熱休克蛋白70在腫瘤中的作用研究進展

楊瑩瑩，王宏茹，王麗芳，張 瑜，任 峰

(1.新鄉醫學院護理學院，河南 新鄉 453003；2.新鄉市第一人民醫院護理部，河南 新鄉 453000；3.新鄉醫學院基礎醫學院，河南 新鄉 453003)

熱休克蛋白(heat shock proteins，HSP)廣泛存在于生物體中，具有高度保守性，當細胞受到高溫、缺氧、感染、炎癥因子等不利因素刺激后可誘導HSP的產生，因此，HSP又稱為應激蛋白，其在應激狀態下通過促進蛋白質折疊并維持各種類型蛋白質的自然結構和功能來協助維持細胞內穩態[1]。根據HSP相對分子質量大小，哺乳動物HSP包含HSP27、HSP40、HSP60、HSP70、HSP90、 HSP110和葡萄糖調節蛋白170(glucose regulated protein 170，GRP170)[2]7個家族成員。HSP70在細胞內含量最高，是HSP家族中最重要的一族，其在指導蛋白質正確折疊、維持蛋白質穩態和促進細胞在各種應激條件下存活等方面發揮著重要作用[3]。HSP70在腫瘤細胞中呈高表達，與腫瘤的發生、發展及轉移密切相關[4]。本文就HSP70的結構和功能及其在腫瘤發生、發展中的作用和靶向治療等方面的最新研究進展進行綜述，以期為腫瘤的治療提供新的方法與思路。

1 HSP70的結構與功能

1.1 HSP70的結構HSP70包含N端核苷酸結合域(nucleotide- biding domain，NBD)和C端底物結合域(substrate-binding domain，SBD)2個不同的功能區域。NBD結構上高度保守，其相對分子質量約為44 000，具有ATP酶活性；SBD相對分子質量約為25 000，由相對分子質量為10 000的底物結合結構域和相對分子質量為15 000的螺旋蓋結構域構成，SBD還包含1個羧基末端伴侶EEVD基序，負責底物結合及蛋白質的重折疊[5]。

HSP70家族由13個成員組成，根據其生物學功能及在細胞器內的定位不同，HSP70家族可分為4種類型：(1)應激誘導型HSP70，也稱HSP72。HSP72在正常細胞內不表達或少量表達，當細胞受到外界刺激后，其表達量迅速增加；HSP72在指導蛋白質完成正確折疊的過程中發揮著重要作用。(2)結構型HSC70，又稱HSP73。HSP73主要存在于細胞質中，在細胞的分化及發育中起著重要作用。(3)葡萄糖調節蛋白75(glucose regulated protein 75，GRP75)，主要分布在線粒體中，行使分子伴侶功能。(4)葡萄糖調節蛋白78(glucose regulated protein 78，GRP78)，主要位于內質網中，由內質網應激誘導產生。GRP78主要負責維持內質網的正常功能，包括蛋白質的合成、加工與修飾，新生肽鏈的折疊、組裝和運輸，調節內質網鈣穩態及充當內質網應激中心的感受器等[3]。

1.2 HSP70的生物學功能

1.2.1 分子伴侶功能HSP70是普遍存在的分子伴侶，對維持蛋白質的穩態至關重要。HSP70參與蛋白質從合成到降解的所有生命過程，在蛋白質合成過程中的正確折疊、蛋白質跨膜轉運以及多蛋白復合物的組裝中起著重要作用。不同的伴侶蛋白與HSP70結合后發揮多種細胞保護作用。與HSP70共伴侶的有：J-域共伴侶，如HSP40與HSP70中的NBD結合，可提高ATP酶的活性；核苷酸交換因子(nucleotide exchange factors，NEFs)共伴侶，如Bag3和HSP110，可催化ADP的釋放，完成HSP70 ATP酶的循環；TPR結構域共伴侶，如HOP和CHIP，可結合到HSP70和HSP90的C端EEVD基序上，是HSP70和HSP90結合所必需的關鍵物質[6]。

1.2.2 抑制細胞凋亡HSP70能夠通過內源性和外源性途徑抑制細胞凋亡。內源性凋亡途徑中，HSP70一方面可抑制c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-teriminal kinase，JNK)和p38的活性，阻斷JNK介導的細胞凋亡；另一方面，HSP70能阻止Bax和Bid向線粒體的移位，從而阻斷細胞色素C向細胞質中的釋放并抑制其與凋亡酶激活因子-1(apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1)和caspase-9結合形成凋亡體復合物；HSP70也可通過與Apaf-1結合，阻止其與procaspase-9的關聯，從而破壞凋亡小體的形成[7-10]。外源性凋亡途徑中，HSP70通過與腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體受體1和凋亡誘導配體受體2受體相互作用，阻斷死亡受體(death receptor，DR)4和DR5形成死亡誘導信號復合物[11]。

1.2.3 參與免疫反應HSP70可參與機體固有性和適應性免疫應答。HSP70通過激活多種天然免疫細胞，如單核-巨噬細胞和自然殺傷細胞，促進炎癥因子的釋放和相關免疫細胞的增殖，引發固有免疫反應，從而非特異性地殺傷腫瘤細胞。而且，HSP70能與腫瘤特異性多肽結合，形成 HSP70 多肽復合物，協助抗原呈遞細胞將抗原呈遞給T細胞，引發特異性免疫反應，提高機體對腫瘤的體液免疫和細胞免疫能力[12]。

2 HSP70家族與腫瘤的相關性

HSP70在腫瘤中呈高表達，可抑制細胞凋亡，介導腫瘤細胞對放化療的耐藥性，并與癌癥的不良預后密切相關[13]。研究表明，HSP70家族中有5個成員(HSP72、HSPA6、HSC70、HSPA9和GRP78)參與了腫瘤的發生、發展過程[14]。

2.1 HSP72與腫瘤HSP72 在多種癌癥中呈高表達，其表達量與腫瘤分級及預后不良相關。YOSHIDOMI等[15]研究發現，下調宮頸鱗狀細胞癌細胞中HSP72基因能夠抑制癌細胞增殖、遷移和侵襲，促進癌細胞的凋亡。BONVINI等[16]研究發現，在間變性大細胞淋巴瘤中HSP72與致癌基因核磷素-間變性淋巴瘤激酶(nucleophosmin-anaplastic lymphoma kinase，NPM-ALK)相互影響，HSP72在NPM-ALK陽性的淋巴瘤細胞中過表達，HSP72水平增高能夠抑制細胞損傷、Bax激活和細胞死亡，同時抑制線粒體上游細胞色素C的釋放，并限制下游caspase-3酶的活性；相反，當NPM-ALK活性被抑制后HSP72的表達降低。近年來研究發現，HSP72是人乳腺癌、小鼠神經母細胞瘤細胞系等癌細胞中心體擴增的關鍵蛋白，抑制HSP72的表達可使癌細胞有絲分裂受阻，細胞凋亡增加[17]。

2.2 HSPA6與腫瘤HSPA6在正常生理條件下表達量較低，甚至無法檢測到，但在應激條件下，大部分組織和細胞中HSPA6表達量增高。YANG等[18]研究發現，與正常組織相比，肝癌組織中HSPA6 表達水平更高，高表達的HSPA6與乙型肝炎病毒相關的早期肝癌患者的不良預后相關。COURT等[19]在細胞和動物實驗中發現，抑制 HSPA6 基因的表達，可增強磁流體熱療對卵巢癌的治療效果。

2.3 HSC70與腫瘤HSC70代表HSP70家族結構型同源蛋白，是維持細胞生長發育并調節細胞活性的關鍵介質[20]。TANAKA等[21]研究發現，HSC70以伴侶依賴的方式與癌細胞存活的必需分子Rab1A相互作用，通過抑制應激條件下結腸癌細胞中Rab-1A 蛋白的降解，促進結腸癌細胞的增殖。研究發現，HSC70在神經膠質瘤組織中表達水平明顯升高，且與腫瘤的惡性程度及不良預后密切相關；HSC70可通過調節β4GalT5蛋白水平在神經膠質瘤細胞增殖與凋亡中發揮作用；此外，HSC70過表達還可通過調節類固醇受體共激活因子/黏著斑激酶(steroid receptor coactivator/focal adhesion kinase，Src/FAK)信號通路中的FAK、Src和富含脯氨酸的酪氨酸激酶2分子的磷酸化和激活來增強人腦膠質瘤細胞的增殖、遷移和侵襲[22-23]。

2.4 HSPA9與腫瘤HSPA9基因位于人類 5q31.2染色體上，是編碼HSP70家族成員之一，也被稱為GRP7S。HSPA9定位于線粒體、內質網、細胞質膜、細胞質小泡和細胞質中[24]。有文獻報道，HSPA9與多種癌變過程有關，包括腫瘤抑制因子p53失活，細胞凋亡的失調和上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transformation，EMT)的激活[25]。研究表明，在卵巢癌和甲狀腺髓樣癌細胞中，HSPA9通過激活絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶信號通路促進癌癥的發生；在乳腺癌細胞中，HSPA9通過調控磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PI3K/AKT)和酪氨酸激酶/信號轉導與轉錄激活子信號通路增加乳腺癌細胞的遷移、侵襲、EMT和轉移[26-28]。

2.5 GRP78 與腫瘤GRP78 主要存在于細胞內質網中，通過協助蛋白質折疊和組裝、蛋白質易位、對錯誤折疊的蛋白質進行降解等維持內質網正常功能。GRP78在腫瘤發生、細胞凋亡和自噬、耐藥等方面發揮著重要作用[29]。ZIELINSKA等[30]研究表明，GRP78能夠與胰島素樣生長因子結合蛋白3(insulin like growth factor binding protein 3，IGFBP-3)相互作用，GRP78缺失導致IGFBP-3進入細胞減少，從而抑制乳腺癌細胞的增殖與轉移。LEE等[31]研究報道，GRP78在5-氟尿嘧啶耐藥結直腸癌細胞中高表達，GRP78通過抑制細胞內活性氧的產生促進腫瘤的增殖與轉移。相反，敲除GRP78基因可激活caspase-3和聚ADP核糖聚合酶1從而誘導細胞凋亡。

3 HSP70靶向抑制劑在腫瘤治療中的應用

HSP70在多種癌癥中高表達，并與腫瘤發生和耐藥密切相關，因此，HSP70抑制劑的研究與制備具有重要的臨床意義。目前，HSP70抑制劑按照其作用機制主要可分為3類：一是作用于NBD區域，通過干擾ATP和HSP70結合，使HSP70由于缺乏能量供應而喪失功能；二是作用于SBD區域，阻止底物和HSP70的結合；三是干擾HSP70分子伴侶的形成，阻斷HSP70的構象變化[32]。

3.1 基于NBD區域的HSP70抑制劑ATP水解和ADP/ATP交換在HSP70伴侶活動中起主要作用，基于NBD區域的HSP70 抑制劑通過破壞HSP70與ATP之間的相互作用導致HSP70正常功能喪失。目前報道的針對NBD區域的HSP70抑制劑主要有VER-155008、MKT-077和A17。VER-155008是一種腺苷衍生的HSP70抑制劑，可競爭性抑制HSP70 ATP酶的活性，導致NBD區域的構象變化。SAKAI等[33]研究報道，在間皮瘤細胞系中，VER-155008可抑制HSP70的功能，通過誘導細胞G1期阻滯，阻斷PI3K/AKT /哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路，從而抑制間皮瘤細胞的生長與增殖。MKT-077是一種對腫瘤細胞有選擇毒性的陽離子若丹菁染料類似物，其定位在線粒體上，并與線粒體HSP70相互作用。研究報道，MKT-077能抑制卵巢癌的細胞活力，并通過抑制Wnt/β-catenin信號傳導來阻止EMT的進展[34]。適配體A17是抑制HSP70功能的新途徑，能與HSP70的NBD區域特異性結合并阻斷其ATP酶活性。SCHILLING等[35]研究發現，A17與HSP90抑制劑 NVP-AUY922聯合使用，能顯著增強對放射治療的耐藥腫瘤細胞株H1339和T47D對放射治療的敏感性。

3.2 基于SBD區域的抑制劑SBD是HSP70另一個功能區，可被不同的抑制劑如2-苯乙炔磺酰胺(2-phenylethynesulfonamide，PES)、ADD70和適配體A8靶向作用。基于SBD區域的抑制劑通過破壞SBD與底物之間的結合來抑制HSP70功能。首先是PES，這種小分子抑制劑可破壞HSP70/HSP90分子伴侶系統，導致自噬-溶酶體系統和蛋白酶體2種主要蛋白質降解系統受損[36]。ZHOU等[37]研究報道，PES通過G0/G1期細胞周期阻滯和促進DR4、DR5的表達，在體內外顯示出對人非小細胞肺癌的抗腫瘤活性。研究報道，HSP70特異性抑制劑ADD70與SBD區域結合并抑制HSP70與黃素蛋白凋亡誘導因子的結合，從而使癌細胞對各種死亡刺激所誘導的凋亡敏感；在結腸癌和黑素瘤動物模型中進行的研究表明，ADD70可抑制腫瘤細胞增殖，并增加腫瘤對順鉑的敏感性[38]。適配體A8是另一個靶向HSP70的肽適配體，能特異性結合HSP70肽結合域并抑制HSP70伴侶活性。有研究報道，A8在體外對抗癌藥順鉑也具有較強的化學增敏作用[39]。

3.3 基于HSP70伴侶功能抑制劑抑制HSP70活性的另一種方法是抑制其共伴侶的活性，此類抑制劑干擾HSP70與共伴侶的結合，阻斷HSP70的構象變化。YAGLOM等[40]研究發現，MKT-077的類似物JG-98破壞了HSP70與共伴侶Bag3的相互作用，增強了對癌細胞(如乳腺癌、肝癌)的抗癌活性。DORARD等[41]在結直腸癌中鑒定了HSP110突變體HSP110DE9，結果發現，HSP110DE9的過表達抑制了HSP70/HSP110的伴侶活性，使結直腸癌細胞對化學治療藥物敏感，從而改善了患者的預后。因此，推測HSP110DE9可能是癌癥預后的標志物。

4 總結與展望

惡性腫瘤嚴重威脅人類健康，研究和開發新的癌癥治療方法已成為人們關注的重點。HSP70與腫瘤關系密切，在生理條件下HSP70的表達量較低，但在應激條件下其表達量急劇增加。HSP70過表達可抑制腫瘤細胞凋亡，增強對放化療藥物的耐藥性，并與腫瘤的不良預后密切相關。因為HSP70能同時激活機體先天性和適應性免疫應答，在抗腫瘤免疫中發揮著重要作用，所以靶向HSP70是一種很有前景的癌癥治療方法。目前，以HSP為靶點進入臨床研究的藥物主要是HSP90抑制劑，針對HSP70的研究仍然不充分，因此，有待于進一步對以HSP70為靶點的藥物進行研究。