熱休克蛋白70及其疫苗與胃癌的相關(guān)性研究

高曉霞，馮義朝

(延安大學(xué)附屬醫(yī)院，陜西 延安 716000)

熱休克蛋白(heat shock protein，HSPs)又稱應(yīng)激蛋白(stress protein，SP)，廣泛存在于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和葉綠體細(xì)胞中，是一類高度保守的蛋白質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞在受到一些應(yīng)激原如高熱、感染、缺血、缺氧及化學(xué)物質(zhì)等刺激時，會激活HSP基因，高效合成熱休克蛋白，發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)功能。應(yīng)激時HSPs在細(xì)胞內(nèi)的出現(xiàn)標(biāo)志著細(xì)胞自身保護(hù)機(jī)理的啟動。近年來很多研究表明，HSPs與腫瘤的生物學(xué)行為及其預(yù)后有著密切的關(guān)系[1-2]。本文重點(diǎn)對熱休克蛋白70及其疫苗在胃癌中的意義及進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 HSP70的分類和結(jié)構(gòu)

1.1 HSP70的分類 Ritossa[3]1962年在果蠅中首次發(fā)現(xiàn)：在熱刺激的誘導(dǎo)下，果蠅唾液腺染色體出現(xiàn)3個膨突，說明這一區(qū)帶轉(zhuǎn)錄加強(qiáng)，這一現(xiàn)象被稱為“熱休克反應(yīng)(HSR)”。HSP70是熱休克蛋白家族中的重要成員，其分子量比較大，約為72 000～80 000。HSP家族大致可以分為4種類型：①HSP70(熱應(yīng)激同源蛋白70，heat shock cognate 70)，也稱為HSP73，屬于結(jié)構(gòu)型HSP70，幾乎在所有的細(xì)胞內(nèi)都可表達(dá)，而且受熱刺激的誘導(dǎo)，其在細(xì)胞的分化和發(fā)育中起著重要的作用；②HSC70，也稱為HSP72，屬于誘導(dǎo)型HSP70，一般在正常細(xì)胞中不表達(dá)或表達(dá)量很少，但是在應(yīng)激原如炎癥、腫瘤的作用下，可以誘導(dǎo)它的表達(dá)，從而發(fā)揮保護(hù)細(xì)胞的功能；③GRP78(葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78，glucose-regulated protein 78)，存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)；④GRP75(葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白75，glucose-regulated protein 75)，主要位于線粒體內(nèi)。

1.2 HSP70的結(jié)構(gòu) HSP70在結(jié)構(gòu)上具有3個結(jié)構(gòu)域：近N端為ATP酶活性結(jié)合區(qū)，可以結(jié)合ATP并且具有ATP酶活性，分子量約為45 000，N端包括兩個球形亞功能域Ⅰ和Ⅱ；緊接著的部位是多肽或特殊蛋白的結(jié)合部位，分子量約為15 000；近C端的氨基酸序列，分子量約為10 000，其結(jié)構(gòu)和功能尚不明確，可能和某些特定的蛋白底物的作用有關(guān)系。HSP70發(fā)揮分子伴侶的作用，主要取決于其ATP結(jié)構(gòu)域。

2 HSP70在胃癌中的表達(dá)及作用

2.1 HSP70在胃癌中的表達(dá) 目前許多研究表明，HSP70在許多腫瘤組織中都有表達(dá)。在胃癌中，HSP70也有表達(dá)。李春梅等[4]研究表明，隨著前胃黏膜細(xì)胞形態(tài)的改變，HSP70的表達(dá)呈升高趨勢，并且與對照組相比較有顯著性差異。肖立新等[5]對胃癌病例的研究也表明，胃癌組織中HSP70的表達(dá)與病理組織學(xué)的分級及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，但與淋巴轉(zhuǎn)移情況沒有明顯的相關(guān)性，說明HSP70還可作為判斷胃癌惡性程度及預(yù)后的指標(biāo)。吳永梅等[6]研究發(fā)現(xiàn)，HSP70隨著胃黏膜從腺體萎縮，中重度不典型增生到組織癌變的過程呈遞增形式表達(dá)，與TMN分期呈正相關(guān)表達(dá)。這表明HSP70在胃癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。陳蘭英等[7]對癌組織中HSP70基因表達(dá)研究表明，癌組織中HSP70基因轉(zhuǎn)錄大大增強(qiáng)。

2.2 HSP70在腫瘤中的生物學(xué)作用

2.2.1 分子伴侶作用 分子伴侶通過減少錯誤的蛋白質(zhì)折疊途徑來給處于折疊中間肽的多肽鏈提供了最多的正確折疊機(jī)會。HSP70主要通過以下途徑發(fā)揮伴侶功能的作用：①通過ATP依賴的方式結(jié)合未折疊多肽鏈的疏水區(qū)，從而穩(wěn)定蛋白質(zhì)的未折疊狀態(tài)，使蛋白質(zhì)向著正確的折疊方向進(jìn)行；②可以解聚或降解錯誤折疊蛋白質(zhì)，減少不溶性蛋白質(zhì)的聚集；③通過與一些細(xì)胞中的蛋白質(zhì)前體相結(jié)合，維持蛋白質(zhì)的伸展?fàn)顟B(tài)，完成細(xì)胞內(nèi)跨膜轉(zhuǎn)移，進(jìn)入到不同的區(qū)域發(fā)揮作用。此外，細(xì)胞內(nèi)有很多蛋白質(zhì)可以與HSP70暫時性結(jié)合，以保證其適宜的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

2.2.2 協(xié)同免疫功能 研究表明[8]，HSP70通過識別清除受損細(xì)胞表面的毒性細(xì)胞，發(fā)揮其免疫作用和抑制炎癥作用。HSP70可以與抗原和ATP結(jié)合，加工和呈遞抗原，抗原與細(xì)胞內(nèi)主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex, MHC)分子形成復(fù)合物，該復(fù)合物可以特異性地識別T細(xì)胞，激活免疫應(yīng)答反應(yīng)；HSP70又可抑制IL-1、腫瘤壞死因子(TNF)-α等炎癥介質(zhì)的表達(dá)；它還能與腫瘤多肽特異性結(jié)合熱休克蛋白-肽復(fù)合物(HSP-Pe)，通過與抗原呈遞細(xì)胞(antigen-presentingeell，APe)的表面受體結(jié)合，激活機(jī)體特異和非特異免疫反應(yīng)。

2.2.3 抗細(xì)胞凋亡的作用 HSP70主要調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞周期及凋亡[9]。HSP70通過線粒體途徑、死亡受體途徑、DNA降解途徑影響細(xì)胞凋亡[10]。①線粒體途徑。HSP70通過降低線粒體外膜的透性，使線粒體釋放cytc減少，抑制凋亡活化因子自身多聚化，阻滯procaspase-9與凋亡活化因子多聚物的結(jié)合，使凋亡小體不能形成，下游的caspase-3不能被激活。②死亡受體途徑。應(yīng)激因子可以激活應(yīng)激酶JNK，啟動特定程序引發(fā)細(xì)胞凋亡。HSP對JNK激活的抑制作用是其抗凋亡的重要機(jī)理之一。③抑制凋亡激活基因P53、Bax的表達(dá)。HSP70可能通過抑制P53C從而防止P53介導(dǎo)的Bax基因的轉(zhuǎn)錄激活。

3 HSP70疫苗在胃癌中的優(yōu)勢

3.1 HSP70疫苗的研究基礎(chǔ)

3.1.1 HSP70在特異性抗腫瘤免疫中的作用 HSP70可以通過識別呈遞抗原細(xì)胞表面的特異性受體并結(jié)合成抗原肽，抗原肽與細(xì)胞內(nèi)MHC-1類分子形成復(fù)合物，通過呈遞抗原細(xì)胞的呈遞作用，激活細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞，引起特異性抗腫瘤免疫應(yīng)答。相比較單獨(dú)的腫瘤多肽，HSP70多肽復(fù)合物可通過交叉呈遞途徑激活更強(qiáng)烈的T淋巴細(xì)胞反應(yīng)[11]。

3.1.2 HSP70在非特異性抗腫瘤免疫中的作用 HSP70在非特異性抗腫瘤免疫中通過多種途徑發(fā)揮作用。①誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞(DC)成熟：樹突狀細(xì)胞是體內(nèi)最強(qiáng)大的呈遞抗原細(xì)胞，但是只有成熟的DC才能激活細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞反應(yīng)。HSP70可以與DC表面的受體CD91結(jié)合，誘導(dǎo)DC成熟，產(chǎn)生CTL免疫應(yīng)答[12]。②增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞(NK)和r&T細(xì)胞的抗腫瘤作用：HSP70能活化NK細(xì)胞，誘導(dǎo)其遷移活化，提高NK細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的殺傷活性；r&T細(xì)胞是機(jī)體抵御外界傷害的第一道防線，主要存在于黏膜、上皮組織及外周血中，HSP72能誘導(dǎo)r&T細(xì)胞的增殖，作為一種免疫佐劑輔助加強(qiáng)r&T細(xì)胞的抗腫瘤作用。③激活補(bǔ)體系統(tǒng)：Prohaszka等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，HSP70可以不依賴抗體直接激活補(bǔ)體，而HSP60需要與特異性抗體形成復(fù)合物激活補(bǔ)體，HSP90不可以激活補(bǔ)體。HSP70通過激活補(bǔ)體途徑發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用，產(chǎn)生對腫瘤細(xì)胞的溶細(xì)胞作用。

3.2 HSP70疫苗作為胃癌疫苗的優(yōu)勢 HSP70疫苗作為胃癌疫苗有以下優(yōu)勢：首先，只有從腫瘤組織中制備的HSP70可以誘導(dǎo)抗腫瘤免疫反應(yīng)，HSP70本身作為抗原肽的載體，自身就充當(dāng)了免疫佐劑，無須其他佐劑。其次，HSP70多肽復(fù)合物包含了全部腫瘤抗原成分，可激活多種細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞反應(yīng)，更有效地殺傷一種腫瘤內(nèi)的所有腫瘤細(xì)胞，可以防止“腫瘤逃逸”。再次，HSP70在同種屬內(nèi)具有高度的保守性，HSP70多肽復(fù)合物可激發(fā)宿主產(chǎn)生非MHC-1限制性抗腫瘤免疫保護(hù)效應(yīng)，解決了主要組織相容復(fù)合體限制的問題[14]。此外，體內(nèi)外制備HSP70腫瘤疫苗的技術(shù)已經(jīng)成熟，為其應(yīng)用提供了可能性[15]。

3.3 HSP70腫瘤疫苗的主要類型

3.3.2 HSP70或其片段作為其他蛋白或多肽類疫苗的佐劑 Li等[18]的實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，較單獨(dú)的漢坦病毒核衣殼蛋白(nucleocapsid protein，NP)疫苗，HSP70-NP融合蛋白疫苗能誘導(dǎo)產(chǎn)生更高滴度的NP特異性的抗體，發(fā)揮高效的CTL反應(yīng)。Yamaoka等[19]研究表明，將多組氨酸(pHis)、HSP70和卵清蛋白的MHC-1抗原表位(peptide，pep)的基因串聯(lián)構(gòu)建抗腫瘤DNA疫苗，可針對特異性抗原的T細(xì)胞產(chǎn)生應(yīng)答，發(fā)揮顯著的抗腫瘤保護(hù)效應(yīng)。

3.3.3 直接從腫瘤細(xì)胞中純化構(gòu)建HSP70疫苗 Chen等[20]通過ConA-sepharose親和層析、ADP-agarose親和層析以及DEAE陰離子交換層析，從小鼠肝癌細(xì)胞中提取純化HSP70-腫瘤抗原肽用于DNA疫苗，用此免疫小鼠從而使小鼠獲得保護(hù)性免疫。Gong等[21]的實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，相比于單純從腫瘤中提取的HSP70抗原肽復(fù)合物，從樹突狀細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞共孵育后的混合細(xì)胞中提取純化HSP70抗原肽復(fù)合物具有更強(qiáng)的誘導(dǎo)DCs成熟的能力，進(jìn)而提高T淋巴細(xì)胞干擾素γ的表達(dá)及其殺傷能力。

4 結(jié) 語

HSP70在抗腫瘤免疫中發(fā)揮著重要的作用，由于其保守性及在消化道腫瘤中表達(dá)的豐富性，研究其抗腫瘤免疫機(jī)理和制備疫苗有著現(xiàn)實(shí)意義。但是，HSP70的具體抗腫瘤免疫機(jī)理還未闡明，HSP70腫瘤疫苗的臨床應(yīng)用也并不多，其在臨床治療中的劑量、途徑、療程等以及如何選擇、制備HSP70疫苗等問題，還需要長期的探索。但是，HSP70疫苗作為一種新型的抗腫瘤疫苗，為腫瘤的免疫治療提供一個新的思路和途徑。

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