磷酸化HSP27 在惡性腫瘤中的研究進展

畢 珊，羅浩丹 綜述，陳紹春，李國萍 審校

（1） 昆明醫科大學第三附屬醫院頭頸外二科，云南昆明 650118；2） 昆明醫科大學基礎醫學院人體解剖與組織胚胎學系；3） 康復學院，云南昆明 650500）

熱休克蛋白 27（heat shock protein 27，HSP27） 又稱HSPB1，是由HSPB1 基因編碼的小熱休克蛋白，在細胞應激如受到有絲分裂原、炎癥細胞因子、生長因子、激素、氧化應激等刺激時被誘導表達，HSP27 的高表達可增加多種惡性腫瘤細胞的侵襲性和化療耐藥性。同時，HSP27 可以經歷各種翻譯后修飾，其中磷酸化可調節HSP27 的細胞功能。HSP27 的異常磷酸化與病毒感染、特異性腫瘤、皮膚自身免疫性疾病、上皮間充質轉化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT） 和糖尿病心肌細胞脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）分泌增加等病理病變相關[1]。隨著研究的不斷深入，磷酸化HSP27 在各種疾病尤其是惡性腫瘤中的作用受到了廣泛的關注。

1 HSP27 的生物學特性

哺乳動物小熱休克蛋白家族（small heat shock protein，sHSP） 又稱HSPB 家族，由十個成員組成：HSP27/HSPB1、MKBP（肌營養不良蛋白激酶結合蛋白）/HSPB2、HSPB3、αA-crystallin/HSPB4、αB-crystallin/HSPB5、HSP20/HSPB6、cvHSP （心血管熱休克蛋白）/HSPB7、HSP22/HSPB8、HSPB9 和ODF1（外部致密纖維蛋白）/HSPB10[2]。其中HSP27 是目前研究最深入的成員之一，它廣泛存在于人體各個組織中，是最早在人體細胞內發現的分子量為27 kD 的HSP。HSP27 由位于染色體7q11.23 的HSPB1 基因所編碼，該基因是覆蓋2.2 kb 轉錄本的單拷貝基因，而這些轉錄本形成3 個外顯子，編碼205 個氨基酸。HSPB1 基因中含有兩個功能性的熱休克原件（heat shock elements，HSEs），可以與熱休克因子（heat shock factor，HSF） 相結合，從而調控HSPB1 的轉錄活性[3]。HSP27 包含一個高度保守的α-晶體結構域、保守性較差的WDPF 結構域和高度靈活可變的C 端。其中α-晶體結構域在HSP27 二聚體的形成中起著至關重要的作用，而WDPF 結構域的N 端疏水區則可以調控其進一步形成多聚體[4]。α-晶體的結構是動態的，在應力條件下受到快速亞基交換的影響，它的結構域β7 中含有單一半胱氨酸殘基（Cys137），兩個相鄰的半胱氨酸殘基能形成二硫鍵，從而導致HSP27 的集聚[5-6]。與其他伴侶蛋白一樣，HSP27 結合蛋白質以促進底物再折疊，成為蛋白質質量控制網絡中普遍存在的成分。正常情況下，HSP27 多形成分子量50～800 KDa 的高分子多聚體，當蛋白質發生錯誤折疊時，HSP27 就會與客戶蛋白相互作用形成寡聚體，以調節蛋白穩態和細胞骨架，促進存活信號和轉錄途徑的激活[7-8]。

2 HSP27 的磷酸化

蛋白質磷酸化是真核細胞中最廣泛的翻譯后修飾，它參與了幾乎所有細胞的生命過程。磷酸化是HSP27 最重要的翻譯后修飾之一，在HSP27 的細胞功能中起著至關重要的作用[1]。HSP27 主要有三個磷酸化位點，即絲氨酸15（Serine 15，ser15）、78（ser78） 和82（ser82），它們一旦發生磷酸化，就會使HSP27 的三級和四級結構發生變化，從大的多聚體解離成小分子聚合體、四聚體及二聚體，進而使HSP27 識別和作用于錯誤折疊和聚集的蛋白質的能力增強[9-10]。在應激狀態下，HSP27 被多種蛋白激酶所激活發生磷酸化，如絲裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶2（MAPKAPK2）、絲裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶5（MAPKAPK5）、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC） 和蛋白激酶D（protein kinase D，PKD），而這些蛋白激酶又受到腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、有絲分裂原如胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、類固醇激素等因素的調控[11-12]。已有大量文獻證實了HSP27 的過表達促進了癌細胞的惡性進展，包括致瘤性、化療抗性、細胞凋亡的抑制及侵襲遷移能力的增強等[13]。蛋白質的磷酸化異常與腫瘤的發生密切相關，HSP27 發揮其分子伴侶功能主要是由磷酸化調節的。近年來研究發現，磷酸化HSP27 與肌動蛋白絲動力學及其相關進程如細胞骨架重塑、細胞遷移、肌肉收縮、細胞分化等密切相關[14-17]，同時HSP27 的磷酸化在腫瘤細胞中起到了抗凋亡、促進增殖及轉移、抗化療藥物等重要作用，本文將重點論述磷酸化HSP27 在腫瘤中的作用及其作為腫瘤治療靶點的潛在用途。

3 磷酸化HSP27 與惡性腫瘤的關系

3.1 磷酸化HSP27 在抗凋亡中的作用

越來越多的研究表明，磷酸化HSP27 直接或間接參與了腫瘤細胞凋亡的調節。Li 等[18]研究揭示了HSP27 磷酸化可以通過激活p38 MAPK 通路調節蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT） 發生磷酸化，進而與后者共同作用于膠質母細胞瘤細胞，發揮抑制細胞凋亡的作用。Qi 等[19]通過構建非磷酸化狀態的HSP27-3A 突變體和持續磷酸化狀態的HSP27-3D 突變體，發現HSP27 的磷酸化可以促進腫TNF-α 觸發的p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK） 和胞外調節蛋白激酶 （extracellular regulated protein kinase，ERK） 通路的激活，調節腫瘤壞死因子受體相關死亡域蛋白（TNF receptor associated death domain protein，TRADD） 的泛素化，以拮抗TNF-α 誘導的Hela 細胞凋亡。Tanaka 等[20]在肺癌細胞和骨肉瘤細胞中，抑制p38 MAPK/MK2 信號通路，從而抑制HSP27 在ser78 和ser82 位點上的磷酸化，增強了TNF-α 和環己酰亞胺促進細胞凋亡的作用。Chen 等[21]研究發現，運用化療藥物可以抑制磷酸化HSP27 與從線粒體中釋放的細胞色素c 的蛋白質相互作用，促進凋亡小體的形成，從而誘導了惡性腫瘤細胞的凋亡。

3.2 磷酸化HSP27 在惡性腫瘤侵襲和遷移中的作用

侵襲和轉移是腫瘤細胞最致命的特征，由多種生物分子和復雜的信號級聯通路調控。磷酸化HSP27 及其相關信號通路在腫瘤的侵襲和轉移中的作用受到了越來越多的關注。Shi 等[22]采用mRNA 芯片、PT-qPCR 和Western blot 技術檢測無淋巴結轉移和有淋巴結轉移的胃癌組織的差異表達基因和相關的下游靶蛋白，發現HSP27 作為p38/MAPKAPK2 通路的下游靶蛋白被磷酸化，參與了胃癌的轉移、生長和血管生成。Evgeniya 等[23]收集了100 例浸潤性乳腺癌組織標本進行免疫組化，結果證實磷酸化HSP27 比非磷酸化HSP27 顯示出更多的核定位，并與乳腺癌淋巴結轉移數量和百分比成正相關。Ke 等[24]在黑色素瘤細胞中敲除朊病毒蛋白（prion protein，PRNP） 以降低AKT的表達水平，進而使HSP27 的磷酸化減少，可以增強肌動蛋白的聚合并抑制細胞的遷移；而當過表達PRNP 后，AKT 的表達增加促進了HSP27 的磷酸化，降低了肌動蛋白的聚合，使得細胞的遷移能力增強。剪切應力在腫瘤轉移過程中對細胞行為起著至關重要的作用，腫瘤細胞在血流動力學剪切應力的作用下氧化水平增加而發生遷移和外滲，從而導致腫瘤的轉移性擴散[25-26]。Zhang 等[27]在平行板流式系統中施加不同的剪切力作用于Hela 細胞，觀察剪切應力下HSP27 的分布和聚合及其對下游信號分子的影響，結果發現剪切應力誘導HSP27 磷酸化，后者激活黏著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK），并促進細胞骨架的重組和局灶性粘附的時空協調，最終介導了腫瘤細胞的遷移和粘附。Tian 等[28]最近的一項實驗探討了p38MAPK 信號通路調節HSP27 磷酸化在結腸癌的轉移中的作用，其中HSP27 的磷酸化是促使癌細胞轉移的重要中間環節。

3.3 磷酸化HSP27 在惡性腫瘤化療耐藥中的作用

已有相關的研究證實HSP27 的磷酸化與腫瘤細胞的化療耐藥相關。Kuramitsu 等[29]比較了對吉西他濱敏感的胰腺癌細胞KLM1 和耐吉西他濱的KLM1-R 細胞中 HSP27 的轉錄調節因子（high-mobility group box 1，HMGB1） 和激酶MAPKAPK2 的表達，發現KLM1-R 中HMGB1 和MAPKAPK2 的表達明顯高于KLM1，它們共同作用于HSP27，使其發生磷酸化而誘導KLM1-R 細胞對吉西他濱產生耐藥性。Kawano 等[30]對19 例不能手術切除的胰腺癌單獨進行吉西他濱治療，采用經內鏡超聲引導下細針穿刺術（EUS-FNA） 收集樣本檢測HSP27 和磷酸化HSP27 的表達水平，結果顯示磷酸化HSP27 過表達的患者中吉西他濱耐藥率明顯增高，當磷酸化HSP27 水平降低時腫瘤細胞對吉西他濱的敏感性得以恢復，這一結果再次驗證了磷酸化HSP27 在胰腺癌化學耐藥中的促進作用。Liu 等[31]使用非粘接球培養系統從順鉑耐藥細胞中分離出具有干細胞特性的肺癌細胞（DRSPs），與對照組細胞進行比較，發現DRSPs中相關耐藥基因ABCG-2 和MDR-1 上調，同時激活p38 MAPK 信號過表達磷酸化HSP27，表現出更高的腫瘤干細胞和抗凋亡特性，最后臨床樣本分析顯示磷酸化HSSP27 的表達與組織學分級、腫瘤大小、淋巴結及遠處轉移和患者生存率顯著相關。Ye 等[32]探討了內質網蛋白29（endoplasmic reticulum protein 29，ERp29） 在肺腺癌中對吉西他濱化療敏感性調控的潛在機制，吉西他濱聯合ERp29表達抑制治療會明顯促進肺腺癌的治療效果，可能是通過增強HSP27 的磷酸化使細胞的凋亡率增加，從而促進了肺腺癌患者對吉西他濱的敏感性。這些結果提示在不同的腫瘤中，磷酸化HSP27 在腫瘤耐藥中的作用尚存在不一致的結論。

3.4 磷酸化HSP27 與惡性腫瘤的預后

Okuno 等[33]回顧性評估了49 例未進行吉西他濱治療的胰腺癌組織樣品，發現磷酸化HSP27 高的患者的中位生存期（275 d，n=18） 要明顯高于磷酸化HSP27 低的患者（205 d，n=21），提示化療前較高的磷酸化HSP27 表達與更好的生存率相關，這說明磷酸化HSP27 表達可用于預測胰腺癌的預后。Cai 等[34]研究發現，磷酸化HSP27 主要在侵襲性星形細胞膠質瘤中表達，與腫瘤級別成正相關，與任何級別膠質瘤的生存時間無關，但是它與α-地中海貧血伴智力低下綜合征基因（X-linked alpha thalassemia mental retardation geen，ATRX） 缺失和以檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH1） 突變互相排斥，在沒有ATRX缺失的IDH1 野生型個體中，高磷酸化HSP27 表達的患者比低表達患者的中位生存期時間長，表明磷酸化HSP27 可以預測沒有ATRX 缺失和IDH1突變的膠質母細胞瘤的預后。

4 小結

HSP27 在前列腺癌、直腸癌、鼻咽癌等多種腫瘤細胞中高表達，并且在腫瘤的發生發展中發揮著重要作用[35-37]。磷酸化是HSP27 最重要的翻譯后修飾形式之一，可以調節HSP27 的多種生物學功能。目前已有較多文獻報道磷酸化HSP27 參與到細胞骨架重構和抗凋亡等病理生理過程，并與肺癌、胃癌、胰腺癌、乳腺癌、宮頸癌等腫瘤的侵襲轉移、化療耐藥和預后密切相關，然而筆者對HSP27 磷酸化狀態在其它腫瘤（如頭頸部惡性腫瘤、血液系統腫瘤等） 中的作用及其分子機制研究較少，其在腫瘤細胞中的亞細胞定位及其與其它蛋白質之間的相互作用等尚需深入研究。研究磷酸化HSP27 的表達水平及其在腫瘤細胞中的作用機制可能為腫瘤的診治提供新的思路，值得在未來進行更多的探索。