热休克蛋白与肿瘤及其细胞凋亡的关系

1．前言

热休克蛋白(Heat Shock Proteins, HSPs)是生物体(或离体培养的细胞)在不良环境因素作用下产生的具有高度保守性的应激蛋白，普遍存在于整个生物界。热休克反应(heat shock response HSR)是一种生理性的快速短暂的细胞代谢调节，此期间细胞内一些正常基因的表达受到抑制，而一组特殊基因则被激活并表达，这组特殊基因就是热休克基因,所产生的蛋白质称为热休克蛋白。 通过大量的研究发现HSR具有以下特点：（1）普遍性：HSR广泛存在于从原核到真核生物的生物界有机体内。（2）保守性：HSR是存在于生物系统不同层次结构中的普遍现象。HSR所产生的HSPs从结构到功能都具有极端的保守性，其核酸序列在不同物种之间具有高度的同源性，如大肠杆菌的DnaK基因与真核生物HSP70基因有40-60%的同源性，真核生物间HSPs的同源性可达60-80%[3]； （3）HSR不仅能为热损伤所诱导，而且可谓许多其它损伤因素及应激刺激，包括物理、化学因素乃至机械刺激（如葡萄糖缺乏、缺血、寒冷、创伤、中毒、重金属、饥饿、缺氧、氧自由基）所诱导,以及其它因素如感染（包括细菌、病毒和寄生虫感染）、恶性肿瘤等所诱导。

2．HSPs与肿瘤免疫、增殖

HSPs与肿瘤免疫：Yoshino等研究表明，被HSP70激活的CD4+ T细胞存在于肿瘤组织内，并发挥抗肿瘤作用。Udono 等的研究亦表明从肿瘤组织获得的HSP70和小分子肽复合物具有肿瘤特异免疫原性，产生特异抗肿瘤免疫效应。将二者分离，单独存在的HSP70无此作用，而小分子肽在两小时内即大部分降解，含量甚微。因此，利用HSP70结合肽链这一特性获得特异性免疫原性和免疫抗性，可能为肿瘤的治疗提供一条新途径。热休克蛋白-肽复合物肿瘤疫苗研究已成为一个热点。

HSPs与肿瘤增殖：Liu等实验结果证实，热休克蛋白与肿瘤增殖存在一定关系。当细胞从细胞分裂的G0期进入G1期伴随着热休克蛋白的产生；静止T细胞第一次受有丝分裂原刺激或当长期去除生长因子培养的纤维细胞或T细胞再给予血清或白细胞介素-2时，均可产生HSP70。关于转化的细胞，一些结果提示，细胞增殖活性水平可以影响HSP70的诱导。但对于正常培养的纤维细胞，证实HSP70产生水平的不同与它的培养代数密切相关。实验证实相同的培养期但有不同增殖活性的T细胞有相同的HSP70产生。另外，检查一组T淋巴肿瘤细胞，发现HSP70的诱导与细胞增殖活性无关，提示增殖抑制与热休克反应下降可能通过不同途径。老化的T细胞和T淋巴肿瘤细胞对热休克反应都减弱。

3．HSPs与肿瘤细胞凋亡

HSPs与肿瘤细胞凋亡具有密切关系。细胞凋亡和细胞坏死是细胞死亡的两种不同形式。细胞凋亡是与机体组织自稳机制有关的主动性死亡，是细胞在一定生理和病理条件下，遵循自身程序的生理性死亡。自1972年Kerr等首次提出这一概念以来，对细胞凋亡的研究越来越受到人们的重视，逐渐深入到病理学、细胞生物学、肿瘤学、免疫学等各个学科。细胞凋亡作为一种主动死亡形式，见于许多正常的生理过程。其最突出的形态学特点是细胞的死亡起始于细胞核的改变，主要表现为核固缩、DNA非随机降解成小片段，胞质浓缩，胞膜皱折或“出芽”，后期裂解成数个大小不等的凋亡小体(apoptotic body)或者膜受损发生继发性坏死，凋亡细胞外周多无炎症反应，而细胞坏死则相反，早期即会失去膜的完整性，导致细胞质的渗漏和炎症反应。细胞凋亡涉及了许多生理和病理过程，且往往是细胞活动短暂过程中的最终结果。

研究至今，已有许多关于HSPs与细胞凋亡抑制方面的报道。Gabai等 研究Ehrlich腹水癌(Ehrlich ascites carcinoma,EAC)细胞发现，指数增殖的EAC细胞受到短期高温影响并恢复积聚HSP后，便变得对凋亡具有抵抗力，而一种胞质蛋白(如HSP70)合成的抑制物棗放线菌酮却能阻碍这种抵抗力的获得，这提示，HSP70能促使细胞获得对凋亡的抵抗力。Samali等将V937和Wehi-s细胞在42℃F培养1小时后，诱导出HSP27、70和90，这种细胞若暴露于细胞凋亡诱导因子(放线菌素-D、足叶乙甙等)中，维持存活2小时，同样受细胞凋亡诱导的刺激时，热休克培养的细胞只有少量凋亡，而培养的对照细胞则大量凋亡。同样，转染过HSP27或70的Wehi-S细胞对凋亡的抵抗力很强。即热休克处理或稳定转染引起HSP27或70的表达，增强了V937或Wehi-S细胞对凋亡的抵抗力。

研究表明HSPs的出现与细胞凋亡正相关，Chant,I.D等利用急性髓性白血病(AML)病人血细胞，在去除血清和外源生长因子的情况下孵化48小时后，分析发现凋亡细胞与用抗HSP70荧光染色标定的mPC(mean peak channel)之间存在明显的正相关(P=0.009)，尽管HSP70的表达绝大多精情况下保护细胞避免凋亡，但此实验还是显示出一种HSP70水平与细胞凋亡率间的平行关系。Galea等也发现在TNF-α和放线菌酮(CX)处理的U937单核细胞中，HSP90的减少可保护细胞避免凋亡。

4.HSPs参与细胞凋亡的机制:

至今，对HSPs参与细胞凋亡的机制没有统一的认识，但研究已发现几种可能相关机制。(1)与免疫机制有关, 目前已明确，细胞表面的Fas/Apo-1受体和它们配体是细胞凋亡的重要介质。Mehlen.P等在试验中发现在小鼠L929细胞中人类HSP27的表达抑制了Apo-1抗体诱导DNA断裂和细胞形态改变。这一事实有力地证明了人类HSP27是细胞内介导细胞凋亡的Fas/Apo-1的抑制物。另外，在Poccia等观察到凋亡T细胞表面HSP有不正常的易位现象。而且，糖皮质激素诱导的胸腺细胞凋亡与细胞膜上的HSP60与HSP70的表达有关，经历凋亡的细胞膜表面不同部位HSP60和HSP70表达可支持细胞生存。他们认为细胞膜上HSP的表达可能提供了一种能够包裹自身和外源抗原的新的免疫物质，从而使细胞避免凋亡。(2)调节酶活性, Gabai等认为，细胞内高水平的HSP72是通过灭活应激诱导的蛋白激酶活性而抑制细胞凋亡的。他们发现应激处理时，细胞内HSP72的增加抑制了蛋白激酶P38 和JNK(Jun N-terminal kinase)的活性，还发现细胞内一些单纯激活P38 和JNK活性的反常蛋白被过度表达的HSP72抑制，而且HSP72的这种抑制效应明显增强了细胞的耐热性。

5.HSPs与肿瘤基因

HSPs通过影响细胞增殖过程必需的蛋白构象而参与细胞周期，如C-myc,src,p53及Rb等。

C-myc基因：已经确定，C-myc基因是促凋亡基因。Li.WX等研究了Rat-1中成纤维细胞热诱导的凋亡。人类HSP70基因转染的Rat-1(M21)和人类C-myc基因转染的Rat-1(Rat-1:myc),在44℃60分钟热处理后的24小时鉴定的细胞凋亡分数为：Rat-1(M21)16％，Rat-1:myc 70％，即Rat-1(M21) 是耐热的，而Rat-1:myc则是热敏感的，表明人类c-myc原癌基因的表达增强热诱导的细胞凋亡,而人类HSP-70基因的表达却相反。

P-53基因：野生型P53 (WtP53 )是肿瘤抑制基因，对细胞凋亡具有促进作用，几乎一半以上人类肿瘤都表现有WtP53 的丢失或突变。Bahman等发现人乳腺细胞系T47D胞质中，P53/HSP70/hsp90聚合在一起形成复合体。HSP90稳定P53 的构象,而HSP70则通过促进复合体的形成来避免因P53解离入核而表现出的促凋亡作用。

Bcl-2基因：Bcl-2能特异性抑制细胞凋亡，strasser等发现Bcl-2基因与耐热性共同维系细胞生存，这种耐热状态被确认是由稳定状态时一种或几种HSP浓度升高时介导的。即使在高热状态，Bcl-2的蛋白也可以抑制细胞凋亡，但Bcl-2本身并非应激诱导。Guenal等也发现HSP27与Bcl-2在不同水平抑制细胞死亡，但它们的保护作用仅部分存在重叠。

另外, Galli等发现当靶细胞处于不同的生长环境时，HSP能发挥两种截然不同的作用:既促进死亡又促进生长。他们对鼠P19畸胎瘤中的结核杆菌HSP10的研究表明：(1) 10%-2%FBS(Fetal Bovine Serum),HSP10明显促进增生，且表现“钟罩”曲线和最大效应(43.7±8.1%)；(2)1%FBS时，细胞既不增生也不死亡，HSP10均失活；(3)0.01%FBS时，HSP促进凋亡，且表现数量依赖性曲线和最大效应(62.9±17.7%)[63]。

综上所述，各种HSPs不是在一个水平，以一种最终途径参与细胞凋亡。关于HSPs与凋亡还有许多问题尚待研究。