HSP27在腫瘤中的研究進(jìn)展

盧曉梅， 張 瀟

(新疆醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)研究院， 烏魯木齊 830011)

熱休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)是在從細(xì)菌到哺乳動(dòng)物中廣泛存在的一類熱應(yīng)激蛋白質(zhì)[1]。當(dāng)有機(jī)體暴露于高溫的時(shí)候，就會(huì)由熱激發(fā)合成熱休克蛋白質(zhì)，作為分子伴侶以防止蛋白質(zhì)聚集，對(duì)抗正常的細(xì)胞死亡，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生存和死亡的平衡[2]。熱休克蛋白質(zhì)按照蛋白質(zhì)分子量的大小共分為5類，分別為HSP110、HSP90、HSP70、HSP60 以及小分子熱休克蛋白質(zhì)。小分子熱休克蛋白質(zhì)分子量為12～34 KD，熱休克蛋白27(HSP27)，是熱休克蛋白質(zhì)家族中小分子熱休克蛋白質(zhì)的重要成員之一，涉及藥物抗性、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞凋亡、腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移等功能[3-4]。特別是HSP27和腫瘤的關(guān)系是目前研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)就HSP27在腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)的分析和綜述。

1 HSP27的一般生物學(xué)性質(zhì)

小熱休克蛋白(sHSPs)是一類限制蛋白質(zhì)聚集的寡聚分子伴侶蛋白[5]。HSP27相對(duì)分子質(zhì)量為27 KD，HSP27結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在氨基酸序列C端具有由高度保守的80～100個(gè)氨基酸殘基組成的α-晶體結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域內(nèi)氨基酸殘基水平的改變可阻礙HSP27聚合從而影響HSP27的生物學(xué)活性；HSP27氨基酸序列N端是相對(duì)保守的苯丙氨酸殘基和脯氨酸殘基，是能結(jié)合標(biāo)記蛋白質(zhì)用于觀察和定位的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；HSP27形成的寡聚體，可因不同生物學(xué)作用解離或者聚合，當(dāng)HSP27行使分子伴侶功能時(shí)寡聚體解離，調(diào)節(jié)細(xì)胞間活性氧類時(shí)寡聚體聚合；HSP27單體可參與肌動(dòng)蛋白質(zhì)加帽，微絲生長(zhǎng)以及維持細(xì)胞骨架穩(wěn)定性[6]。

HSP27基因位于染色體7P12.3，含有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，編碼205個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)質(zhì)，包括2個(gè)功能性的熱激調(diào)節(jié)元件(HSE)捆綁位點(diǎn)，第1個(gè)位于外顯子1上游200 bp處，第2個(gè)位于第1個(gè)內(nèi)含子上；HSP27基因編碼區(qū)的同源性在不同物種之間保持高度保守性，例如小鼠的編碼區(qū)被2個(gè)128 bp的內(nèi)含子干擾，長(zhǎng)度大約600 bp，在人類的HSP27基因同樣的位置也有相似的發(fā)現(xiàn)，在啟動(dòng)子區(qū)有HSE及應(yīng)激相關(guān)調(diào)節(jié)元件(STRE)[7]。

2 HSP27細(xì)胞調(diào)控機(jī)制

生物體在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上誘導(dǎo)HSP27合成調(diào)控應(yīng)激反應(yīng)，機(jī)體在正常狀態(tài)下HSP27水平較低，大多存在于細(xì)胞質(zhì)中，主要呈大的聚合體，這種聚合體下的HSP27一般沒有活性；應(yīng)激狀態(tài)下HSP27可迅速明顯升高，由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)到細(xì)胞核和核仁，而且會(huì)被磷酸化而具有活性；HSP27的磷酸化位點(diǎn)有3個(gè)：15位絲氨酸位點(diǎn)(Ser-15)、78位絲氨酸位點(diǎn)(Ser-78)、82位絲氨酸位點(diǎn)(Ser-82)，當(dāng)HSP27在這3個(gè)位點(diǎn)磷酸化后，大的聚合體就會(huì)解聚形成小的四聚體[8]。HSP27磷酸化主要由絲裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶2(MAPKAPK2)、絲裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶4(MAPKAPK4)、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、蛋白激酶D(protein kinase D，PKD)以及環(huán)磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphatec，GMP)依賴的蛋白質(zhì)激酶來催化完成[9]。

HSP27抑制熱休克過程中蛋白質(zhì)的合成，使真核細(xì)胞中未折疊的蛋白質(zhì)的量減少，從而減弱對(duì)細(xì)胞的破壞作用。真核生物蛋白質(zhì)合成需形成起始帽復(fù)合物真核生物蛋白質(zhì)起始因子復(fù)合物4(eukaryotic translation initiation factor 4，elF4F)，HSP27可以與elF4F的結(jié)構(gòu)成分真核細(xì)胞翻譯起始因子4G(eukaryotic translation initiation factor 4G，elF4G)相結(jié)合，阻止mRNA的翻譯，對(duì)細(xì)胞起保護(hù)作用。HSP27可以防止肌動(dòng)蛋白(Actin)的破壞，維護(hù)細(xì)胞骨架的穩(wěn)定，增加對(duì)熱的耐受性。在熱休克后刺激RNA及蛋白質(zhì)的合成，協(xié)助細(xì)胞在死亡之前修復(fù)熱休克造成的損傷，使細(xì)胞盡快恢復(fù)正常生理功能。HSP27維持谷胱甘肽水平，可以減少細(xì)胞間的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，維持線粒體膜電勢(shì)穩(wěn)定，阻止細(xì)胞色素C(cytochrome c,Cyt2c)的釋放，從而阻止Cyt2c依賴的細(xì)胞凋亡途徑。此外，HSP27在各種應(yīng)激條件下介入蛋白激酶B (protein kinase B, PKB)活化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可能參與不同途徑細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)，如在Fas/Apo21基因誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中可能起重要作用。HSP27雖然對(duì)Cyt2c的釋放、Apaf21 (apoptotic protease activating factor 21) 及Caspase29(cysteine aspartic acid specific protease 29)的活性沒有影響，但可以與Caspase23(cysteine aspartic acid specific protease 23)結(jié)合，抑制其活性，作為該通路的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生；HSP27促進(jìn)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)介導(dǎo)的磷酸化和促凋亡蛋白(BIM)降解以減弱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[10]。

3 HSP27與腫瘤關(guān)系

3.1HSP27與腫瘤進(jìn)展的關(guān)系近年來，隨著對(duì)HSP27深入研究發(fā)現(xiàn)，其在越來越多的腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用。Zhang等[11]在全世界關(guān)注的食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)中發(fā)現(xiàn)HSP27陽性率表達(dá)高于正常食管組織(P<0.05)，證實(shí)HSP27在ESCC發(fā)展中起作用并可作為ESCC的預(yù)后因素。Luz等[12]研究結(jié)果同樣證明了HSP27在ESCC組織中表達(dá)。Stope等[13]研究并證實(shí)HSP27在卵巢癌(OC)患者中的侵略性和化學(xué)抗性，由此代表了HSP27在OC診斷、預(yù)后和治療反應(yīng)中可作為有前途的潛在的生物標(biāo)記物。HSP27不僅參與熱休克的細(xì)胞反應(yīng)，還有氧化或化學(xué)應(yīng)激。Ye等[14]的研究結(jié)果顯示HSP27激活葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)以維持神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的細(xì)胞煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)和戊糖生成，HSP27的高表達(dá)與神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的存活率相關(guān)，揭示了HSP27激活G6PD以保護(hù)細(xì)胞免受氧化和DNA損傷應(yīng)激的分子機(jī)制 。Homaei等[15]通過研究患和不患有乳腺癌的受試者中血清HSP27抗原和抗體的濃度，并評(píng)估了與兩年無病生存期、組織學(xué)分級(jí)和淋巴結(jié)數(shù)目的潛在關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)患有乳腺癌的女性患者中出現(xiàn)HSP27抗體水平升高，但似乎并不與疾病臨床并發(fā)癥相關(guān)。Li等[16]對(duì)非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)相關(guān)研究文章進(jìn)行meta分析，結(jié)果提示HSP27的表達(dá)與分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、臨床分期、鱗狀細(xì)胞癌和腫瘤大小的不利條件密切相關(guān)，與性別、年齡和吸煙狀態(tài)無顯著相關(guān)性；同時(shí)，研究表明HSP27表達(dá)可能是5年總生存率(OS)低的一個(gè)預(yù)測(cè)因子(HR：1.832，95%CI： 1.322～2.538，P<0.05)，但對(duì)于非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)的1年OS無效(HR：0.885， 95%CI：0.140～5.599，P=0.896)，由此可知HSP27表達(dá)可能是預(yù)測(cè)NSCLC患者不良臨床病理和預(yù)后特征的生物標(biāo)志物。Eto等[17]證實(shí)HSP27的表達(dá)可以作為一種新的臨床上有效的肝細(xì)胞癌標(biāo)記物。Kaigorodova等[18]研究表明HSP27的表達(dá)在喉鱗狀細(xì)胞癌中與淋巴轉(zhuǎn)移相關(guān)并且是總的五年生存率降低的分子標(biāo)志物。國內(nèi)有研究采用免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)在慢性非萎縮性胃炎胃潰瘍、慢性萎縮性胃炎、胃癌組織中HSP27的表達(dá)情況,以及不同分化程度胃癌組織中HSP27的表達(dá)情況,結(jié)果證明，HSP27的表達(dá)與胃癌的發(fā)生、發(fā)展具有密切相關(guān)性,可為胃癌的早期診斷以及治療方案的制定提供依據(jù)[19]。

3.2HSP27與腫瘤浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移的關(guān)系腫瘤惡性表型之一就是浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移，是多種生物分子參與的復(fù)雜的過程。HSP27參與腫瘤浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移過程日益受到重視。肝細(xì)胞癌中(HCC)，shRNA介導(dǎo)的HSP27沉默可以降低HCC細(xì)胞的增殖，遷移和侵襲。Hung等[20]研究揭示了HSP27的沉默導(dǎo)致胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白2(IGFBP2)的減少，其可能通過波形蛋白(Vimentin), snail和β-連環(huán)蛋白 (β-catenin)介導(dǎo)HCC細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移，組織芯片結(jié)果顯示具有高HSP27表達(dá)的HCC患者表現(xiàn)出不良預(yù)后且較易轉(zhuǎn)移，免疫共沉淀和螢光素酶檢測(cè)顯示HSP27不直接結(jié)合IGFBP2啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。Ge等[21]檢測(cè)了不同病理特征的原發(fā)性肝細(xì)胞癌(PHC)中HSP27的mRNA和蛋白質(zhì)水平，并且研究了SUMO2/3對(duì)HSP27的修飾作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HSP27在肝細(xì)胞癌患者的腫瘤組織中大量表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)與病理進(jìn)展有關(guān)，敲低HSP27肝癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力下降，免疫熒光檢測(cè)顯示HSP27和SUMO2/3共定位于亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，免疫共沉淀驗(yàn)證了HSP27和SUMO2/3之間的相互作用，SUMO2/3的過度表達(dá)上調(diào)了HSP27蛋白質(zhì)水平，并促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖和侵襲。癌癥干細(xì)胞(CSCs)/癌癥啟動(dòng)細(xì)胞(CICs)被認(rèn)為是造成復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的原因，Yasuda等[22]在研究中發(fā)現(xiàn)，HSP27在婦科癌癥干細(xì)胞樣細(xì)胞(CSCs)/癌癥起始細(xì)胞(CICs)的維持中起作用，熱休克因子1(HSF1)的上游轉(zhuǎn)錄因子在CSCs / CICs中的絲氨酸326殘基(pSer326)上被磷酸化而激活，而絲氨酸326殘基的磷酸化對(duì)于HSP27的誘導(dǎo)是必需的，使用臨床卵巢癌樣品的免疫組織化學(xué)染色顯示HSF1，pSer326的較高表達(dá)與較差的預(yù)后相關(guān)。上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是癌癥中的惡性進(jìn)展機(jī)制之一，且與癌癥干細(xì)胞和放射抗性有關(guān)，在此期間上皮細(xì)胞失去上皮特征并獲得間充質(zhì)特征，從而變得更具侵襲性和活動(dòng)性。Chen等[23]實(shí)驗(yàn)表明HSP27的過度表達(dá)促進(jìn)唾液腺樣囊性癌(SACC)細(xì)胞遷移和侵襲，誘導(dǎo)EMT以及介導(dǎo)的TGF-β1誘導(dǎo)的EMT，伴隨著Snail1和Prrx1的上調(diào)，增強(qiáng)了SACC細(xì)胞系的集落形成，CD133+/CD44+群體和放射抗性。Mo等[24]研究證實(shí)在人類K1和BCPAP乳頭狀甲狀腺癌細(xì)胞中，17β-雌二醇(E2)的mRNA和蛋白水平能夠有效地上調(diào)HSP27，其中ERα水平比ERβ水平高兩倍以上，E2上調(diào)HSP27由ERα/Sp1介導(dǎo)，ERβ對(duì)這種ERα/Sp1介導(dǎo)的HSP27上調(diào)機(jī)制具有抑制作用，此外，HSP27的上調(diào)通過ERα/Sp1促進(jìn)增殖并通過與procaspase-3相互作用賦予對(duì)細(xì)胞凋亡的抗性。Choi等[25]研究了HSP27在肺纖維化和肺癌發(fā)生過程中介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化(End-MT)的作用，發(fā)現(xiàn)人類肺內(nèi)皮細(xì)胞中的HSP27沉默加速TGFβ或與肺纖維化相關(guān)的其他細(xì)胞因子作用后纖維化表型的出現(xiàn)，說明 HSP27調(diào)控了肺纖維化和癌癥中的End-MT。Zhang等[26]研究中，使用肝細(xì)胞癌(HCC)組織芯片檢測(cè)發(fā)現(xiàn)HSP27的過度表達(dá)導(dǎo)致HCC細(xì)胞的侵襲性增強(qiáng)，而HSP27沉默在體外和體內(nèi)減弱HCC細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，并進(jìn)一步觀察到HSP27通過Akt信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)HCC轉(zhuǎn)移。 Deng等[27]研究證實(shí)HSP27在褪黑激素處理的胃癌細(xì)胞中對(duì)凋亡抵抗性起關(guān)鍵作用，并且其激活途徑很可能是通過激活P38/PI3K/Akt信號(hào)傳導(dǎo)，與已報(bào)導(dǎo)的褪黑激素的抗癌特性觀點(diǎn)相反。Zhang等[28]發(fā)現(xiàn)，肺癌體外模型通過直接上調(diào)表達(dá)HSP27靶基因促進(jìn)細(xì)胞增殖，其需要活化劑蛋白-1(AP-1)信號(hào)傳導(dǎo)途徑的激活。

3.3HSP27與腫瘤預(yù)后的關(guān)系Zhang等[29]在全世界關(guān)注的食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)中發(fā)現(xiàn)HSP27陽性率表達(dá)高于正常食管組織(P<0.05)，證實(shí)HSP27可作為ESCC的預(yù)后因素。Luz等[12]研究結(jié)果同樣證明了HSP27在ESCC組織中表達(dá)，但認(rèn)為HSP27不是ESCC患者的良好預(yù)后因子。Lee等[30]在3種膀胱癌(BC)細(xì)胞系中應(yīng)用了5種針對(duì)HSP27的不同shRNA來分析HSP27的長(zhǎng)期敲低效應(yīng)，HSP27表達(dá)與臨床結(jié)果如腫瘤復(fù)發(fā)、進(jìn)展和患者生存無關(guān)，其作為預(yù)后生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)的作用似乎有限。Kaigorodova等[31]收集了50例年齡在30～80歲的喉鱗狀細(xì)胞癌患者的腫瘤活檢組織，使用免疫組織化學(xué)來確定磷酸化和非磷酸化形式的HSP27的細(xì)胞內(nèi)定位,發(fā)現(xiàn)HSP27在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中均有表達(dá)，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者核內(nèi)HSP27的磷酸化和非磷酸化形式的表達(dá)顯著高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者，但在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，總體五年生存率分析顯示，腫瘤細(xì)胞核中HSP27陰性表達(dá)與喉鱗狀細(xì)胞癌患者的五年生存率高相關(guān)。Okun等[32]回顧性評(píng)估了吉西他濱治療前的49例活檢胰腺癌組織，分析磷酸化HSP27與臨床病理特征的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷酸化HSP27與化療或組織學(xué)類型的反應(yīng)無關(guān)，高磷酸化HSP27(275d，n=18)患者的中位生存時(shí)間明顯長(zhǎng)于低磷酸化HSP27患者(205 d，n=31,P=0.015)，多變量Cox比例風(fēng)險(xiǎn)回歸分析顯示低磷酸化HSP27預(yù)后更差，表明磷酸化HSP27可用于預(yù)測(cè)胰腺癌的預(yù)后。

3.4HSP27與腫瘤耐藥的關(guān)系Ishida等[33]發(fā)現(xiàn)西妥昔單抗通過阻斷JAK/STAT信號(hào)通路來抑制HSP27進(jìn)而促進(jìn)SN38的敏感性，并且與SN38在野生型RAS轉(zhuǎn)移性結(jié)腸直腸癌細(xì)胞中顯示出協(xié)同作用。Konda 等[34]證實(shí)致癌基因成癮的細(xì)胞需要HSP27來存活，并且HSP27可能干擾靶向治療效果。Liu等[35]使用順鉑耐藥H23肺癌細(xì)胞的耐藥球體(DRSPs)和對(duì)照細(xì)胞之間針對(duì)耐藥基因的表達(dá)、癌癥干細(xì)胞(CSC)的性質(zhì)和抗凋亡蛋白的標(biāo)記方面進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)DRSPs表現(xiàn)出順鉑耐藥相關(guān)基因的上調(diào)，CSC增加和抗凋亡特性增強(qiáng)，在DRSPs誘導(dǎo)期間，肺癌細(xì)胞形態(tài)學(xué)顯示出上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象和侵襲和遷移能力增加，并且通過激活p38MAPK信號(hào)傳導(dǎo)過表達(dá)p- HSP27,敲低HSP27或p38會(huì)降低順鉑耐藥性并增加DRSPs的細(xì)胞凋亡。Lu等[36]發(fā)現(xiàn)HSP27在順鉑耐藥的卵巢癌細(xì)胞系C13中上調(diào)并表達(dá)，并且HSP27 siRNA轉(zhuǎn)染逆轉(zhuǎn)C13的化學(xué)抗性，證實(shí)了HSP27是通過磷酸化Akt通路的激活抑制p21從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至血漿，發(fā)揮其化學(xué)抗性作用。

HSP27是1個(gè)ATP獨(dú)立分子伴侶。HSP27在大部分人類腫瘤中過表達(dá)，HSP27的過表達(dá)與腫瘤的發(fā)生有關(guān)，例如抑制凋亡，細(xì)胞保護(hù)作用以及多藥耐藥性。細(xì)胞質(zhì)HSP27可以結(jié)合細(xì)胞色素C從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)中，防止細(xì)胞色素C介導(dǎo)的胱天蛋白質(zhì)酶依賴的細(xì)胞死亡。HSP27也通過調(diào)節(jié)其他信號(hào)傳導(dǎo)通路，包括Fas受體途徑，抑制細(xì)胞凋亡，蛋白激酶B (protein kinase B, PKB)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄-3活化劑和核因子κB (nuclear factor κB， NF-κB)信號(hào)傳導(dǎo)途徑。對(duì)于抗癌治療，HSP27可以通過以更高的效率修復(fù)細(xì)胞毒性藥物中受損的蛋白質(zhì)和DNA，從而保護(hù)腫瘤內(nèi)的微血管，最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)細(xì)胞的作用。目前研究對(duì)HSP27的生物學(xué)一般性質(zhì)、功能、調(diào)控機(jī)制以及與臨床疾病特別是與腫瘤的關(guān)系研究廣泛，但仍存在許多確切作用機(jī)制問題需進(jìn)一步探究。如果HSP27在生物體應(yīng)激調(diào)節(jié)過程中作用研究得更深刻、更廣泛，可為臨床腫瘤疾病的診斷和治療提供一種新的思路和發(fā)展方向。