热休克蛋白90在胃癌研究中的进展

2018-01-16 15:16,,,,,,*

中南医学科学杂志 2018年1期

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(1.南华大学医学院肿瘤研究所；肿瘤细胞与分子病理学湖南省重点实验室,湖南衡阳 421001；2.南华大学医学院临床医学卓越医师班本科生)

胃癌(Gastric cancer,GC)是我国最常见的消化道肿瘤，好发于40到60岁，大部分患者确诊时已为晚期[1]。胃癌最常见的类型是胃腺癌，约占95%。其他罕见类型包括鳞状细胞癌、腺鳞癌和未分化癌。胃腺癌分为两种：弥漫型和肠型。肠型比弥漫型更为常见，预后更好，多见于男性和老年人中，通常与肠化生和幽门螺杆菌感染有关。年轻女性以弥漫型为主。尽管目前在胃癌临床治疗上采取了手术、放化疗以及基因治疗等各种新策略，但生存率仍不超过40%[2]。转移是影响胃癌预后的主要原因。目前胃癌发生发展的分子机制仍不十分清楚。

最早发现热休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)大量存在于原核和真核生物中，由于其在细胞中的生理和保护作用而被称为分子伴侣，其表达是由热休克或其他应激源诱导的。热休克蛋白在合成多肽、控制蛋白质数量、蛋白折叠、蛋白活性和蛋白降解过程中发挥重要作用[3]。热休克蛋白一般按分子量分类，包括大分子热休克蛋白(100～110 KD)、 HSP90(83～93 KD)、 HSP70(66～78 KD)、 HSP60以及小分子热休克蛋白(15～30 KD)[4]。热休克蛋白是具有ATP酶活性的ATP依赖性蛋白。热休克因子(heat shock factor ，HSF)作为热休克蛋白的诱导型转录调节因子，是大多数热休克蛋白表达所必需的。热休克元件(heat shock element,HSE)是位于热休克蛋白基因上游的顺式作用序列，其中热休克因子可以结合并诱导热休克蛋白基因表达[5]。HSP70和HSP27两者在抑制细胞凋亡和细胞衰老方面发挥着极其重要的作用。热休克蛋白90(heat shock protein 90 ，HSP90)属于热休克蛋白家族中的一种类型，它在胃癌中高表达，其底物蛋白是胃癌生长转移等生物学行为中的关键信号分子。HSP90与胃癌的生物学行为密切相关，其在胃癌发生、发展、转移及预后等方面起着重要的作用。本文从HSP90在胃癌发生发展中的作用机制与表达意义，及HSP90 抑制剂在胃癌中的研究等方面作一综述。

1 HSP90的结构特点

人类的Hsp90主要有4种亚型：Hsp90α、Hsp90β、Grp94和TRAP1。前两者均位于胞质内，后两者分别位于内质网中和线粒体基质内。同源二聚体α-α和β-β是Hsp90在胞浆内主要存在形式，2个单体构成一个同源二聚体。Hsp90α由730氨基酸组成，Hsp90β由724个氨基酸组成，两者具有很高的同源性。与Hsp90α相比Hsp90β氨基酸末端无五氨基序列(QTQDQ)。诱导因素不同其效应也不一样，如热容易诱导Hsp90α，加速肿瘤细胞生长；有丝分裂易诱导Hsp90β，与细胞结构构建和分化密切有关。Hsp90每个单体包括3个主要的结构域：N-末端结构(N-terminal domain，NT)、中间域(Middle，M)、C-末端结构(C-terminal domain，CT)。 N-末端结构是ATP/ADP的结合位点，拥有非常大的可塑性。当ATP和Hsp90两者结合后，该结构域构象重排，并使该区域出现短暂二聚化。中间域(M)通过与客户蛋白(Client proteins)或其他分子伴侣等相结合来发挥主要作用，并且能产生ATP酶活性。C末端区域主要是钙调蛋白结合位点，自身二聚化位点，靶蛋白结合位点。

2 HSP90的生物学作用

在细胞中，HSP90含量约占总蛋白的1%～2%，它通过与受体蛋白结合参与蛋白质的激活与成熟过程。在胚胎发育时期，HSP90对促进骨骼、肌肉、神经和视网膜的发育起着至关重要的作用。HSP90是具有内在ATP酶活性的ATP依赖性分子，有助于蛋白质折叠，客户蛋白质成熟和蛋白质转运。客户蛋白质包括AKT(PI3K / AKT通路)、IL-6受体(JAK / STAT途径)、BCR-ABL(RAS / ERK通路)、细胞周期蛋白依赖性激酶的关键信号途径循环和IkB激酶(NF-kB途径)。癌症相关的HSP90客户蛋白包括EGFR、IGF-1R、CDK4、AKT、ErbB2、c-Met、BCR-ABL、RET、雄激素受体、Fms样酪氨酸激酶3(FLT3)、BRAF、NF-kB、HER2/ Neu、NPM-ALK、p53、神经元一氧化氮合酶(nNOS)和HIF-1[6]。HSP90作为分子伴侣蛋白在分子伴侣结构的维持、细胞周期及凋亡调控、信号转导、蛋白正常功能发挥、激素信号传递与加快创面愈合等方面发挥重要作用。HSP90能促进新生的多肽进行正确的组装折叠，或帮助受损伤的蛋白恢复其正常构象，防止蛋白质错误折叠和聚集，但并不组成这些蛋白质的结构成分。HSP90是肿瘤细胞的增殖中不可缺少的成分，是许多癌基因信号通路中重要构成部分，抑制 HSP90将阻滞多条致癌路径，消耗下游客户蛋白，促进肿瘤细胞凋亡，发挥抗肿瘤作用。HSP90能协助许多信号蛋白正常功能的发挥，大部分蛋白质参与抗凋亡调节。HSP90也能调控细胞骨架、形态和机动性，在细胞中表达水平升高能一方面改变细胞形态，另一方面增强细胞的迁移侵袭能力。

3 HSP90功能和活性的调节

ATP与HSP90 NH2-末端结合及ATP被 HSP90的腺苷三磷酸酶( ATPase)水解驱动 HSP90构象循环，对HSP90的活性及功能至关重要。很多辅助分子伴侣通过与HSP90动态结合，导致其构象发生改变，形成HSP90 构象循环。真核细胞中多种辅助分子伴侣通过抑制或活化HSP90 ATPase及聚集下游客户蛋白从不同的途径调节HSP90功能。Hop也称为应激诱导蛋白1 (stressinducible protein 1，Sti1) 或p60，作为HSP90的连接体分子，促进客户蛋白转移至HSP90。Hop/Sti1保持HSP90 开放构象是通过稳定HSP90 二聚体结构并抑制其分离完成，同时抑制HSP90的ATPase 活性。CDC37 蛋白包括C 端和N 端两部分，二聚化作用位点位于这两部分，其分别与HSP90、蛋白激酶相互作用，使CDC37成为许多蛋白激酶聚集到HSP90上的支架蛋白，形成分子伴侣复合体，保持蛋白的稳定和激酶的活性，加强HSP90 与下游客户蛋白的结合，促进癌症发生和维持恶性肿瘤表型。p23含有两个结构域：即折叠中心结构域和一个C末端，其C末端调节HSP90 的活性，但不与HSP90结合。HSP90 N末端结构域二聚化完成后与p23结合，使HSP90处于ATP 结合的形式，促进其与客户蛋白相互作用。HSP90 ATPase 活性也可以被p23所抑制，特别是在HSP90 与客户蛋白结合的情况下[7]。ATPase 的激活子 (activator of HSP90 ATPase-1，AHA1)是ATP 依赖型分子伴侣的辅助分子伴侣。AHA1 N末端与HSP90 中间片段相互作用，促进HSP90 ATPase活性。研究表明还有许多辅助分子伴侣调节HSP90功能与活性，如亲免素，它通过其 TPR结构域结合HSP90的C末端，并与一些转录因子，如芳烃受体、甾体受体、 p53形成络合物，调节它们核转录。许多辅助分子伴侣被鉴定出参与HSP90的功能和活性的调节，影响其客户蛋白的加工和折叠。

4 HSP90 与胃癌

4.1 HSP90在胃癌发生发展中的作用机制HSP90在胃癌中高表达，通过调节肿瘤生长、粘附、侵袭、转移、血管生成和细胞凋亡而发挥重要作用，如在线粒体参与凋亡途径，HSP90与凋亡酶激活因子(apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1)结合，抑制细胞色素 C介导Apaf-1寡聚化，寡聚凋亡体形成被阻断，导致无法激活细胞凋亡蛋白酶9-前原蛋白，使caspase9介导的凋亡信号无法下传，抑制肿瘤细胞的凋亡；在死亡受体介导的凋亡途径中，HSP90可与TNFα介导凋亡途径下游RIP(receptor-interacting protein)和 IKKβ结合，活化NF- kB，调节抗凋亡靶基因，阻断TNF介导的细胞凋亡。HSP90还能通过与AKT结合，抑制ASK1介导的细胞凋亡，影响NF-kB活性，拮抗肿瘤细胞的死亡受体凋亡途径。HSP90的底物蛋白是许多肿瘤生长转移生物学行为中的关键信号分子，如HSP90通过HIF-1和VEGFR 影响血管形成；通过MMP-2 促进肿瘤转移等。肿瘤的侵袭和转移始于细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的降解，其中基质金属蛋白酶(matrix metalloprotein,MMP )是肿瘤侵袭和转移过程对ECM降解起重要作用的分子[8]。MMP-9与侵袭和淋巴结转移的深度密切相关，MMP-9阳性胃癌患者预后比MMP-9阴性肿瘤患者差。HSP90和MMP-9可以构成间变型大细胞淋巴瘤中的复合物，且MMP-9可被HSP90激活以促进细胞侵袭[9]。MMP-9和HSP90的表达相互联系，HSP90高表达的肿瘤细胞侵袭性和转移能力比HSP90低表达的肿瘤细胞更强。由于胃癌组织中HSP90高表达促进肿瘤侵袭，表明HSP90可能是癌症治疗中的可行靶点。近年来，许多医学研究试图通过合成HSP90的抑制剂，来达到消耗其客户蛋白并且阻断致癌的信号通路，进一步促进肿瘤细胞的凋亡，最终发挥治疗肿瘤的目的[10]。

4.2 HSP90在胃癌中的表达及意义HSP90在包括胃癌的几乎所有癌症中均高表达，并参与肿瘤细胞增殖、分化、转移和耐药。从胃炎发展到胃癌，HSP90的表达呈递增趋势。在胃癌中，HSP90主要表达于细胞浆，少量表达于间质细胞。在胃癌进展和侵袭过程中发现HSP90的伴侣活性是必要的。胃癌中HSP90高表达为开发其作为诊断标志物、治疗靶点和预后指标提供了重要依据。研究表明Hsp90α在胃癌组织中高表达，提示可能与胃癌的复发和淋巴结转移有关。HSP90另一个亚型Hsp90β，主要位于胞浆的内质网，其成员主要有 Hsp90β1、 Hsp90β2P、 Hsp90β3P[11]。其中Hsp90β1作为最主要的成员，广泛促进细胞存活和变性蛋白重折叠，与肿瘤的发生发展密切相关。HSP90在多种肿瘤组织中高表达，如肝癌、胃癌、非小细胞肺癌、垂体腺瘤、乳腺癌等，说明HSP90在肿瘤的增殖、分化、侵袭转移等生物学过程中可能起着重要作用。

在胃癌患者中，HSP90表达与年龄、性别因素无关，而与肿瘤组织大小、生长部位、浸润深度、淋巴结转移、MMP-9和临床分期有关[12]，其中HSP90与MMP-9 表达呈正相关。HSP90在进展期胃癌中高表达，正常胃黏膜组织和癌旁组织HSP90的阳性表达率比胃癌组织中低，其在正常胃黏膜组织中的阳性表达率又低于癌旁组织。高分化胃癌组织HSP90阳性表达率低于低分化胃癌组织。随着胃癌分化程度逐渐降低、淋巴结发生转移及TNM分期增加，HSP90的阳性表达率则升高。HSP90表达与胃癌患者重要临床病理参数及预后有关。研究人员分别利用单因素和多因素生存预后分析发现，HSP90低表达患者的中位无复发生存时间、中位总生存时间均较其高表达者好，说明HSP90表达的高低可在临床上作为判断胃癌是否复发、转移及预后的分子指标。在Cox多因素模型中将与预后相关的临床病理因素及HSP90表达进行分析，结果发现包括HSP90表达、肿瘤大小、浸润深度、淋巴结转移均可以作为胃癌复发、转移及预后的独立预测指标，说明了HSP90表达水平可以作为胃癌的独立预后指标[13]。因此，在临床上胃癌患者术后若HSP90高表达，则建议患者需加强术后的辅助化疗；若患者HSP90低表达，则建议患者适当减少术后治疗，防止出现治疗不足或治疗过度的情况，最终达到精准治疗、因人施治的目的。

4.3 HSP90抑制剂与胃癌近几年来，HSP90抑制剂备受关注，针对HSP90的客户蛋白(包括Akt、Raf、ERK、ErbB2和EGFR)发挥作用，治疗范围涉及多种癌症。由于溶解度和毒性问题，第一代Hsp90抑制剂格尔德霉素退出临床试验，它们提供了一个针对HSP90在癌症治疗上的新思路。然而第二代HSP90抑制剂比第一代抑制剂毒性小并具有更高的疗效。HSP90抑制剂主要分为两类：一类是天然的HSP90抑制剂及其衍生物，另一种是合成的抑制剂。以下主要介绍Hsp90 N-末端抑制剂和人工合成的Hsp90抑制剂在治疗胃癌上的研究及应用。

4.3.1 HSP90 N-末端抑制剂格尔德霉素与根赤壳菌素是大多数天然HSP90抑制剂及其衍生物的主要来源[14]。Hsp90伴侣活性被格尔德霉素(GA)或其衍生物17-烯丙基氨基-17-去甲氧基-格尔德霉素(17-AAG)抑制，导致多个癌蛋白同时降解，抑制癌细胞的生长和存活。另一方面格尔德霉素或其衍生物17-烯丙基氨基-17-去甲氧基-格尔德霉素通过改变肌动蛋白动力学，抑制癌细胞迁移和侵袭。由于17-AAG在前期临床实验中表现出有效的抗癌活性，已进入用于治疗各种人类癌症的II/III期临床试验[15]。

17-AAG盐酸衍生物即IPI-504，通过HSP90阻碍KIT 的功能，抑制胃肠肿瘤的增殖。IPI-504显著抑制胃癌SGC-7901、NCI- N87及其CD44+干样细胞的增殖、迁移及侵袭，呈剂量依赖性诱导癌细胞凋亡。目前还在进一步探索其通过抑制HSP90 作用于细胞信号通路的机制[16]。

17-二甲基胺乙基-17-去甲氧基格尔德霉素(17- DMAG)通过促进活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生和抑制抗氧化酶活性而对胃癌细胞发挥抗肿瘤活性。并且降低胃癌组织中血管内皮细胞生长因子的表达，抑制肿瘤新生血管生成。当联合5-FU使用时，显著抑制胃癌细胞的生长，说明17-DMAG 与5-FU相互协同来发挥抗肿瘤作用[17]。

4.3.2 人工合成的HSP90抑制剂 Ganetespib，它是一种间苯二酚三唑酮复合物，可降低胃癌MGC-803细胞的存活率，在胃癌细胞中通过激活细胞死亡受体和线粒体介导凋亡途径，同时抑制RTK和PI3K/Akt、MAPK信号和受体酪氨酸激酶信号传导，诱导出现G2/M期细胞周期停滞和细胞凋亡。同样在SGC-7901和MKN-28细胞系中具有相似的抑制作用[18]。协同应用铂化合物oxoplatin可以调节细胞内信号转导的方向和肿瘤侵袭性蛋白，提高对胃癌的治疗效果。

NVP-AUY922是有效的HSP90抑制剂，其显著抑制胃癌细胞增殖，有效诱导生长因子受体和其他客户蛋白质包括 HER-2、胸苷酸合酶及AKT降解[19]。HSP90与HER-2有密切联系，许多HSP90抑制剂在HER-2扩增细胞中表现出最佳的活性[20]。

总之，Hsp90抑制剂靶向治疗胃癌，可改善抗肿瘤治疗方案的疗效。阻断HSP90可以破坏胃癌的多条促血管生成信号通路，抑制异种移植肿瘤的生长。HSP90的下调可以改变细胞周期分布，减缓肿瘤细胞生长，增加肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性。有研究表明HSP90抑制剂还可增强T细胞介导的抗肿瘤免疫反应，HSP90抑制剂联合免疫疗法为肿瘤治疗提供了新的途径。

5 展望

HSP90与胃癌的生物学行为密切相关，其在胃癌发生、发展、转移及预后等方面起着重要的作用。HSP90在胃癌中表达升高的现象为开发诊断标志物、治疗靶点和预后指标提供了重要依据。针对特异性HSP90抑制剂的开发进行了广泛研究。许多肿瘤相关信号通路被HSP90抑制剂阻滞，有望成为抑制肿瘤进展的潜在治疗靶点，联合其他化疗药治疗，对胃癌细胞生长具有更强的抑制作用，为胃癌的治疗提供了新途径。了解HSP90功能及其在胃癌作用中的分子机制，对于提高胃癌诊断的准确性和开发更有效的化疗药物至关重要。但HSP90抑制剂在抗肿瘤方面的研究和临床应用上有待未来进一步发展。

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