu)象存在[11]。N端結(jié)構(gòu)域?yàn)槎垠w結(jié)構(gòu)，包含ATP結(jié)合位點(diǎn)。HSP90與輔助分子伴侶共同調(diào)節(jié)ATP的水解過程[12]，促使HSP90分子伴侶循環(huán)開始，為該過程提供能量。中間區(qū)域(M)是底物蛋白和輔助分子伴侶的結(jié)合區(qū)域[13,14]。連接N端結(jié)構(gòu)域和中間區(qū)域的是一段構(gòu)象易變且?guī)щ姷倪B接體，由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定給HSP90全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的具體解析帶來了很大困難。當(dāng)HSP90的中間區(qū)域催化環(huán)變?yōu)殚_放的激活狀態(tài)時(shí)，HSP90才具有ATP酶的活性。中間區(qū)域的環(huán)狀結(jié)構(gòu)含有一個(gè)保守的精氨酸殘基，其與ATP的γ-磷酸根相互作用，促進(jìn)HSP90調(diào)節(jié)的ATP水解供能。C端結(jié)構(gòu)域是另外一個(gè)輔助分子伴侶的結(jié)合區(qū)域，負(fù)責(zé)HSP90的二聚化[15,16]。C末端具有MEEVD保守序列[17]，該序列可與含有TPR(Tetratricopeptide repeat)結(jié)構(gòu)的輔助分子伴侶進(jìn)行相互作用。當(dāng)?shù)孜锏鞍捉Y(jié)合到中間區(qū)域后，HSP90通過與輔助分子伴侶相互作用和ATP的水解放能共同調(diào)節(jié)HSP90的N端構(gòu)象重排，最終HSP90的構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)椤瓣P(guān)閉”狀態(tài)，此時(shí)HSP90才可以行使其分子伴侶的功能[18,19]。

3 HSP90作為分子伴侶

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)中，每毫升細(xì)胞液平均約含有300 mg蛋白質(zhì)[20]。新合成的多肽和不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)會(huì)暴露疏水表面，加劇蛋白質(zhì)異常折疊和降解的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而引起機(jī)體多種疾病。為了使蛋白質(zhì)行使其正常的生物學(xué)功能，分子伴侶可以激活新合成的蛋白質(zhì)、組裝和解聚分子復(fù)合物、幫助異常折疊的蛋白質(zhì)重新折疊、與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)協(xié)同調(diào)節(jié)錯(cuò)誤折疊蛋白的降解等。HSP90是一類重要的分子伴侶，研究表明，HSP90α和HSP90β可與近2000個(gè)來自真核生物的蛋白質(zhì)進(jìn)行相互作用[21]，因此HSP90廣泛地參與了各種生命活動(dòng)，如類固醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡、免疫應(yīng)答、癌癥發(fā)展等過程。

3.1 HSP90的功能調(diào)節(jié)

3.1.1HSP90的表達(dá)調(diào)節(jié)高溫、病毒/細(xì)菌感染或缺氧時(shí)，機(jī)體會(huì)啟動(dòng)熱休克反應(yīng)，這一過程在轉(zhuǎn)錄水平上受到熱休克因子(Heat shock factor 1, HSF1)的調(diào)節(jié)，同時(shí)HSF1也是HSP90的底物蛋白[22]。在正常機(jī)體中，HSF1以無活性的單體結(jié)合在HSP90上；在壓力環(huán)境下，HSF1與HSP90形成的復(fù)合物解聚，無活性的HSF1被釋放，HSF1由單體轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w，轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中與熱應(yīng)激元件(Heat shock element, HSE)結(jié)合。隨后，HSF1三聚體經(jīng)過磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘霓D(zhuǎn)錄因子。至此，HSF1在轉(zhuǎn)錄水平上快速提升HSP90的表達(dá)水平，同時(shí)其它的分子伴侶(如HSP70、HSP40等)和輔助分子伴侶的蛋白表達(dá)量也快速升高。當(dāng)外部壓力刺激結(jié)束或HSP90表達(dá)量達(dá)到一定水平后，激活的HSF1再次被抑制[23～25]。

3.1.2輔助分子伴侶對(duì)HSP90的功能調(diào)節(jié)與其它分子伴侶類似，HSP90通常以分子伴侶復(fù)合物的形式對(duì)底物蛋白進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成分子伴侶循環(huán)。HSP90分子伴侶復(fù)合物主要包括其它的分子伴侶(HSP70, HSP40)、輔助分子伴侶(HOP/Sti1, Cdc37, PP5/Ppt1, p23/Sba1和Aha1等)[3,26]及其它作用因子(見表1)。HSP90會(huì)根據(jù)組織、細(xì)胞以及底物蛋白的不同而招募不同的輔助分子伴侶，每種輔助分子伴侶在HSP90幫助蛋白質(zhì)重新折疊和重新復(fù)性過程中發(fā)揮獨(dú)特的作用。在已鑒定到的HSP90輔助分子伴侶中，一些含有TPR結(jié)構(gòu)的蛋白會(huì)結(jié)合在HSP90的C端保守序列MEEVD上，也有一些蛋白結(jié)合在N端結(jié)構(gòu)域和中間區(qū)域。HOP/Sti1(HSP70/HSP90 organizing protein, HOP(人); Stress-inducible protein 1, Sti1(酵母))是在HSP90分子伴侶循環(huán)中第一個(gè)起到HSP90的ATP酶調(diào)節(jié)作用的輔助分子伴侶。它是一個(gè)重要的連接蛋白，其具有3個(gè)TPR結(jié)構(gòu)域和2個(gè)富含天冬氨酸-脯氨酸(Asp-Pro, DP)的結(jié)構(gòu)域，可以同時(shí)與HSP70與HSP90結(jié)合，介導(dǎo)底物蛋白從HSP70轉(zhuǎn)移到HSP90形成分子伴侶復(fù)合物[27～29]。并且HOP/Sti1還可以抑制HSP90的ATP酶活性，維持HSP90的開放構(gòu)象。細(xì)胞周期分裂蛋白37(Cell division cycle 37, Cdc37)是一種蛋白激酶特異性識(shí)別的輔助分子伴侶[30]，與HOP/Sti1相似，Cdc37很早就參與到HSP90的分子伴侶循環(huán)中。Cdc37的N端可以與蛋白激酶相互作用，中間區(qū)域和C端可以與HSP90相互作用，因而Cdc37可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)多種激酶的活性，是細(xì)胞中必須的蛋白質(zhì)。Cdc37也可通過抑制HSP90的N端二聚化以及N端與中間區(qū)域的對(duì)接(ATP水解所需)，從而維持HSP90的N端的開放構(gòu)象。因此，Cdc37可抑制HSP90的ATP酶循環(huán)[31～33]。PP5/Ppt1(Protein phosphatase 5, PP5(人)；Protein phosphatase T, Ppt1或Ppt(酵母))是具有TPR結(jié)構(gòu)域的HSP90輔助分子伴侶。當(dāng)PP5/Ppt1與HSP90結(jié)合后, PP5/Ppt1的磷酸酶抑制作用解除，進(jìn)而調(diào)節(jié)HSP90和Cdc37的去磷酸化作用[34,35]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，由PP5/Ppt1調(diào)節(jié)的HSP90磷酸化狀態(tài)的變化直接影響HSP90的功能和底物蛋白的激活[36]。PPIase(Peptidyl-prolyl cis-trans isomerases)也是一類含有TPR結(jié)構(gòu)域的HSP90輔助分子伴侶，包括部分FK506結(jié)合蛋白家族成員、親環(huán)蛋白40及Cpr6和Cpr7(酵母)等。除了具備異構(gòu)酶的活性，PPlase還兼具分子伴侶活性，因此PPlase很可能直接與底物蛋白進(jìn)行相互作用[37,38]，但具體機(jī)制仍不清楚。Aha1(Activator of Hsp90 ATPase activity)是近年發(fā)現(xiàn)的HSP90輔助分子伴侶，Aha1可以結(jié)合在HSP90的中間區(qū)域或者N端結(jié)構(gòu)域。Aha1與HSP90的相互作用可極大促進(jìn)HSP90的ATP酶活性及其構(gòu)象的轉(zhuǎn)變。然而，形成的Aha1-HSP90復(fù)合物對(duì)底物蛋白活性的調(diào)節(jié)機(jī)制還不清楚[39,40]。p23/Sba1是一種酸性輔助分子伴侶，存在于哺乳動(dòng)物大多數(shù)組織中，是在研究HSP90與孕激素受體相互作用過程中被發(fā)現(xiàn)的。在HSP90分子伴侶循環(huán)的后期，p23/Sba1可以代替Aha1結(jié)合在HSP90的N端的二聚體上，維持蛋白復(fù)合物的穩(wěn)定以及促進(jìn)類固醇激素受體的成熟[41,42]。同時(shí)，p23/Sba1也可以抑制HSP90的ATP酶活性，促進(jìn)ATP的結(jié)合。當(dāng)ATP水解和底物蛋白成熟后，p23/Sba1從蛋白復(fù)合物上解離[43,44]。在高等真核生物中，HSP70的C末端相互作用蛋白(C terminus of HSP70 interacting-protein, CHIP)與p23/Sba1類似，也在HSP90分子伴侶循環(huán)后期起作用。CHIP可以通過自身的TPR結(jié)構(gòu)域與HSP70或HSP90的C端相互作用。由于其具有一個(gè)泛素連接酶結(jié)構(gòu)域，當(dāng)CHIP與HSP90結(jié)合后，導(dǎo)致HOP/Sti1和p23/Sba1解離，底物蛋白被降解。敲除CHIP后可使HSP90底物蛋白穩(wěn)定，而過表達(dá)CHIP后可促進(jìn)蛋白降解[45～47]。因此，CHIP被視為一種釋放因子。

表1 HSP90分子伴侶復(fù)合物的主要組成[3]

Table 1 Main components of HSP90 chaperone complex[3]

蛋白質(zhì)Protein類別Classification功能Function熱休克蛋白90HSP90分子伴侶Chaperone提供穩(wěn)定的蛋白構(gòu)象Providesthestableproteinconformation熱休克蛋白70HSP70分子伴侶Chaperone參與新合成的多肽段折疊和多蛋白復(fù)合物的組裝Involvedinthefoldofnewlysynthesizedpeptidesandtheassemblyofmul?tiproteincomplex熱休克蛋白40HSP40分子伴侶Chaperone促進(jìn)HSP70的ATP酶活性StimulatesATPaseactivityofHSP70HSP70/HSP90組織蛋白/壓力誘導(dǎo)蛋白1(酵母)HOP/Sti1(Yeast)輔助分子伴侶Cochaperone穩(wěn)定HSP90的開放構(gòu)象；底物蛋白從HSP70/HSP40轉(zhuǎn)運(yùn)至HSP90StabilizestheHSP90openconformation；transfersclientsfromHSP70/HSP40toHSP90細(xì)胞分裂周期蛋白37Cdc37輔助分子伴侶Cochaperone抑制HSP90的lid結(jié)構(gòu)關(guān)閉；特異識(shí)別蛋白激酶Preventsclosureofthe‘lid’ofHSP90；specificrecognitionforkinases蛋白質(zhì)磷酸酶5/蛋白質(zhì)磷酸酶T(酵母)PP5/Ppt1(Yeast)輔助分子伴侶Cochaperone磷酸酶，調(diào)節(jié)HSP90去磷酸化；調(diào)節(jié)蛋白激酶的成熟Phosphatase，involvedindephosphorylationandkinaseactivation肽基脯氨酰順反異構(gòu)酶PPIase輔助分子伴侶Cochaperone肽基脯氨酰順反異構(gòu)酶，參與調(diào)節(jié)類固醇激素受體成熟Peptidyl?prolylcis?transisomerases，involvedinthematurationofsteroidhormonereceptor熱休克蛋白90的ATP酶活性激活劑Aha1輔助分子伴侶Cochaperone促進(jìn)HSP90的ATP酶活性StimulatesATPaseactivityofHSP90蛋白23/Sba1(Yeast)p23/Sba1(酵母)輔助分子伴侶Cochaperone抑制HSP90的ATP酶活性；穩(wěn)定HSP90的關(guān)閉構(gòu)象InhibitsATPaseactivityofHSP90；stabilizestheclosedconformationofHSP90

3.1.3蛋白質(zhì)翻譯后修飾對(duì)HSP90的功能調(diào)節(jié)HSP90的功能還受到多種蛋白質(zhì)翻譯后修飾的調(diào)節(jié)，如磷酸化、乙?；?、類泛素化等。通常，在HSP90的分子伴侶循環(huán)中，伴隨著一系列不同蛋白的磷酸化作用，直接影響HSP90的ATP酶活性、構(gòu)象、與輔助分子伴侶及底物蛋白的相互作用。一方面，磷酸化作用對(duì)HSP90的分子伴侶循環(huán)起到負(fù)調(diào)節(jié)作用。在酵母中，HSP90的Tyr22位點(diǎn)磷酸化可以顯著削弱輔助分子伴侶Aha1與HSP90的相互作用[48,49]。Ppt1的缺失可以導(dǎo)致HSP90磷酸化作用的增強(qiáng)，并阻礙一些底物蛋白的成熟[35]。另一方面，磷酸化作用利于HSP90分子伴侶循環(huán)的推進(jìn)，促進(jìn)底物蛋白成熟，起到正向調(diào)節(jié)的作用。在以蛋白激酶為底物的分子伴侶循環(huán)中(圖2)[3]，酪蛋白激酶CK2首先磷酸化Cdc37的Ser13位點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)Cdc37與底物蛋白和HSP90的結(jié)合[34,50]。隨后，在經(jīng)歷磷酸酶PP5/Ppt1調(diào)節(jié)的Cdc37去磷酸化作用后，HSP90的Tyr197位點(diǎn)以及Cdc37的Tyr298位點(diǎn)的磷酸化可以促進(jìn)HSP90構(gòu)象的改變以及Cdc37與HSP90的解離。在這個(gè)過程中，PP5/Ppt1既是HSP90的輔助分子伴侶，又可以對(duì)HSP90分子伴侶復(fù)合物的磷酸化狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。接下來，HSP90的Tyr313位點(diǎn)的磷酸化與底物蛋白的成熟息息相關(guān)，直接導(dǎo)致HSP90的構(gòu)象變化，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诮Y(jié)合輔助分子伴侶Aha1的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)HSP90的ATP酶活性。最后，HSP90的Tyr627位點(diǎn)的磷酸化導(dǎo)致Aha1、PP5/Ppt1以及成熟的底物蛋白的釋放[51]。

圖2 磷酸化作用對(duì)HSP90的功能調(diào)節(jié)[3]Fig.2 Regulation of function of HSP90 by sequential phosphorylation[3]

另外，值得注意的是，一些底物蛋白還可以對(duì)HSP90進(jìn)行磷酸化(Akt、PKCγ等)和去磷酸化調(diào)節(jié)。蛋白激酶C(protein kinase Cγ，PKCγ)是第一個(gè)被證明可以直接調(diào)節(jié)HSP90α活性的底物蛋白激酶[52]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HSP90α的Thr115/Thr425/Thr603位點(diǎn)可以被PKCγ特異性磷酸化，并且這些位點(diǎn)可以作為HSP90α結(jié)合和釋放PKCγ的“磷酸化開關(guān)”。HSP90α逐漸被PKCγ磷酸化后，導(dǎo)致HSP90α的ATP結(jié)合能力、ATP水解能力、與Cdc37結(jié)合能力下降。當(dāng)3個(gè)位點(diǎn)完全被磷酸化后，HSP90α失去對(duì)PKCγ的結(jié)合能力，釋放PKCγ。而當(dāng)HSP90α的這3個(gè)位點(diǎn)完全去磷酸化后，恢復(fù)對(duì)PKCγ強(qiáng)結(jié)合能力。因此，在HSP90分子伴侶循環(huán)中，蛋白質(zhì)的磷酸化作用起到多方面的調(diào)節(jié)作用[52]。

除了磷酸化作用，HSP90的多個(gè)位點(diǎn)可以進(jìn)行乙?；约叭ヒ阴；饔茫婕耙阴＾D(zhuǎn)移酶p300和去乙?；窰DACs(histone deacetylases)家族成員。Yang等鑒定出HSP90α存在7個(gè)乙酰化位點(diǎn)：Lys69、Lys100、Lys292、Lys327、Lys478、Lys546和Lys558。除Lys292位點(diǎn)外，其它位點(diǎn)的乙?；饔脤?dǎo)致HSP90結(jié)合ATP的能力下降[53]。HSP90的Lys294位點(diǎn)乙?；梢砸种频孜锏鞍椎某墒旌洼o助分子伴侶的結(jié)合[54]。其它的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，如SUMO化(Small ubiquitin-related modifier)、亞硝基化(S-nitrosylation)等也對(duì)HSP90的功能有一定調(diào)節(jié)作用[55,56]。因此，HSP90受到多種翻譯后修飾調(diào)節(jié)，然而人們?nèi)匀徊磺宄@些翻譯后修飾之間是否存在相互作用以及其中的分子機(jī)制。

3.2 HSP90的底物蛋白及其對(duì)底物蛋白成熟的調(diào)節(jié)

3.2.1HSP90的底物蛋白目前的研究表明，HSP90參與了超過300個(gè)蛋白的成熟調(diào)控[26](www.picard.ch/downloads)，涉及的蛋白種類繁多，因此HSP90在很多重要的生命活動(dòng)中起到中心調(diào)控作用。人們發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)HSP90底物蛋白是病毒激酶v-Src[57]，之后HSP90被發(fā)現(xiàn)是類固醇激素受體激活所必須的蛋白[58]。早期研究中，蛋白激酶和類固醇激素受體被認(rèn)為是HSP90的兩類主要底物蛋白。然而隨著研究的深入，其它底物蛋白也逐漸得到證實(shí)，如內(nèi)皮型一氧化氮和酶、染色質(zhì)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子等。此外，最近有關(guān)HSP90-底物蛋白相互作用的定量分析結(jié)果表明, 60%的人蛋白激酶和7%的轉(zhuǎn)錄因子與HSP90結(jié)合；人泛素連接酶中與HSP90相互作用的蛋白比例高達(dá)30%[59]。根據(jù)HSP90對(duì)底物蛋白的不同調(diào)節(jié)作用，可將底物蛋白分為3類：第一類是HSP90促進(jìn)底物蛋白的構(gòu)象改變以激活底物蛋白，如蛋白激酶類底物[52]；第二類是HSP90幫助多蛋白復(fù)合物的組裝，如著絲粒的組裝等[60]；第三類是HSP90促進(jìn)配體與底物蛋白的結(jié)合，如類固醇激素與其受體的結(jié)合[61]，siRNA與Argonaute 2復(fù)合物的結(jié)合[62]等。然而，與其它分子伴侶作用機(jī)制不同，人們至今仍然不清楚HSP90分子伴侶循環(huán)對(duì)底物蛋白的激活和成熟的具體分子機(jī)制。究其原因，可能有以下4點(diǎn)：(1)通常，HSP90底物蛋白表達(dá)水平低，且多具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；(2)HSP90底物蛋白的多樣性。HSP90的底物蛋白涉及種類范圍廣，且底物蛋白的氨基酸序列和功能均沒有相關(guān)性；(3)在每一種底物蛋白家族中，一些家族成員可以結(jié)合HSP90，而另一些家族成員似乎與HSP90沒有任何相互作用；(4)HSP90根據(jù)不同情況與不同的輔助分子伴侶相互作用，而輔助分子伴侶可能對(duì)底物蛋白具有不同的調(diào)節(jié)作用，因而增加了HSP90分子伴侶循環(huán)的可變性和復(fù)雜性，加大了研究的難度。

3.2.2HSP90對(duì)底物蛋白成熟的調(diào)節(jié)HSP90及其輔助分子伴侶幫助底物蛋白折疊和成熟的過程是一個(gè)典型的分子伴侶循環(huán)[5,63,64]。對(duì)于不同的底物蛋白，HSP90會(huì)招募不同的輔助分子伴侶形成蛋白復(fù)合物。圖3為HSP90分子伴侶循環(huán)的典型圖示[3,26]。首先，HOP/Sti1的一端結(jié)合在HSP90的C端MEEVD模體，另一端結(jié)合在HSP90中間結(jié)構(gòu)域，以穩(wěn)定HSP90的“V”型開放構(gòu)象，進(jìn)而抑制HSP90的N端二聚化和ATP酶活性；同時(shí)，ATP結(jié)合在HSP90的N端；底物蛋白與分子伴侶HSP40/HSP70復(fù)合物結(jié)合。在HOP/Sti1的幫助下，HSP70與底物蛋白復(fù)合物結(jié)合在HSP90上，至此底物蛋白轉(zhuǎn)移到處于N端開放狀態(tài)的HSP90上。隨后，PPlase結(jié)合在HSP90的 C端，Aha1結(jié)合在HSP90分子伴侶復(fù)合物上以促進(jìn)HSP90的ATP酶活性以及開放構(gòu)象的關(guān)閉(該狀態(tài)被稱為“Closed 1”)，HOP/Sti1和HSP70從分子伴侶復(fù)合物上釋放，此時(shí)HSP90蛋白復(fù)合物成熟，底物蛋白保持一種無活性但易被激活的狀態(tài)。然后，p23/Sba1代替Aha1，導(dǎo)致HSP90構(gòu)象完全關(guān)閉(該狀態(tài)被稱為“Closed 2”)。隨著ATP水解供能，成熟的底物蛋白、輔助分子伴侶等從復(fù)合物上釋放，最后ADP解離，HSP90恢復(fù)N端開放狀態(tài)，一個(gè)完整的HSP90分子伴侶循環(huán)結(jié)束。然而，對(duì)于蛋白激酶類底物蛋白，還需要Cdc37對(duì)底物蛋白的特異性識(shí)別以及PP5/Ppt1對(duì)底物蛋白成熟的調(diào)節(jié)[51]。

圖3 HSP90的分子伴侶循環(huán)示意圖Fig.3 Diagram of HSP90 chaperone cycle

4 HSP90與腫瘤的關(guān)系

在腫瘤細(xì)胞中，HSP90的表達(dá)量急劇升高，HSP90可以通過對(duì)底物蛋白的調(diào)節(jié)而參與到腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及轉(zhuǎn)移過程中[65]。因此，近年來HSP90成為腫瘤生物學(xué)研究的重要靶點(diǎn)。抑癌蛋白p53是HSP90的底物蛋白，在人類50%以上的腫瘤組織中均發(fā)現(xiàn)p53的突變。在正常生理?xiàng)l件下，野生型的p53與HSP90分子伴侶復(fù)合物僅有短暫的相互作用以維持p53活性并介導(dǎo)其通過泛素化進(jìn)行降解[66,67]。當(dāng)p53發(fā)生突變，其構(gòu)象發(fā)生變化，其細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)活性受到破壞。在腫瘤細(xì)胞中，p53與HSP90分子伴侶復(fù)合物進(jìn)行異常相互作用并且持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，進(jìn)而抑制p53蛋白的降解，因此在細(xì)胞內(nèi)積累了大量失去抑癌功能的p53蛋白[68～70]。在小鼠為動(dòng)物模型的研究中，當(dāng)解除p53與HSP90分子伴侶復(fù)合物的相互作用后，可以延長(zhǎng)小鼠生存時(shí)間并促進(jìn)腫瘤組織退化[71]。此外，端粒酶、蛋白激酶B(Protein kinase B, PKB)、表皮生長(zhǎng)因子受體(Epidermal growth factor receptor, EGFR)等都是HSP90的底物蛋白，這些蛋白的突變或異常調(diào)控直接影響細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞代謝的正常進(jìn)行。

HSP90除了在細(xì)胞內(nèi)行使分子伴侶的作用，胞內(nèi)的HSP90還可以被分泌到細(xì)胞外，已經(jīng)證實(shí)分泌型HSP90是HSP90α[72]。研究表明，被分泌到細(xì)胞外的HSP90存在于多種類型的腫瘤細(xì)胞表面，如惡性黑色素瘤細(xì)胞、淋巴癌細(xì)胞和成纖維肉瘤細(xì)胞等[73～75]，細(xì)胞表面的HSP90可能誘導(dǎo)機(jī)體免疫反應(yīng)，也可以作為分子伴侶通過激活連接腫瘤侵襲性的蛋白，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤侵襲和進(jìn)展。Eustace等[75]發(fā)現(xiàn)成纖維肉瘤細(xì)胞外表達(dá)的HSP90是HSP90α，而非HSP90β，并且其可與基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinase, MMP2)相互作用，通過抑制細(xì)胞外HSP90α降低MMP2的活性，抑制腫瘤侵襲，說明HSP90α在成纖維肉瘤細(xì)胞體外侵襲的重要作用。Wang等[72]發(fā)現(xiàn)分泌型HSP90α的C端缺失了EEVD序列，其分泌受到C端EEVD序列與包含TPR域蛋白的相互作用的調(diào)節(jié)。他們以人乳腺癌細(xì)胞為侵襲模型，發(fā)現(xiàn)分泌型HSP90α可以依賴MMP2促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲。并且，在多種腫瘤患者的血漿中，HSP90α可被檢測(cè)到且其水平與腫瘤的惡性程度相關(guān)。Yang等[76]發(fā)現(xiàn)，HSP90α的質(zhì)膜表達(dá)受到表皮生長(zhǎng)因子(Epidermal growth factor, EGF)特異性調(diào)節(jié)，這一過程是獨(dú)立于細(xì)胞外基質(zhì)的。他們還發(fā)現(xiàn)HSP90α的質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)依賴PLCγ1-PKCγ (EGF-mediated activation of phospholipase, PLCγ1)通路。

近年來，研究者逐漸揭示了HSP90與腫瘤發(fā)生發(fā)展的密切關(guān)系，發(fā)現(xiàn)抑制HSP90即可調(diào)控多種底物蛋白的穩(wěn)定性及活性進(jìn)而達(dá)到抗癌效果，因此越來越多的團(tuán)隊(duì)致力于HSP90抑制劑的研究，目前HSP90抑制劑包括格爾德霉素(Geldanamycin, GA)、根赤殼菌素(Radicicol)、替拉替尼(17-AAG, Tanespimycin)、阿螺旋霉素(17-DMAG, Alvespimycin)、BIIB021等。這些小分子抑制劑大多結(jié)合在HSP90的N端的ATP結(jié)合區(qū)域，維持HSP90的N端的開放狀態(tài)，因此能夠抑制HSP90行使分子伴侶功能所需的ATP酶活性，也阻礙了底物蛋白的折疊。GA是最早發(fā)現(xiàn)的HSP90抑制劑，然而由于它的低溶解性以及較大的肝臟毒性妨礙了其臨床試驗(yàn)[77]。基于GA的衍生物的合成與研究成為了新藥領(lǐng)域的熱點(diǎn)，如GA的17位經(jīng)過化學(xué)修飾的衍生物替拉替尼是首個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的HSP90抑制劑，然而其溶解性差，對(duì)不同腫瘤治療差異顯著。GA的其它衍生物17-DMAG具有良好的溶解性，也已經(jīng)進(jìn)入了臨床試驗(yàn)[78,79]。然而，作用于HSP90的N端的抑制劑會(huì)促進(jìn)HSF-1解離進(jìn)而激活熱休克反應(yīng)，削弱抑制劑效果。還有一小部分抑制劑可以結(jié)合在HSP90的C端，從而破壞HSP90與某些輔助分子伴侶的相互作用。另外，還有一些抑制劑可以直接結(jié)合在HSP90上，如紫杉酚(Taxol)、水飛薊賓(Silybin)等[65]。最近發(fā)展的HSP90抑制劑以復(fù)合物的形式破壞HSP90與輔助分子伴侶的相互作用，如雷公藤紅素(Celastrol)衍生物可以阻礙Cdc37與HSP90的結(jié)合[80]。然而遺憾的是，由于這些抑制劑在應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些不良反應(yīng)，目前還沒有抑制劑批準(zhǔn)進(jìn)入臨床使用。

5 HSP90的定性定量分析方法

目前，HSP90的定性定量分析方法主要以免疫法為主，包括免疫印跡法和酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)。免疫印跡法主要用于HSP90定性分析，通過抗原抗體反應(yīng)或基于蛋白標(biāo)簽的免疫反應(yīng)顯示HSP90條帶。但是，該方法可能存在假陽性及背景干擾等問題，影響HSP90定性分析[52,72]。ELISA法是目前應(yīng)用最廣泛的HSP90定量分析方法，El-Shemi等[81]在大鼠結(jié)直腸癌研究中，采用ELISA的方法定量分析結(jié)腸組織中HSP90、VEGF等蛋白的表達(dá)水平；研究HSP90α在腫瘤侵襲過程中的分泌及功能時(shí)，Wang等[72]采用ELISA法定量分析血漿中HSP90α蛋白水平，發(fā)現(xiàn)HSP90α表達(dá)量與腫瘤的惡性程度相關(guān)。然而，由于ELISA法無法獲得蛋白質(zhì)翻譯后修飾以及相互作用蛋白的信息， 因此迫切需要發(fā)展更快速、高效的HSP90分離方法，以及更精準(zhǔn)的定性與定量分析方法。

6 結(jié)語與展望

HSP90作為一種重要的分子伴侶，其表面的親水結(jié)構(gòu)、疏水結(jié)構(gòu)及帶電結(jié)構(gòu)等為不同類型蛋白的結(jié)合提供了大量相互作用位點(diǎn)。從轉(zhuǎn)錄水平、蛋白質(zhì)翻譯后修飾水平到輔助分子伴侶以及底物蛋白，HSP90受到了多種系統(tǒng)不同程度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響HSP90的構(gòu)象轉(zhuǎn)變、ATP酶活性變化及與其它蛋白的相互作用，最終參與了眾多底物蛋白的折疊和成熟，形成了一個(gè)巨大而復(fù)雜的多功能調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。與HSP90相關(guān)的腫瘤生物學(xué)研究已成為當(dāng)前熱點(diǎn)。

Verba等[82]最近揭示了人HSP90、Cdc37和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(Cyclin dependent kinase 4，Cdk4)復(fù)合物的原子分辨率結(jié)構(gòu)，其中Cdc37通過楔入Cdk4的N端半段結(jié)構(gòu)和C端半段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定其開放的激酶構(gòu)象，使N端半段結(jié)構(gòu)和C端半段結(jié)構(gòu)完全分開，最后HSP90夾住未折疊的β5股并與暴露的N端半段結(jié)構(gòu)和C端半段結(jié)構(gòu)相互作用，維持Cdk4未折疊狀態(tài)。該研究進(jìn)一步解釋了HSP90與蛋白激酶的相互作用，具有重要的生物學(xué)意義。然而，目前仍然有一些問題亟待解決，如HSP90的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)解析以及HSP90與底物蛋白的動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化；HSP90識(shí)別底物蛋白的具體機(jī)制以及其對(duì)底物蛋白的調(diào)控過程；HSP90與每種輔助分子伴侶相互作用的決定因素、結(jié)合位點(diǎn)以及結(jié)合能力；在細(xì)胞外，是否存在HSP90的新底物蛋白等。此外，HSP90的表達(dá)水平與多種腫瘤的惡性程度相關(guān)[72]，目前HSP90的定性與定量檢測(cè)方法主要以酶聯(lián)免疫吸附法為主，然而該方法仍存在一些不足，因此發(fā)展快速、穩(wěn)定的HSP90檢測(cè)方法具有極其重要的臨床價(jià)值。這些關(guān)于HSP90問題的解決必會(huì)帶來新的觀點(diǎn)和認(rèn)知，讓人們更加全面地了解HSP90參與的生命活動(dòng)的發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而針對(duì)性地發(fā)展HSP90抑制劑，以期在不同的調(diào)控水平或生理環(huán)境中針對(duì)靶點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位與治療。

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