热休克蛋白在肿瘤治疗领域中的研究进展

第18卷　第1期医学研究生学报Vol.18　No.1
　2005年1月Journal of Medical P ostgraduates Jan.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 Shi2yan reviewing,ZH ANG D ong2sheng,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 poly2peptdic2proteins 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 as2 sembly,it can combine with other peptidic2proteins existing in cells and participating in the process of anti2dam2 age,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
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。

1　H SP的概念、种类和功能
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)、HSP60、HSP70、
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收稿日期:　2004206224;　修订日期:　2004209208
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。

HSP90和HSP100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HSP70。

HSP27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HSP90与pp60v2src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P53与HSP70、HSP90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HSP90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HSP70、HSP27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,P53作为一种抑癌基因进入细胞核内需要HSP90的帮助,其两者结合成复合物有利于促进P53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HSP70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,如抗感染免疫、自身免疫和肿瘤免疫等。

其中HSP70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HSP70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HSP70高表达的肿瘤细胞或纯化的HSP70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HSP70提取物无免疫保护作用,提示HSP70的免疫源性不在于HSP70本身,而在于HSP70所携带的抗原多肽;受应激的肿瘤HSP70合成增加、分布发生改变,同时细胞膜上出现诱导型的HSP70。

HSP70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(TH1),使其释放白细胞介素2 (I L22)、肿瘤坏死因子2α(T NF2α)、T NF2β和γ干扰素(IFN2γ)等细胞因子,经细胞免疫途径发挥抗肿瘤效应。

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HSP70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HSP70的表达,以避免肿瘤热疗过程中产生热耐受,但加热温度过高(>50℃)机体往往难以耐受,因此,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HSP70高表达易于产生热耐受,降低再次热疗
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效果,但高表达的HSP70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,HSP70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 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,HSP70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HSP72、C D54、人类白细胞DR抗原(H LA2DR)等分子的表达,有利于机体免疫系统的识别。

应用HSP70DNA或HSP90cDNA、HSP90cD2 NA转染U937细胞,使HSP70、HSP90低表达可降低细胞的分裂速度[20]。

研究发现,HSP能诱导P53的表达,从而上调抗凋亡蛋白bcl22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HSP90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HSP70b启动子即热休克元件70b (heat sh ock element70b,HSE70b)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HSE70b 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 protein2 peptide 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 histocom2 patibihity com plex I,MHC2I)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
由于刺激因素(缺血、缺氧、化学药物、加热、创伤等)可诱导机体诱导型HSP(HSP70、HSP90α)的表达, 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,HSP70、HSP27均高水平表达;预先诱导HSP27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]应用化疗药物顺铂(C DDP)、AD M处理细胞时发现,转染反义HSP90β细胞的药药敏感性明显增强,说明HSP90β可能参与了细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HSP70表达,并产生对长春新碱、柔红霉素的耐药性。

HSP70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
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,HSP70直接和Apaf21的Caspase招募结构域(caspase2recrccitnewt do2 main,C ARD)结合抑制Caspases23活性,阻止细胞凋亡的发生[28,29]。

HSP90通过结合Apaf21、RIP和IK2 K a/h激酶结构域发挥重要的抗肿瘤细胞凋亡作用,同时能抑制T NF2α诱导的肿瘤细胞凋亡,然而需要注意的是HSP不仅具有抗凋亡作用,在某些情况下HSP70,HSP90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,HSP70发挥着重要的促凋亡作用。

Dressel等[31]报道,用鼠HSP70基因转染人类黑色素瘤细胞后,瘤细胞过度表达HSP70,促进了CT L介导的细胞凋亡。

另一方面HSP又广
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　第1期 颜士岩,等　热休克蛋白在肿瘤治疗领域中的研究进展
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。

参考文献:
[1]　G arrid o C,G urbuxani S,Ravagnan L et al.H eat sh ock proteins:end oge2
n ous m odulators of apoptotic cell death[J].Biochem Biophys Res C om2
mun,2001,286(3):4332442.
[2]　H ildebrandt B,W ust P,Ahlers O et al.T he cellular and m olecular
basis of hy pertherm ia[J].Crit Rev Oncol H ematol,2002,43(1):332
56.
[3]　E aston DP,K anek o Y,Subjeck JR.T he hsp110and G rp170stress
proteins:new ly recognized relatives of the Hsp70s[J].Cell S tress
Chaperones,2000,5(4):2762290.
[4]　G otoh K,N on oguchi K,H igashitsuji H et al.A pg22has a chaperone2
like activity sim ilar to Hsp110and is overex pressed in hepatocellular
carcin omas[J].FE BS Lett,2004,560(123):19224.
[5]　Beere H M,G reen DR.S tress management2heat sh ock protein270and
the regulation of apoptosis[J].T rends Cell Biol,2001,11(1):6210. [6]　X anth oudakis S,Nich ols on DW.H eat2sh ock proteins as death determ i2
nants[J].Nat Cell Biol,2000,2(9):E1632165.
[7]　Creagh E M,Sheehan D,C otter TG.H eat sh ock proteins2m odulators of
apoptosis in tum our cells[J].Leukem ia,2000,14(7):116121173. [8]　Pratt W B,G aligniana M D,H arrell JM et al.R ole of hsp90and the
hsp902binding immun ophilins in signalling protein m ovement[J].Cell
S ignal,2004,16(8):8572872.
[9]　胡永成,卢世壁,袁　玫等.骨肉瘤热疗前后热休克蛋白70表
达的变化[J].中华骨科杂志,2000,20(1):327.
[10]　Peng P,M en oret A,Srivastava PK.Purification of immun ogenic heat
sh ock protein702peptide com plex by ADP2affinity chromatography[J].
Immun ol M eth ods,1997,204(1):13221.
[11]　Multh off G.Activation of natural killer cells by heat sh ock protein70
[J].Int J H y pertherm ia,2002,18(6):5762585.
[12]　Chu NR,W u H B,W u T C et al.Immun otherapy of a human papillo2
mavirus ty pe16E72ex pressing tum our by adm inistration of fusion pro2
tein com prising mycobacterium b ovis bacille Calmette2G uerin(BCG)
hsp65and HPV16E7[J].Cell S tress Chaperones,2000,5(5):4012 405.
[13]　Srivastava P.R oles of heat2sh ock proteins in innate and adaptive im2
munity[J].Nat Rev Immun ol,2002,2(3):1852194.
[14]　Baker2LePain JC,Reed RC,N icchitta C V.IS O:a critical evaluation of
the role of peptides in heat sh ock/chaperone protein2m ediated tum or re2 jection[J].Curr O pin Im mun ol,2003,15(1):89294.
[15]　R occheri MC,On orato K,T ipa C et al.EG T A treatment causes the
synthesis of heat sh ock proteins in sea urchin embry os[J].M ole Cell Biol Res C ommun,2000,3(5):3062311.
[16]　K wak H J,Jun C D,Pae H O et al.T he role of inducible70K Da heat
sh ock protein in cell cycle control,differentiation,and apoptotic cell
death of the human myeloid Leukem ic H L260cells[J].Cell Immun ol, 1998,187(1):1212.
[17]　Rashm i R,S anth osh K umar TR,K arunagaran D.Human colon cancer
cells differ in their sensitivity to curcum in2induced apoptosis and heat
sh ock protects them by inhibiting the release of apoptosis2inducing fac2 tor and caspases[J].FE BS Lett,2003,538(123):19224.
[18]　Dressel R,G rzeszik C,K reiss M et al.Differential effect of acute and
permanent heat sh ock protein70overex pression in tum or cells on lysability by cytotoxic T lym ph ocytes[J].Cancer Res,2003,63(23): 821228220.
[19]　W orkman P.Altered states:selectively drugging the Hsp90cancer
chaperone[J].T rends M ol M ed,2004,10(2):47251.
[20]　G alea2Lauri J,Latchman DS,K atz DR.T he role of902K D heat sh ock
protein in cell cycle control and differentiation of the m on oblastoid cell line U937[J].E x p Cell Res,1996,226(2):2432254.
[21]　Sreedhar AS,Csermely P.H eat sh ock proteins in the regulation of
apoptosis:new strategies in tum or therapy a com prehensive review[J].
Pharmacol T her,2004,101(3):2272257.
[22]　Blag osklonny M V,F ojo T,Bhalla K N et al.T he Hsp90inhibitor gel2
danamycin selectively sensitizes Bcr2Abl2ex pressing leukem ia cells to cytotoxic chem otherapy[J].Leukem ia,2001,15(10):153721543. [23]　Braiden V,Ohtsuru A,K awashita Y et al.Eradication of breast can2
cer xen ografts by hy pertherm ic suicide gene therapy under the control of the heat sh ock protein prom oter[J].Hum G ene T her,2000,11(18): 245322463.
[24]　Brade AM,S zm itk o P,Ng o D et al.H eat2directed tum or cell fusion
[J].Hum G ene T her,2003,14(5):4472461.
[25]　黄常志,周　纯,赵　玫等.反义热休克蛋白的90β对H ela细
胞恶性表型和药敏感性的影响[J].中华肿瘤杂志2000,22(1): 14216.
[26]　Lee W C,Lin KY,Chen K D et al.Induction of HSP70is ass ociated
w ith vincristine resistance in heat2sh ocked9L rat brain tum our cells
[J].Br J Cancer,1992,66(4):6532959.
[27]　李　洪,刘桥义,杨天德.热休克蛋白的抗凋亡作用[J].国外医
学・临床与生物化学检验学分册,2000,21(3):1182120.
[28]　Pandey P,S aleh A,Nakazawa A et al.Negative regulation of cy2
tochrome c2mediated olig omerization of A paf21and activation of procas2 pase29by heat sh ock protein90[J].E M BO J,2000,19(16):43102 4322.
[29]　S aleh A,Srinivasula S M,Balkir L et al.Negative regulation of the A2
paf21apoptos ome by Hsp70[J].Nat Cell Biol,2000,2(8):4762483.
[30]　Z hao C,W ang E.H eat sh ock protein90suppresses tum or necrosis
factor alpha induced apoptosis by preventing the cleavage of Bid in NIH3T3fibroblasts[J].Cell S ignal,2004,16(3):3132321.
[31]　Dressel R,E lsner L,Quentin T et al.H eat sh ock protein70is able to
prevent heat sh ock2induced resistance of target cells to CT L[J].J Im2 mun ol,2000,164(5):236222371.
(责任编辑:张　锐;　英文编辑:徐　军)
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