熱休克蛋白90在非小細(xì)胞肺癌中的研究進(jìn)展

曾攀科 王湘 王立升

廣西大學(xué)醫(yī)學(xué)院,南寧530004

惡性腫瘤已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅全人類生命健康的高病死率并且治愈率低下的嚴(yán)重疾病。據(jù)調(diào)查顯示,2018年肺癌發(fā)病率占總癌癥發(fā)病率11.6%,其致死率高達(dá)84.1%[1]。在諸多的癌癥中全球的肺癌發(fā)病率持續(xù)增加,以非小細(xì)胞肺癌 (non-small cell lung cancer,NSCLC)最為常見。由于肺癌在發(fā)生的早期階段沒有明顯的臨床癥狀,因此在確診之后都處于晚期,從而導(dǎo)致病死率高并且難以治愈。

在1962年,由意大利科學(xué)家Ferruccio在研究果蠅幼蟲的唾液腺染色體時(shí),發(fā)現(xiàn)染色體中出現(xiàn)特征性的膨脹隨后發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白 (heat shock protein,HSP)[2]。該蛋白又稱應(yīng)激蛋白,是當(dāng)機(jī)體受到外界環(huán)境 (缺氧、寒冷、創(chuàng)傷等)刺激時(shí),會(huì)迅速合成表達(dá)分泌的一類蛋白。HSP 家族成員有6 種,根據(jù)其相對(duì)分子質(zhì)量的不同分為:HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40 以及各類小分子量熱休克蛋白[3]。在人體各細(xì)胞中,HSP主要以一種“分子伴侶”的形式發(fā)揮其生物學(xué)功能。其參與新蛋白質(zhì)合成,使蛋白能夠正確地折疊再折疊,幫助空間結(jié)構(gòu)改變的蛋白重新復(fù)性,并且參與維持蛋白質(zhì)的構(gòu)象和生物活性穩(wěn)定性[4]。目前,研究發(fā)現(xiàn)HSP90已經(jīng)成為最為重要的癌癥治療靶點(diǎn),它與癌細(xì)胞的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移甚至產(chǎn)生耐藥性密切相關(guān)。

隨著對(duì)腫瘤發(fā)病機(jī)制的深入研究,人們發(fā)現(xiàn)HSP90對(duì)于腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡以及周期通路中的調(diào)節(jié)蛋白發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[5]。因此,對(duì)于HSP90的研究已經(jīng)成為抗腫瘤研究的熱點(diǎn)蛋白。近年來研究發(fā)現(xiàn)HSP90 在NSCLC的發(fā)生發(fā)展中具有重要的調(diào)控作用。本文將圍繞HSP90在NSCLC的作用作一綜述。

1 HSP90結(jié)構(gòu)和功能

1.1 HSP90結(jié)構(gòu) HSP90蛋白家族是一種相對(duì)分子質(zhì)量為90 000并且高度保守的ATP依賴性分子伴侶,HSP90主要是真核細(xì)胞中最為豐富的一種蛋白,在正常生理狀態(tài)下HSP90的表達(dá)量較低,為細(xì)胞總蛋白的1%～2%,而在應(yīng)激狀態(tài)下,HSP90會(huì)過表達(dá),為總蛋白的4%～6%[6-7]。

HSP90的結(jié)構(gòu)包括三部分:N-末端結(jié)構(gòu)域、C-末端結(jié)構(gòu)域、中間結(jié)構(gòu)域,HSP90每個(gè)區(qū)域的功能各不相同,在HSP90沒有與腺嘌呤三磷酸腺苷結(jié)合時(shí),其主要以 “V”字無活性開放形式存在[8]。其N-末端結(jié)構(gòu)域可與ATP 結(jié)合,從而發(fā)揮生物學(xué)功能。C-末端結(jié)構(gòu)域含有特殊MEEVD 保守序列,負(fù)責(zé)HSP90 的二聚化[9]。連接N-末端結(jié)構(gòu)域和中間結(jié)構(gòu)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,因此很難解析HSP90的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。中間結(jié)構(gòu)域可以與共伴侶分子結(jié)合作用于客戶蛋白充分發(fā)揮分子伴侶的作用。當(dāng)?shù)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)象轉(zhuǎn)變?yōu)?“關(guān)閉”狀態(tài),此時(shí)HSP90 才能行使其生物學(xué)功能[10-11]。

1.2 HSP90細(xì)胞質(zhì)亞型 人體的HSP90的細(xì)胞質(zhì)亞型可分為兩類:可誘導(dǎo)型HSP90α、組成型HSP90β,這2種亞型的蛋白氨基酸序列具有高度同源性[12]。研究表明,這2種亞型通常以同源二聚體 (αα、ββ)的形式存在于胞質(zhì)中,HSP90α往往更容易形成同源二聚體[13]。HSP90α型通常在正常細(xì)胞中表達(dá)量較低,而在腫瘤細(xì)胞中HSP90α的表達(dá)量異常增加。研究發(fā)現(xiàn),HSP90βm RNA 在早期胚胎發(fā)育的生理溫度下正常表達(dá),而HSP90α m RNA 幾乎不存在,在熱休克溫度下HSP90β m RNA 則不改變,HSP90α m RNA 的含量顯著增加,說明HSP90β型在胚胎的發(fā)育早期和細(xì)胞的生理功能發(fā)揮重要作用[14]。HSP90α 與HSP90β結(jié)構(gòu)相似度高,生理作用近似,但也有差異。例如,HSP90α在惡性腫瘤中表達(dá)量明顯增高,腫瘤的惡性程度越高,HSP90α的表達(dá)量越高,而HSP90β的表達(dá)量則較低[15]。

1.3 HSP90功能 HSP 的主要生理作用是作為一種分子伴侶蛋白來協(xié)助客戶蛋白完成正確的空間折疊。作為分子伴侶,HSP90擁有廣泛的客戶蛋白并且參與多種細(xì)胞信號(hào)通路。例如,絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶 (AKT serine/threonine kinase 2,Akt2)、細(xì)胞周期蛋白質(zhì)依賴激酶類(syclin-dependent kinases,CDKs)、蛋白激酶C (protein kinase C,PKC) 以及多種轉(zhuǎn)錄因子 BCL-6 (B-cell lymphoma 6)、p53、八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4(octamerbinding transcription factor 4,Oct4)[16-19]。其中被報(bào)道的第一個(gè)和HSP90形成非共價(jià)結(jié)合復(fù)合物的蛋白激酶是病毒酪氨酸激酶 (viral srckinase,v-Src)[20]。HSP90可以輔助許多細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白的生成,其中包括細(xì)胞周期蛋白質(zhì)依賴激酶4 (cyclin-dependent kinase 4,CDK4),CDK4是控制細(xì)胞周期的關(guān)鍵性蛋白,它與細(xì)胞周期蛋白D1結(jié)合導(dǎo)致底物磷酸化,調(diào)控細(xì)胞處于G1期[21]。因此,在腫瘤細(xì)胞中HSP90對(duì)于癌細(xì)胞的增殖、凋亡以及周期都有著直接調(diào)控作用。

2 HSP90在NSCLC的作用

2.1 HSP90調(diào)控受體方式 通過調(diào)節(jié)表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)影響NSCLC發(fā)生,EGFR 是分布于上皮細(xì)胞表面的一種跨膜蛋白。由三部分組成,分別為:胞內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)合區(qū)域、跨膜以及胞外受體結(jié)合區(qū)域[22]。

據(jù)調(diào)查顯示,在晚期NSCLC 患者中EGFR 基因序列突變的發(fā)生率為10%～20%[23]。HSP90在NSCLC 的患者中呈現(xiàn)高表達(dá),該蛋白的升高與年齡、既往吸煙史有關(guān)[24]。HSP90的分型α型在NSCLC 發(fā)生發(fā)展的過程中維持了EGFR 的功能穩(wěn)定[25]。許露等[26]研究發(fā)現(xiàn),在HSP90α表達(dá)水平升高的情況下,患者EGFR 突變的風(fēng)險(xiǎn)高于正常值。說明HSP90α的升高與EGFR 突變呈正相關(guān)。也有研究表明,當(dāng)HSP90抑制劑與EGFR 阻斷劑聯(lián)用時(shí),可更加有效地抑制NSCLC 細(xì)胞的增殖活性以及促進(jìn)該細(xì)胞的凋亡作用[27]。因此,更加可以確證HSP90 通過調(diào)節(jié)EGFR 蛋白的活性來影響NSCLC的發(fā)生和發(fā)展。

2.2 HSP90調(diào)控蛋白改變 通過影響B(tài)ax、Bcl-2的表達(dá)影響NSCLC的發(fā)生,在研究NSCLC 的過程中,發(fā)現(xiàn)許多癌癥相關(guān)調(diào)控蛋白發(fā)生改變,該過程則可以調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的增殖、凋亡以及分化能力,最終加重癌癥的癥狀。

通過分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn),HSP90α的表達(dá)上升,能夠抑制腫瘤細(xì)胞相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄,從而提高腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)和黏附能力[28]。HSP90α能夠通過對(duì)其客戶糖蛋白末端進(jìn)行磷酸化修飾,進(jìn)而導(dǎo)致癌細(xì)胞G1/S期比例異常,使癌細(xì)胞快速跨越G0期,最終導(dǎo)致癌細(xì)胞快速增殖[29]。凋亡促進(jìn)因子Bax和凋亡抑制因子Bcl-2 能夠通過激活癌基因相關(guān)信號(hào)通路,進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生程序性死亡,最終導(dǎo)致腫瘤病灶組織的萎縮以及腫瘤細(xì)胞的死亡[30]。有研究指出Bax、Bcl-2的表達(dá)與NSCLC 的病程進(jìn)展有著密切的關(guān)系,當(dāng)二者的表達(dá)上升時(shí)能夠促進(jìn)肺癌患者臨床分期的進(jìn)展,從而影響肺癌患者臨床預(yù)后療效[31]。有研究顯示,在NSCLC患者中,HSP90α和Bcl-2蛋白表達(dá)成正比,而與Bax蛋白成反比[32]。提示了HSP90α、Bcl-2和Bax 3種蛋白在影響到肺癌的病情進(jìn)展過程中可能發(fā)揮了一定的協(xié)同作用。

2.3 HSP90調(diào)控新生血管生成 腫瘤組織中新生血管的生成受血管生成素-2 (angiopoietin,Ang-2)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)的調(diào)控[33]。研究表明,當(dāng)腫瘤組織血管生成異常時(shí)HSP90 表達(dá)升高,缺氧誘導(dǎo)因子α (hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)作為HSP90 的客戶蛋白參與Ang-2 和VEGF 基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá),從而促進(jìn)癌癥周圍血管的生成來適應(yīng)缺氧效應(yīng)[34]。在缺氧狀態(tài)下,HIF-1α在許多情況下發(fā)揮作用,同時(shí)會(huì)影響VEGF的基因轉(zhuǎn)錄,在肺部血管重塑和腫瘤血管生成中發(fā)揮重要作用[35]。

研究證實(shí),HSP90具有促血管生成的作用,在癌癥組織中HSP90與VEGF 具有相似的氨基酸序列和結(jié)構(gòu),它與VEGFR-1結(jié)合,從而導(dǎo)致VEGFR-2 激活并磷酸化使VEGF擴(kuò)增,最終導(dǎo)致癌癥周圍血管的生成[36]。研究顯示,給予HSP90抑制劑Ganetespib在體內(nèi)外均可抑制腫瘤血管的生成,其作用機(jī)制是通過抑制各種促血管生成因子,包括Ang-1、Ang-2以及VEGF等[37]。

2.4 HSP90通過影響免疫反應(yīng)干預(yù)NSCLC 的發(fā)生 免疫平衡的失調(diào)是惡性腫瘤發(fā)生的重要標(biāo)志,在NSCLC、宮頸癌等諸多惡性腫瘤中均發(fā)現(xiàn)相關(guān)免疫標(biāo)志物異常的改變[38]?，F(xiàn)代免疫學(xué)發(fā)現(xiàn)在NSCLC 發(fā)生過程中T、B 細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子均有參與機(jī)體免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié),T 細(xì)胞主要介導(dǎo)的細(xì)胞免疫,其分泌的細(xì)胞因子可抑制腫瘤細(xì)胞的增殖;而B細(xì)胞則相反,分泌的細(xì)胞因子可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖[39-40]。因此,在生理狀態(tài)下,2 種細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡,當(dāng)腫瘤細(xì)胞異常增長(zhǎng)時(shí),則T 細(xì)胞功能相對(duì)低下,B細(xì)胞功能相對(duì)亢進(jìn)。此外,初始T 細(xì)胞還可以介導(dǎo)Th17 細(xì)胞以及Treg細(xì)胞的產(chǎn)生,Th17 細(xì)胞主要分泌IL等促炎癥因子,其大量的分泌可以加重癌癥的惡化程度[41];Treg細(xì)胞在生理狀態(tài)下可以維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài),但隨著癌細(xì)胞的惡化,進(jìn)一步造成腫瘤細(xì)胞的免疫耐受,加快了病程的進(jìn)展[42]。

研究發(fā)現(xiàn),HSP90可能通過調(diào)節(jié)T 細(xì)胞的分化以及激活,從而產(chǎn)生IL-6 等炎癥介質(zhì)[43]。有學(xué)者表明,HSP90能與TLR-7/9相互作用,從而介導(dǎo)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞分泌INF-α,當(dāng)使用HSP90抑制劑時(shí),可降低小鼠血清自身抗體的水平[44]。Kelly等[45]發(fā)現(xiàn),抑制HSP90 基因的表達(dá),可使轉(zhuǎn)座子因子基因表達(dá)顯著增加,進(jìn)而導(dǎo)致干擾素合成增加。因此HSP90可通過影響細(xì)胞免疫以及體液免疫來發(fā)揮抗腫瘤的作用。

2.5 針對(duì)HSP90蛋白的靶向藥物 隨著對(duì)HSP90蛋白的深入研究,發(fā)現(xiàn)抑制HSP90蛋白的表達(dá)可以發(fā)揮重要的抗癌作用,HSP90 的靶向抑制劑,包括格爾德酶素(geldanamycin,GA)、根赤殼菌素 (radicicol)、替拉替尼(17-AGG,tanespimycin)等N-末端抑制劑,小部分C-末端抑制劑以及直接和HSP90 結(jié)合的抑制劑,如紫杉醇(taxol)、Silybin、SNX-2112 等[46]。有研究顯示,新生霉素類似物KU758作為HSP90蛋白的抑制劑,該類似物為C-端抑制劑,體外機(jī)制研究顯示KU758可使哺乳動(dòng)物類雷帕霉素靶蛋白 (mammalian target of rapamycin,m TOR),p-m TOR,蛋白激酶B (Akt)和p-Akt均呈劑量依賴性減小,CDK4、CDK6也均呈劑量依賴性降低,該2個(gè)蛋白是調(diào)控細(xì)胞處于G1、S 期的關(guān)鍵蛋白,其直接作用的靶點(diǎn)HSP90蛋白亦呈劑量依賴性減小,體內(nèi)抗腫瘤活性顯示在60 d內(nèi)腫瘤組織塊的直徑與對(duì)照組相比明顯減小,且小鼠的存活率幾乎不受影響[47]。Fu 等[48]研究顯示,直接與HSP90蛋白結(jié)合的抑制劑SNX-2112 通過降低蛋白激酶、m TOR、S6和真核翻譯起始因子E4結(jié)合蛋白1的磷酸化,使Akt/m TOR 通路失活,有效地抑制癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲,此外,SNX-2112通過滅活局部黏著斑激酶和抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-9 和2、鋅指轉(zhuǎn)錄因子、波形蛋白和βcatenin的表達(dá)來抑制細(xì)胞的遷移,SNX-2112 還可以下調(diào)癌細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,使未折疊蛋白反應(yīng)失活,最終發(fā)揮抗癌作用。

3 小結(jié)與展望

NSCLC發(fā)病率在肺癌中位居首位且致死率高,臨床治療效果不理想。HSP90 作為分子伴侶蛋白可以通過改變EGFR 蛋白的穩(wěn)定性,凋亡促進(jìn)因子Bax和凋亡抑制因子Bcl-2基因的活性,最終來調(diào)控癌細(xì)胞的擴(kuò)散與消除。在肺部實(shí)體瘤組織中HSP90通過調(diào)節(jié)促血管生成因子的活性來影響肺癌組織周圍血管的生成。在免疫反應(yīng)過程中,HSP90也可通過調(diào)節(jié)T 細(xì)胞的分化和激活以及介導(dǎo)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞分泌炎癥因子來影響NSCLC 細(xì)胞的增殖。近年來,HSP90靶向抑制劑大部分為N-末端抑制劑,但大都具有活性低、毒性大的缺點(diǎn)。因此,需要繼續(xù)深入研究HSP90的結(jié)構(gòu)和功能,從而開發(fā)出有效的HSP90抑制劑,為癌癥的治療提供全新的方案。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突