1、 HSP70 与肿瘤作者：王佳雷,张森,高枫 作者单位：广西医科大学第一附属医院结直肠肛门外科 南宁 530021【关键词】 果蝇1974 年,Tissieres 等证实高温引起的果蝇染色体蓬松是由于热休克激发染色体内基因转录合成特异性的蛋白,即热应激蛋白(又称热休克蛋白) 引起的。热休克蛋白 (Heat Shock Protein,HSP)按分子量大小分为以下几个家族：小分子 HSP(相对分子质量为 2232 ku)、HSP60、HSP70、HSP90、HSP100 和泛素(相对分子质量为 78 ku)，其中最重要、诱导后表达量最大的是 HSP70 家族。HSP70 是热休克蛋白家族中最重要
2、的成员之一，它具有 分子伴侣 功能，参与蛋白质合成、加工、折叠、转运等过程。它在肿瘤细胞特别是在恶性肿瘤细胞中常有高水平表达，可以通过基因调解以及免疫应答来发挥抗肿瘤细胞凋亡作用。而热化疗是治疗肿瘤的一种重要方法，其优点明显，但在临床或实验研究中发现，部分肿瘤的疗效并没有预期的理想，其是否与 HSP70 有关,一直以来都作为各种肿瘤细胞研究的热点，本文就 HSP70 在肿瘤研究方面的最新进展作一个综述。1 HSP70 与肿瘤细胞凋亡1.1 HSP70 与肿瘤细胞凋亡的调控 在与细胞凋亡调控基因的研究方面中，Bc1-2 基因是目前研究的最深入、最广泛的凋亡调控基因之一。Bc1-2 基因最初是在非
3、霍奇金滤泡状 B细胞淋巴瘤中分离出来的，它是在 14 号与 18 号染色体易位的断点上被发现的。Bcl-2 可以通过稳定线粒体膜和抑制氧自由基对细胞的破坏来阻止细胞凋亡。HSP70 可作为 分子伴侣 参与 Bc1-2 家族癌基因对肿瘤细胞凋亡功能的调控。HSP70 可以引起 Bcl-2 家族中 Bax基因发生构象变化，通过抑制 JNK(应激活化蛋白激酶)介导的 Bcl-2 家族基因的磷酸化来阻止细胞凋亡。在 Stankiewicz AR1等的研究中表明，HSP70 阻断热诱导凋亡主要是通过抑制 Bax 的活性，从而来保护线粒体内凋亡起始因子的释放。因此 HSP70 这种抗细胞凋亡的功能可以通过
4、调节 Bcl-2 家族基因的活性来实现。同时也有研究表明 HSP70 也可以通过阻止线粒体内的细胞色素 C 的释放来抑制细胞的凋亡 2。1.2 HSP70 介导的粒酶 B 与肿瘤细胞凋亡 粒酶 B 是调控肿瘤细胞凋亡的一组重要蛋白，是一种分子量约为 32 ku 由自然杀伤细胞(NK)和细胞毒素 T 淋巴细胞(CTL) 释放的一种细胞毒素的丝氨酸蛋白酶。Caldas H3等实验证明,在人类肿瘤细胞内转染 SAGA(生存素和粒酶B)中，粒酶 B 迅速表达并最终导致肿瘤细胞出现显著性死亡。而粒酶 B 可以通过分解细胞内复杂的蛋白质底物，致使半胱天冬酶激活、破坏细胞内支架，而迅速诱导靶细胞凋亡。这是存
5、在于正常的免疫系统内的一种保护机制，使宿主细胞免受细胞内致病毒、肿瘤和外源细胞等物质的破坏4。粒酶 B 在 NK 细胞和 CTL 细胞清除入侵的病毒或杀死肿瘤靶细胞过程中起着关键性的作用。而肿瘤细胞表面结合的 HSP70 使得肿瘤细胞对 NK 细胞介导的溶解性攻击更加的敏感。Gross C5等实验研究表明，溶解性活动增强的带有 HSP70 膜的肿瘤细胞可以与 NK 细胞释放的粒酶 B 联合，从而认为具有 HSP70 膜的肿瘤细胞的凋亡通路不依赖于稀有穿孔素介导，而是由粒酶 B 介导的。2 HSP70 在肿瘤免疫中的作用2.1 HSP0 抗原呈递的作用 HSP70 家族在抗原呈递中扮演重要的角色
6、。在肿瘤细胞表面的 HSP70 可以引发针对该肿瘤细胞的特异性免疫,并与 DC(树突状细胞)抗肿瘤作用有关6 。肿瘤细胞自身呈递抗原效率非常低下,原因在于肿瘤细胞 MHC I 类分子往往低表达以及共同刺激分子缺乏,因此具有肿瘤特异性的 CD4+和 CD8+淋巴细胞的激活必须依赖于抗原提呈细胞的帮助，在由抗原呈递细胞将内源性抗原和外源性抗原,经 MHC类分子途径和MHC类分子途径,分别将抗原信息呈递给 CD8+T 淋巴细胞和 CD4+T 淋巴细胞,通过 NK细胞发挥作用，同时激活辅助性 T 淋巴细胞释放细胞因子，再经细胞免疫途径发挥抗肿瘤的作用。2.2 HSP70 与细胞免疫 肿瘤的免疫主要是由
7、 T 淋巴细胞介导的 ,而 HSP70 又与 T 淋巴细胞的增殖密切相关,可以促进它的增殖7。众所周知，抗肿瘤的肽合成物经由 MHC类分子途径与外源性抗原杂交可以诱导 CD8+T 淋巴细胞免疫，但是他们在激活 CD4+T 淋巴细胞作用机制并不是很清楚。直到近来的一些研究表明，HSP70 能够通过 MHC类分子呈递途径，增强机体的特异性 CD4+T 细胞反应8 ，9。Haug M 等7 实验研究表明，通过HLA-DR90(人白细胞 DR 抗原) 四聚体染色方法发现，肽合成物能够增强 CD4+T 淋巴细胞特异性抗原的增值。而带有 HSP70 复合物形成的抗原肽，在引发特定性抗原扩增的过程中是完全必
8、要的。由此可以看出，HSP70 不但可以增强特异性抗原 CD4+T 细胞的繁殖，而且还可以增强肽合成物在人类 CD4+T 细胞中的免疫原性。与普通细胞相比，肿瘤细胞内含有选择性的膜 HSP70。这种肿瘤选择性膜 HSP70 的表达已经证实了与人类 NK 细胞介导的溶解的敏感性增强有关。单核细胞通过 CD14 依赖的信号通路分泌促炎症反应的细胞因子来适应可溶性的 HSP70 蛋白，并且结合在细胞膜表面的 HSP70 作为一种由 NK 细胞介导的细胞溶解攻击靶组织而被识别10 。大量的实验证明，HSP70 的高表达有保护肿瘤细胞的作用，但也有实验表明，在用带有差异性膜 HSP70 表达模式的自体肿
9、瘤亚系细胞中，HSP70 高表达的肿瘤细胞比 HSP70 低表达的肿瘤细胞更容易被 NK 细胞杀死11。Gough MJ 等12研究，经过细胞凋亡作用的巨噬细胞可以使 HSP70显著的抑制 IL-10 的分泌和细胞碎片的吞噬作用。而单独的巨噬细胞不能使 HSP70 产生免疫性刺激。可是，当巨噬细胞在具有细胞杀伤能力的时候，HSP70 就明显扮演了激活巨噬细胞信号的关键分子。DC 其表面存在 HSP70 高亲和力的 CD91 受体，而肿瘤细胞的抗原肽与 HSP70 结合可诱导 DC 成熟;而成熟的 DC 刺激未致敏的 T 细胞的能力增强，从而能够诱发机体 T 淋巴细胞的抗肿瘤免疫效应，有效的杀伤
10、肿瘤细胞13，14 。而 DC 作为一种专职呈递细胞,其呈递能力最为强大,它能够有效摄取、加工肿瘤抗原,再经 MHC类分子、MHC类分子途径呈递给 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞 ,使之激活,产生特异性的抗肿瘤免疫应答。有实验研究表明用适量来源于肿瘤的 gp96 来免疫小鼠可产生依赖于 CD4+T 细胞的抗肿瘤免疫，它可通过诱导 DC 产生细胞因子来调节免疫反应，但它们的活性被不同种机制所调控，比如细胞因子、调控的细胞等等，因此 DC 也是近几年研究的热点。3 HSP70 基因表达的调节与被调节肿瘤的形成与细胞的增殖和凋亡的不平衡密切相关,HSP 通过调控细胞周期所必需的蛋白构象参与细胞的增殖、
11、凋亡过程。HSP70 可通过调节 c-fos、c-myc、Src、Raf 、p53 及Rb 蛋白构象进而影响细胞周期。HSP70 还可以参与 c-myc 癌基因、p53 抑癌基因的表达，并且又可通过与癌基因、抑癌基因及其产物相互作用调节细胞增殖。但也有研究表明HSP70 被动参与肿瘤基因的表达。新近研究表明,RNA 聚合酶的延长因子 A(EloA)也可以调节热休克基因的表达。Gerber M 等研究表明，在体外利用 RNA 干扰技术给予 EloA 活性，EloA 就可以作为一种限制因子而抑制 HSP70 的表达15 ，从而影响肿瘤的基因表达。4 HSP70-2 对肿瘤细胞生长的作用HSP70
12、的家族成员分子量约在 66-78 ku 之间,其中主要包括 HSP70-1, HSP70-2, HSP70-3, HSC70t,Grp78 等16 ，HSP70-2 是 HSP70 家族中最重要的成员之一。HSP70-2 不但是精子发生的基础，同样也是肿瘤细胞生长的重要的调节器。Rohde M17等实验表明，HSP70-1和 HSP70-2 可以分别阻止肿瘤细胞在 G2/M 和 G2 期的细胞分化 ;在基因表达过程中可引起显著地变化。HSP70-2 在细胞减数分裂过程中的具体作用还不清楚，但是有研究表明它在细胞减数分裂前期的 DNA 修复和重组起作用。据此推测 HSP70-2 在肿瘤细胞内有同
13、样的功能。肿瘤细胞提高了细胞 DNA 损伤的水平，在重组的过程中 DNA 修复的机制和细胞减数分裂的机制相似18。因此，应该注意的是，缺乏 ATM(一种与 DNA 修复有关的蛋白质)的小鼠，体内 HSP70-2 也缺乏，而这种缺乏的 ATM 可以通过 p53 或 p21 杂交部分得到补偿19，说明 p53 和 p21 可能把 DNA 损伤应答传递给细胞死亡机制。这种情况可能在肿瘤细胞内也相似，自从发现 HSP70-2 的缺失可以导致细胞停止生长或凋亡以来，我们就把这种现象解释为是由 p51、p21、Mic-1 这三种因 DNA 的损伤所产生的蛋白的诱导作用。同时 Daugaard M 等20实
14、验研究也表明，HSP70-2 是肿瘤细胞生存和生长所必须的。5 HSP70 与肿瘤的治疗5.1 肿瘤的免疫治疗:HSP70 与肿瘤的免疫治疗也是近年来研究的热点话题之一。Calderwood SK21等人，认为细胞外的 HSP70 是肿瘤免疫治疗的有效试剂，它能够阻断肿瘤相关抗原耐受过程，并且通过细胞毒素 CD8+T 淋巴细胞杀伤特定的肿瘤细胞。 FU Qingguo22等，将 HSP70 与白细胞介素 2(IL-2)以不同的计量和时间间隔分别注入已移植出肿瘤的老鼠体内，实验结果表明 HSP70 比 IL-2 能更有效的抑制肿瘤的生长或者在不同程度上延长老鼠的寿命。而在两者复合治疗过程中 HS
15、P70 在延长和消除肿瘤作用中也起到了主要的作用。尽管现在可以针对许多种肿瘤产生针对性的抗肿瘤免疫，但大多数的肿瘤细胞在肿瘤表达的过程中会产生耐受的现象。这些耐受的现象包括很多机制，像肿瘤细胞 T 淋巴细胞的杀伤力的减弱，MHC类分子的调节低下、免疫监视的逃脱和肿瘤抗原耐受性的增强等。肿瘤抗原的耐受被认为是抗原呈递给 T 淋巴细胞受阻的主要问题，并且这个过程也被认为是需要解决的主要目标23。5.2 肿瘤的基因治疗：基因治疗的目的是诱导转基因表达的紧密间隙和时序控制。关于可诱导的基因启动子在用于自杀基因的调控上有很多种途径。而 HSP70 作为启动子在头、颈部肿瘤当中起着重要的作用，为肿瘤的基因
16、治疗提供了一个有效的联通体系。在头、颈部肿瘤基因治疗中可能有两种启动子起作用：一种是温热诱导的人 HSP70 启动子;一种是放射诱导的启动子 egr1。Schmidt M 等24人，在体外分别用头、颈部两种稳定的细胞株进行试验，将两种启动子分别作用于两种细胞株并且用荧光激活细胞分类技术、蛋白印迹分析技术和荧光(显微)镜检查技术分析测量这两种因子对基因活化的作用。结果表明 HSP70启动子在两种细胞株中的一种(经过升温处理后细胞) ，其基因活性是已报道基因表达活性的 5.83 倍，而放射诱导因子仅仅表现出微弱的诱导作用。因此，HSP70 启动子为基因治疗提供了一种有用的途径。同时热诱导的 HSP
17、70 启动子用于基因治疗的这个特性在体内和体外等许多的肿瘤株中也得到了证实2526。另外国内也有文献报道在胃癌、宫颈癌细胞中都出现了 HSP70 基因转录(mRNA) 大大增强的结果。为应对这种变化,细胞就需要合成足够量的 HSP。因此,其调控机制就促进 HSP70 基因大量合成 mRNA ,从而使 HSP70 呈现高表达。而高表达HSP70 可以抑制肿瘤细胞死亡，使肿瘤细胞产生耐受，如果通过抑制 mRNA 的转录可以减少 HSP70 表达的话就可以有效的杀伤肿瘤细胞，从而就可以为肿瘤的基因治疗提供一个新的途径。6 小 结综上所述，通过对 HSP70 特性的了解， HSP70 以其特殊的 分子
18、伴侣 作用参与了肿瘤细胞的抗凋亡、免疫反应以及肿瘤的治疗过程。虽然大量研究认为 HSP70 是抗凋亡蛋白，但是也有研究表明 HSP70 在调解肿瘤细胞凋亡时具有双项性，说明 HSP70 在有些情况下具有促肿瘤细胞凋亡作用，但是对于 HSP70 如何促进肿瘤凋亡的研究却报道不多。针对HSP70 对于肿瘤细胞特性所采取的治疗手段除了有基因治疗和免疫治疗等以外还有热化疗方法。热化疗是近年来发展起来的一种新的治疗肿瘤的方法，热化疗可以通过促进癌药物敏感细胞株与多药耐药细胞株表达 HSP70，提高免疫效应细胞对靶细胞的杀伤活性。但随着加热温度的升高和时间的延长，肿瘤细胞又出现热耐受，因此如何解决肿瘤的热耐受和限定加热时间依然是个值得探讨的问题。虽然目前针对 HSP70 与肿瘤的相关性的研究很多，但大多属于实验性研究，随着对 HSP70 特性的更深入的了解与研究，我们相信终有一天可以更好的指导临床工作。 20801865
