热激蛋白抑制剂与肿瘤的研究进展

戴树龙(综述)，杨坤兴(审校)

(南京医科大学附属南京医院普外科，南京210006)



热激蛋白抑制剂与肿瘤的研究进展

戴树龙△(综述)，杨坤兴※(审校)

(南京医科大学附属南京医院普外科，南京210006)

摘要：热激蛋白(HSP)在协助人类细胞正确折叠、激活以及装配方面起关键作用，并影响肿瘤细胞增殖、分化、浸润、血管生成、转移和细胞凋亡。同时，其还能促使肿瘤细胞刺激免疫系统并产生免疫应答，HSP作为新的肿瘤靶向治疗位点已经进入临床应用。最新的研究表明，格尔德霉素类似物以及其他新型小分子HSP抑制剂能抑制与肿瘤相关的HSP伴侣蛋白的活性，从而发挥抗肿瘤作用，但仍需进一步的临床试验对其进行评估。该文就HSP抑制剂在抗肿瘤方面的应用进行综述。

关键词：热激蛋白抑制剂；热激蛋白；肿瘤

热激蛋白(Heat shock protein,HSP)家族作为分子伴侣在细胞应激状态下起重要作用。1962年人们第一次在热休克、理化刺激下发现了1组高度保守的蛋白质，命名为HSP[1]。HSPs根据其相对分子质量大小，主要被分为4个家族：HSP90家族、HSP70家族、HSP60家族以及包括HSP27在内的小分子HSP[2]。每个HSPs家族的成员均有不同的功能，但其在细胞生命活动中常常协同发挥作用[3]。HSP抑制剂的发现在肿瘤的治疗上是一个重要的突破。人们已经开始渐渐熟悉HSP90抑制剂在细胞内外的重要作用，并将其应用到临床患者的治疗中。洪树坤等[1]已就HSP与胰腺癌之间的关系进行了综述，现主要探讨HSP抑制剂与肿瘤的研究进展。

1HSP的功能

1.1细胞内功能HSP细胞内主要功能之一就是作为“分子伴侣”，与细胞内的不同功能蛋白形成复合体从而参与有关蛋白的折叠、装配、细胞内运输及蛋白质降解的过程，并在应激状态下维持细胞的稳定性方面发挥重要作用(如促进许多蛋白激酶构象的成熟)[2]。HSP被抑制后会导致很多蛋白激酶稳定构象的改变，进而被蛋白酶水解；HSPs能保护新生的蛋白质防止其在热休克条件下发生退化以及聚集，并能维持蛋白质三级结构的稳定[4]。HSP的表达主要受热休克因子(heat shock factor,HSF)的调节，HSF家族包括在热休克应答下起到分子协调作用的HSF1、HSF2和HSF4；生理状态下HSP与HSF1结合，HSF1以单体形式存在而不能发挥作用；在应激状态下HSF1从HSP复合物内释放出来并促进HSPs的转录进而导致HSPs大量表达[5]。

1.2细胞外功能除了在细胞内表达外,HSP也存在于细胞外以及血浆中。HSP的释放可能作为一种危险信号刺激免疫系统产生免疫反应，HSPs与肿瘤细胞内的肽链结合形成复合物，并通过与特殊细胞表面受体或者细胞通路样受体结合进入抗原递呈细胞，并将其递呈给主要组织相容性复合物类分子，经抗原识别再将信息传递给细胞毒性T细胞，激活细胞产生特异性抗肿瘤免疫反应[6]。HSP的另外一个功能就是其能刺激自然杀伤细胞的高表达，通过影响肿瘤坏死因子的形成过程，自然杀伤细胞在先天性免疫系统以及获得性免疫活动中均起重要作用[7]。

2HSP90和肿瘤

正常情况下，HSP90占正常细胞质蛋白含量的1%~2%,在应激状态下其表达量会增高[7]。HSP90的主要作用就是维持与细胞生长相关的受体、蛋白激酶和转录因子的结构稳定，同时其对维持生长因子介导的信号蛋白的表达具有重要作用[6]。HSP90还能维持癌基因,突变的抑癌基因(p53等)的结构稳定[7]。此外，HSP还能通过多种机制抑制细胞的凋亡，据报道HSP90能抑制凋亡蛋白酶激活因子的寡聚化进而延缓细胞的凋亡[8]。因此，HSP90在肿瘤的发生以及发展过程中起重要作用。另外，HSP90与胃癌、肝癌、肺癌、卵巢癌、白血病等多种恶性肿瘤的发展均有密切的联系。胡鹤本等[9]在临床研究中发现，胃癌组织中HSP90的表达明显高于正常组织及癌旁组织，并与淋巴结转移情况、肿瘤分化程度有明显的相关性；朱勤等[10]同样发现，HSP90在结肠癌组织的表达明显高于正常组织。研究还发现，胰腺癌组织中HSP90信使RNA的表达明显增高[11]。分化程度低的癌组织中HSP90的表达明显高于分化程度高的癌组织，胰腺癌组织中HSP90的表达还与淋巴结转移及临床分期呈现明显的相关性[12]。

3HSP90抑制剂的应用进展

起初，HSP作为分子伴侣而不是催化剂，并没有引起科研工作者们的注意,但后来人们成功靶向定位了HSP90的腺苷三磷酸酶区域，继而研究出一系列HSP90抑制剂[13]。有人担心HSP抑制剂在抗肿瘤的同时会危害到人体的正常组织，但后来大量研究发现，HSP抑制剂能有选择性地抑制肿瘤组织；其实HSP抑制剂不仅不会抑制人体正常的细胞，反而对正常组织细胞还具有保护作用[14]。很多年以前，人们发现了格尔德霉素并将与HSP90绑定后发现其明显抑制HSP90伴侣蛋白的表达，这为抗肿瘤治疗开辟了一条新的思路[13]。

3.1格尔德霉素及其衍生物格尔德霉素是一类能竞争性与HSP90 N端腺苷三磷酸结合的苯醌袢霉素，这样就抑制了HSP90伴侣蛋白的活性，进而导致肿瘤细胞的坏死和凋亡；但是因为其较高的肝脏毒性以及水溶性差两个特性限制了其在临床上的应用[14]。因此人们开始研究格尔德霉素的合成或者半合成衍生物。17-丙烯胺基-17-去甲氧基格尔德霉素(17-Allylamino-17-demethoxygeldamycin,17-AAG)是格尔德霉素的一种衍生物，其结构与格尔德霉素基本相似，抗癌效果更强，并且因为肝毒性小、水溶性好，因此首先进入了临床的应用，在实体肿瘤以及白血病的临床治疗中均有着不错的效果[15]。García Martínez等[16]发现，将17-AAG与5-氨基-4-甲酰胺核糖核苷联用后对头颈部鳞状细胞癌细胞有很强的抑制作用，在此过程中p53没有发生明显的改变。Guo等[17]将17-AAG与葡萄糖调节蛋白75(HSP70家族中的一员)抑制剂联用后发现，通过促进p53与葡萄糖调节蛋白75复合体的解离，导致细胞质中的p53水平明显增加，进而发挥强大的促进肝癌细胞凋亡的效果，提示可以考虑联合使用不同的HSPs抑制剂以发挥更强的抗肿瘤效果。17-二甲氧基-格尔德霉素(17-dimethylaminothylamino,17-demethoxygeldanamycin,17-DAMG)是另一个水溶性更强的格尔德霉素衍生物，Fukumoto和Kiang[18]发现，17-DAMG能维持细胞内p53的磷酸化及结构稳定，从而发挥抗肿瘤效果，并能显著抑制动物瘤体的生长。

3.2人工合成及其他HSP90抑制剂由于格尔德霉素及其衍生物的生物学稳定性差、肝毒性强，因此亟需研制出人工合成的HSP90抑制剂及其他HSP抑制剂。YU等[19]发现，HSP90抑制剂醉茄素A等抑制多种胰腺癌细胞株的增殖；Gu等[20]在研究醉茄素A的抗肿瘤结构关系时发现，环氧基C-5(6)结构促进醉茄素A与HSP90结合并导致其伴侣蛋白的破坏，羟基C-4结构有抑制HSP90的活性以及破坏HSP90-Cdc交互作用的效果。Nagaraju等[21]利用新合成的姜黄素类似物抑制了HSP90和核因子κB的活性导致DNA甲基转移酶1的下调而对胰腺癌发挥抗肿瘤效果，其疗效明显超过姜黄素。Milanovic等[22]发现了一种新型合成的非袢霉素类HSP90抑制剂NVP-HSP990[(R)-2-氨基-7-[4-氟-2-(6-甲氧基吡啶-2-基)苯基]-4-甲基-7,8-二氢-6H-吡啶并[4,3-D]嘧啶-5-酮],其能通过抑制HSP90的伴侣蛋白(表皮生长因子、磷脂酰肌醇3-激酶、B细胞抗原受体)等的表达从而发挥抗肿瘤作用。Moser等[23]发现了另一种新的HSP90抑制剂NVP-AUY922[5-(2,4-二羟基-5-异丙基苯基)-N-乙基-4-[4-(4-吗啉基甲基)苯基]-3-异恶唑甲酰胺]，能明显抑制肿瘤的生长及血管形成。Zitzmann等[24]后来发现，AUY922可通过减少细胞生长因子和胰岛素样生长因子受体的表达，并抑制细胞外信号调节激酶及磷脂酰肌醇3-激酶的磷酸化进而诱导细胞凋亡；体外抑制实验结果显示，很小剂量就能显著抑制胰腺癌、肺癌及肠癌细胞的生长。

3.3HSP90抑制剂与联合放化疗治疗HSP90抑制剂能特异性地与HSP90结合，抑制其分子伴侣功能并导致被陪伴分子的去稳定和降解[13]。一方面，参与细胞增殖和生存的许多信号(如胰岛素样生长因子1受体、信号转导蛋白，癌基因和抑癌基因蛋白、嵌合信号蛋白、甾体激素受体、细胞周期调节因子)的稳定性(或功能)均因HSP90的功能被抑制而受到影响；另一方面，通过调节细胞外信号调节激酶等通路可增强肿瘤细胞对放化疗的敏感性,因此HSP90抑制剂联合放化疗成为了一个新的研究方向[14]。放疗是中晚期恶性肿瘤患者的一个重要的辅助治疗，体外实验结果表明，NVP-HSP990能显著提高胰腺癌细胞株MIAPaca-2以及恶性胶质瘤细胞株U251对放疗以及热疗的敏感性[22]。Noguchi等[25]研究发现，在X线放疗前24 h给予17-AAG能显著抑制肺癌细胞株的生长，并能显著抑制荷瘤裸鼠瘤体的生长，这可能主要是通过抑制DNA断裂双链修复系统；后来发现，在碳粒子放疗前给予17-AAG同样能显著增强其放疗效果[26]。化疗是中晚期恶性肿瘤患者的又一个重要辅助治疗方法，但是肿瘤细胞株对化疗药物的耐药问题一直困扰着临床工作者们，Ui等[27]发现，将17-AAG与顺铂联用后通过调节蛋白激酶B/X连锁凋亡抑制蛋白通路对胃肠道肿瘤耐化疗细胞株有很强的抑制作用，这个作用远远超过单用17-AAG或者顺铂。Mackenzie等[28]发现，2-丙基戊酸通过阻碍HSP90与线粒体的结合对大鼠胰腺癌的生长抑制率高达60%~97%，而与吉西他滨联用后肿瘤抑制率可达100%。Taba等[29]研究发现，抑制HSP27的表达能显著增强吉西他滨对胰腺癌的化疗效果。Giessrigl等[30]利用格尔德霉素拮抗HSP90，从而减弱了胰腺癌细胞对吉西他滨的耐药作用。

4小结

袢霉素家族是最先发现的HSP90抑制剂，其能通过与HSP90腺苷三磷酸酶的结合从而显著限制HSP90的分子伴侣作用，而其衍生物17-AAG具有更好的生物学活性，并且毒性较低，但是肝功能损害以及胃肠道反应的问题仍有待解决。近年来，人们发现新型小分子HSP抑制剂NVP-AUY922及NVP-HSP990等不良反应少、抗癌效果更加明显。同时，HSP90抑制剂与放化疗的联合应用以及HSP90抑制剂与其他HSP抑制剂的联用的效果远远超过了单一用药，提示肿瘤患者的治疗应是一个综合治疗。

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Research Progress on the Relationship between Heat Shock Protein Inhibitors and CancerDAIShu-long,YANGKun-xing.(DepartmentofGeneralSurgey,NanjingHospitalAffiliatedtoNanjingMedicalUniversity,Nanjing210006,China)

Abstract:Heat shock proteins(HSP) play an essential role in assisting correct folding,activation and assembling of human cells,and affect the proliferation,differentiation,infiltration of tumor cells,angiogenesis,metastasis and apoptosis.They also have the ability to stimulate the immune system and produce an immune response.HSP,as the new targeted sites of anticancer treatment,are under clinical evaluation.The latest evidence indicates application of geldanamycin analogues or new synthetics small molecule HSP inhibitors can inhibit the activity of HSP chaperones associated with tumor so as to develop antitumor effect,which needs to be evaluated by further clinical trials.Here is to make a review of application of HSP inhibitors in antitumor therapy.

Key words:Heat shock protein inhibitors； Heat shock proteins； Cancer

收稿日期：2014-06-27修回日期：2014-09-05编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.024

中图分类号:R730.58文献标识号：A

文章编号：1006-2084(2015)09-1599-03