热休克蛋白70在肿瘤中的作用研究进展

杨莹莹，王宏茹，王丽芳，张 瑜，任 峰

(1.新乡医学院护理学院，河南 新乡 453003；2.新乡市第一人民医院护理部，河南 新乡 453000；3.新乡医学院基础医学院，河南 新乡 453003)

热休克蛋白(heat shock proteins，HSP)广泛存在于生物体中，具有高度保守性，当细胞受到高温、缺氧、感染、炎症因子等不利因素刺激后可诱导HSP的产生，因此，HSP又称为应激蛋白，其在应激状态下通过促进蛋白质折叠并维持各种类型蛋白质的自然结构和功能来协助维持细胞内稳态[1]。根据HSP相对分子质量大小，哺乳动物HSP包含HSP27、HSP40、HSP60、HSP70、HSP90、 HSP110和葡萄糖调节蛋白170(glucose regulated protein 170，GRP170)[2]7个家族成员。HSP70在细胞内含量最高，是HSP家族中最重要的一族，其在指导蛋白质正确折叠、维持蛋白质稳态和促进细胞在各种应激条件下存活等方面发挥着重要作用[3]。HSP70在肿瘤细胞中呈高表达，与肿瘤的发生、发展及转移密切相关[4]。本文就HSP70的结构和功能及其在肿瘤发生、发展中的作用和靶向治疗等方面的最新研究进展进行综述，以期为肿瘤的治疗提供新的方法与思路。

1 HSP70的结构与功能

1.1 HSP70的结构HSP70包含N端核苷酸结合域(nucleotide- biding domain，NBD)和C端底物结合域(substrate-binding domain，SBD)2个不同的功能区域。NBD结构上高度保守，其相对分子质量约为44 000，具有ATP酶活性；SBD相对分子质量约为25 000，由相对分子质量为10 000的底物结合结构域和相对分子质量为15 000的螺旋盖结构域构成，SBD还包含1个羧基末端伴侣EEVD基序，负责底物结合及蛋白质的重折叠[5]。

HSP70家族由13个成员组成，根据其生物学功能及在细胞器内的定位不同，HSP70家族可分为4种类型：(1)应激诱导型HSP70，也称HSP72。HSP72在正常细胞内不表达或少量表达，当细胞受到外界刺激后，其表达量迅速增加；HSP72在指导蛋白质完成正确折叠的过程中发挥着重要作用。(2)结构型HSC70，又称HSP73。HSP73主要存在于细胞质中，在细胞的分化及发育中起着重要作用。(3)葡萄糖调节蛋白75(glucose regulated protein 75，GRP75)，主要分布在线粒体中，行使分子伴侣功能。(4)葡萄糖调节蛋白78(glucose regulated protein 78，GRP78)，主要位于内质网中，由内质网应激诱导产生。GRP78主要负责维持内质网的正常功能，包括蛋白质的合成、加工与修饰，新生肽链的折叠、组装和运输，调节内质网钙稳态及充当内质网应激中心的感受器等[3]。

1.2 HSP70的生物学功能

1.2.1 分子伴侣功能HSP70是普遍存在的分子伴侣，对维持蛋白质的稳态至关重要。HSP70参与蛋白质从合成到降解的所有生命过程，在蛋白质合成过程中的正确折叠、蛋白质跨膜转运以及多蛋白复合物的组装中起着重要作用。不同的伴侣蛋白与HSP70结合后发挥多种细胞保护作用。与HSP70共伴侣的有：J-域共伴侣，如HSP40与HSP70中的NBD结合，可提高ATP酶的活性；核苷酸交换因子(nucleotide exchange factors，NEFs)共伴侣，如Bag3和HSP110，可催化ADP的释放，完成HSP70 ATP酶的循环；TPR结构域共伴侣，如HOP和CHIP，可结合到HSP70和HSP90的C端EEVD基序上，是HSP70和HSP90结合所必需的关键物质[6]。

1.2.2 抑制细胞凋亡HSP70能够通过内源性和外源性途径抑制细胞凋亡。内源性凋亡途径中，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，阻断JNK介导的细胞凋亡；另一方面，HSP70能阻止Bax和Bid向线粒体的移位，从而阻断细胞色素C向细胞质中的释放并抑制其与凋亡酶激活因子-1(apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1)和caspase-9结合形成凋亡体复合物；HSP70也可通过与Apaf-1结合，阻止其与procaspase-9的关联，从而破坏凋亡小体的形成[7-10]。外源性凋亡途径中，HSP70通过与肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体受体1和凋亡诱导配体受体2受体相互作用，阻断死亡受体(death receptor，DR)4和DR5形成死亡诱导信号复合物[11]。

1.2.3 参与免疫反应HSP70可参与机体固有性和适应性免疫应答。HSP70通过激活多种天然免疫细胞，如单核-巨噬细胞和自然杀伤细胞，促进炎症因子的释放和相关免疫细胞的增殖，引发固有免疫反应，从而非特异性地杀伤肿瘤细胞。而且，HSP70能与肿瘤特异性多肽结合，形成 HSP70 多肽复合物，协助抗原呈递细胞将抗原呈递给T细胞，引发特异性免疫反应，提高机体对肿瘤的体液免疫和细胞免疫能力[12]。

2 HSP70家族与肿瘤的相关性

HSP70在肿瘤中呈高表达，可抑制细胞凋亡，介导肿瘤细胞对放化疗的耐药性，并与癌症的不良预后密切相关[13]。研究表明，HSP70家族中有5个成员(HSP72、HSPA6、HSC70、HSPA9和GRP78)参与了肿瘤的发生、发展过程[14]。

2.1 HSP72与肿瘤HSP72 在多种癌症中呈高表达，其表达量与肿瘤分级及预后不良相关。YOSHIDOMI等[15]研究发现，下调宫颈鳞状细胞癌细胞中HSP72基因能够抑制癌细胞增殖、迁移和侵袭，促进癌细胞的凋亡。BONVINI等[16]研究发现，在间变性大细胞淋巴瘤中HSP72与致癌基因核磷素-间变性淋巴瘤激酶(nucleophosmin-anaplastic lymphoma kinase，NPM-ALK)相互影响，HSP72在NPM-ALK阳性的淋巴瘤细胞中过表达，HSP72水平增高能够抑制细胞损伤、Bax激活和细胞死亡，同时抑制线粒体上游细胞色素C的释放，并限制下游caspase-3酶的活性；相反，当NPM-ALK活性被抑制后HSP72的表达降低。近年来研究发现，HSP72是人乳腺癌、小鼠神经母细胞瘤细胞系等癌细胞中心体扩增的关键蛋白，抑制HSP72的表达可使癌细胞有丝分裂受阻，细胞凋亡增加[17]。

2.2 HSPA6与肿瘤HSPA6在正常生理条件下表达量较低，甚至无法检测到，但在应激条件下，大部分组织和细胞中HSPA6表达量增高。YANG等[18]研究发现，与正常组织相比，肝癌组织中HSPA6 表达水平更高，高表达的HSPA6与乙型肝炎病毒相关的早期肝癌患者的不良预后相关。COURT等[19]在细胞和动物实验中发现，抑制 HSPA6 基因的表达，可增强磁流体热疗对卵巢癌的治疗效果。

2.3 HSC70与肿瘤HSC70代表HSP70家族结构型同源蛋白，是维持细胞生长发育并调节细胞活性的关键介质[20]。TANAKA等[21]研究发现，HSC70以伴侣依赖的方式与癌细胞存活的必需分子Rab1A相互作用，通过抑制应激条件下结肠癌细胞中Rab-1A 蛋白的降解，促进结肠癌细胞的增殖。研究发现，HSC70在神经胶质瘤组织中表达水平明显升高，且与肿瘤的恶性程度及不良预后密切相关；HSC70可通过调节β4GalT5蛋白水平在神经胶质瘤细胞增殖与凋亡中发挥作用；此外，HSC70过表达还可通过调节类固醇受体共激活因子/黏着斑激酶(steroid receptor coactivator/focal adhesion kinase，Src/FAK)信号通路中的FAK、Src和富含脯氨酸的酪氨酸激酶2分子的磷酸化和激活来增强人脑胶质瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[22-23]。

2.4 HSPA9与肿瘤HSPA9基因位于人类 5q31.2染色体上，是编码HSP70家族成员之一，也被称为GRP7S。HSPA9定位于线粒体、内质网、细胞质膜、细胞质小泡和细胞质中[24]。有文献报道，HSPA9与多种癌变过程有关，包括肿瘤抑制因子p53失活，细胞凋亡的失调和上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transformation，EMT)的激活[25]。研究表明，在卵巢癌和甲状腺髓样癌细胞中，HSPA9通过激活丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶信号通路促进癌症的发生；在乳腺癌细胞中，HSPA9通过调控磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PI3K/AKT)和酪氨酸激酶/信号转导与转录激活子信号通路增加乳腺癌细胞的迁移、侵袭、EMT和转移[26-28]。

2.5 GRP78 与肿瘤GRP78 主要存在于细胞内质网中，通过协助蛋白质折叠和组装、蛋白质易位、对错误折叠的蛋白质进行降解等维持内质网正常功能。GRP78在肿瘤发生、细胞凋亡和自噬、耐药等方面发挥着重要作用[29]。ZIELINSKA等[30]研究表明，GRP78能够与胰岛素样生长因子结合蛋白3(insulin like growth factor binding protein 3，IGFBP-3)相互作用，GRP78缺失导致IGFBP-3进入细胞减少，从而抑制乳腺癌细胞的增殖与转移。LEE等[31]研究报道，GRP78在5-氟尿嘧啶耐药结直肠癌细胞中高表达，GRP78通过抑制细胞内活性氧的产生促进肿瘤的增殖与转移。相反，敲除GRP78基因可激活caspase-3和聚ADP核糖聚合酶1从而诱导细胞凋亡。

3 HSP70靶向抑制剂在肿瘤治疗中的应用

HSP70在多种癌症中高表达，并与肿瘤发生和耐药密切相关，因此，HSP70抑制剂的研究与制备具有重要的临床意义。目前，HSP70抑制剂按照其作用机制主要可分为3类：一是作用于NBD区域，通过干扰ATP和HSP70结合，使HSP70由于缺乏能量供应而丧失功能；二是作用于SBD区域，阻止底物和HSP70的结合；三是干扰HSP70分子伴侣的形成，阻断HSP70的构象变化[32]。

3.1 基于NBD区域的HSP70抑制剂ATP水解和ADP/ATP交换在HSP70伴侣活动中起主要作用，基于NBD区域的HSP70 抑制剂通过破坏HSP70与ATP之间的相互作用导致HSP70正常功能丧失。目前报道的针对NBD区域的HSP70抑制剂主要有VER-155008、MKT-077和A17。VER-155008是一种腺苷衍生的HSP70抑制剂，可竞争性抑制HSP70 ATP酶的活性，导致NBD区域的构象变化。SAKAI等[33]研究报道，在间皮瘤细胞系中，VER-155008可抑制HSP70的功能，通过诱导细胞G1期阻滞，阻断PI3K/AKT /哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，从而抑制间皮瘤细胞的生长与增殖。MKT-077是一种对肿瘤细胞有选择毒性的阳离子若丹菁染料类似物，其定位在线粒体上，并与线粒体HSP70相互作用。研究报道，MKT-077能抑制卵巢癌的细胞活力，并通过抑制Wnt/β-catenin信号传导来阻止EMT的进展[34]。适配体A17是抑制HSP70功能的新途径，能与HSP70的NBD区域特异性结合并阻断其ATP酶活性。SCHILLING等[35]研究发现，A17与HSP90抑制剂 NVP-AUY922联合使用，能显著增强对放射治疗的耐药肿瘤细胞株H1339和T47D对放射治疗的敏感性。

3.2 基于SBD区域的抑制剂SBD是HSP70另一个功能区，可被不同的抑制剂如2-苯乙炔磺酰胺(2-phenylethynesulfonamide，PES)、ADD70和适配体A8靶向作用。基于SBD区域的抑制剂通过破坏SBD与底物之间的结合来抑制HSP70功能。首先是PES，这种小分子抑制剂可破坏HSP70/HSP90分子伴侣系统，导致自噬-溶酶体系统和蛋白酶体2种主要蛋白质降解系统受损[36]。ZHOU等[37]研究报道，PES通过G0/G1期细胞周期阻滞和促进DR4、DR5的表达，在体内外显示出对人非小细胞肺癌的抗肿瘤活性。研究报道，HSP70特异性抑制剂ADD70与SBD区域结合并抑制HSP70与黄素蛋白凋亡诱导因子的结合，从而使癌细胞对各种死亡刺激所诱导的凋亡敏感；在结肠癌和黑素瘤动物模型中进行的研究表明，ADD70可抑制肿瘤细胞增殖，并增加肿瘤对顺铂的敏感性[38]。适配体A8是另一个靶向HSP70的肽适配体，能特异性结合HSP70肽结合域并抑制HSP70伴侣活性。有研究报道，A8在体外对抗癌药顺铂也具有较强的化学增敏作用[39]。

3.3 基于HSP70伴侣功能抑制剂抑制HSP70活性的另一种方法是抑制其共伴侣的活性，此类抑制剂干扰HSP70与共伴侣的结合，阻断HSP70的构象变化。YAGLOM等[40]研究发现，MKT-077的类似物JG-98破坏了HSP70与共伴侣Bag3的相互作用，增强了对癌细胞(如乳腺癌、肝癌)的抗癌活性。DORARD等[41]在结直肠癌中鉴定了HSP110突变体HSP110DE9，结果发现，HSP110DE9的过表达抑制了HSP70/HSP110的伴侣活性，使结直肠癌细胞对化学治疗药物敏感，从而改善了患者的预后。因此，推测HSP110DE9可能是癌症预后的标志物。

4 总结与展望

恶性肿瘤严重威胁人类健康，研究和开发新的癌症治疗方法已成为人们关注的重点。HSP70与肿瘤关系密切，在生理条件下HSP70的表达量较低，但在应激条件下其表达量急剧增加。HSP70过表达可抑制肿瘤细胞凋亡，增强对放化疗药物的耐药性，并与肿瘤的不良预后密切相关。因为HSP70能同时激活机体先天性和适应性免疫应答，在抗肿瘤免疫中发挥着重要作用，所以靶向HSP70是一种很有前景的癌症治疗方法。目前，以HSP为靶点进入临床研究的药物主要是HSP90抑制剂，针对HSP70的研究仍然不充分，因此，有待于进一步对以HSP70为靶点的药物进行研究。