热休克蛋白在结肠癌发生发展中的作用

【摘要】 多年的临床和基础研究提示热休克蛋白(HSP)和肿瘤的发生发展之间存在着联系。HSP的高表达增强了肿瘤细胞抗凋亡能力,减弱细胞生长抑制效应。HSP的高表达与肿瘤的恶性程度及患者的无瘤生存期相关。HSP的抗体或反义HSP处理的肿瘤细胞可阻断HSP表达,同样能抑制肿瘤细胞增生及诱导凋亡。HSP可能通过下调细胞凋亡相关基因、蛋白和蛋白酶活性起到拮抗细胞凋亡的作用。通过热休克蛋白(HSP)及其作用机制的了解,对于研发药物来抑制肿瘤细胞增生有指导作用。

【关键词】

大肠癌;热休克蛋白;治疗

DOI:10.3760/cma.j.issn 16738799.2010.01.178

作者单位:200127上海电力医院/上海交通大学医学院附属仁济医院

近年的研究发现HSP的高表达和肿瘤的发生发展之间存在着联系,其机制可能与增强了肿瘤细胞抗凋亡能力有关,曾有研究发现 HSP 在结肠息肉与结肠癌组织中的表达不论是在量上或质上均有相当的差异,并且HSP可能与结肠肿瘤的恶性程度及预后相关,HSP的抗体或反义HSP能增加结肠癌细胞对治疗的敏感性,为结肠肿瘤的治疗提供了新的方向。在HSP家族中HSP70,HSP90是拮抗细胞凋亡的两大家族,与肿瘤的发生发展关系密切,以下对热休克蛋白(HSP70,HSP90)在肿瘤发生特别是结肠癌发生发展中的作用作一研究。

1 热休克蛋白家族及其功能

HSP首先发现于热休克的果蝇唾液腺,此后的研究证实各种应激状态能诱导细胞过量表达HSP,HSP被认为是应激状态下细胞产生的保护细胞免受损害的蛋白质。更深入的研究发现HSP是一组结构保守广泛存在的蛋白质,在非应激状态下在细胞内亦有基本表达,表明其在保持细胞内的动态平衡中起重要作用,HSP能帮助其他蛋白质进行正确的折叠与重构,并能在细胞内帮助蛋白质的转运,把受损害的蛋白质递呈给蛋白酶进行降解[1],在免疫应答抗原递呈反应过程中HSP能作为一种危险信号帮助机体免疫系统识别死亡与受损害的细胞,因此HSP被称为分子伴侣。

作为分子伴侣,HSP能调节细胞自体平衡并能提高细胞生存能力,90年代以来,随着对细胞抗调亡机制研究的深入,各种研究表明HSP能通过抑制细胞凋亡起到细胞保护作用,而许多肿瘤细胞也能通过过度表达HSP从而使肿瘤细胞避免凋亡,并使肿瘤细胞进一步进展与恶化。

2 热休克蛋白(HSP70,HSP90)家族的抗凋亡机制

在HSP家族中HSP70,HSP90是拮抗细胞凋亡的两大家族,其抗凋亡机制主要为:

2.1 抑制多种死亡受体信号途径,阻止caspase酶活化 HSP70能抑制TNF、 Fas(Apo1/CD95)等死亡受体家族并能抑制JNK、Ask1等信号蛋白途径诱导的凋亡[4,5]。HSP90能抑制丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)途径诱导的凋亡,并与ErbB2、Src等癌基因的激活有关[6]。

2.2 直接抑制多种caspase酶 HSP70、HSP90直接抑制多种caspase酶如caspase3,caspase9等[7],从而抑制细胞凋亡。

2.3 抑制线粒体凋亡途径 近年的研究提示线粒体是细胞凋亡的中央处理器,在细胞凋亡中起重要作用,其中线粒体细胞色素C的释放以及Apaf1、AIF的活化能促进凋亡,HSP70、HSP90都能抑制线粒体细胞色素C的释放,并能抑制Apaf1、AIF的活化从而抑制线粒体凋亡途径。

2.4 影响一些凋亡调控基因以抑制凋亡 Bcl2、p53是重要的凋亡调控基因,Bcl2能抑制凋亡,而p53能促进凋亡,有研究表明HSP90能上调Bcl2基因[8],而HSP70能使野生型p53失活或使p53基因突变从而抑制凋亡[9]。

3 热休克蛋白(HSP70,HSP90)在结肠癌中的作用

热休克蛋白(HSP70,HSP90)与结肠癌的发生与发展密切相关,Yusei Kanazawa等[10]通过免疫组化技术研究50例结肠癌组织中HSP70,HSP40的表达,阳性率分别为80%与14%,均高于正常对照组织,Cen等[11]应用RTPCR技术研究35例散发的人结直肠癌中HSF1,HSF27,HSP90的表达情况,结果发现HSF1表达率为86%(30/35),HSP90表达率为63%(22/35),均显著高与正常组织,提示其可能在散发的人结直肠癌的发生中起重要作用。也有研究对80例人结肠癌组织中HSP70及grp94的表达用免疫组化法进行分析,结果发现在结肠癌组织中HSP70及grp94的表达率分别为92.5%、85.0%,显著高于邻近组织的56.3%(HSP70)和42.5%(grp94)。在有转移的结肠癌组织中HSP70及grp94的表达率均为100%,显著高于没有转移的结肠癌组织,其表达率分别只有75%、50%[12]。以上研究均证实结肠癌组织中存在HSP70,HSP90的高表达。

结肠癌组织中HSP70,HSP90的高表达通过多种途径抑制肿瘤细胞凋亡并与结肠癌患者预后相关。Dundas SR等[13]用比较蛋白组学分析方法发现在结直肠腺癌中存在mhsp 70(线粒体hsp 70)的过度表达,并通过免疫染色结合患者临床资料,发现存在mhsp 70的过度表达的患者预后较差,提示mhsp 70在结直肠肿瘤的形成中起作用并与患者预后相关。其作用机制可能与mhsp 70能结合p53蛋白并影响RasRafMAPK信号蛋白途径有关。Rashmi R等[14]发现hsp27 和 hsp70的高表达与胃肠道肿瘤患者肿瘤细胞转移、不良预后以及对放疗化疗的不敏感有关。其机制可能为hsp70能抑制细胞色素c释放、AIF活化并能抑制caspases3和 caspases9的活性,从而促进肿瘤细胞的发生与发展。

HSP70,HSP90的高表达与结肠癌细胞的恶性增殖密切相关。肿瘤的形成过程中,肿瘤细胞不断增殖,合成代谢增强,需要大量的HSP调节和稳定这一异常增殖过程,而肿瘤组织生长旺盛,其增生的血管存在相对血供不足,缺氧与应激的细胞环境也反过来诱导了HSP的过度表达。HSP70,HSP90的高表达一方面介导癌基因及抑癌基因产物的构象成熟、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。Yokota等[15]发现HSP的复合物在人结肠癌中的表达较正常组织显著增高,并且其表达水平与PCNA(增殖细胞核抗原)相关,而PCNA是细胞增殖的一个重要指标,提示HSP的复合物的高表达与结肠癌细胞的快速增殖有关。

4 热休克蛋白研究在结肠癌的治疗中的意义

近年来的研究发现在结肠癌的治疗中使用HSP70,HSP90的抗体或应用反义寡核苷酸技术抑制这些基因的表达,能增加肿瘤细胞对治疗的敏感性,从而为结肠癌的治疗提供了新的方向。Yang WL等[16]在裸鼠皮下种入人结肠癌HT29细胞,切除肿瘤组织并进行射频消容(RFA),分别使用42°C,45 °C,50°C三种温度,抽提RNA逆转录使用Western blot法分析HSP的表达,结果发现50 d后50°C组肿瘤复发率为0%,45°C组为30%,42°C组为100%,HSP70的表达在RFA后明显升高,提示热疗可能诱导HSP70产生并使肿瘤细胞存活,而抑制HSP70的表达能提高RFA的疗效。Kobayashi S等[17]发现 HSP90的拮抗剂geldanamycin(格尔德霉素)能增加人结肠癌HT29细胞对放疗的敏感性并减少放射剂量,同时应用HSP90的拮抗剂及MAPK途径激动剂Indomethacin(吲哚美辛)能进一步增加放射治疗的疗效。Rashmi R等[18]用人结肠癌SW480细胞株转染正义或反义hsp70 cDNA并选择稳定的克隆细胞株检测其对姜黄诱导的细胞凋亡的敏感性,结果发现Hsp70能使结肠癌细胞对姜黄诱导的细胞凋亡产耐药,而反义hsp70能提高结肠癌细胞对姜黄的敏感性。

HSP多肽复合物可制成免疫疫苗,为结肠癌提供肿瘤免疫疗法,Mazzaferro等[19]在29例结肠癌根治术后肝转移的患者中接种HSP多肽复合物疫苗,发现其能诱导CD8和T细胞介导的免疫反应,限制原发瘤的复发及转移,并且未发现严重的毒性反应。

5 展望

综上所述,热休克蛋白家族与结肠癌及多种肿瘤发生发展密切相关,其机制与通过各种途径抑制肿瘤细胞凋亡有关,并且多种研究证实HSP在胃肠道肿瘤组织中的高表达与肿瘤的分级及预后相关,对肿瘤诊断与预后存在意义。热休克蛋白的抗体如HSP90的抗体geldanamycin(格尔德霉素)的衍生物17丙烯基脱氧格尔德霉素毒性较小,作为抗肿瘤药物与肿瘤的放疗、化疗相结合,已进入II期临床试验阶段[20],而应用反义寡核苷酸技术抑制HSP70、HSP90等基因的表达能抑制肿瘤细胞增生、促进肿瘤细胞凋亡并能增加肿瘤细胞对放疗、化疗及热疗的敏感性[21]。HSP肽类复合物能刺激CD8(+)T淋巴细胞的免疫保护作用,限制肿瘤的生长与转移,因而体外合成的HSP多肽复合物可制成免疫疫苗,在肿瘤的治疗中具有潜在优势[22]。以上的各种方法在结肠癌及其他多种肿瘤的治疗中存在良好的前景,更深入的研究还在进行之中。

总之,随着对热休克蛋白作用的了解不断深入,使热休克蛋白与肿瘤发生发展的相关理论更加完善;为我们对肿瘤治疗方法的研究提供更多的方向,使治疗的方式方法更加多元化。同时对患者的预后的评估也有积极意义。

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