HSP90抑制剂在白血病治疗中的临床价值研究

马秀娟，范 洋

HSP90抑制剂在白血病治疗中的临床价值研究

马秀娟，范 洋*

HSP90是体内广泛存在的分子伴侣蛋白，通过辅助客户蛋白进行折叠改变构象，对客户蛋白的成熟和功能稳定进行调控。由于HSP90的众多客户蛋白调控着关键肿瘤信号转导通路，HSP90广泛参与肿瘤的侵袭转移、增殖、死亡调节和能量代谢重编程等过程。HSP90在白血病中高度表达，参与白血病发生、发展的进程，与多条肿瘤信号转导通路的异常活化有关。以HSP90为靶点，抑制HSP90活性,促进其客户蛋白的降解，进而抑制多条信号通路的异常激活，将成为白血病治疗的新视点。本文综述了HSP90抑制剂在白血病治疗过程中的相关研究及其作用机制。

白血病；HSP90抑制剂；靶向治疗

0 引言

白血病为造血系统恶性疾病，我国发病率约为3/100 000～4/100 000，在儿童及35岁以下成人中死亡率居于首位[1]。近年来，随着化疗药物的不断研发问世，造血干细胞移植的不断进步和免疫治疗的广泛开展，疾病缓解率和无病生存率得到很大提高[2]，但化疗抵抗、复发导致预后不良仍是白血病治疗的难题。随着对白血病发生、发展、治疗反应的分子机制研究不断深入，小分子靶向药物给白血病的治疗带来了新的希望。热休克蛋白(Heat shock proteins,HSPs)为蛋白质折叠过程中起关键作用的一组热应激蛋白。有研究发现,HSP家族蛋白的异常表达与白血病的发病和化疗耐药性相关，并且在侵袭性和难治性白血病中表达上调[3]。多项研究证明，HSP90在不同类型的白血病中均高度表达[4-7]，且广泛参与肿瘤的增殖、侵袭转移和能量代谢重编程等过程，抑制HSP90异常表达成为白血病治疗的新视点。而HSP90抑制剂对肿瘤细胞的作用效应远远超出正常细胞[8-9]，这一特点使得HSP90抑制剂在白血病治疗中具有广阔的前景和极大的潜力。本文对HSP90抑制剂在白血病治疗领域的研究及进展进行综述。

1 HSP90

热休克蛋白(Heat shock proteins,HSPs)为热应激蛋白，是一类高度保守的分子，普遍存在于真核和原核细胞中。哺乳动物的HSPs根据分子量的大小主要分为HSP100家族、HSP90家族、HSP70家族、HSP60家族及小分子量HSP家族(分子量约为15～30 kDa)[10]。其中HSP90主要有4种亚型：HSP90α和HSP90β位于胞质内，Grp94定位于内质网，TRAP1定位于线粒体。4种亚型作用机制相似，但因其细胞定位不同，客户蛋白有所不同[11]。HSP90α和HSP90β同源性约84%，HSP90α由诱导表达，N末端有五肽序列(QTQDQ)，可以被多个特异性客户蛋白识别，而HSP90β为组成性表达亚型，无五肽结合序列。HSP90通过与其他伴侣分子形成复合体，结合客户蛋白，促进其折叠装配，从而使蛋白达到其活性构象，并能够增强其稳定性。由于HSP90客户蛋白众多，功能多样，HSP90广泛参与了细胞的生长发育、分化及应激条件下对细胞的保护等生理过程[12]，HSP90的客户蛋白中有很多在肿瘤生长转移的信号通路中起重要作用的蛋白激酶和转录因子，如跨膜酪氨酸激酶受体(Her-2)、血管内皮生长因子受体、CDK4、cyclin D、Akt、突变p53、Abl、Raf-1和低氧诱导因子-1α (HIF-1α)等[13]，故HSP90在肿瘤的侵袭转移、增殖、死亡调节和能量代谢重编程等各个关键环节起到了重要的调节作用。HSP90在肿瘤细胞内表现为活化状态，保护客户蛋白不被蛋白酶体降解[14-15]。研究发现，HSP90在很多实体肿瘤中表达异常增高，如乳腺癌[16]、非小细胞肺癌[17]和胃癌[18]等。不但在实体肿瘤中，在血液系统肿瘤中也发现HSP90的表达异常增加。在多个白血病细胞系，如HL60、MV411、U937、K562、KG1、HUT102、MT-4等中均发现HSP90的高表达[4-6]，在急性髓系白血病(AML)和慢性淋巴细胞白血病(CLL)患者中，也发现了HSP90的过度表达，并与化疗耐药性相关[4,7]。大量的基础和临床研究表明，针对HSP90的小分子靶向治疗将成为抗白血病治疗的新策略。

2 HSP90抑制剂

HSP90在体内以同源二聚体的形式存在，其单体具有3个主要的结构域：N-末端结构(NT)、中间域(M)、C-末端结构(CT)[13]。N-末端为ADP/ATP结合位点，通过与ATP的结合或水解ATP发生构象改变来调节HSP90分子伴侣结合其客户蛋白的能力[19]。中间域(M)的主要作用是与客户蛋白或其他共同作用的分子伴侣等底物多肽相结合,HSP90 ATP酶活性的产生依赖于客户蛋白与中间区域的接触[13]。C-末端结构(CT)为HSP90的二聚化位点、钙调蛋白结合位点和靶蛋白结合位点[13]。根据结合位点的不同，HSP90抑制剂分为N-末端抑制剂、C-末端抑制剂及结合位点尚未明确的抑制剂。目前的研究集中于N-末端抑制剂，主要分为格尔德霉素及其衍生物类，以嘌呤结构为基础的衍生物类，吡唑、异噁唑、苯异噁唑衍生物类，根赤壳菌素及其衍生物类等[13]，机理为通过影响HSP90与ATP的结合能力改变客户蛋白的活性。C-末端抑制剂的研究较少，其机制尚不明确。HSP90抑制剂通过影响HSP90与客户蛋白结合，导致客户蛋白降解增加，这些客户蛋白中有很多癌蛋白和肿瘤相关通路关键蛋白，HSP90抑制剂增加了这些客户蛋白降解，阻断了多个致癌信号通路[20]。同时，肿瘤细胞中高表达的HSP90为多种伴侣蛋白的复合体，具有高亲和力的构象，对HSP90抑制剂的亲和力比正常细胞高约100倍[8-9]。HSP90抑制剂的这些特点使其在肿瘤治疗中具有巨大的潜力，对HSP90抑制剂的临床应用价值也逐渐成为研究的热点。近年来，新的HSP90抑制剂陆续研发问世，在实体瘤的治疗上，为数不少的抑制剂已经进入临床研究，并取得了令人欣喜的疗效，如BIIB021在乳腺癌和胃肠道间质瘤中已经进入Ⅱ期临床试验(https://www.clinicaltrials.gov)；STA-9090在非小细胞肺癌中已经进入临床Ⅱ期试验[21]，NVP-AUY922在难治性胃肠道间质瘤的治疗研究中已经进入Ⅱ期临床研究阶段[22]。在血液病领域HSP90抑制剂也取得了一定进展，如PU-H71在淋巴瘤中已经完成了Ⅰ期临床试验 (https://www.clinicaltrials.gov)；17-DMAG在B系慢性淋巴细胞白血病(B-CLL)，淋巴瘤和成人T细胞白血病(ATL)等中已经完成了Ⅰ期临床研究(https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT 00089271?term=17-DMAG&rank=1)。

3 HSP90抑制剂在白血病治疗中的应用进展

3.1 HSP90抑制剂在急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia,AML)治疗中的应用 AML是获得性髓系祖细胞变异引起的高度异质性的克隆性疾病，通过联合化疗，AML的治疗取得了长足进步，大部分患者可达到初步缓解，但易复发，3年内的复发率可达85%[5]，难治、复发、老年性AML是当前临床治疗的难点。在血液系统肿瘤中，HSP90已经证明了与多条致癌信号转导通路有关，调控肿瘤细胞的侵袭转移、增殖死亡调节和能量代谢重编程[23]。研究指出，在预后不良的AML患者中有多条肿瘤相关信号转导通路的激活[24]。Zong等[25]证实，高危AML中肿瘤相关信号转导通路的激活强烈依赖于肿瘤特异分子伴侣的表达和活性，提示了AML对HSP90抑制剂的易感性。在FLT3突变的AML中也发现，HSP90的表达与客户蛋白AKT和JAK参与的PI3K-AKT和JAK-STAT信号通路的持续活化呈正相关[26]。体内外实验表明，HSP90抑制剂PU-H71对于PI3K-AKT/JAK-STAT信号通路激活的AML治疗更有效，通过清除残留的白血病干细胞(Residual leukemia stem cell,LSC),有效防止了AML复发[25]。另有研究表明，新型HSP90抑制剂STA-9090联合阿糖胞苷处理AML细胞系HL60、MV411和AML患者样本，抑制了AKT等信号转导通路，产生了明确的协同抗白血病作用[4]。这些研究结果提示了HSP90抑制剂在AML治疗中的良好应用前景。

3.2 HSP90抑制剂在急性淋巴细胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia,ALL)治疗中的应用 ALL是原始与幼稚淋巴细胞在造血组织内发生克隆性异常增殖所致的恶性疾病，多见于儿童和青少年，发病率居儿童恶性肿瘤之首。随着新的化疗药物的出现，化疗方案和治疗方法不断改进，ALL的预后明显改善，儿童急性淋巴细胞白血病的5年生存率已经达到80%以上[2]。由于白血病的高度异质性，化疗复发仍是治疗的一大难题[27]。近年来，针对ALL的常见突变，研究者开发了小分子靶向药物，如JAK抑制剂等。但由于白血病的高度异质性和基因不稳定性，这些针对基因突变的靶向药物并没有收到预想的疗效，例如，JAK1/2突变并伴有CRLF2重排的T-ALL细胞对JAK抑制剂并不敏感。而HSP90抑制剂PU-H71降低JAKs表达水平并诱导其降解，同时抑制其磷酸化水平，在JAK突变的T-ALL细胞中显示了抗增殖效应[28]。NVP-AUY922处理ATL的细胞株KK1、KOB、SO4、ST1和LM-Y1后诱导细胞周期停滞引发细胞凋亡[29]。此外，感染HTLV-1的T-ALL细胞株HUT-102和MT-4在AUY922处理后，细胞活力明显受抑，接种HUT-102的免疫缺陷小鼠接受AUY922治疗后，肿瘤的生长速率也明显降低[6]。TYK2的激活是诱发JAK抑制剂耐药的关键机制[28]，Akahane等[30]应用NVP-AUY922对10个T-ALL相关细胞系进行研究，证实了AUY922导致TYK2降解并下调STAT1的磷酸化水平，进而降低BCL2的表达，上调凋亡蛋白BIM和BAD的表达水平，从而诱导T-ALL细胞凋亡，抑制白血病细胞增殖。而抑制客户蛋白TYK2表达，阻断白血病细胞生存的关键通路TYK2-STAT1-BCL2，从而诱导细胞死亡，也是HSP90抑制剂抗增殖的重要机制之一[31-32]。除TYK2-STAT1-BCL2信号通路外,研究发现，17-AAG抑制T-ALL细胞株NF-κB、PI3K/AKT通路的异常活化，降解细胞周期蛋白及凋亡相关的癌蛋白，促进细胞凋亡[33]。这些突破性的进展为HSP90抑制剂治疗ALL提供了有力的实验室证据，为寻求ALL治疗突破，减少化疗抵抗奠定了基础。

3.3 HSP90抑制剂在慢性粒细胞白血病(Chronic myeloid leukemia,CML)治疗中的应用 慢性粒细胞白血病是发生于造血干细胞的恶性克隆性疾病，起病缓慢，病情可于数年内保持稳定，最后进入急变期转为急性白血病。治疗以缓解为目的。目前酪氨酸激酶抑制剂-格列卫(甲磺酸伊马替尼)成为临床上治疗BCR-ABL阳性CML的首选药物。由于近年来的广泛应用，陆续出现格列卫耐药患者。Chakraborty等[34]发现，伊马替尼耐药白血病细胞和野生型融合基因Bcr-Abl阳性的CML细胞中存在HSP90相关的高分子复合体(High molecular weight network complex，HMWNC)，这种复合体由HSP90的客户蛋白BCR-ABL、JAK2和STAT3构成，NVP-AUY922联合JAK2抑制剂可以分解该复合物，引发细胞死亡。研究也证明了2种抑制剂的联合应用延长了伊马替尼耐药小鼠的生存期，同时没有观察到明显的细胞毒性[34]。新型HSP90抑制剂BIIB021也进入了CML的治疗研究。研究发现，BIIB021主要由线粒体途径介导细胞生长抑制并引发凋亡，导致BCR-ABL蛋白酶体降解，通过下调Akt-mTOR途径关键靶分子的表达，激活Ulk1诱导自噬，促进白血病细胞死亡[35]。HSP90抑制剂将会为CML提供新的治疗方案，为解决伊马替尼耐药提供了新方法。

3.4 HSP90抑制剂在慢性淋巴细胞白血病(Chronic lymphocytic leukemia,CLL)治疗中的应用 CLL为成熟的淋巴细胞克隆性增殖的恶性肿瘤，95%以上为B细胞克隆性增殖(B-CLL),其余为T细胞克隆性增殖(T-CLL)。研究表明，NF-κB在CLL中持续激活与病情的进展和治疗耐药相关[7]。HSP90的客户蛋白AKT在抑制剂的作用下降解，抑制 NF-κB通路在CLL细胞中的持续激活，促进CLL细胞凋亡[36]。研究显示，HSP90抑制剂17-DMAG在杀伤CLL细胞的同时并不作用于正常的淋巴细胞[36]。在体和离体研究均表明，17-DMAG处理导致IKK家族蛋白IKKα和IKKβ的降解，削弱了NF-κB与DNA的结合，同时下调了BCL2和MCL1等癌基因的表达，诱导caspase-3剪切PARP而激活caspase依赖性的细胞死亡[36]。Walsby等[37]在CLL细胞系中研究发现，HSP90抑制剂(NVP-AUY922-AG)联合氟达拉滨可以下调AKT、IKKα和IKKβ表达，抑制NF-κB靶点基因MCL、cFLAA、BIRC5等基因的转录激活，阻断NF-κB信号通路，产生了明显的协同抗肿瘤效应。这些研究结果均显示，应用HSP90抑制剂在CLL治疗和辅助治疗中将是一个好的选择。

4 总结

随着对HSP90在白血病发病机制以及治疗耐药机制中所起作用的深入研究，HSP90抑制剂的应用潜力得以凸显。近年来，HSP90抑制剂不断开发研制，其对白血病治疗机制的研究逐渐深入，HSP90抑制剂在白血病中的应用研究也不断进展，有一些化合物已经进入了临床研究阶段，疗效得到了初步的证实。在白血病的治疗困境面前，HSP90抑制剂有望成为新的分子靶点，克服耐药复发，进一步提高总体无病生存率，具有极高的临床转化价值。

[1] 陈万青，单宝恩，郑荣寿，等.2003-2007年中国肿瘤登记地区白血病发病与死亡分析[J].肿瘤,2012,32(4):251-255.

[2] Yeoh AE,Tan D,Li CK,et al.Management of adult and paediatric acute lymphoblastic leu-kaemia in Asia:resource-stratified guidelines from the Asian Oncology Summit 2013[J].Lancet Oncol,2013,14(12):e508-523.

[3] Kim SH,Yeo GS,Lim YS,et al.Suppression of multidrug resistance via inhibition of heat shock factor by quercetin in MDR cells[J].Exp Mol Med,1998,30(2):87-92.

[4] Lazenby M,Hills R,Burnett AK,et al.The HSP90 inhibitor ganetespib:a potential effec-tive agent for Acute Myeloid Leukemia in combination with cytarabine[J].Leuk Res,2015,39(6):617-624.

[5] Thomas X,Campos L,Mounier C,et al.Expression of heat-shock proteins is associated with major adverse prognostic factors in acute myeloid leukemia[J].Leuk Res,2005,29(9):1049-1058.

[6] Ishikawa C,Senba M,Mori N.Efficiency of AUY922 in mice with adult T-cell leukemia/lymphoma[J].Oncol Lett,2016,12(1):387-392.

[7] Chen TL,Gupta N,Lehman A,et al.Hsp90 inhibition increases SOCS3 transcript and regulates migration and cell death in chronic lymphocytic leukemia[J].OncoTarget,2016,7(19):28684-28696.

[8] Kamal A,Thao L,Sensintaffar J,et al.A high-affinity conformation of Hsp90 confers tumour selectivity on Hsp90 inhibitors[J].Nature,2003,425(6956):407-410.

[9] Whitesell L,Lindquist SL.HSP90 and the chaperoning of cancer[J].Nat Rev Cancer,2005,5(10):761-772.

[10] Tiroli-Cepeda AO,Ramos CH.An overview of the role of molecular chaperones in protein homeostasis[J].Protein Pept Lett,2011,18(2):101-109.

[11] Maloney A,Workman P.HSP90 as a new therapeutic target for cancer therapy:the story unfolds[J].Expert Opin Biol Ther,2002,2(1):3-24.

[12] Taipale M,Jarosz DF,Lindquist S.HSP90 at the hub of protein homeostasis:emerging mechanistic insights[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2010,11(7):515-528.

[13] 孟帅,山广志,李卓荣.Hsp90抑制剂的研究进展[J].中国抗生素杂志,2011,36(4):241-248.

[14] 张峻青,王军成,吴铁鹰,等.热休克蛋白90α在肺癌胸腔积液中的表达及其对胸腔热灌注化疗疗效的影响[J].中国医药,2016,11(3):367-370.

[15] 江倩,金蒙蒙,黄锐,等.肺癌患者血浆热休克蛋白90α的表达及意义[J].实用医学杂志,2016,32(13):2129-2132.

[16] Bai J,Zhou G,Qiu Y,et al.HSP90 inhibitor AUY922 can reverse Fulvestrant induced feedback reaction in human breast cancer cells[J].Cancer Sci,2017,108(6):1177-1184.

[17] Hendriks LEL,Dingemans AC.Heat shock protein antagonists in early stage clinical trials for NSCLC[J].Expert Opin Investig Drugs,2017,26(5):541-550.

[18] Liu H,Lu J,Hua Y,et al.Targeting heat-shock protein 90 with ganetespib for molecularly targeted therapy of gastric cancer[J].Cell Death Dis,2015,6:e1595.

[19] Prodromou C,Pearl LH.Structure and functional relationships of Hsp90[J].Curr Cancer Drug Targets,2003,3(5):301-23.

[20] Taldone T,Sun W,Chiosis G.Discovery and development of heat shock protein 90 inhibitors[J].Bioorg Med Chem,2009,17(6):2225-2235.

[21] Socinski MA,Goldman J,El-Hariry I,et al.A multicenter phase II study of ganetespib monotherapy in patients with genotypically defined advanced non-small cell lung cancer[J].Clin Cancer Res:an Official Journal of the American Association for Cancer Research,2013,19(11):3068-3077.

[22] Bendell JC,Bauer TM,Lamar R,et al.A Phase 2 Study of the Hsp90 Inhibitor AUY922 as Treatment for Patients with Refractory Gastrointestinal Stromal Tumors[J].Cancer Invest,2016,34(6):265-270.

[23] Kojika S,Sugita K,Inukai T,et al.Mechanisms of glucocorticoid resistance in human leukemic cells:implication of abnormal 90 and 70 kDa heat shock proteins[J].Leukemia,1996,10(6):994-999.

[24] Kornblau SM,Womble M,Qiu YH,et al.Simultaneous activation of multiple signal transduction pathways confers poor prognosis in acute myelogenous leukemia[J].Blood,2006,108(7):2358-2365.

[25] Zong H,Gozman A,Caldas-Lopes E,et al.A Hyperactive Signalosome in Acute Myeloid Leukemia Drives Addiction to a Tumor-Specific Hsp90 Species[J].Cell Rep,2015,13(10):2159-2173.

[26] Al Shaer L,Walsby E,Gilkes A,et al.Heat shock protein 90 inhibition is cytotoxic to primary AML cells expressing mutant FLT3 and results in altered downstream signalling[J].Br J Haematol,2008,141(4):483-493.

[27] Cox CV,Diamanti P,Evely RS,et al.Expression of CD133 on leukemia-initiating cells in childhood ALL[J].Blood,2009,113(14):3287-3296.

[28] Kucine N,Marubayashi S,Bhagwat N,et al.Tumor-specific HSP90 inhibition as a therapeutic approach in JAK-mutant acute lymphoblastic leukemias[J].Blood,2015,126(22):2479-2483.

[29] Taniguchi H,Hasegawa H,Sasaki D,et al.Heat shock protein 90 inhibitor NVP-AUY922 exerts potent activity against adult T-cell leukemia-lymphoma cells[J].Cancer Sci,2014,105(12):1601-1608.

[30] Akahane K,Sanda T,Mansour MR,et al.HSP90 inhibition leads to degradation of the TYK2 kinase and apoptotic cell death in T-cell acute lymphoblastic leukemia[J].Leukemia,2015,30(1):219-228.

[31] Sanda T,Tyner JW,Gutierrez A,et al.TYK2-STAT1-BCL2 pathway dependence in T-cell acute lymphoblastic leukemia[J].Cancer Discov,2013,3(5):564-577.

[32] Taipale M,Krykbaeva I,Koeva M,et al.Quantitative analysis of HSP90-client interactions reveals principles of substrate recognition[J].Cell,2012,150(5):987-1001.

[33] Kawakami H,Tomita M,Okudaira T,et al.Inhibition of heat shock protein-90 modulates multiple functions required for survival of human T-cell leukemia virus type I-infected T-cell lines and adult T-cell leukemia cells[J].Int J Cancer,2007,120(8):1811-1820.

[34] Chakraborty SN,Leng X,Perazzona B,et al.Combination of JAK2 and HSP90 inhibitors an effective therapeutic option in drug-resistant chronic myelogenous leukemia[J].Genes Cancer,2016,7(5-6):201-208.

[35] He W,Ye X,Huang X,et al.Hsp90 inhibitor,BIIB021,induces apoptosis and autophagy by regulating mTOR-Ulk1 pathway in imatinib-sensitive and -resistant chronic myeloid leukemia cells[J].Int J Oncol,2016,48(4):1710-1720.

[36] Hertlein E,Wagner AJ,Jones J,et al.17-DMAG targets the nuclear factor-kappaB family of proteins to induce apoptosis in chronic lymphocytic leukemia:clinical implications of HSP90 inhibition[J].Blood,2010,116(1):45-53.

[37] Walsby E,Pearce L,Burnett AK,et al.The Hsp90 inhibitor NVP-AUY922-AG inhibits NF-kappaB signaling,overcomes microenvironmental cytoprotection and is highly synergistic with fludarabine in primary CLL cells[J].Oncotarget,2012,3(5):525-534.

ValueofHSP90inhibitorinleukemiatherapy

MA Xiu-juan,FAN Yang*

(Medical Research Center,Shengjing Hospital of China Medical University,Benxi 117004,China)

HSP90 is one of the most abundant chaperone molecules ubiquitously expressed in eukaryotic cells.It regulates the maturation and maintains the stabilization of the client proteins by assisting them in folding.Hsp90 is involved in tumor metastasis,proliferation,death regulation and energy metabolism reprogramming for many client proteins which play key roles in oncogenic pathways.More and more evidences prove that HSP90 is over-expressed and involved in the activation of oncogenic signaling transduction in leukemia.Targeting HSP90 might be a promising approach for the treatment of leukemia.The review summarizes the recent studies of HSP90 inhibitors applying in leukemia therapy and the possible mechanism.

Leukemia;HSP90 inhibitors;Targeted therapy

2016-12-22

中国医科大学附属盛京医院研发中心，辽宁 本溪 117004

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10.14053/j.cnki.ppcr.201712027