分子伴侶HSP90在腫瘤發(fā)生中的作用機(jī)制

王琪琳，劉相國(guó)

(1聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 聊城 252059;2山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院)

分子伴侶是古老而進(jìn)化保守的一類蛋白質(zhì)，在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和生存中參與許多關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的正確折疊、細(xì)胞間定位和蛋白質(zhì)的表達(dá)。在腫瘤發(fā)生中分子伴侶的基本監(jiān)護(hù)作用被破壞［1］，導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，快速促進(jìn)整體的衰竭。由于毒性應(yīng)激而蛋白質(zhì)表達(dá)水平增加是一種應(yīng)激反應(yīng)，可促進(jìn)細(xì)胞的存活。分子伴侶在許多腫瘤細(xì)胞中表達(dá)增加可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在不利環(huán)境中的生存，除此之外，分子伴侶還允許腫瘤細(xì)胞接受環(huán)境中的改變，信號(hào)通路中關(guān)鍵信號(hào)蛋白在某些方面的改變可促進(jìn)癌癥的發(fā)生［2］。

在蛋白質(zhì)表達(dá)水平，分子伴侶參與新生多肽鏈的合成、蛋白質(zhì)跨膜易位、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)數(shù)量的控制和正常蛋白更新中新生多肽的折疊［3，4］。盡管分子伴侶數(shù)量多，卻不單獨(dú)作用，而是作為大的分子伴侶復(fù)合體的組成部分。分子伴侶對(duì)所作用的底物蛋白是非共價(jià)修飾，以一種循環(huán)、重復(fù)的方式相互作用，這種循環(huán)被多輪ATP水解所驅(qū)使。在分子伴侶中HSP90是特殊的，因?yàn)榻^大多數(shù)多肽鏈的生物合成并不需要HSP90，相反它的許多細(xì)胞底物蛋白(并不是所有的)是構(gòu)象易變的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，在生長(zhǎng)控制、細(xì)胞存活和發(fā)育過程中具有關(guān)鍵作用，并且許多HSP90的底物蛋白與腫瘤發(fā)生有關(guān)［5，6］。現(xiàn)將分子伴侶HSP90在腫瘤發(fā)生中的作用做一綜述。

1 HSP90的生物學(xué)作用

1.1 HSP90的抑制作用 HSP90的底物蛋白涉及到幾乎所有的細(xì)胞過程［7］。HSP90是同源二聚體，每個(gè)單體包括三個(gè)高度保守的結(jié)構(gòu)域:N-端ATP結(jié)合結(jié)構(gòu)域(ATPase活性)、中間結(jié)構(gòu)域和C-端二聚化結(jié)構(gòu)域。藥物介導(dǎo)的對(duì)HSP90 N-端ATPase活性的抑制，并不等同于結(jié)構(gòu)上的遺傳敲除，遺傳敲除的真核生物無一例外會(huì)致死。條件性的遺傳改變HSP90的功能，可能在多細(xì)胞生物中與藥物效應(yīng)更相關(guān)。細(xì)胞中HSP90被抑制的程度很難直接被測(cè)定，在腫瘤細(xì)胞中藥物介導(dǎo)的抑制作用是改變突變底物蛋白的水平，一般不會(huì)導(dǎo)致正常細(xì)胞死亡。實(shí)驗(yàn)表明，腫瘤細(xì)胞中HSP90與抑制劑的親和力比正常細(xì)胞高大約100倍，從而可使藥物在腫瘤細(xì)胞中聚集。這種區(qū)別可能是由于腫瘤細(xì)胞中增加了大量的突變或致癌底物蛋白，需要大量的HSP90參與形成蛋白復(fù)合體作用于突變的底物蛋白。

1.2 HSP90的表觀調(diào)控作用 在基因表達(dá)水平，HSP90可以誘導(dǎo)表觀改變，也可以誘導(dǎo)染色質(zhì)狀態(tài)的遺傳改變。螺旋酶是染色質(zhì)重塑蛋白復(fù)合體的關(guān)鍵組分，與DNA螺旋酶RVB1和RVB2相互作用的HSP90的輔助因子在酵母中已被鑒定［8］，進(jìn)一步證明了HSP90對(duì)基因的表觀調(diào)控作用。

1.3 HSP90的生物緩沖作用 在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究與基因表達(dá)的效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中顯示，HSP90在進(jìn)化過程中具有重要作用［9］。其能夠有效消除有機(jī)體群落中固有的遺傳改變;作為分子伴侶，允許信號(hào)通路作為整體維持野生型表型的條件下，保持信號(hào)通路的多種形式的存在。在蛋白質(zhì)水平HSP90的緩沖作用匯集形成一個(gè)分離明確的復(fù)合體，盡管有基因型的變異，但是在基準(zhǔn)狀況下，對(duì)于表型的統(tǒng)一強(qiáng)勁表達(dá)卻是必須的。在應(yīng)激條件下，HSP90的一些不穩(wěn)定底物蛋白可能會(huì)變得更不穩(wěn)定。在這種情況下，HSP90表達(dá)增加，促進(jìn)正常底物蛋白和新的應(yīng)激產(chǎn)生的不穩(wěn)定底物蛋白的重新折疊。在某些個(gè)體中，遺傳變異的增加可能會(huì)超越HSP90的緩沖能力，產(chǎn)生多種特殊基因型的表型。通過這種方式，原來潛在的遺傳變異會(huì)通過自然選擇增強(qiáng)一個(gè)物種中顯著基因型的表達(dá)［10］。

HSP90在蛋白質(zhì)水平可能也作為基因異質(zhì)性的生物緩沖器［11］，這是癌癥的一個(gè)特點(diǎn)。然而當(dāng)HSP90在正常老化過程中作為生物緩沖器的能力加強(qiáng)時(shí)，惡性表型的形成會(huì)被破壞;當(dāng)突變蛋白和(或)未折疊蛋白、致癌蛋白的增加，或者不利的微環(huán)境增加時(shí)，腫瘤細(xì)胞群表型的多樣性可能會(huì)增加或加速腫瘤細(xì)胞的侵襲、惡化和抗藥性［12］。從進(jìn)化的觀點(diǎn)來看，可通過改變關(guān)鍵決策者適應(yīng)和進(jìn)化的能力，定點(diǎn)抑制癌癥，是可以有效做到的;因而HSP90可以提供一個(gè)更廣更有效的抗腫瘤治療靶點(diǎn)，而不是當(dāng)前人們致力于藥物研究所涉及的單個(gè)致癌性激活的可有可無的信號(hào)通路。

2 HSP90在腫瘤形成中的作用

一種或幾種Hsps表達(dá)水平增加超過正常組織，是人類癌癥包括實(shí)體瘤和血液瘤普遍的特征，如Hsp70和HSP90過表達(dá)與不良預(yù)后有關(guān)，Hsp70和Hsp27過表達(dá)與抗藥性有關(guān)，對(duì)聯(lián)合化療反應(yīng)差。分子伴侶表達(dá)增加在幾個(gè)方面有助于癌癥的發(fā)生。在生理水平，腫瘤細(xì)胞中大量表達(dá)的Hsps反映了對(duì)缺氧、酸中毒、營(yíng)養(yǎng)缺乏等不利環(huán)境適當(dāng)?shù)膽?yīng)激保護(hù)反應(yīng)，這是腫瘤的一個(gè)基本特征。在分子水平，增加的分子伴侶活性可使腫瘤細(xì)胞對(duì)付失調(diào)的信號(hào)通路，凋亡信號(hào)通路的受損是癌癥細(xì)胞的一個(gè)普遍特征，可以使腫瘤細(xì)胞逃避凋亡，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)化。通過脫離正常的調(diào)節(jié)因子和對(duì)宿主預(yù)防機(jī)制與化療藥物的抗性，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活、擴(kuò)張。

HSP90與其輔助分子伴侶可以調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡，這種調(diào)控是通過AKT、腫瘤壞死因子受體與NF-κB介導(dǎo)的［13］，然而HSP90具有更復(fù)雜的促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)化形成的作用。HSP90與底物蛋白(蛋白激酶、突變蛋白、激素受體和轉(zhuǎn)錄因子等)動(dòng)態(tài)的、低親和力的相互作用，使它們維持一種潛在的易被活化的狀態(tài)。底物蛋白的致癌突變，并且由于突變所導(dǎo)致的大量不穩(wěn)定構(gòu)象的產(chǎn)生，需要HSP90更多更高的作用，一個(gè)最有力的例子就是酪氨酸激酶SRC。大多數(shù)致癌SRC突變是由于C末端變短，導(dǎo)致其關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因功能喪失，通過SH2結(jié)構(gòu)域進(jìn)行分子間相互作用，SRC變短導(dǎo)致持續(xù)性的激活而形成構(gòu)象不穩(wěn)定的激酶。在細(xì)胞中正常C-SRC的成熟與功能僅需要HSP90分子伴侶復(fù)合體有限的輔助;相對(duì)而言，V-SRC突變體卻與HSP90呈現(xiàn)非同尋常的物理相互作用。遺傳和藥理學(xué)方法證實(shí)，這種不正常的與分子伴侶的相互作用，對(duì)于識(shí)別和維持V-SRC增加的激酶活性是必需的，也是V-SRC轉(zhuǎn)化活性的基礎(chǔ)。

促使分子伴侶功能改變的另外一種蛋白質(zhì)就是腫瘤抑癌蛋白p53(由TP53基因編碼，TP53基因的突變是人類癌癥中最常見的分子遺傳缺陷。大多數(shù)TP53的突變導(dǎo)致了異常蛋白質(zhì)的表達(dá)，其構(gòu)象發(fā)生改變并使細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)活性受損。野生型的p53半衰期短，與HSP90復(fù)合體經(jīng)歷短暫的相互作用，維持它的激活狀態(tài)并調(diào)節(jié)它的泛素—蛋白酶體途徑的降解過程。由于不正常的構(gòu)象，大多數(shù)p53突變體與分子伴侶復(fù)合體呈現(xiàn)延長(zhǎng)的相互作用，阻止其正常泛素化和降解，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞中功能失調(diào)的蛋白質(zhì)水平增加，通過與正常p53蛋白形成異源二聚體，可能還會(huì)干擾正常p53的功能，或者不恰當(dāng)?shù)募せ钇渌谢颉?/p>

總之，腫瘤細(xì)胞中分子伴侶功能的改變與腫瘤細(xì)胞中異常蛋白質(zhì)的表達(dá)或者某種蛋白質(zhì)的過量表達(dá)有關(guān)，采用抑制劑抑制分子伴侶的功能具有抗腫瘤效果［15］，分子伴侶在癌癥治療中是一種非常有希望的分子靶標(biāo)。

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