熱激蛋白27及羰基還原酶1與肝癌的研究進展

王 瑩，袁志偉，李偉霞(綜述)，申麗娟(審校)

(昆明醫學院海源學院，昆明 650106)

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是全世界最常見的惡性腫瘤之一，每年約有50萬人因HCC而死亡[1]，亞洲和非洲地區具有很高的發病率[2]，絕大多數HCC的發生與慢性肝炎和肝硬化密切相關[3]。資料顯示，肝癌高發地區高達60%～90%的肝癌患者有乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)感染；而我國肝癌患者中大約有84.6%合并有肝硬化[4]。肝癌發病隱匿，臨床發現時多已為晚期，患者病死率高。應用甲胎蛋白(alpha fetoprotein,AFP)檢測對HCC患者的早期診斷有一定作用，但其敏感性較差。有報道，肝癌患者AFP單項的靈敏度為60.53%、特異度為82.09%，陽性預測值是79.31%[5]。15%～20%的肝癌晚期患者AFP水平仍保持正常[6]。因此，僅憑AFP診斷肝癌易造成漏診和誤診。據報道，熱激蛋白(heat shock proteins,HSP)27在HCC組織和癌旁組織中的陽性表達率分別為75.0%和61.8%，且HSP27表達與HCC病理分期、乙型肝炎表面抗原陽性有關[7]。HCC中過表達的HSP27可以作為HCC的早期診斷和治療的生物標志物[8]。應用HSP27與AFP相結合檢測原發性肝癌時，診斷靈敏度(78.95%)和陰性預測值(76.47%)都大大提高[5]。另有研究表明，羰基還原酶(carbonyl reductase,CBR)1在HCC中高表達[9]，它在血清撤離誘導凋亡中發揮促凋亡作用，并且CBR1的抑制物能夠加強蒽環類抗腫瘤藥物的藥效[10]。

1 HSP

HSP廣泛存在于生物細胞原核及真核中，是一組具有重要生理功能、高度保守的蛋白質分子。在細胞生長、發育、分化、基因轉錄方面發揮重要作用。在腫瘤的形成過程中，隨著腫瘤細胞不斷增殖，合成代謝增強，突變和不正常的蛋白質存在誘導了HSP的合成，大量HSP參與腫瘤的發生過程。HSP的高表達一方面介導癌基因及抑癌基因產物的正確折疊、跨膜轉運；另一方面介導錯配蛋白的降解，協調腫瘤細胞的蛋白質快速代謝平衡，使腫瘤細胞得以無限增殖。此外，HSP的高表達還增強了腫瘤細胞抗凋亡能力，具有保護腫瘤細胞的作用，與癌基因、抑癌基因產物結合，使細胞生長抑制效應及死亡減弱。HSP還參與腫瘤免疫和腫瘤耐藥等各個方面，嚴重影響抗腫瘤治療的效果[11]。

HSP按照其相對分子質量和等電點的不同，分為6個家族，分別是HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40及小分子HSP(small heat shock proteins,sHSP)[12]。

1.1HSP27結構特點分類及其生物學特性 HSP27是sHSP亞家族中的重要一員，其主要的生物學功能是保護細胞免受各種應急因素的損傷。HSP27的相對分子質量為27×103[13]，其基因在啟動子區有熱激調節元件及應激相關調節元件，其氨基酸序列具有與α-晶體蛋白相類似的N末端序列，其氨基酸中的15、78、82位絲氨酸是磷酸化的主要位點。有絲分裂激活的蛋白激酶完成對HSP27的磷酸化，其磷酸化作用可被生長因子、分化因子、腫瘤壞死因子、氧化應激或熱休克等信號所調節。大的非磷酸化的HSP27寡聚體發揮非ATP依賴性保護細胞的分子伴侶作用，而小寡聚體則可能對肌動蛋白的聚合和解聚起作用[14]。寡聚體的解離與聚合因其生物學功能不同而異，如調節細胞間的活性氧化物、維持谷胱甘肽水平時需聚合成寡聚體，而行使分子伴侶功能時則需解聚。

在生物體內主要有兩種HSP——誘導型和構成型。誘導型HSP主要在外界環境的刺激下表達，具有保護細胞的功能；構成型HSP在生理狀態下表達，與細胞的分化、發育密切相關。作為HSP家族的一員，HSP27也分為誘導型和構成型[15]。許多研究發現，構成型HSP27的表達因組織而異，且定位于不同的亞細胞結構[16-18]。

1.2HSP27與HCC HSP27對大多數人類腫瘤細胞起到至關重要的作用。HSP27作用于凋亡通路上的多個環節，與Caspase-3結合，抑制細胞凋亡的發生[15]。視網膜神經膠質瘤時HSP27在抗癌藥物作用下能夠保護腫瘤細胞免受凋亡信號的介導[19]，起到抗凋亡的作用。HSP27參與腫瘤的形成和發生，且與腫瘤細胞的浸潤和轉移有關，且與腫瘤的發病間期、腫瘤細胞和組織學分化程度有關[20]。HSP27在一些腫瘤中呈高表達，如胃癌、乳腺癌、前列腺癌、食管癌、卵巢癌及HCC等多種惡性腫瘤，且與腫瘤的惡性程度、TNM分期及預后有關[21]；并參與腫瘤的侵襲和轉移[15]，在HCC中HSP27的高表達可作為判斷其預后不良的標志。近年來，HSP27與肝癌的關系日益受到重視。

目前已有研究表明HSP27在HBV相關性HCC中高表達[22]。在外周血單個核細胞中，HSP27表達水平在HBV相關性HCC患者中明顯增強，在乙型肝炎肝硬化患者中有增加趨勢，在慢性乙型肝炎患者及健康對照中HSP27的表達水平很低[23]。通過對人肝細胞肝癌組織及正常人、HBV患者和肝癌患者的血清蛋白質組學研究發現，在惡性程度高、侵襲性強的肝癌組織及肝癌患者血清中HSP27均呈現高表達[8]。Luk等[2]和龍江等[24]研究發現，與癌周組織和正常肝組織相比較，HCC中HSP27表達顯著增加。HSP27在HCC組織中和癌旁組織中的陽性表達率分別為75.0%和61.8%，且HSP27表達與HCC病理分期、HBsAg陽性、腫瘤淋巴結轉移有關[7]。但也有學者研究表明，HBV相關HCC中HSP27的表達水平并不高。Luk等[2]研究發現，HSP27在肝癌中高表達，但HSP27的高表達與HBV和HCV病毒感染關系不大。

近年來，關于HSP27的研究更加深入，不少學者分別從HSP27基因、蛋白結構和定位、生物學功能等方面對其進行研究。HSP27主要在肝細胞的胞質中高表達，而在新生的肝細胞中低表達或不表達。HSP27在肝癌組織中通過與一些多肽或小分子蛋白質的相互作用參與相關蛋白的調節，參與調控肝癌的發生、發展[25]。研究提示，HSP27的高表達與肝癌細胞的轉移潛能有關，而且HSP27可通過與核轉錄因子κB(nuclear transcription factor-kappa B,NF-κB)通路中蘇氨酸蛋白激酶β及IκBα(NF-κB的抑制因子之一)成分的相互作用及影響蘇氨酸蛋白激酶復合物的穩定性來參與NF-κB途徑的激活，抑制肝癌細胞的凋亡[8,26]。HSP27在腫瘤發生過程中誘導細胞凋亡，從而保持細胞生長和凋亡這兩個相互依存的信號通路之間的動態平衡[24]。

2 CBR

CBR由Ris等[27]在1973年從人腦組織中分離出來。CBR廣泛存在于自然界中，分布于非哺乳動物和哺乳動物多種組織的胞質中，如細菌、昆蟲，人、鼠的肝臟、心臟中。Wermuth[28]在研究中提出，CBRs屬于一類氧化還原酶類蛋白質，它保存在蛋白質氨基酸殘基中，屬于短鏈脫氫還原酶家族成員之一，多為小分子單體。CBR是一個煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(triphosphopyridine nucleotide,NADPH)依賴酶，由277個氨基酸殘基組成，能夠催化大量生物學基質和藥理學基質，包括了大量內生或外界的羰基復合物[29]。最初檢測出其位于人體的第21號染色體，后來運用高分辨率原位雜交方法檢測出其定位于人體21q22.12[30]。研究表明，CBR在類固醇代謝、藥物代謝、藥物抗性、變異發生、信號轉導和腫瘤發生等細胞代謝過程中，都發揮著重要作用[31]。參與還原包括醌、酮和醛在內的各種羰基化合物，在解除細胞內的正常代謝產物或外源性化合物的毒性效應方面起著重要作用。Wermuth[28]報道稱，CBR是人體肝臟內的一類依賴NADPH的苯醌類氧化還原酶，且能在解除苯醌類物質的毒性作用中起到一定作用。Lopez de cerain等[32]在檢測肺和乳腺的正常組織與腫瘤中的CBR活性時發現，在肺和乳腺腫瘤中CBR的水平高于正常組織大約3倍。Schlager等[33]也有相同報道，且提示CBR的表達與腫瘤的組織學分型、TNM分級或雌激素受體和孕激素受體有相關性。CBR含量的增加可以導致腫瘤細胞對一些藥物產生耐藥性，抑制CBR的表達可能具有增加抗腫瘤藥物對腫瘤細胞的毒力和減少藥物對心血管毒力的雙重功效[31]。

目前已發現的人羰基還原酶基因共有4個，分別是CBR1、二羰基/L-木酮糖還原酶(dicarbonyl/L-xylulose reductase,DCXR)、CBR3和CBR4。

2.1CBR1與腫瘤 CBR1在肺癌、乳腺癌、肝癌組織中的表達水平顯著高于正常組織。Umemoto等[34]發現在上皮來源的卵巢腫瘤中，CBR1的低表達與腹膜后淋巴結轉移及較低的存活率有關，認為CBR1對腫瘤的發生和轉移具有調控作用。

CBR1通過減少細胞內的氧化壓力來保護細胞對缺氧和抗癌藥物的損害。而CBR1的抑制物則在低氧或聯合其他抗癌藥物使用時促進細胞死亡。據報道[10]，CBR1在血清撤離誘導凋亡中發揮促凋亡的作用，CBR1抑制劑通過阻斷CBR1對蒽環類解毒效應使得發生蒽環霉素改變的細胞病死率增加，即使用CBR1抑制劑可以加強蒽環類抗腫瘤藥物的藥效。因此，CBR1在腫瘤中的應用前景是廣泛的。

2.2CBR1與HCC CBR1能夠保護細胞免受脂質過氧化反應。HCC的多數臨床癥狀均由脂肪代謝異常及解毒功能降低引起[31]。在HCC中經常出現細胞透明變性和脂肪變，這主要是伴隨有脂肪酸或其他脂質的堆積[9]。這些都提示在損傷細胞中有脂肪酸的降解受到抑制或脂肪酸的合成被加強。β氧化脂肪酸的降解就發生在線粒體和過氧化物酶當中。泛醌在線粒體內β氧化脂肪酸中起到了很多重要的作用，而CBR1能夠降低泛醌。CBR1主要催化大量NADPH依賴的各種羰基復合物，如泛醌和甲萘醌(維生素K3)。泛癸利酮是線粒體呼吸鏈的組成部分，并以電子載體形式參與線粒體β氧化反應過程。因此推測，CBR1的功能可能與β氧化反應過程有關[24]。據報道，在4例肝癌患者中有3例患者CBR1表達增高[9]。快速生長的肝癌細胞特別是在中心區域的細胞經常處于缺氧的情況，最終引起脂質過氧化反應等氧化壓力，使細胞死亡[29]。然而，肝癌細胞中也有一些避免細胞死亡的機制，如乏氧誘導因子1(hypoxia-inducible factor1,HIF1)的調節，它可以主動調節機體內的低氧平衡，其中又以HIF-1α最為敏感，它在缺氧情況下較為穩定，能調節血管生成來增加血流量緩解缺氧。HIF-1α通過綁定乏氧反應元件序列5′-A/CGTG-3′(其中包含了CBR1的啟動子)來上調CBR1，使細胞在缺氧環境下的病死率下降。Tak等[29]提出，CBR1是一種通過HIF-1α調節的抗凋亡分子。

在HCC中CBR1的表達水平有所不同。有報道稱，在78例HCC中有56例CBR1高表達[29]。在10例小肝癌(直徑≤3cm)中CBR1均高表達[24]。也有研究結果顯示，在肝癌及癌旁組織中CBR1有不同程度的下調[31]。Suto等[9]曾報道，在絕大多數原發性肝癌中，CBR1的表達水平很弱或者不表達，并且這種CBR1蛋白水平的下降與肝癌細胞的去分化程度特異性相關。但該結果具有爭議，與來自同一實驗室先前的報道相反[35]。

3 結 語

肝癌患者早期發病隱匿，臨床上發現時多為晚期，故尋找肝癌早期敏感標志物非常重要。HSP27是sHSP亞家族中的重要一員，抑制腫瘤細胞發生凋亡。HSP27在肝癌中表達水平有較大差異。CBR1在一定程度上促進HCC患者肝細胞發生變性，通過調節HIF-1α發揮抗凋亡作用。HCC中CBR1表達水平同樣存在差異。HSP27和CBR1與肝癌關系研究甚多，但目前無研究表明在正常肝、乙型肝炎、肝硬化、癌周肝硬化和HCC中，HSP27和CBR1各自的表達水平有無改變；機制如何；是否能將HSP27、CBR1與AFP三者聯合檢測HCC，提高肝癌的早期診斷率或作為早期肝癌的診斷標志物；這些都需做進一步研究和探討。可以預見，隨著HSP27和CBR1的深入研究，將為HCC的早期診斷提供新的希望和機遇。

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