热休克蛋白在肿瘤治疗领域中的研究进展

・59・

　第18卷　第1期　2005年1月

医学研究生学报

Journal of Medical P ostgraduates

Vol. 18　No. 1Jan. 2005

・综　　述・

热休克蛋白在肿瘤治疗领域中的研究进展

颜士岩综述, 　张东生, 　郑　杰审校

(东南大学基础医学院病理与病理生理学系, 江苏南京210009)

摘要:　热休克蛋白(HSP ) 是一个成员庞大的多肽类蛋白质家族。大量资料表明,HSP 作为分子伴侣, 参与其他蛋

白质的折叠、转运、合成等过程, 并可与细胞内的其他肽类蛋白质结合, 参与细胞的抗损伤、修复和热耐受过程。近来随着对热休克蛋白研究的不断深入,HSP 在肿瘤发病学、治疗和预防医学中的意义已引起广泛关注, 成为近年来最活跃的研究领域之一。关键词:　热休克蛋白; 　肿瘤; 　诊断; 　治疗中图分类号:　R739. 5　　　文献标识码:　A 　　　文章编号:　100828199(2005) 0120059204

Advance in research on heat shock proteins in therapeutic field of tumor

Y AN Shi 2yan reviewing , ZH ANG D ong 2sheng , ZHE NGJie checking

(Department o f Pathology and Pathophysiology , School o f Basic Medical Science , Southeast Univer sity , Nanjing 210009, Jiangsu , China )

Abstract :　Heat sh ock protein (HSP ) is a family of poly 2peptdic 2proteins with many members. A great deal of data sh ow that heat sh ock proteins act as m olecular chaperones to regulate protein folding , translocation and as 2sembly , it can combine with other peptidic 2proteins existing in cells and participating in the process of anti 2dam 2age , repair and therm otolerance of cells. In recent years , with the progress of research in this field , it has arisen extensive attentions of the application of heat sh ock proteins in etiology , therapeutics and prevention of tum or. HSP becomes one of the m ost active research field. K ey w ords :　Heat Sh ock Protein ; 　T um or ; 　Diagn osis ; 　Therapy 0　引　　言

1　H SP 的概念、种类和功能

　　热休克蛋白(heat sh ock protein ,HSP ) 是所有原核细胞和真核细胞在生理、病理及环境因素(高温、缺氧或病毒感染) 下均可产生的一组高度保守的蛋白质分子家族。最近的研究发现,HSP 与肿瘤的发生、发展、肿瘤免疫与治疗以及机体对肿瘤治疗药物耐药性的发生和肿瘤的预后等都有密切关系。本文仅就HSP 在肿瘤治疗领域中的新进展作一综述。

收稿日期:　2004206224; 　修订日期:　2004209208

　　1962年Ritossa 研究果蝇唾液腺染色体时发现,

将在25℃状态下培养的果蝇幼虫置于30℃～32℃的环境中时, 果蝇巨大的唾液腺染色体上出现了新的膨突, 其后正常蛋白质的合成被抑制, 但却合成了一组特殊的蛋白质, 由于这组特殊的蛋白质是在热刺激下产生的, 故称其为HSP [1]。HSP 通常可分为小分子HSP (相对分子质量为40000) 、HSP 60、HSP 70、

基金项目:　国家863计划资助项目(批准号:2002AA302207) ; 国家自然科学基金资助项目(批准号:30371830) ; 江苏省自然科学基金资

助项目(批准号:BK2001003) ; 江苏省中医药中西医结合重点项目(批准号:H027) ; 东南大学科学基金资助项目(批准号:

9223001162)

作者简介:　颜士岩(19732) , 男, 江苏淮安人, 助教, 医学硕士研究生, 从事肿瘤病理学专业。通讯作者:　张东生(19512) , 男, 河南罗山人, 教授, 医学硕士, 博士生导师, 从事肿瘤病理专业。

与肿瘤免疫密切相关, 其在抗肿瘤免疫中的作用源于

以下几个发现:HSP70在细胞内的分布部位与抗原加工、呈递场所一致; 肿瘤来源的HSP 70用酸洗脱其表面相对分子质量为1000～5000的小分子多肽后, 其肿瘤免疫源性也随之消失[10]; 用HSP 70高表达的肿瘤细胞或纯化的HSP 70去免疫小鼠, 能使其获得特异性的抗肿瘤能力。同时在体外可扩增出大量高杀伤活性的淋巴细胞; 正常组织来源的HSP 70提取物无免疫保护作用, 提示HSP 70的免疫源性不在于HSP 70本身, 而在于HSP 70所携带的抗原多肽; 受应激的肿瘤HSP 70合成增加、分布发生改变, 同时细胞膜上出现诱导型的HSP 70。HSP 70可通过多种机制发挥其抗肿瘤活性:HSP70作为分子伴侣与肿瘤细胞内的内源性多肽结合, 呈递给杀伤细胞介导抗肿瘤作用; 通过激活细胞毒性T 淋巴细胞(CT L ) (C D8+) 杀伤肿瘤细胞; 通过自然杀伤细胞(NK ) 发挥作用; 通过激活辅助性T 淋巴细胞1(TH 1) , 使其释放白细胞介素2(I L 22) 、α(T NF 2α) 、β和γ干扰素肿瘤坏死因子2T NF 2(IFN 2γ) 等细胞因子, 经细胞免疫途径发挥抗肿瘤效

HSP 90和HSP 100蛋白家族。所有的HSP 家族都具

有分子伴侣功能, 能迅速被一类热休克因子(heat sh ock factors ,HSF ) 诱导合成, 而这些HSF 能迅速结合

到热休克基因的启动子区域, 促进HSP 的合成, 特别是HSP 70。HSP 27通常被认为是细胞的成活蛋白, 能够保护细胞免受各种致死性刺激的杀伤作用[2]。HSP 不仅保护细胞免受热和其他应激因素造成的细胞毒性效应, 而且具有多重功能如蛋白质的折叠, 新合成蛋白质的转运, 活化特异的调控蛋白, 参与蛋白质的降解, 蛋白信号及抗原信号的呈递。HSP 还能抑制变性蛋白质的不可逆性聚集, 在某些条件下尚可使已变性的蛋白质再折叠[3]。总之,HSP 的生物学功能广泛, 在不同的应激条件下其功能也有所不同。2　H SP 与肿瘤的发生、发展

2. 1　HSP 与肿瘤的发生　HSP 与细胞的转化密切相

关。在癌基因转化的细胞和人类恶性肿瘤细胞系中, HSP 表达增高; 酪氨酸激酶抑制药格尔德霉素能通过破坏HSP 90与pp60v 2src 复合物的形成而使肿瘤细胞逆转; 抑癌基因发挥抑癌作用有赖于它与HSP 的结合, 如抑癌基因P 53与HSP 70、HSP 90的结合能抑制肿瘤的发生与生长。此外,fes 、fps 、yes 、fgr 等转化蛋白也可与HSP 90结合, 通过肌动蛋白将其定位于细胞骨架上, 以介导细胞的转化诱发肿瘤的发生。HSP 110通过分子伴侣作用在肝细胞癌的发生中发挥重要的作用[4]。因此, 深入研究HSP 在肿瘤发生中的作用, 有可能使我们对肿瘤的无限增殖机制有更深入的了解。2. 2　HSP 与肿瘤的发展　HSP 对非应激细胞也有重要意义。越来越多的研究显示, 在细胞生长过程中, 细胞的应激反应与细胞的凋亡之间相互作用, 并且形成一个规律性的调控网络[5～7]。一方面肿瘤细胞需要较多的HSP 维持其不断增殖。HSP 尤其是HSP 70、HSP 27是一种重要的抗凋亡蛋白, 对于HSP 依赖性肿瘤细胞而言, 抑制或阻断HSP 的表达可以诱发肿瘤细胞的凋亡、抑制其生长。此外, P 53作为一种抑癌基因进入细胞核内需要HSP 90的帮助, 其两者结合成复合物有利于促进P 53进入细胞核内, 抑制肿瘤的生长[8]。胡永成等[9]研究也显示, 骨肉瘤经微波热疗后, 诱导表达HSP 70不仅抑制骨肉瘤细胞的生长, 而且还抑制其浸润和血道转移。3　H SP 与肿瘤免疫及治疗

3. 1　HSP 与肿瘤免疫　HSP 可参与多种免疫反应,

应。HSP 的高表达可通过下列机制使肿瘤细胞易于受机体免疫系统的攻击, 即肿瘤细胞表面表达HSP ,

可使其容易被机体免疫系统的NK 识别[11], 此外, 通过HSP 相关的抗肿瘤疫苗能显著增强机体特异的抗肿瘤免疫作用[12～14]。总之, 机体发生肿瘤时, 在HSP 的作用下, 可通过各种机制最大限度抑制或杀伤肿瘤细胞, 以利于机体的恢复。3. 2　HSP 与肿瘤的治疗3. 2. 1　HSP 与肿瘤的热疗　肿瘤细胞对于高温的敏感性明显高于正常细胞, 因高温可导致肿瘤细胞死亡或抑制其生长, 同时高温还可提高肿瘤细胞对化疗和放疗的敏感性。因此, 肿瘤热疗现已成功地应用于临床。但在应用过程中发现, 随热疗重复次数的增加, 效果反而下降, 会出现所谓“热耐受(therm otolerance ) ”现象。有研究表明, 肿瘤细胞的热耐受与HSP 家族有关。R occheri 等[15]研究也发现, 热耐受现象的发生与HSP 70的诱导表达相关。在临床应用过程中发现, 在

) 加热温度低于43℃(如温和热疗即加热温度为42℃

或时间过长时, 肿瘤细胞更易发生热耐受。如加温

39℃～42℃2～3h , 在加热过程中即可诱发热耐受。为此, 可通过提高加热温度或减少加热时间来减少HSP 70的表达, 以避免肿瘤热疗过程中产生热耐受,

) 机体往往难以耐受, 因此, 但加热温度过高(>50℃

如抗感染免疫、自身免疫和肿瘤免疫等。其中HSP 70

可考虑通过抑制热疗过程中HSP 的生成而提高热疗

的效率。胡永成等[9]研究发现, 虽然热疗过程中热应激使HSP 70高表达易于产生热耐受, 降低再次热疗

效果, 但高表达的HSP 70可显著提高机体抗肿瘤免疫作用。

3. 2. 2　HSP 与肿瘤的放、化疗　K wak 等[16]研究发现,HSP 可保护肿瘤细胞避免抗癌药、放、化疗因素诱发的凋亡, 影响放、化疗的效果。此外有研究者还发现, 姜黄素是一种能特异性诱导癌细胞凋亡的安全化合物,HSP 70能抑制Caspaoe 的线粒体源性激活剂的释放, 从而抑制姜黄素诱导的细胞线粒体源性凋亡诱导因子的释放对抗姜黄素诱导的细胞凋亡作用, 降低其疗效[17]。为此, 应用一些化学药物如槲皮素阻断HSP 的表达, 或应用HSP 反义寡聚核苷酸抑制HSP

特异性的肿瘤免疫, 启动机体免疫系统对肿瘤细胞进行有效杀伤; 热休克蛋白2肽复合物(heat sh ock protein 2peptide com plexes , HSPPCS ) 的肿瘤疫苗已成功地使小鼠体内产生特异性杀伤肿瘤细胞, 而且HSPPCS 能活化多个CT L 克隆, 克服肿瘤异质性及“肿瘤逃逸”, 能有效地避开主要组织相容性复合物I (major histocom 2patibihity com plex I ,MHC 2I ) 类分子限制的问题, 能诱导机体产生长寿T 细胞免疫。可以推测, 不远的将来, HSPPCS 将成为预防和治疗肿瘤的热点。4　H SP 与抗肿瘤药物的耐药性

的表达, 或应用HSP 的单克隆抗体阻断HSP 的作用, 可增强放、化疗对肿瘤细胞的杀伤作用。但近来发现,HSP 的作用具有双相性,HSP 70的急性高表达和持久性高表达其作用截然不同, 急性高表达主要起抗凋亡作用, 有利于机体对抗有害刺激; 而持久性高表达则发挥促凋亡作用[18]。随后W orkman [19]发现,HSP 90可作为某些抗癌药的分子伴侣, 促进药物进入细胞, 发挥选择性抗癌活性。因此, 在肿瘤放、化疗过程中, 采取何种措施尚需进一步研究。

3. 2. 3　HSP 与肿瘤的基因治疗　HSP 在肿瘤的基因

　　由于刺激因素(缺血、缺氧、化学药物、加热、创伤

α) 的表达, 等) 可诱导机体诱导型HSP (HSP 70、HSP 90

HSP 的表达又随着重复刺激次数的增加(如反复给予抗肿瘤药) 而增加, 而HSP 的增加会使肿瘤细胞对抗肿瘤药的敏感性降低, 产生耐药性。多药耐药(multidrug resistance , M DR ) 是肿瘤进行化疗药物治疗时的一大障碍。HSP 参与了调节细胞对化疗药物的敏感性。在抗多柔比星(AD M ) 的乳腺癌细胞系中,HSP 70、HSP 27均高水平表达; 预先诱导HSP 27高表达的仓鼠和人的细胞对化疗药物获得抗性。黄常志等[25]应用化疗药物顺

β细铂(C DDP ) 、AD M 处理细胞时发现, 转染反义HSP 90

β可能参与了细胞的药药敏感性明显增强, 说明HSP 90

胞对化疗药物的抗性作用。Lee 等[26]在鼠脑细胞瘤中发现, 经热处理的肿瘤细胞有HSP 70表达, 并产生对长春新碱、柔红霉素的耐药性。HSP 70表达水平的高低与耐药性有很强的相关性, 可以推测, 应用抗HSP 试剂或阻断HSP 基因的方法, 有可能解决某些抗癌药物的耐药性难题。5　H SP 与肿瘤的预后

治疗中有广泛的应用价值。经转染HSP 基因的肿瘤细胞不仅能直接抑制肿瘤细胞的增殖、降低其致瘤性, 而且能诱导细胞HSP 72、C D54、人类白细胞DR 抗原(H LA 2DR ) 等分子的表达, 有利于机体免疫系统的识别。应用HSP 70DNA 或HSP 90cDNA 、HSP 90cD 2NA 转染U 937细胞, 使HSP 70、HSP 90低表达可降低细胞的分裂速度[20]。研究发现,HSP 能诱导P 53的表达, 从而上调抗凋亡蛋白bcl 22及抑制Caspares 活性, 使Caspares 裂解多ADP 核糖聚合酶(PARP ) 减少, 从而阻止肿瘤细胞的凋亡。传统的抗肿瘤治疗(如放疗, 化疗) 都能诱导肿瘤周围组织HSP 高表达, 并促进肿瘤细胞的浸润和转移。因此, 应用特异性HSP 反义寡聚核苷酸抑制HSP 的表达能显著抑制肿瘤细胞的生长浸润和转移[21]。应用低剂量的HSP 90抑制剂联合传统的化疗药物认为是肿瘤靶向治疗的有效途径[22]。近来趋向于应用HSP 相关诱导基因进行抗肿瘤治疗, 含有热休克启动子的自杀基因能极大的增强热疗对移植性乳腺癌的治疗效应[23]。Brade 等[24]研究发现, 修饰的人HSP 70b 启动子即热休克元件70b (heat sh ock element 70b ,HSE 70b ) 可促使肿瘤细胞间发生融合, 而这种融合对于肿瘤的进一步治疗如放疗、化疗、热疗是有益的, 为此, 可以采用导入HSE 70b 的方法联合放、化疗来提高肿瘤的治愈率。此外, 应用基因转染的方法使肿瘤细胞表面表达HSP , 能引起

　　HSP 与肿瘤的预后非常复杂, 至今尚未完全明确。HSP 一方面是重要的抗凋亡蛋白, 对细胞凋亡有显著地抑制作用[27]。研究显示, HSP 70直接和Apaf 21的Caspase 招募结构域(caspase 2recrccitnewt do 2main ,C ARD ) 结合抑制Caspases 23活性, 阻止细胞凋亡的发生[28,29]。HSP 90通过结合Apaf 21、RIP 和IK 2K a/h 激酶结构域发挥重要的抗肿瘤细胞凋亡作用,

α诱导的肿瘤细胞凋亡, 然而需要同时能抑制T NF 2

注意的是HSP 不仅具有抗凋亡作用, 在某些情况下HSP 70,HSP 90还具有加速细胞凋亡的作用[30], 尤

其在CT L 介导的肿瘤细胞中,HSP 70发挥着重要的促凋亡作用。Dressel 等[31]报道, 用鼠HSP 70基因转染人类黑色素瘤细胞后, 瘤细胞过度表达HSP 70, 促进了CT L 介导的细胞凋亡。另一方面HSP 又广

tein com prising mycobacterium b ovis bacille Calmette 2G uerin (BCG )

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泛参与机体的抗肿瘤免疫反应。总之, HSP 与肿瘤预后之间的关系取决于HSP 抗凋亡作用与抗肿瘤免疫作用两者力量的对比, 若抗凋亡作用占优势, 则肿瘤预后不良; 反之, 预后良好。6　结　　语

　　目前, 人们对HSP 与肿瘤的关系有了一定的了解, 但尚有许多问题还不明了:①在肿瘤热疗中如何控制好热疗的温度, 使HSP 适量表达, 达到既降低热耐受又提高机体抗肿瘤免疫效应; ②如何正确认识和处理好HSP 的抗凋亡作用及其抗肿瘤免疫之间的关系, 达到抑制和控制肿瘤的发生、发展, 获得预后良好的目的; ③如何正确使用HSP 反义寡聚核苷酸技术进行肿瘤的基因治疗, 而最大限度的降低肿瘤基因治疗的不良反应; ④如何研制出一类高效、广谱的HSPPCS 的肿瘤疫苗, 达到预防和消灭肿瘤的目的等等。但随着对HSP 基本生物学特性的进一步认识、对其基因调控及其在细胞信号转导中作用的进一步揭示, 上述问题必将得到很好的解决。使HSP 在肿瘤免疫、治疗中焕发出新的活力。

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(责任编辑:张　锐; 　英文编辑:徐　军)