熱休克蛋白47與消化系統(tǒng)腫瘤的研究進(jìn)展

田山 郭緒峰 郭穎韻 李嬌 董衛(wèi)國

維持細(xì)胞蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)是細(xì)胞發(fā)揮正常功能的必要前提。蛋白質(zhì)的正確折疊是眾多分子共同參與以維持蛋白穩(wěn)態(tài)的一個復(fù)雜的過程，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是參與這個過程最主要的細(xì)胞器[1]。蛋白折疊的核心角色是伴侶蛋白，有助于新合成肽鏈的成熟。熱休克蛋白47(HSP47)是由絲氨酸家族成員1(SERPINH1)基因所編碼的一種伴侶蛋白，防止前膠原聚集和誘導(dǎo)脯氨酸以及賴氨酸殘基的羥基化[2]，對膠原正確折疊和分泌起著重要的作用。在過去的20年里，HSP47一直被視為一種維持細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要伴侶蛋白。多種疾病均存在HSP47的異常表達(dá)，包括結(jié)締組織疾病和惡性腫瘤。本文重點(diǎn)探究HSP47與膠原之間的相互作用、HSP47在多種消化道腫瘤發(fā)生與發(fā)展中的作用及HSP47作為治療靶點(diǎn)的相關(guān)研究進(jìn)展。

一、HSP47與膠原成熟

膠原是體內(nèi)最豐富的蛋白質(zhì)，也是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的主要組成部分。膠原由3條α鏈組成，每條鏈都有三螺旋區(qū)域。這3條鏈具有不同功能的結(jié)構(gòu)域：N端丙肽、中心膠原結(jié)構(gòu)域和C末端前肽。而膠原基因翻譯后，3條α鏈的C端結(jié)構(gòu)域相互識別，并引起它們的相互聚合。蛋白質(zhì)二硫異構(gòu)酶(PDI)可加速這一生理過程[3]。膠原分子的轉(zhuǎn)運(yùn)與分泌主要通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基信號通路。當(dāng)膠原在ECM處于前膠原的階段時，特異性的蛋白酶會水解N端丙肽和C末端的前肽，隨后引起ECM的膠原相互聚合。HSP47由于具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號通路和高爾基體膜的相關(guān)受體，可以返回至高爾基體[3]。

HSP47在膠原鏈的正確折疊過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在膠原三螺旋結(jié)構(gòu)形成的過程中，膠原分子的結(jié)構(gòu)域變?yōu)槭杷裕琀SP47與這些區(qū)域結(jié)合并阻止前膠原在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的大量聚集。HSP47與前膠原的結(jié)合或解離與pH密切相關(guān)。當(dāng)pH為6.4～7.0時，HSP47通過自我連接方式抑制Ⅰ型膠原的纖維原的合成。當(dāng)pH降至6.3以下時，Ⅰ型膠原纖維原的合成逐漸增加。pH降低會引起HSP47蛋白結(jié)構(gòu)的改變，而這種結(jié)構(gòu)變化會抑制HSP47和Ⅰ型膠原結(jié)合[4]。因此，HSP47在中性pH的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中會與前膠原結(jié)合，而在轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體的弱酸性環(huán)境中會與前膠原解離。

一些化學(xué)修飾對膠原分子的形成和分泌非常必要，其中最為關(guān)鍵的是脯氨酸和賴氨酸殘基的羥基化。只有那些尚未折疊的肽鏈才有可能被修飾，且這個過程需要脯氨酰3-羥化酶、脯氨酰4-羥化酶和賴氨酰羥化酶等多種酶的參與。賴氨酰羥化酶2的激活會產(chǎn)生組織特異性模式的羥基化。這些模式通過調(diào)節(jié)分子間的內(nèi)交聯(lián)和間交聯(lián)，從而調(diào)控ECM，而這些修飾模式的變化會引起腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的改變[5]。

二、HSP47和腫瘤、膠原的相關(guān)性

ECM對組織的支持、抵抗起關(guān)鍵作用。此外，ECM對眾多調(diào)控細(xì)胞功能的生物化學(xué)信號通路至關(guān)重要。ECM包括幾種重要組成成分，如膠原、層粘連蛋白、纖維連接蛋白、糖蛋白、蛋白聚糖和基質(zhì)細(xì)胞蛋白質(zhì)。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，ECM的重構(gòu)很常見，可通過上調(diào)增殖相關(guān)信號通路促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。HSP47通過調(diào)控ECM相關(guān)信號通路促進(jìn)腫瘤的增殖與浸潤，可能是腫瘤診斷和治療的潛在靶點(diǎn)[6]。HSP47是由SERPINH1基因所編碼的一種伴侶蛋白，而微小RNA(miRNA,miR)-29可調(diào)控SERPINH1 mRNA的3’-非翻譯區(qū)(UTR)。研究表明miR-29可抑制HSP47的表達(dá)，調(diào)控HSP47蛋白在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)水平[6]。miR-29的下調(diào)會引起HSP47的上調(diào)，這種現(xiàn)象在消化系統(tǒng)腫瘤中普遍存在。

1.HSP47與結(jié)直腸癌

Mori等[7]利用相對和絕對定量的同位標(biāo)記法評估HSP47與結(jié)直腸癌之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)了與結(jié)直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的蛋白，后續(xù)的生物信息學(xué)技術(shù)分析表明HSP47是其中一個關(guān)鍵標(biāo)記物蛋白。免疫組化結(jié)果表明，HSP47在伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者中表達(dá)水平明顯高于不伴淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者，進(jìn)一步的預(yù)后分析表明腫瘤間質(zhì)HSP47陽性的梭形細(xì)胞數(shù)量與患者預(yù)后密切相關(guān)[7]。腫瘤梭形細(xì)胞可分泌大量高表達(dá)HSP47的膠原纖維，一方面促進(jìn)結(jié)直腸癌纖維化，另一方面促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，更加利于腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[7]。Xu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，梗阻性結(jié)直腸癌組織間質(zhì)梭形細(xì)胞的HSP47表達(dá)水平顯著高于非梗阻的結(jié)直腸癌組織間質(zhì)梭形細(xì)胞，且HSP47在促進(jìn)結(jié)直腸癌纖維化的過程中起重要作用。

潰瘍性結(jié)腸炎是一種累及結(jié)直腸的慢性炎癥性疾病，主要以多發(fā)的腸道潰瘍?yōu)樘攸c(diǎn)，具有復(fù)發(fā)與緩解交替的特征[9]。病程超過20年的潰瘍性結(jié)腸炎患者惡變?yōu)榻Y(jié)直腸癌的風(fēng)險是普通人群的10～12倍[10]。對潰瘍性結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌和散發(fā)的結(jié)直腸癌組織進(jìn)行蛋白組學(xué)檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，潰瘍性結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌組織的HSP47表達(dá)較散發(fā)的結(jié)直腸癌組織明顯上調(diào)。此外，免疫組化分析結(jié)果表明HSP47與Ⅰ型膠原同時表達(dá)于細(xì)胞漿，且表達(dá)水平隨結(jié)直腸癌進(jìn)展程度增加而增多。蛋白質(zhì)免疫印跡法檢測細(xì)胞培養(yǎng)基時也發(fā)現(xiàn)了分泌在基質(zhì)中的HSP47[11]。在炎癌轉(zhuǎn)化的過程中，間質(zhì)的膠原代謝發(fā)生變化，不僅成纖維細(xì)胞分泌膠原纖維，癌變的上皮細(xì)胞也會分泌大量的Ⅰ型膠原纖維，從而導(dǎo)致潰瘍性結(jié)腸炎癌變患者機(jī)體HSP47水平升高。腸道慢性炎癥誘發(fā)病變腸道產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子，不僅異常分泌膠原纖維引起腸道纖維化，還會引起金屬蛋白酶的釋放從而促進(jìn)腸癌的轉(zhuǎn)移[11]。

2.HSP47與胃癌

胃癌是消化系統(tǒng)常見惡性腫瘤，尋找早期診斷胃癌的標(biāo)記物對于改善患者預(yù)后至關(guān)重要。Cao等[12]利用生物信息學(xué)技術(shù)對胃癌相關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)SERPINH1 mRNA在胃癌組織中顯著上調(diào)，且通過受試者工作特征(ROC)曲線分析發(fā)現(xiàn)SERPINH1 mRNA對胃癌的診斷價值較高(ROC曲線下面積為0.698)。同時也發(fā)現(xiàn)高水平的SERPINH1 mRNA與分化差的胃癌類型密切相關(guān)，且與胃癌患者總體預(yù)后不良相關(guān)。我們的前期研究[13]發(fā)現(xiàn)SERPINH1基因在胃癌與癌旁組織中存在顯著的表達(dá)差異，SERPINH1可以作為鑒別胃癌與非癌的一個很好的指標(biāo)。此外，細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明HSP47蛋白在胃癌細(xì)胞系和胃癌組織中的表達(dá)明顯高于正常胃上皮細(xì)胞及相應(yīng)的癌旁組織。且過表達(dá)HSP47后，胃癌細(xì)胞Wnt/β連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路的關(guān)鍵蛋白表達(dá)顯著增加，增殖、遷移、侵襲等生物學(xué)行為增強(qiáng)，腫瘤間質(zhì)相關(guān)蛋白指標(biāo)上調(diào)，而腫瘤上皮相關(guān)蛋白指標(biāo)表達(dá)下調(diào)?？梢?，HSP47主要通過上調(diào)Wnt/β-catenin信號通路促進(jìn)胃癌細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移。HSP47在胃癌中發(fā)揮促癌作用，可以作為胃癌診斷和預(yù)后評估的一個重要指標(biāo)。

3.HSP47與胰腺癌

Maitra等[14]利用免疫組化技術(shù)檢測了57例原發(fā)性浸潤性胰腺導(dǎo)管腺癌組織中HSP47的表達(dá)情況，結(jié)果表明HSP47在胰腺癌腫瘤相關(guān)間質(zhì)中表達(dá)最為顯著，而胰腺導(dǎo)管腺癌的成纖維細(xì)胞僅有少量的HSP47表達(dá)，且35%的導(dǎo)管腺癌組織完全不表達(dá)HSP47。但在胰腺非導(dǎo)管腺癌間質(zhì)組織中的HSP47表達(dá)檢測結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)HSP47在所有的胰腺非導(dǎo)管腺癌間質(zhì)組織中高表達(dá)[15]。而當(dāng)對胰腺癌的腫瘤組織著色情況進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)不同類型的胰腺癌HSP47表達(dá)水平并不一樣。75%的胰腺導(dǎo)管癌組織、23%的腺泡細(xì)胞癌和25%的實(shí)性假乳頭狀胰腺癌組織表達(dá)HSP47，而所有類型胰腺癌的破骨巨細(xì)胞均表達(dá)HSP47[14]。此外，HSP47通過與胰腺癌腺泡細(xì)胞的鈣網(wǎng)蛋白結(jié)合，促進(jìn)胰腺癌化療耐藥的產(chǎn)生[16]。HSP47在不同類型胰腺癌中異常表達(dá)的生物學(xué)機(jī)制尚不明確。

4.HSP47與食管癌

食管癌是我國腫瘤死因的第4位，占所有惡性腫瘤死亡的9.26%[17]。Lee等[18]采用免疫組化技術(shù)檢測了157例食管癌手術(shù)切除標(biāo)本中HSP47的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)HSP47高表達(dá)于食管癌組織的細(xì)胞膜，而低表達(dá)于相應(yīng)的癌旁組織。此外，對患者的生存資料進(jìn)行比例風(fēng)險回歸模型(Cox)分析結(jié)果顯示，高表達(dá)HSP47是食管癌患者預(yù)后不良的一項(xiàng)獨(dú)立危險因素。而利用小干擾RNA技術(shù)沉默食管癌細(xì)胞的HSP47基因后，相比于對照組的食管癌細(xì)胞系，敲除HSP47的食管癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力顯著降低。

三、HSP47作為腫瘤的治療靶點(diǎn)

有學(xué)者將包含HSP47結(jié)合肽序列和化療藥阿霉素的水溶性高分子藥物輸送系統(tǒng)應(yīng)用于頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系，以研究HSP47是否可作為化療的潛在分子靶點(diǎn)[19]。HSP47結(jié)合肽序列WHYPWFQNWAMA和化療藥物阿霉素通過四肽網(wǎng)絡(luò)結(jié)合于多聚物，利用化療藥-多聚體聚合的方式，這種藥物輸送系統(tǒng)可以被HSP47受體所識別，隨后實(shí)現(xiàn)藥物的細(xì)胞內(nèi)釋放。同樣地，N-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺(HPMA)共聚物也可與HSP47結(jié)合肽序列結(jié)合，作為靶向化療的配體，且可以通過簡單的常規(guī)方式合成[20]?；熕幬?-氟尿嘧啶的一種衍生物1，3-二甲基醇-5-氟尿嘧啶也可實(shí)現(xiàn)與HSP47結(jié)合肽序列的聚合。聚合物形成和內(nèi)化后，有學(xué)者利用頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系檢測這種聚合物對肺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性和凋亡的影響。結(jié)果顯示，與不含HSP47結(jié)合肽序列的5-氟尿嘧啶和高分子聚合物相比，這種靶向聚合物具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性、更快的內(nèi)化速度和更強(qiáng)的促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡及壞死的能力[21]。

在開發(fā)新的腫瘤化療藥物時，抑制HSP47分子靶點(diǎn)是一個很好的策略。不同于其他的伴侶蛋白，HSP47僅作為膠原的特異性伴侶蛋白，因此抑制HSP47是一種很有前景的干預(yù)措施。目前已經(jīng)研發(fā)出基于4種分子結(jié)構(gòu)的2 080種小分子化合物，它們對HSP47均有一定的抑制作用。分別將這些小分子化合物作用于不同的腫瘤細(xì)胞系，確定各種化合物的半抑制指數(shù)(IC50)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些化合物確實(shí)對HSP47具有一定的抑制效應(yīng)[22]。

吡非尼酮是一種臨床上常用的抗纖維化藥物，主要用于治療原發(fā)性肺纖維化[23]。研究發(fā)現(xiàn)吡非尼酮可下調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)信號通路抑制HSP47與Ⅰ型膠原纖維的表達(dá)，從而發(fā)揮抗纖維化的作用[24]。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)吡非尼酮可增強(qiáng)血管功能和灌注，促進(jìn)吡柔比星的化療敏感性，減少腫瘤的細(xì)胞間質(zhì)成分[25]。此外，研究報道吡非尼酮可抑制肝星狀細(xì)胞系-T6(HSC-T6)的增殖，且呈現(xiàn)顯著的濃度-劑量依賴的特性[26]。AK-778是一種抑制性分子，可以競爭性抑制HSP47與膠原的結(jié)合。當(dāng)用AK-778干預(yù)這些細(xì)胞時，膠原分子逐漸失去穩(wěn)定性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，AK-778被分解為兩種化合物，即Col002和Col003，其中對HSP47起明顯抑制作用的是Co1003。我們的前期研究發(fā)現(xiàn)，胃癌細(xì)胞大量表達(dá)HSP47，利用Co1003特異性抑制HSP47蛋白后，Co1003干預(yù)的胃癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力相較于對照組顯著降低[13]。以上研究結(jié)果均表明，HSP47的小分子抑制劑對治療HSP47異常變化的疾病具有較好的前景。

四、小結(jié)

HSP47表達(dá)異常直接參與了多種消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。作為重要的促癌分子，HSP47參與了消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞ECM的形成與演變，在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程中起重要作用。HSP47已逐漸成為消化道腫瘤診斷和精準(zhǔn)化療的一個潛在靶點(diǎn)，此外，其小分子抑制劑在消化系統(tǒng)腫瘤中的應(yīng)用價值有待更多的臨床研究加以探究。