熱激蛋白抑制劑與腫瘤的研究進展

戴樹龍(綜述)，楊坤興(審校)

(南京醫科大學附屬南京醫院普外科，南京210006)

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熱激蛋白抑制劑與腫瘤的研究進展

戴樹龍△(綜述)，楊坤興※(審校)

(南京醫科大學附屬南京醫院普外科，南京210006)

摘要：熱激蛋白(HSP)在協助人類細胞正確折疊、激活以及裝配方面起關鍵作用，并影響腫瘤細胞增殖、分化、浸潤、血管生成、轉移和細胞凋亡。同時，其還能促使腫瘤細胞刺激免疫系統并產生免疫應答，HSP作為新的腫瘤靶向治療位點已經進入臨床應用。最新的研究表明，格爾德霉素類似物以及其他新型小分子HSP抑制劑能抑制與腫瘤相關的HSP伴侶蛋白的活性，從而發揮抗腫瘤作用，但仍需進一步的臨床試驗對其進行評估。該文就HSP抑制劑在抗腫瘤方面的應用進行綜述。

關鍵詞：熱激蛋白抑制劑；熱激蛋白；腫瘤

熱激蛋白(Heat shock protein,HSP)家族作為分子伴侶在細胞應激狀態下起重要作用。1962年人們第一次在熱休克、理化刺激下發現了1組高度保守的蛋白質，命名為HSP[1]。HSPs根據其相對分子質量大小，主要被分為4個家族：HSP90家族、HSP70家族、HSP60家族以及包括HSP27在內的小分子HSP[2]。每個HSPs家族的成員均有不同的功能，但其在細胞生命活動中常常協同發揮作用[3]。HSP抑制劑的發現在腫瘤的治療上是一個重要的突破。人們已經開始漸漸熟悉HSP90抑制劑在細胞內外的重要作用，并將其應用到臨床患者的治療中。洪樹坤等[1]已就HSP與胰腺癌之間的關系進行了綜述，現主要探討HSP抑制劑與腫瘤的研究進展。

1HSP的功能

1.1細胞內功能HSP細胞內主要功能之一就是作為“分子伴侶”，與細胞內的不同功能蛋白形成復合體從而參與有關蛋白的折疊、裝配、細胞內運輸及蛋白質降解的過程，并在應激狀態下維持細胞的穩定性方面發揮重要作用(如促進許多蛋白激酶構象的成熟)[2]。HSP被抑制后會導致很多蛋白激酶穩定構象的改變，進而被蛋白酶水解；HSPs能保護新生的蛋白質防止其在熱休克條件下發生退化以及聚集，并能維持蛋白質三級結構的穩定[4]。HSP的表達主要受熱休克因子(heat shock factor,HSF)的調節，HSF家族包括在熱休克應答下起到分子協調作用的HSF1、HSF2和HSF4；生理狀態下HSP與HSF1結合，HSF1以單體形式存在而不能發揮作用；在應激狀態下HSF1從HSP復合物內釋放出來并促進HSPs的轉錄進而導致HSPs大量表達[5]。

1.2細胞外功能除了在細胞內表達外,HSP也存在于細胞外以及血漿中。HSP的釋放可能作為一種危險信號刺激免疫系統產生免疫反應，HSPs與腫瘤細胞內的肽鏈結合形成復合物，并通過與特殊細胞表面受體或者細胞通路樣受體結合進入抗原遞呈細胞，并將其遞呈給主要組織相容性復合物類分子，經抗原識別再將信息傳遞給細胞毒性T細胞，激活細胞產生特異性抗腫瘤免疫反應[6]。HSP的另外一個功能就是其能刺激自然殺傷細胞的高表達，通過影響腫瘤壞死因子的形成過程，自然殺傷細胞在先天性免疫系統以及獲得性免疫活動中均起重要作用[7]。

2HSP90和腫瘤

正常情況下，HSP90占正常細胞質蛋白含量的1%~2%,在應激狀態下其表達量會增高[7]。HSP90的主要作用就是維持與細胞生長相關的受體、蛋白激酶和轉錄因子的結構穩定，同時其對維持生長因子介導的信號蛋白的表達具有重要作用[6]。HSP90還能維持癌基因,突變的抑癌基因(p53等)的結構穩定[7]。此外，HSP還能通過多種機制抑制細胞的凋亡，據報道HSP90能抑制凋亡蛋白酶激活因子的寡聚化進而延緩細胞的凋亡[8]。因此，HSP90在腫瘤的發生以及發展過程中起重要作用。另外，HSP90與胃癌、肝癌、肺癌、卵巢癌、白血病等多種惡性腫瘤的發展均有密切的聯系。胡鶴本等[9]在臨床研究中發現，胃癌組織中HSP90的表達明顯高于正常組織及癌旁組織，并與淋巴結轉移情況、腫瘤分化程度有明顯的相關性；朱勤等[10]同樣發現，HSP90在結腸癌組織的表達明顯高于正常組織。研究還發現，胰腺癌組織中HSP90信使RNA的表達明顯增高[11]。分化程度低的癌組織中HSP90的表達明顯高于分化程度高的癌組織，胰腺癌組織中HSP90的表達還與淋巴結轉移及臨床分期呈現明顯的相關性[12]。

3HSP90抑制劑的應用進展

起初，HSP作為分子伴侶而不是催化劑，并沒有引起科研工作者們的注意,但后來人們成功靶向定位了HSP90的腺苷三磷酸酶區域，繼而研究出一系列HSP90抑制劑[13]。有人擔心HSP抑制劑在抗腫瘤的同時會危害到人體的正常組織，但后來大量研究發現，HSP抑制劑能有選擇性地抑制腫瘤組織；其實HSP抑制劑不僅不會抑制人體正常的細胞，反而對正常組織細胞還具有保護作用[14]。很多年以前，人們發現了格爾德霉素并將與HSP90綁定后發現其明顯抑制HSP90伴侶蛋白的表達，這為抗腫瘤治療開辟了一條新的思路[13]。

3.1格爾德霉素及其衍生物格爾德霉素是一類能競爭性與HSP90 N端腺苷三磷酸結合的苯醌袢霉素，這樣就抑制了HSP90伴侶蛋白的活性，進而導致腫瘤細胞的壞死和凋亡；但是因為其較高的肝臟毒性以及水溶性差兩個特性限制了其在臨床上的應用[14]。因此人們開始研究格爾德霉素的合成或者半合成衍生物。17-丙烯胺基-17-去甲氧基格爾德霉素(17-Allylamino-17-demethoxygeldamycin,17-AAG)是格爾德霉素的一種衍生物，其結構與格爾德霉素基本相似，抗癌效果更強，并且因為肝毒性小、水溶性好，因此首先進入了臨床的應用，在實體腫瘤以及白血病的臨床治療中均有著不錯的效果[15]。García Martínez等[16]發現，將17-AAG與5-氨基-4-甲酰胺核糖核苷聯用后對頭頸部鱗狀細胞癌細胞有很強的抑制作用，在此過程中p53沒有發生明顯的改變。Guo等[17]將17-AAG與葡萄糖調節蛋白75(HSP70家族中的一員)抑制劑聯用后發現，通過促進p53與葡萄糖調節蛋白75復合體的解離，導致細胞質中的p53水平明顯增加，進而發揮強大的促進肝癌細胞凋亡的效果，提示可以考慮聯合使用不同的HSPs抑制劑以發揮更強的抗腫瘤效果。17-二甲氧基-格爾德霉素(17-dimethylaminothylamino,17-demethoxygeldanamycin,17-DAMG)是另一個水溶性更強的格爾德霉素衍生物，Fukumoto和Kiang[18]發現，17-DAMG能維持細胞內p53的磷酸化及結構穩定，從而發揮抗腫瘤效果，并能顯著抑制動物瘤體的生長。

3.2人工合成及其他HSP90抑制劑由于格爾德霉素及其衍生物的生物學穩定性差、肝毒性強，因此亟需研制出人工合成的HSP90抑制劑及其他HSP抑制劑。YU等[19]發現，HSP90抑制劑醉茄素A等抑制多種胰腺癌細胞株的增殖；Gu等[20]在研究醉茄素A的抗腫瘤結構關系時發現，環氧基C-5(6)結構促進醉茄素A與HSP90結合并導致其伴侶蛋白的破壞，羥基C-4結構有抑制HSP90的活性以及破壞HSP90-Cdc交互作用的效果。Nagaraju等[21]利用新合成的姜黃素類似物抑制了HSP90和核因子κB的活性導致DNA甲基轉移酶1的下調而對胰腺癌發揮抗腫瘤效果，其療效明顯超過姜黃素。Milanovic等[22]發現了一種新型合成的非袢霉素類HSP90抑制劑NVP-HSP990[(R)-2-氨基-7-[4-氟-2-(6-甲氧基吡啶-2-基)苯基]-4-甲基-7,8-二氫-6H-吡啶并[4,3-D]嘧啶-5-酮],其能通過抑制HSP90的伴侶蛋白(表皮生長因子、磷脂酰肌醇3-激酶、B細胞抗原受體)等的表達從而發揮抗腫瘤作用。Moser等[23]發現了另一種新的HSP90抑制劑NVP-AUY922[5-(2,4-二羥基-5-異丙基苯基)-N-乙基-4-[4-(4-嗎啉基甲基)苯基]-3-異惡唑甲酰胺]，能明顯抑制腫瘤的生長及血管形成。Zitzmann等[24]后來發現，AUY922可通過減少細胞生長因子和胰島素樣生長因子受體的表達，并抑制細胞外信號調節激酶及磷脂酰肌醇3-激酶的磷酸化進而誘導細胞凋亡；體外抑制實驗結果顯示，很小劑量就能顯著抑制胰腺癌、肺癌及腸癌細胞的生長。

3.3HSP90抑制劑與聯合放化療治療HSP90抑制劑能特異性地與HSP90結合，抑制其分子伴侶功能并導致被陪伴分子的去穩定和降解[13]。一方面，參與細胞增殖和生存的許多信號(如胰島素樣生長因子1受體、信號轉導蛋白，癌基因和抑癌基因蛋白、嵌合信號蛋白、甾體激素受體、細胞周期調節因子)的穩定性(或功能)均因HSP90的功能被抑制而受到影響；另一方面，通過調節細胞外信號調節激酶等通路可增強腫瘤細胞對放化療的敏感性,因此HSP90抑制劑聯合放化療成為了一個新的研究方向[14]。放療是中晚期惡性腫瘤患者的一個重要的輔助治療，體外實驗結果表明，NVP-HSP990能顯著提高胰腺癌細胞株MIAPaca-2以及惡性膠質瘤細胞株U251對放療以及熱療的敏感性[22]。Noguchi等[25]研究發現，在X線放療前24 h給予17-AAG能顯著抑制肺癌細胞株的生長，并能顯著抑制荷瘤裸鼠瘤體的生長，這可能主要是通過抑制DNA斷裂雙鏈修復系統；后來發現，在碳粒子放療前給予17-AAG同樣能顯著增強其放療效果[26]。化療是中晚期惡性腫瘤患者的又一個重要輔助治療方法，但是腫瘤細胞株對化療藥物的耐藥問題一直困擾著臨床工作者們，Ui等[27]發現，將17-AAG與順鉑聯用后通過調節蛋白激酶B/X連鎖凋亡抑制蛋白通路對胃腸道腫瘤耐化療細胞株有很強的抑制作用，這個作用遠遠超過單用17-AAG或者順鉑。Mackenzie等[28]發現，2-丙基戊酸通過阻礙HSP90與線粒體的結合對大鼠胰腺癌的生長抑制率高達60%~97%，而與吉西他濱聯用后腫瘤抑制率可達100%。Taba等[29]研究發現，抑制HSP27的表達能顯著增強吉西他濱對胰腺癌的化療效果。Giessrigl等[30]利用格爾德霉素拮抗HSP90，從而減弱了胰腺癌細胞對吉西他濱的耐藥作用。

4小結

袢霉素家族是最先發現的HSP90抑制劑，其能通過與HSP90腺苷三磷酸酶的結合從而顯著限制HSP90的分子伴侶作用，而其衍生物17-AAG具有更好的生物學活性，并且毒性較低，但是肝功能損害以及胃腸道反應的問題仍有待解決。近年來，人們發現新型小分子HSP抑制劑NVP-AUY922及NVP-HSP990等不良反應少、抗癌效果更加明顯。同時，HSP90抑制劑與放化療的聯合應用以及HSP90抑制劑與其他HSP抑制劑的聯用的效果遠遠超過了單一用藥，提示腫瘤患者的治療應是一個綜合治療。

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Research Progress on the Relationship between Heat Shock Protein Inhibitors and CancerDAIShu-long,YANGKun-xing.(DepartmentofGeneralSurgey,NanjingHospitalAffiliatedtoNanjingMedicalUniversity,Nanjing210006,China)

Abstract:Heat shock proteins(HSP) play an essential role in assisting correct folding,activation and assembling of human cells,and affect the proliferation,differentiation,infiltration of tumor cells,angiogenesis,metastasis and apoptosis.They also have the ability to stimulate the immune system and produce an immune response.HSP,as the new targeted sites of anticancer treatment,are under clinical evaluation.The latest evidence indicates application of geldanamycin analogues or new synthetics small molecule HSP inhibitors can inhibit the activity of HSP chaperones associated with tumor so as to develop antitumor effect,which needs to be evaluated by further clinical trials.Here is to make a review of application of HSP inhibitors in antitumor therapy.

Key words:Heat shock protein inhibitors； Heat shock proteins； Cancer

收稿日期：2014-06-27修回日期：2014-09-05編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.024

中圖分類號:R730.58文獻標識號：A

文章編號：1006-2084(2015)09-1599-03