热激蛋白27及羰基还原酶1与肝癌的研究进展

王 莹，袁志伟，李伟霞(综述)，申丽娟(审校)

(昆明医学院海源学院，昆明 650106)

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是全世界最常见的恶性肿瘤之一，每年约有50万人因HCC而死亡[1]，亚洲和非洲地区具有很高的发病率[2]，绝大多数HCC的发生与慢性肝炎和肝硬化密切相关[3]。资料显示，肝癌高发地区高达60%～90%的肝癌患者有乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)感染；而我国肝癌患者中大约有84.6%合并有肝硬化[4]。肝癌发病隐匿，临床发现时多已为晚期，患者病死率高。应用甲胎蛋白(alpha fetoprotein,AFP)检测对HCC患者的早期诊断有一定作用，但其敏感性较差。有报道，肝癌患者AFP单项的灵敏度为60.53%、特异度为82.09%，阳性预测值是79.31%[5]。15%～20%的肝癌晚期患者AFP水平仍保持正常[6]。因此，仅凭AFP诊断肝癌易造成漏诊和误诊。据报道，热激蛋白(heat shock proteins,HSP)27在HCC组织和癌旁组织中的阳性表达率分别为75.0%和61.8%，且HSP27表达与HCC病理分期、乙型肝炎表面抗原阳性有关[7]。HCC中过表达的HSP27可以作为HCC的早期诊断和治疗的生物标志物[8]。应用HSP27与AFP相结合检测原发性肝癌时，诊断灵敏度(78.95%)和阴性预测值(76.47%)都大大提高[5]。另有研究表明，羰基还原酶(carbonyl reductase,CBR)1在HCC中高表达[9]，它在血清撤离诱导凋亡中发挥促凋亡作用，并且CBR1的抑制物能够加强蒽环类抗肿瘤药物的药效[10]。

1 HSP

HSP广泛存在于生物细胞原核及真核中，是一组具有重要生理功能、高度保守的蛋白质分子。在细胞生长、发育、分化、基因转录方面发挥重要作用。在肿瘤的形成过程中，随着肿瘤细胞不断增殖，合成代谢增强，突变和不正常的蛋白质存在诱导了HSP的合成，大量HSP参与肿瘤的发生过程。HSP的高表达一方面介导癌基因及抑癌基因产物的正确折叠、跨膜转运；另一方面介导错配蛋白的降解，协调肿瘤细胞的蛋白质快速代谢平衡，使肿瘤细胞得以无限增殖。此外，HSP的高表达还增强了肿瘤细胞抗凋亡能力，具有保护肿瘤细胞的作用，与癌基因、抑癌基因产物结合，使细胞生长抑制效应及死亡减弱。HSP还参与肿瘤免疫和肿瘤耐药等各个方面，严重影响抗肿瘤治疗的效果[11]。

HSP按照其相对分子质量和等电点的不同，分为6个家族，分别是HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40及小分子HSP(small heat shock proteins,sHSP)[12]。

1.1HSP27结构特点分类及其生物学特性 HSP27是sHSP亚家族中的重要一员，其主要的生物学功能是保护细胞免受各种应急因素的损伤。HSP27的相对分子质量为27×103[13]，其基因在启动子区有热激调节元件及应激相关调节元件，其氨基酸序列具有与α-晶体蛋白相类似的N末端序列，其氨基酸中的15、78、82位丝氨酸是磷酸化的主要位点。有丝分裂激活的蛋白激酶完成对HSP27的磷酸化，其磷酸化作用可被生长因子、分化因子、肿瘤坏死因子、氧化应激或热休克等信号所调节。大的非磷酸化的HSP27寡聚体发挥非ATP依赖性保护细胞的分子伴侣作用，而小寡聚体则可能对肌动蛋白的聚合和解聚起作用[14]。寡聚体的解离与聚合因其生物学功能不同而异，如调节细胞间的活性氧化物、维持谷胱甘肽水平时需聚合成寡聚体，而行使分子伴侣功能时则需解聚。

在生物体内主要有两种HSP——诱导型和构成型。诱导型HSP主要在外界环境的刺激下表达，具有保护细胞的功能；构成型HSP在生理状态下表达，与细胞的分化、发育密切相关。作为HSP家族的一员，HSP27也分为诱导型和构成型[15]。许多研究发现，构成型HSP27的表达因组织而异，且定位于不同的亚细胞结构[16-18]。

1.2HSP27与HCC HSP27对大多数人类肿瘤细胞起到至关重要的作用。HSP27作用于凋亡通路上的多个环节，与Caspase-3结合，抑制细胞凋亡的发生[15]。视网膜神经胶质瘤时HSP27在抗癌药物作用下能够保护肿瘤细胞免受凋亡信号的介导[19]，起到抗凋亡的作用。HSP27参与肿瘤的形成和发生，且与肿瘤细胞的浸润和转移有关，且与肿瘤的发病间期、肿瘤细胞和组织学分化程度有关[20]。HSP27在一些肿瘤中呈高表达，如胃癌、乳腺癌、前列腺癌、食管癌、卵巢癌及HCC等多种恶性肿瘤，且与肿瘤的恶性程度、TNM分期及预后有关[21]；并参与肿瘤的侵袭和转移[15]，在HCC中HSP27的高表达可作为判断其预后不良的标志。近年来，HSP27与肝癌的关系日益受到重视。

目前已有研究表明HSP27在HBV相关性HCC中高表达[22]。在外周血单个核细胞中，HSP27表达水平在HBV相关性HCC患者中明显增强，在乙型肝炎肝硬化患者中有增加趋势，在慢性乙型肝炎患者及健康对照中HSP27的表达水平很低[23]。通过对人肝细胞肝癌组织及正常人、HBV患者和肝癌患者的血清蛋白质组学研究发现，在恶性程度高、侵袭性强的肝癌组织及肝癌患者血清中HSP27均呈现高表达[8]。Luk等[2]和龙江等[24]研究发现，与癌周组织和正常肝组织相比较，HCC中HSP27表达显著增加。HSP27在HCC组织中和癌旁组织中的阳性表达率分别为75.0%和61.8%，且HSP27表达与HCC病理分期、HBsAg阳性、肿瘤淋巴结转移有关[7]。但也有学者研究表明，HBV相关HCC中HSP27的表达水平并不高。Luk等[2]研究发现，HSP27在肝癌中高表达，但HSP27的高表达与HBV和HCV病毒感染关系不大。

近年来，关于HSP27的研究更加深入，不少学者分别从HSP27基因、蛋白结构和定位、生物学功能等方面对其进行研究。HSP27主要在肝细胞的胞质中高表达，而在新生的肝细胞中低表达或不表达。HSP27在肝癌组织中通过与一些多肽或小分子蛋白质的相互作用参与相关蛋白的调节，参与调控肝癌的发生、发展[25]。研究提示，HSP27的高表达与肝癌细胞的转移潜能有关，而且HSP27可通过与核转录因子κB(nuclear transcription factor-kappa B,NF-κB)通路中苏氨酸蛋白激酶β及IκBα(NF-κB的抑制因子之一)成分的相互作用及影响苏氨酸蛋白激酶复合物的稳定性来参与NF-κB途径的激活，抑制肝癌细胞的凋亡[8,26]。HSP27在肿瘤发生过程中诱导细胞凋亡，从而保持细胞生长和凋亡这两个相互依存的信号通路之间的动态平衡[24]。

2 CBR

CBR由Ris等[27]在1973年从人脑组织中分离出来。CBR广泛存在于自然界中，分布于非哺乳动物和哺乳动物多种组织的胞质中，如细菌、昆虫，人、鼠的肝脏、心脏中。Wermuth[28]在研究中提出，CBRs属于一类氧化还原酶类蛋白质，它保存在蛋白质氨基酸残基中，属于短链脱氢还原酶家族成员之一，多为小分子单体。CBR是一个烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(triphosphopyridine nucleotide,NADPH)依赖酶，由277个氨基酸残基组成，能够催化大量生物学基质和药理学基质，包括了大量内生或外界的羰基复合物[29]。最初检测出其位于人体的第21号染色体，后来运用高分辨率原位杂交方法检测出其定位于人体21q22.12[30]。研究表明，CBR在类固醇代谢、药物代谢、药物抗性、变异发生、信号转导和肿瘤发生等细胞代谢过程中，都发挥着重要作用[31]。参与还原包括醌、酮和醛在内的各种羰基化合物，在解除细胞内的正常代谢产物或外源性化合物的毒性效应方面起着重要作用。Wermuth[28]报道称，CBR是人体肝脏内的一类依赖NADPH的苯醌类氧化还原酶，且能在解除苯醌类物质的毒性作用中起到一定作用。Lopez de cerain等[32]在检测肺和乳腺的正常组织与肿瘤中的CBR活性时发现，在肺和乳腺肿瘤中CBR的水平高于正常组织大约3倍。Schlager等[33]也有相同报道，且提示CBR的表达与肿瘤的组织学分型、TNM分级或雌激素受体和孕激素受体有相关性。CBR含量的增加可以导致肿瘤细胞对一些药物产生耐药性，抑制CBR的表达可能具有增加抗肿瘤药物对肿瘤细胞的毒力和减少药物对心血管毒力的双重功效[31]。

目前已发现的人羰基还原酶基因共有4个，分别是CBR1、二羰基/L-木酮糖还原酶(dicarbonyl/L-xylulose reductase,DCXR)、CBR3和CBR4。

2.1CBR1与肿瘤 CBR1在肺癌、乳腺癌、肝癌组织中的表达水平显著高于正常组织。Umemoto等[34]发现在上皮来源的卵巢肿瘤中，CBR1的低表达与腹膜后淋巴结转移及较低的存活率有关，认为CBR1对肿瘤的发生和转移具有调控作用。

CBR1通过减少细胞内的氧化压力来保护细胞对缺氧和抗癌药物的损害。而CBR1的抑制物则在低氧或联合其他抗癌药物使用时促进细胞死亡。据报道[10]，CBR1在血清撤离诱导凋亡中发挥促凋亡的作用，CBR1抑制剂通过阻断CBR1对蒽环类解毒效应使得发生蒽环霉素改变的细胞病死率增加，即使用CBR1抑制剂可以加强蒽环类抗肿瘤药物的药效。因此，CBR1在肿瘤中的应用前景是广泛的。

2.2CBR1与HCC CBR1能够保护细胞免受脂质过氧化反应。HCC的多数临床症状均由脂肪代谢异常及解毒功能降低引起[31]。在HCC中经常出现细胞透明变性和脂肪变，这主要是伴随有脂肪酸或其他脂质的堆积[9]。这些都提示在损伤细胞中有脂肪酸的降解受到抑制或脂肪酸的合成被加强。β氧化脂肪酸的降解就发生在线粒体和过氧化物酶当中。泛醌在线粒体内β氧化脂肪酸中起到了很多重要的作用，而CBR1能够降低泛醌。CBR1主要催化大量NADPH依赖的各种羰基复合物，如泛醌和甲萘醌(维生素K3)。泛癸利酮是线粒体呼吸链的组成部分，并以电子载体形式参与线粒体β氧化反应过程。因此推测，CBR1的功能可能与β氧化反应过程有关[24]。据报道，在4例肝癌患者中有3例患者CBR1表达增高[9]。快速生长的肝癌细胞特别是在中心区域的细胞经常处于缺氧的情况，最终引起脂质过氧化反应等氧化压力，使细胞死亡[29]。然而，肝癌细胞中也有一些避免细胞死亡的机制，如乏氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor1,HIF1)的调节，它可以主动调节机体内的低氧平衡，其中又以HIF-1α最为敏感，它在缺氧情况下较为稳定，能调节血管生成来增加血流量缓解缺氧。HIF-1α通过绑定乏氧反应元件序列5′-A/CGTG-3′(其中包含了CBR1的启动子)来上调CBR1，使细胞在缺氧环境下的病死率下降。Tak等[29]提出，CBR1是一种通过HIF-1α调节的抗凋亡分子。

在HCC中CBR1的表达水平有所不同。有报道称，在78例HCC中有56例CBR1高表达[29]。在10例小肝癌(直径≤3cm)中CBR1均高表达[24]。也有研究结果显示，在肝癌及癌旁组织中CBR1有不同程度的下调[31]。Suto等[9]曾报道，在绝大多数原发性肝癌中，CBR1的表达水平很弱或者不表达，并且这种CBR1蛋白水平的下降与肝癌细胞的去分化程度特异性相关。但该结果具有争议，与来自同一实验室先前的报道相反[35]。

3 结 语

肝癌患者早期发病隐匿，临床上发现时多为晚期，故寻找肝癌早期敏感标志物非常重要。HSP27是sHSP亚家族中的重要一员，抑制肿瘤细胞发生凋亡。HSP27在肝癌中表达水平有较大差异。CBR1在一定程度上促进HCC患者肝细胞发生变性，通过调节HIF-1α发挥抗凋亡作用。HCC中CBR1表达水平同样存在差异。HSP27和CBR1与肝癌关系研究甚多，但目前无研究表明在正常肝、乙型肝炎、肝硬化、癌周肝硬化和HCC中，HSP27和CBR1各自的表达水平有无改变；机制如何；是否能将HSP27、CBR1与AFP三者联合检测HCC，提高肝癌的早期诊断率或作为早期肝癌的诊断标志物；这些都需做进一步研究和探讨。可以预见，随着HSP27和CBR1的深入研究，将为HCC的早期诊断提供新的希望和机遇。

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