分子伴侣HSP90在肿瘤发生中的作用机制

王琪琳，刘相国

(1聊城大学生命科学学院，山东 聊城 252059;2山东大学生命科学学院)

分子伴侣是古老而进化保守的一类蛋白质，在细胞生长、分化和生存中参与许多关键调节蛋白质的正确折叠、细胞间定位和蛋白质的表达。在肿瘤发生中分子伴侣的基本监护作用被破坏［1］，导致细胞恶性转化，快速促进整体的衰竭。由于毒性应激而蛋白质表达水平增加是一种应激反应，可促进细胞的存活。分子伴侣在许多肿瘤细胞中表达增加可促进肿瘤细胞在不利环境中的生存，除此之外，分子伴侣还允许肿瘤细胞接受环境中的改变，信号通路中关键信号蛋白在某些方面的改变可促进癌症的发生［2］。

在蛋白质表达水平，分子伴侣参与新生多肽链的合成、蛋白质跨膜易位、内质网中蛋白质数量的控制和正常蛋白更新中新生多肽的折叠［3，4］。尽管分子伴侣数量多，却不单独作用，而是作为大的分子伴侣复合体的组成部分。分子伴侣对所作用的底物蛋白是非共价修饰，以一种循环、重复的方式相互作用，这种循环被多轮ATP水解所驱使。在分子伴侣中HSP90是特殊的，因为绝大多数多肽链的生物合成并不需要HSP90，相反它的许多细胞底物蛋白(并不是所有的)是构象易变的信号转导分子，在生长控制、细胞存活和发育过程中具有关键作用，并且许多HSP90的底物蛋白与肿瘤发生有关［5，6］。现将分子伴侣HSP90在肿瘤发生中的作用做一综述。

1 HSP90的生物学作用

1.1 HSP90的抑制作用 HSP90的底物蛋白涉及到几乎所有的细胞过程［7］。HSP90是同源二聚体，每个单体包括三个高度保守的结构域:N-端ATP结合结构域(ATPase活性)、中间结构域和C-端二聚化结构域。药物介导的对HSP90 N-端ATPase活性的抑制，并不等同于结构上的遗传敲除，遗传敲除的真核生物无一例外会致死。条件性的遗传改变HSP90的功能，可能在多细胞生物中与药物效应更相关。细胞中HSP90被抑制的程度很难直接被测定，在肿瘤细胞中药物介导的抑制作用是改变突变底物蛋白的水平，一般不会导致正常细胞死亡。实验表明，肿瘤细胞中HSP90与抑制剂的亲和力比正常细胞高大约100倍，从而可使药物在肿瘤细胞中聚集。这种区别可能是由于肿瘤细胞中增加了大量的突变或致癌底物蛋白，需要大量的HSP90参与形成蛋白复合体作用于突变的底物蛋白。

1.2 HSP90的表观调控作用 在基因表达水平，HSP90可以诱导表观改变，也可以诱导染色质状态的遗传改变。螺旋酶是染色质重塑蛋白复合体的关键组分，与DNA螺旋酶RVB1和RVB2相互作用的HSP90的辅助因子在酵母中已被鉴定［8］，进一步证明了HSP90对基因的表观调控作用。

1.3 HSP90的生物缓冲作用 在信号转导研究与基因表达的效应实验中显示，HSP90在进化过程中具有重要作用［9］。其能够有效消除有机体群落中固有的遗传改变;作为分子伴侣，允许信号通路作为整体维持野生型表型的条件下，保持信号通路的多种形式的存在。在蛋白质水平HSP90的缓冲作用汇集形成一个分离明确的复合体，尽管有基因型的变异，但是在基准状况下，对于表型的统一强劲表达却是必须的。在应激条件下，HSP90的一些不稳定底物蛋白可能会变得更不稳定。在这种情况下，HSP90表达增加，促进正常底物蛋白和新的应激产生的不稳定底物蛋白的重新折叠。在某些个体中，遗传变异的增加可能会超越HSP90的缓冲能力，产生多种特殊基因型的表型。通过这种方式，原来潜在的遗传变异会通过自然选择增强一个物种中显著基因型的表达［10］。

HSP90在蛋白质水平可能也作为基因异质性的生物缓冲器［11］，这是癌症的一个特点。然而当HSP90在正常老化过程中作为生物缓冲器的能力加强时，恶性表型的形成会被破坏;当突变蛋白和(或)未折叠蛋白、致癌蛋白的增加，或者不利的微环境增加时，肿瘤细胞群表型的多样性可能会增加或加速肿瘤细胞的侵袭、恶化和抗药性［12］。从进化的观点来看，可通过改变关键决策者适应和进化的能力，定点抑制癌症，是可以有效做到的;因而HSP90可以提供一个更广更有效的抗肿瘤治疗靶点，而不是当前人们致力于药物研究所涉及的单个致癌性激活的可有可无的信号通路。

2 HSP90在肿瘤形成中的作用

一种或几种Hsps表达水平增加超过正常组织，是人类癌症包括实体瘤和血液瘤普遍的特征，如Hsp70和HSP90过表达与不良预后有关，Hsp70和Hsp27过表达与抗药性有关，对联合化疗反应差。分子伴侣表达增加在几个方面有助于癌症的发生。在生理水平，肿瘤细胞中大量表达的Hsps反映了对缺氧、酸中毒、营养缺乏等不利环境适当的应激保护反应，这是肿瘤的一个基本特征。在分子水平，增加的分子伴侣活性可使肿瘤细胞对付失调的信号通路，凋亡信号通路的受损是癌症细胞的一个普遍特征，可以使肿瘤细胞逃避凋亡，进而促进肿瘤转化。通过脱离正常的调节因子和对宿主预防机制与化疗药物的抗性，可促进肿瘤细胞的存活、扩张。

HSP90与其辅助分子伴侣可以调控肿瘤细胞凋亡，这种调控是通过AKT、肿瘤坏死因子受体与NF-κB介导的［13］，然而HSP90具有更复杂的促进肿瘤转化形成的作用。HSP90与底物蛋白(蛋白激酶、突变蛋白、激素受体和转录因子等)动态的、低亲和力的相互作用，使它们维持一种潜在的易被活化的状态。底物蛋白的致癌突变，并且由于突变所导致的大量不稳定构象的产生，需要HSP90更多更高的作用，一个最有力的例子就是酪氨酸激酶SRC。大多数致癌SRC突变是由于C末端变短，导致其关键调节基因功能丧失，通过SH2结构域进行分子间相互作用，SRC变短导致持续性的激活而形成构象不稳定的激酶。在细胞中正常C-SRC的成熟与功能仅需要HSP90分子伴侣复合体有限的辅助;相对而言，V-SRC突变体却与HSP90呈现非同寻常的物理相互作用。遗传和药理学方法证实，这种不正常的与分子伴侣的相互作用，对于识别和维持V-SRC增加的激酶活性是必需的，也是V-SRC转化活性的基础。

促使分子伴侣功能改变的另外一种蛋白质就是肿瘤抑癌蛋白p53(由TP53基因编码，TP53基因的突变是人类癌症中最常见的分子遗传缺陷。大多数TP53的突变导致了异常蛋白质的表达，其构象发生改变并使细胞周期检验点活性受损。野生型的p53半衰期短，与HSP90复合体经历短暂的相互作用，维持它的激活状态并调节它的泛素—蛋白酶体途径的降解过程。由于不正常的构象，大多数p53突变体与分子伴侣复合体呈现延长的相互作用，阻止其正常泛素化和降解，导致肿瘤细胞中功能失调的蛋白质水平增加，通过与正常p53蛋白形成异源二聚体，可能还会干扰正常p53的功能，或者不恰当的激活其它靶基因。

总之，肿瘤细胞中分子伴侣功能的改变与肿瘤细胞中异常蛋白质的表达或者某种蛋白质的过量表达有关，采用抑制剂抑制分子伴侣的功能具有抗肿瘤效果［15］，分子伴侣在癌症治疗中是一种非常有希望的分子靶标。

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