磷酸化HSP27 在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

畢 珊，羅浩丹 綜述，陳紹春，李國(guó)萍 審校

（1） 昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院頭頸外二科，云南昆明 650118；2） 昆明醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)系；3） 康復(fù)學(xué)院，云南昆明 650500）

熱休克蛋白 27（heat shock protein 27，HSP27） 又稱HSPB1，是由HSPB1 基因編碼的小熱休克蛋白，在細(xì)胞應(yīng)激如受到有絲分裂原、炎癥細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、激素、氧化應(yīng)激等刺激時(shí)被誘導(dǎo)表達(dá)，HSP27 的高表達(dá)可增加多種惡性腫瘤細(xì)胞的侵襲性和化療耐藥性。同時(shí)，HSP27 可以經(jīng)歷各種翻譯后修飾，其中磷酸化可調(diào)節(jié)HSP27 的細(xì)胞功能。HSP27 的異常磷酸化與病毒感染、特異性腫瘤、皮膚自身免疫性疾病、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT） 和糖尿病心肌細(xì)胞脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）分泌增加等病理病變相關(guān)[1]。隨著研究的不斷深入，磷酸化HSP27 在各種疾病尤其是惡性腫瘤中的作用受到了廣泛的關(guān)注。

1 HSP27 的生物學(xué)特性

哺乳動(dòng)物小熱休克蛋白家族（small heat shock protein，sHSP） 又稱HSPB 家族，由十個(gè)成員組成：HSP27/HSPB1、MKBP（肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白激酶結(jié)合蛋白）/HSPB2、HSPB3、αA-crystallin/HSPB4、αB-crystallin/HSPB5、HSP20/HSPB6、cvHSP （心血管熱休克蛋白）/HSPB7、HSP22/HSPB8、HSPB9 和ODF1（外部致密纖維蛋白）/HSPB10[2]。其中HSP27 是目前研究最深入的成員之一，它廣泛存在于人體各個(gè)組織中，是最早在人體細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的分子量為27 kD 的HSP。HSP27 由位于染色體7q11.23 的HSPB1 基因所編碼，該基因是覆蓋2.2 kb 轉(zhuǎn)錄本的單拷貝基因，而這些轉(zhuǎn)錄本形成3 個(gè)外顯子，編碼205 個(gè)氨基酸。HSPB1 基因中含有兩個(gè)功能性的熱休克原件（heat shock elements，HSEs），可以與熱休克因子（heat shock factor，HSF） 相結(jié)合，從而調(diào)控HSPB1 的轉(zhuǎn)錄活性[3]。HSP27 包含一個(gè)高度保守的α-晶體結(jié)構(gòu)域、保守性較差的WDPF 結(jié)構(gòu)域和高度靈活可變的C 端。其中α-晶體結(jié)構(gòu)域在HSP27 二聚體的形成中起著至關(guān)重要的作用，而WDPF 結(jié)構(gòu)域的N 端疏水區(qū)則可以調(diào)控其進(jìn)一步形成多聚體[4]。α-晶體的結(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)的，在應(yīng)力條件下受到快速亞基交換的影響，它的結(jié)構(gòu)域β7 中含有單一半胱氨酸殘基（Cys137），兩個(gè)相鄰的半胱氨酸殘基能形成二硫鍵，從而導(dǎo)致HSP27 的集聚[5-6]。與其他伴侶蛋白一樣，HSP27 結(jié)合蛋白質(zhì)以促進(jìn)底物再折疊，成為蛋白質(zhì)質(zhì)量控制網(wǎng)絡(luò)中普遍存在的成分。正常情況下，HSP27 多形成分子量50～800 KDa 的高分子多聚體，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)發(fā)生錯(cuò)誤折疊時(shí)，HSP27 就會(huì)與客戶蛋白相互作用形成寡聚體，以調(diào)節(jié)蛋白穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞骨架，促進(jìn)存活信號(hào)和轉(zhuǎn)錄途徑的激活[7-8]。

2 HSP27 的磷酸化

蛋白質(zhì)磷酸化是真核細(xì)胞中最廣泛的翻譯后修飾，它參與了幾乎所有細(xì)胞的生命過(guò)程。磷酸化是HSP27 最重要的翻譯后修飾之一，在HSP27 的細(xì)胞功能中起著至關(guān)重要的作用[1]。HSP27 主要有三個(gè)磷酸化位點(diǎn)，即絲氨酸15（Serine 15，ser15）、78（ser78） 和82（ser82），它們一旦發(fā)生磷酸化，就會(huì)使HSP27 的三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從大的多聚體解離成小分子聚合體、四聚體及二聚體，進(jìn)而使HSP27 識(shí)別和作用于錯(cuò)誤折疊和聚集的蛋白質(zhì)的能力增強(qiáng)[9-10]。在應(yīng)激狀態(tài)下，HSP27 被多種蛋白激酶所激活發(fā)生磷酸化，如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5（MAPKAPK5）、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC） 和蛋白激酶D（protein kinase D，PKD），而這些蛋白激酶又受到腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、有絲分裂原如胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、類固醇激素等因素的調(diào)控[11-12]。已有大量文獻(xiàn)證實(shí)了HSP27 的過(guò)表達(dá)促進(jìn)了癌細(xì)胞的惡性進(jìn)展，包括致瘤性、化療抗性、細(xì)胞凋亡的抑制及侵襲遷移能力的增強(qiáng)等[13]。蛋白質(zhì)的磷酸化異常與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，HSP27 發(fā)揮其分子伴侶功能主要是由磷酸化調(diào)節(jié)的。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，磷酸化HSP27 與肌動(dòng)蛋白絲動(dòng)力學(xué)及其相關(guān)進(jìn)程如細(xì)胞骨架重塑、細(xì)胞遷移、肌肉收縮、細(xì)胞分化等密切相關(guān)[14-17]，同時(shí)HSP27 的磷酸化在腫瘤細(xì)胞中起到了抗凋亡、促進(jìn)增殖及轉(zhuǎn)移、抗化療藥物等重要作用，本文將重點(diǎn)論述磷酸化HSP27 在腫瘤中的作用及其作為腫瘤治療靶點(diǎn)的潛在用途。

3 磷酸化HSP27 與惡性腫瘤的關(guān)系

3.1 磷酸化HSP27 在抗凋亡中的作用

越來(lái)越多的研究表明，磷酸化HSP27 直接或間接參與了腫瘤細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)。Li 等[18]研究揭示了HSP27 磷酸化可以通過(guò)激活p38 MAPK 通路調(diào)節(jié)蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT） 發(fā)生磷酸化，進(jìn)而與后者共同作用于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，發(fā)揮抑制細(xì)胞凋亡的作用。Qi 等[19]通過(guò)構(gòu)建非磷酸化狀態(tài)的HSP27-3A 突變體和持續(xù)磷酸化狀態(tài)的HSP27-3D 突變體，發(fā)現(xiàn)HSP27 的磷酸化可以促進(jìn)腫TNF-α 觸發(fā)的p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK） 和胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶 （extracellular regulated protein kinase，ERK） 通路的激活，調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子受體相關(guān)死亡域蛋白（TNF receptor associated death domain protein，TRADD） 的泛素化，以拮抗TNF-α 誘導(dǎo)的Hela 細(xì)胞凋亡。Tanaka 等[20]在肺癌細(xì)胞和骨肉瘤細(xì)胞中，抑制p38 MAPK/MK2 信號(hào)通路，從而抑制HSP27 在ser78 和ser82 位點(diǎn)上的磷酸化，增強(qiáng)了TNF-α 和環(huán)己酰亞胺促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用。Chen 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用化療藥物可以抑制磷酸化HSP27 與從線粒體中釋放的細(xì)胞色素c 的蛋白質(zhì)相互作用，促進(jìn)凋亡小體的形成，從而誘導(dǎo)了惡性腫瘤細(xì)胞的凋亡。

3.2 磷酸化HSP27 在惡性腫瘤侵襲和遷移中的作用

侵襲和轉(zhuǎn)移是腫瘤細(xì)胞最致命的特征，由多種生物分子和復(fù)雜的信號(hào)級(jí)聯(lián)通路調(diào)控。磷酸化HSP27 及其相關(guān)信號(hào)通路在腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移中的作用受到了越來(lái)越多的關(guān)注。Shi 等[22]采用mRNA 芯片、PT-qPCR 和Western blot 技術(shù)檢測(cè)無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的胃癌組織的差異表達(dá)基因和相關(guān)的下游靶蛋白，發(fā)現(xiàn)HSP27 作為p38/MAPKAPK2 通路的下游靶蛋白被磷酸化，參與了胃癌的轉(zhuǎn)移、生長(zhǎng)和血管生成。Evgeniya 等[23]收集了100 例浸潤(rùn)性乳腺癌組織標(biāo)本進(jìn)行免疫組化，結(jié)果證實(shí)磷酸化HSP27 比非磷酸化HSP27 顯示出更多的核定位，并與乳腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移數(shù)量和百分比成正相關(guān)。Ke 等[24]在黑色素瘤細(xì)胞中敲除朊病毒蛋白（prion protein，PRNP） 以降低AKT的表達(dá)水平，進(jìn)而使HSP27 的磷酸化減少，可以增強(qiáng)肌動(dòng)蛋白的聚合并抑制細(xì)胞的遷移；而當(dāng)過(guò)表達(dá)PRNP 后，AKT 的表達(dá)增加促進(jìn)了HSP27 的磷酸化，降低了肌動(dòng)蛋白的聚合，使得細(xì)胞的遷移能力增強(qiáng)。剪切應(yīng)力在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中對(duì)細(xì)胞行為起著至關(guān)重要的作用，腫瘤細(xì)胞在血流動(dòng)力學(xué)剪切應(yīng)力的作用下氧化水平增加而發(fā)生遷移和外滲，從而導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移性擴(kuò)散[25-26]。Zhang 等[27]在平行板流式系統(tǒng)中施加不同的剪切力作用于Hela 細(xì)胞，觀察剪切應(yīng)力下HSP27 的分布和聚合及其對(duì)下游信號(hào)分子的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)剪切應(yīng)力誘導(dǎo)HSP27 磷酸化，后者激活黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK），并促進(jìn)細(xì)胞骨架的重組和局灶性粘附的時(shí)空協(xié)調(diào)，最終介導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞的遷移和粘附。Tian 等[28]最近的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)探討了p38MAPK 信號(hào)通路調(diào)節(jié)HSP27 磷酸化在結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移中的作用，其中HSP27 的磷酸化是促使癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的重要中間環(huán)節(jié)。

3.3 磷酸化HSP27 在惡性腫瘤化療耐藥中的作用

已有相關(guān)的研究證實(shí)HSP27 的磷酸化與腫瘤細(xì)胞的化療耐藥相關(guān)。Kuramitsu 等[29]比較了對(duì)吉西他濱敏感的胰腺癌細(xì)胞KLM1 和耐吉西他濱的KLM1-R 細(xì)胞中 HSP27 的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子（high-mobility group box 1，HMGB1） 和激酶MAPKAPK2 的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)KLM1-R 中HMGB1 和MAPKAPK2 的表達(dá)明顯高于KLM1，它們共同作用于HSP27，使其發(fā)生磷酸化而誘導(dǎo)KLM1-R 細(xì)胞對(duì)吉西他濱產(chǎn)生耐藥性。Kawano 等[30]對(duì)19 例不能手術(shù)切除的胰腺癌單獨(dú)進(jìn)行吉西他濱治療，采用經(jīng)內(nèi)鏡超聲引導(dǎo)下細(xì)針穿刺術(shù)（EUS-FNA） 收集樣本檢測(cè)HSP27 和磷酸化HSP27 的表達(dá)水平，結(jié)果顯示磷酸化HSP27 過(guò)表達(dá)的患者中吉西他濱耐藥率明顯增高，當(dāng)磷酸化HSP27 水平降低時(shí)腫瘤細(xì)胞對(duì)吉西他濱的敏感性得以恢復(fù)，這一結(jié)果再次驗(yàn)證了磷酸化HSP27 在胰腺癌化學(xué)耐藥中的促進(jìn)作用。Liu 等[31]使用非粘接球培養(yǎng)系統(tǒng)從順鉑耐藥細(xì)胞中分離出具有干細(xì)胞特性的肺癌細(xì)胞（DRSPs），與對(duì)照組細(xì)胞進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)DRSPs中相關(guān)耐藥基因ABCG-2 和MDR-1 上調(diào)，同時(shí)激活p38 MAPK 信號(hào)過(guò)表達(dá)磷酸化HSP27，表現(xiàn)出更高的腫瘤干細(xì)胞和抗凋亡特性，最后臨床樣本分析顯示磷酸化HSSP27 的表達(dá)與組織學(xué)分級(jí)、腫瘤大小、淋巴結(jié)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和患者生存率顯著相關(guān)。Ye 等[32]探討了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白29（endoplasmic reticulum protein 29，ERp29） 在肺腺癌中對(duì)吉西他濱化療敏感性調(diào)控的潛在機(jī)制，吉西他濱聯(lián)合ERp29表達(dá)抑制治療會(huì)明顯促進(jìn)肺腺癌的治療效果，可能是通過(guò)增強(qiáng)HSP27 的磷酸化使細(xì)胞的凋亡率增加，從而促進(jìn)了肺腺癌患者對(duì)吉西他濱的敏感性。這些結(jié)果提示在不同的腫瘤中，磷酸化HSP27 在腫瘤耐藥中的作用尚存在不一致的結(jié)論。

3.4 磷酸化HSP27 與惡性腫瘤的預(yù)后

Okuno 等[33]回顧性評(píng)估了49 例未進(jìn)行吉西他濱治療的胰腺癌組織樣品，發(fā)現(xiàn)磷酸化HSP27 高的患者的中位生存期（275 d，n=18） 要明顯高于磷酸化HSP27 低的患者（205 d，n=21），提示化療前較高的磷酸化HSP27 表達(dá)與更好的生存率相關(guān)，這說(shuō)明磷酸化HSP27 表達(dá)可用于預(yù)測(cè)胰腺癌的預(yù)后。Cai 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，磷酸化HSP27 主要在侵襲性星形細(xì)胞膠質(zhì)瘤中表達(dá)，與腫瘤級(jí)別成正相關(guān)，與任何級(jí)別膠質(zhì)瘤的生存時(shí)間無(wú)關(guān)，但是它與α-地中海貧血伴智力低下綜合征基因（X-linked alpha thalassemia mental retardation geen，ATRX） 缺失和以檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH1） 突變互相排斥，在沒(méi)有ATRX缺失的IDH1 野生型個(gè)體中，高磷酸化HSP27 表達(dá)的患者比低表達(dá)患者的中位生存期時(shí)間長(zhǎng)，表明磷酸化HSP27 可以預(yù)測(cè)沒(méi)有ATRX 缺失和IDH1突變的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的預(yù)后。

4 小結(jié)

HSP27 在前列腺癌、直腸癌、鼻咽癌等多種腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，并且在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[35-37]。磷酸化是HSP27 最重要的翻譯后修飾形式之一，可以調(diào)節(jié)HSP27 的多種生物學(xué)功能。目前已有較多文獻(xiàn)報(bào)道磷酸化HSP27 參與到細(xì)胞骨架重構(gòu)和抗凋亡等病理生理過(guò)程，并與肺癌、胃癌、胰腺癌、乳腺癌、宮頸癌等腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移、化療耐藥和預(yù)后密切相關(guān)，然而筆者對(duì)HSP27 磷酸化狀態(tài)在其它腫瘤（如頭頸部惡性腫瘤、血液系統(tǒng)腫瘤等） 中的作用及其分子機(jī)制研究較少，其在腫瘤細(xì)胞中的亞細(xì)胞定位及其與其它蛋白質(zhì)之間的相互作用等尚需深入研究。研究磷酸化HSP27 的表達(dá)水平及其在腫瘤細(xì)胞中的作用機(jī)制可能為腫瘤的診治提供新的思路，值得在未來(lái)進(jìn)行更多的探索。