HSP27在肿瘤中的研究进展

卢晓梅， 张 潇

(新疆医科大学临床医学研究院， 乌鲁木齐 830011)

热休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)是在从细菌到哺乳动物中广泛存在的一类热应激蛋白质[1]。当有机体暴露于高温的时候，就会由热激发合成热休克蛋白质，作为分子伴侣以防止蛋白质聚集，对抗正常的细胞死亡，从而调节细胞的生存和死亡的平衡[2]。热休克蛋白质按照蛋白质分子量的大小共分为5类，分别为HSP110、HSP90、HSP70、HSP60 以及小分子热休克蛋白质。小分子热休克蛋白质分子量为12～34 KD，热休克蛋白27(HSP27)，是热休克蛋白质家族中小分子热休克蛋白质的重要成员之一，涉及药物抗性、细胞生长、细胞凋亡、肿瘤的发生和转移等功能[3-4]。特别是HSP27和肿瘤的关系是目前研究的热点。现就HSP27在肿瘤中的研究进展进行系统的分析和综述。

1 HSP27的一般生物学性质

小热休克蛋白(sHSPs)是一类限制蛋白质聚集的寡聚分子伴侣蛋白[5]。HSP27相对分子质量为27 KD，HSP27结构特点是在氨基酸序列C端具有由高度保守的80～100个氨基酸残基组成的α-晶体结构域，该结构域内氨基酸残基水平的改变可阻碍HSP27聚合从而影响HSP27的生物学活性；HSP27氨基酸序列N端是相对保守的苯丙氨酸残基和脯氨酸残基，是能结合标记蛋白质用于观察和定位的结构基础；HSP27形成的寡聚体，可因不同生物学作用解离或者聚合，当HSP27行使分子伴侣功能时寡聚体解离，调节细胞间活性氧类时寡聚体聚合；HSP27单体可参与肌动蛋白质加帽，微丝生长以及维持细胞骨架稳定性[6]。

HSP27基因位于染色体7P12.3，含有3个外显子和2个内含子，编码205个氨基酸的蛋白质质，包括2个功能性的热激调节元件(HSE)捆绑位点，第1个位于外显子1上游200 bp处，第2个位于第1个内含子上；HSP27基因编码区的同源性在不同物种之间保持高度保守性，例如小鼠的编码区被2个128 bp的内含子干扰，长度大约600 bp，在人类的HSP27基因同样的位置也有相似的发现，在启动子区有HSE及应激相关调节元件(STRE)[7]。

2 HSP27细胞调控机制

生物体在转录和翻译水平上诱导HSP27合成调控应激反应，机体在正常状态下HSP27水平较低，大多存在于细胞质中，主要呈大的聚合体，这种聚合体下的HSP27一般没有活性；应激状态下HSP27可迅速明显升高，由细胞质转到细胞核和核仁，而且会被磷酸化而具有活性；HSP27的磷酸化位点有3个：15位丝氨酸位点(Ser-15)、78位丝氨酸位点(Ser-78)、82位丝氨酸位点(Ser-82)，当HSP27在这3个位点磷酸化后，大的聚合体就会解聚形成小的四聚体[8]。HSP27磷酸化主要由丝裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶2(MAPKAPK2)、丝裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶4(MAPKAPK4)、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、蛋白激酶D(protein kinase D，PKD)以及环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphatec，GMP)依赖的蛋白质激酶来催化完成[9]。

HSP27抑制热休克过程中蛋白质的合成，使真核细胞中未折叠的蛋白质的量减少，从而减弱对细胞的破坏作用。真核生物蛋白质合成需形成起始帽复合物真核生物蛋白质起始因子复合物4(eukaryotic translation initiation factor 4，elF4F)，HSP27可以与elF4F的结构成分真核细胞翻译起始因子4G(eukaryotic translation initiation factor 4G，elF4G)相结合，阻止mRNA的翻译，对细胞起保护作用。HSP27可以防止肌动蛋白(Actin)的破坏，维护细胞骨架的稳定，增加对热的耐受性。在热休克后刺激RNA及蛋白质的合成，协助细胞在死亡之前修复热休克造成的损伤，使细胞尽快恢复正常生理功能。HSP27维持谷胱甘肽水平，可以减少细胞间的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，维持线粒体膜电势稳定，阻止细胞色素C(cytochrome c,Cyt2c)的释放，从而阻止Cyt2c依赖的细胞凋亡途径。此外，HSP27在各种应激条件下介入蛋白激酶B (protein kinase B, PKB)活化的信号转导通路，可能参与不同途径细胞凋亡的调节，如在Fas/Apo21基因诱导的细胞凋亡中可能起重要作用。HSP27虽然对Cyt2c的释放、Apaf21 (apoptotic protease activating factor 21) 及Caspase29(cysteine aspartic acid specific protease 29)的活性没有影响，但可以与Caspase23(cysteine aspartic acid specific protease 23)结合，抑制其活性，作为该通路的负性调节因子，抑制细胞凋亡的发生；HSP27促进胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)介导的磷酸化和促凋亡蛋白(BIM)降解以减弱内质网应激诱导的细胞凋亡[10]。

3 HSP27与肿瘤关系

3.1HSP27与肿瘤进展的关系近年来，随着对HSP27深入研究发现，其在越来越多的肿瘤发生、发展中起关键作用。Zhang等[11]在全世界关注的食管鳞状细胞癌(ESCC)中发现HSP27阳性率表达高于正常食管组织(P<0.05)，证实HSP27在ESCC发展中起作用并可作为ESCC的预后因素。Luz等[12]研究结果同样证明了HSP27在ESCC组织中表达。Stope等[13]研究并证实HSP27在卵巢癌(OC)患者中的侵略性和化学抗性，由此代表了HSP27在OC诊断、预后和治疗反应中可作为有前途的潜在的生物标记物。HSP27不仅参与热休克的细胞反应，还有氧化或化学应激。Ye等[14]的研究结果显示HSP27激活葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)以维持神经胶质瘤细胞中的细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)和戊糖生成，HSP27的高表达与神经胶质瘤患者的存活率相关，揭示了HSP27激活G6PD以保护细胞免受氧化和DNA损伤应激的分子机制 。Homaei等[15]通过研究患和不患有乳腺癌的受试者中血清HSP27抗原和抗体的浓度，并评估了与两年无病生存期、组织学分级和淋巴结数目的潜在关联，发现患有乳腺癌的女性患者中出现HSP27抗体水平升高，但似乎并不与疾病临床并发症相关。Li等[16]对非小细胞肺癌(NSCLC)相关研究文章进行meta分析，结果提示HSP27的表达与分化程度、淋巴结转移、临床分期、鳞状细胞癌和肿瘤大小的不利条件密切相关，与性别、年龄和吸烟状态无显著相关性；同时，研究表明HSP27表达可能是5年总生存率(OS)低的一个预测因子(HR：1.832，95%CI： 1.322～2.538，P<0.05)，但对于非小细胞肺癌(NSCLC)的1年OS无效(HR：0.885， 95%CI：0.140～5.599，P=0.896)，由此可知HSP27表达可能是预测NSCLC患者不良临床病理和预后特征的生物标志物。Eto等[17]证实HSP27的表达可以作为一种新的临床上有效的肝细胞癌标记物。Kaigorodova等[18]研究表明HSP27的表达在喉鳞状细胞癌中与淋巴转移相关并且是总的五年生存率降低的分子标志物。国内有研究采用免疫组织化学方法检测在慢性非萎缩性胃炎胃溃疡、慢性萎缩性胃炎、胃癌组织中HSP27的表达情况,以及不同分化程度胃癌组织中HSP27的表达情况,结果证明，HSP27的表达与胃癌的发生、发展具有密切相关性,可为胃癌的早期诊断以及治疗方案的制定提供依据[19]。

3.2HSP27与肿瘤浸润、转移的关系肿瘤恶性表型之一就是浸润、转移，是多种生物分子参与的复杂的过程。HSP27参与肿瘤浸润转移过程日益受到重视。肝细胞癌中(HCC)，shRNA介导的HSP27沉默可以降低HCC细胞的增殖，迁移和侵袭。Hung等[20]研究揭示了HSP27的沉默导致胰岛素样生长因子结合蛋白2(IGFBP2)的减少，其可能通过波形蛋白(Vimentin), snail和β-连环蛋白 (β-catenin)介导HCC细胞增殖和转移，组织芯片结果显示具有高HSP27表达的HCC患者表现出不良预后且较易转移，免疫共沉淀和萤光素酶检测显示HSP27不直接结合IGFBP2启动子区域调节转录。Ge等[21]检测了不同病理特征的原发性肝细胞癌(PHC)中HSP27的mRNA和蛋白质水平，并且研究了SUMO2/3对HSP27的修饰作用，结果发现HSP27在肝细胞癌患者的肿瘤组织中大量表达，并发现与病理进展有关，敲低HSP27肝癌细胞的增殖和侵袭能力下降，免疫荧光检测显示HSP27和SUMO2/3共定位于亚细胞结构中，免疫共沉淀验证了HSP27和SUMO2/3之间的相互作用，SUMO2/3的过度表达上调了HSP27蛋白质水平，并促进肝癌细胞增殖和侵袭。癌症干细胞(CSCs)/癌症启动细胞(CICs)被认为是造成复发和远处转移的原因，Yasuda等[22]在研究中发现，HSP27在妇科癌症干细胞样细胞(CSCs)/癌症起始细胞(CICs)的维持中起作用，热休克因子1(HSF1)的上游转录因子在CSCs / CICs中的丝氨酸326残基(pSer326)上被磷酸化而激活，而丝氨酸326残基的磷酸化对于HSP27的诱导是必需的，使用临床卵巢癌样品的免疫组织化学染色显示HSF1，pSer326的较高表达与较差的预后相关。上皮-间质转化(EMT)是癌症中的恶性进展机制之一，且与癌症干细胞和放射抗性有关，在此期间上皮细胞失去上皮特征并获得间充质特征，从而变得更具侵袭性和活动性。Chen等[23]实验表明HSP27的过度表达促进唾液腺样囊性癌(SACC)细胞迁移和侵袭，诱导EMT以及介导的TGF-β1诱导的EMT，伴随着Snail1和Prrx1的上调，增强了SACC细胞系的集落形成，CD133+/CD44+群体和放射抗性。Mo等[24]研究证实在人类K1和BCPAP乳头状甲状腺癌细胞中，17β-雌二醇(E2)的mRNA和蛋白水平能够有效地上调HSP27，其中ERα水平比ERβ水平高两倍以上，E2上调HSP27由ERα/Sp1介导，ERβ对这种ERα/Sp1介导的HSP27上调机制具有抑制作用，此外，HSP27的上调通过ERα/Sp1促进增殖并通过与procaspase-3相互作用赋予对细胞凋亡的抗性。Choi等[25]研究了HSP27在肺纤维化和肺癌发生过程中介导内皮细胞间质转化(End-MT)的作用，发现人类肺内皮细胞中的HSP27沉默加速TGFβ或与肺纤维化相关的其他细胞因子作用后纤维化表型的出现，说明 HSP27调控了肺纤维化和癌症中的End-MT。Zhang等[26]研究中，使用肝细胞癌(HCC)组织芯片检测发现HSP27的过度表达导致HCC细胞的侵袭性增强，而HSP27沉默在体外和体内减弱HCC细胞的侵袭和转移，并进一步观察到HSP27通过Akt信号传导促进HCC转移。 Deng等[27]研究证实HSP27在褪黑激素处理的胃癌细胞中对凋亡抵抗性起关键作用，并且其激活途径很可能是通过激活P38/PI3K/Akt信号传导，与已报导的褪黑激素的抗癌特性观点相反。Zhang等[28]发现，肺癌体外模型通过直接上调表达HSP27靶基因促进细胞增殖，其需要活化剂蛋白-1(AP-1)信号传导途径的激活。

3.3HSP27与肿瘤预后的关系Zhang等[29]在全世界关注的食管鳞状细胞癌(ESCC)中发现HSP27阳性率表达高于正常食管组织(P<0.05)，证实HSP27可作为ESCC的预后因素。Luz等[12]研究结果同样证明了HSP27在ESCC组织中表达，但认为HSP27不是ESCC患者的良好预后因子。Lee等[30]在3种膀胱癌(BC)细胞系中应用了5种针对HSP27的不同shRNA来分析HSP27的长期敲低效应，HSP27表达与临床结果如肿瘤复发、进展和患者生存无关，其作为预后生物标志物和治疗靶点的作用似乎有限。Kaigorodova等[31]收集了50例年龄在30～80岁的喉鳞状细胞癌患者的肿瘤活检组织，使用免疫组织化学来确定磷酸化和非磷酸化形式的HSP27的细胞内定位,发现HSP27在细胞质和细胞核中均有表达，淋巴结转移患者核内HSP27的磷酸化和非磷酸化形式的表达显著高于无淋巴结转移的患者，但在细胞质中表达无统计学差异，总体五年生存率分析显示，肿瘤细胞核中HSP27阴性表达与喉鳞状细胞癌患者的五年生存率高相关。Okun等[32]回顾性评估了吉西他滨治疗前的49例活检胰腺癌组织，分析磷酸化HSP27与临床病理特征的相关性，结果发现磷酸化HSP27与化疗或组织学类型的反应无关，高磷酸化HSP27(275d，n=18)患者的中位生存时间明显长于低磷酸化HSP27患者(205 d，n=31,P=0.015)，多变量Cox比例风险回归分析显示低磷酸化HSP27预后更差，表明磷酸化HSP27可用于预测胰腺癌的预后。

3.4HSP27与肿瘤耐药的关系Ishida等[33]发现西妥昔单抗通过阻断JAK/STAT信号通路来抑制HSP27进而促进SN38的敏感性，并且与SN38在野生型RAS转移性结肠直肠癌细胞中显示出协同作用。Konda 等[34]证实致癌基因成瘾的细胞需要HSP27来存活，并且HSP27可能干扰靶向治疗效果。Liu等[35]使用顺铂耐药H23肺癌细胞的耐药球体(DRSPs)和对照细胞之间针对耐药基因的表达、癌症干细胞(CSC)的性质和抗凋亡蛋白的标记方面进行比较，发现DRSPs表现出顺铂耐药相关基因的上调，CSC增加和抗凋亡特性增强，在DRSPs诱导期间，肺癌细胞形态学显示出上皮细胞间质转化现象和侵袭和迁移能力增加，并且通过激活p38MAPK信号传导过表达p- HSP27,敲低HSP27或p38会降低顺铂耐药性并增加DRSPs的细胞凋亡。Lu等[36]发现HSP27在顺铂耐药的卵巢癌细胞系C13中上调并表达，并且HSP27 siRNA转染逆转C13的化学抗性，证实了HSP27是通过磷酸化Akt通路的激活抑制p21从细胞核转移至血浆，发挥其化学抗性作用。

HSP27是1个ATP独立分子伴侣。HSP27在大部分人类肿瘤中过表达，HSP27的过表达与肿瘤的发生有关，例如抑制凋亡，细胞保护作用以及多药耐药性。细胞质HSP27可以结合细胞色素C从线粒体释放到细胞质中，防止细胞色素C介导的胱天蛋白质酶依赖的细胞死亡。HSP27也通过调节其他信号传导通路，包括Fas受体途径，抑制细胞凋亡，蛋白激酶B (protein kinase B, PKB)信号转导和转录-3活化剂和核因子κB (nuclear factor κB， NF-κB)信号传导途径。对于抗癌治疗，HSP27可以通过以更高的效率修复细胞毒性药物中受损的蛋白质和DNA，从而保护肿瘤内的微血管，最终实现保护细胞的作用。目前研究对HSP27的生物学一般性质、功能、调控机制以及与临床疾病特别是与肿瘤的关系研究广泛，但仍存在许多确切作用机制问题需进一步探究。如果HSP27在生物体应激调节过程中作用研究得更深刻、更广泛，可为临床肿瘤疾病的诊断和治疗提供一种新的思路和发展方向。