热休克蛋白与急性白血病

 
　　作者：史小利,赵春亭,冯献启,李成乾　　作者单位：青岛大学医学院附属医院肿瘤科，山东 青岛

　　【关键词】 白血病;热休克蛋白质类;细胞凋亡;综述

　　造血细胞正常分化和组织自身稳定性的维持需要严密调节其增殖、分化和死亡过程，任何一个过程的失调都会导致白血病产生。热休克蛋白(HSPs)在细胞分化和凋亡中发挥重要调节作用。近年来研究表明，HSPs在急性白血病细胞中高表达。本文简要介绍HSPs及其在调节细胞凋亡、参与多重耐药中的作用，重点对其在急性白血病中的表达与意义进行综述。

　　1 HSPs

　　HSPs早发现于热休克的黑腹果蝇唾液腺中。HSPs不仅产生于应激状态，一些家族成员在正常状态下也可以表达。HSPs具有异质性，由多种蛋白组成一个大家族，其中有些蛋白能够调节细胞自身稳定并提高细胞的生存力，被称为“分子伴侣”，具有分子伴侣功能的HSPs主要包括HSP104、HSP90、HSP70、HSP60、HSP40和较小的HSPs，如HSP27。HSPs是细胞内主要的调节蛋白之一，在细胞内的定位不同，则功能各异，但主要是通过保持细胞周期、抑制凋亡发挥细胞保护作用。

　　HSPs是基因表达强诱导剂之一，热休克因子(HSFs)活化并与热休克基因上游热休克元件(HSEs)结合从而启动基因转录[1]。HSFs的家族成员都是保守蛋白，具有独特的结构域。人体中有两种HSFs，即HSF1和HSF2。在非应激细胞中，HSF1以具有DNA结合能力的非活化形式存在，在热休克和其他应激情况下激活。应激诱导的HSF1活化包括磷酸化、寡聚化和细胞核内再分配。HSF1可能是潜在的重要的抑制HSP70表达靶点，某些细胞毒药物可以通过使HSF1去磷酸化而抑制白血病细胞HSP70表达[2]。与HSF1相反，应激状态下HSF2在细胞内并没有改变，但在胚胎发育和细胞分化时激活，在多潜能造血干细胞分化成红系祖细胞过程中起作用，可作为红白血病细胞分化期间红系限制性转录因子而起作用[3]。

　　细胞内HSPs水平的升高往往都伴随着HSPs转录的终止和HSFs的失活，HSPs本身可通过一个自我调节环对热休克基因进行负反馈调节。

　　2 HSPs与凋亡调节

　　细胞死亡有两种不同的形式，即凋亡和坏死。在正常的生长、发育与衰老过程中细胞凋亡是普遍现象。HSPs在细胞凋亡调控中发挥重要作用。

　　HSPs包括抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白，其表达水平决定了细胞的转归。体外研究显示，HSP60可显著增加半胱门冬酶活性并加速半胱门冬酶的级联反应而促进凋亡[4]。BAG1是一种与Bcl2结合的抗凋亡蛋白，HSP70可与BAG1相互作用，HSP70过度表达可抵抗细胞凋亡并可在凋亡信号级联反应晚期阶段挽救细胞。HSP27可以通过增加细胞内谷胱甘肽水平及中和被氧化蛋白的毒性作用来增加细胞的抗氧化作用，还可与活化的蛋白激酶B(PKB/Akt)结合而产生生存信号。因此，HSP27过度表达可促进肿瘤发生，并抑制恶性细胞凋亡。当白血病细胞株U937细胞暴露于抗肿瘤药物时，HSP27可阻止细胞内前caspase9和前caspase3的活化[5]。

　　不同的HSPs调控细胞凋亡的机制和环节各异。bcl2是主要的抗凋亡基因之一，HSP70的细胞保护作用可能和bcl2家族成员有直接或间接的关系。另外一个主要的抗凋亡通路是磷酸酰基肌醇3激酶/蛋白激酶B((PI3k/Akt)通路，这个通路主要是生长因子撤除反应。Akt激酶通过PI3k而激活，从而抑制细胞凋亡[6]。Akt一旦被激活后，可使促凋亡因子磷酸化。Akt还可促进一氧化氮的产生，这是它抑制凋亡的另一机制。HSP27与Akt有关并可保护其激酶活性。HSP90亦是Akt及其激酶必需的伴侣蛋白。

　　3 HSPs与多重耐药(MDR)形成

　　MDR通常是多因素综合作用的结果，包括糖蛋白(Pgp)、多重耐药相关蛋白(MRP)、Bcl2、p53突变型和HSP27的表达等。这些蛋白中至少两种以上的共同表达是治疗失败的预测指标。白血病细胞为了获得耐药性可能会产生一系列机制，其中包括激活HSFs和过度表达HSPs。MDR1启动子包含HSE，MDR细胞呈现组成性活化的HSF，槲皮素可通过抑制HSF DNA结合活性而抑制HSE与HSF结合并下调HSF水平，降低Pgp表达，从而提高MDR细胞的化疗敏感性[7]。

　　HSPs可以抑制多种化疗药物诱发的凋亡因而与MDR有关。HSP70可以抑制以拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ为靶点的药物诱发的凋亡。这些药物产生的ROS在它们的凋亡诱导中起主要作用，预先给予抗氧化剂治疗可以大大增加白血病细胞对这些药物的抵抗。MDR细胞具有组成性活化的HSF，后者可增加HSP的表达水平[7]。槲皮素可以干扰HSE之间形成复合物，从而增加MDR细胞对化疗药物的敏感性。HSP27可阻断Fas、TNF和化疗药物阿霉素、顺铂等诱导性凋亡，HSP27过表达可增加肿瘤细胞的化疗耐药性[8]。因此，HSF或HSP可能是逆转或减轻MDR细胞化疗耐药性的重要靶点。

　　4 HSPs在急性白血病细胞中的表达

　　4.1 急性淋巴细胞性白血病(ALL)HSPs的表达

　　同正常前体B细胞相比，普通型ALL前体细胞HSP27表达增强[9]。对一组18例ALL研究显示，ALL原始细胞HSP27表达率为1%～79%(平均10%)，50%的ALL原始细胞HSP27的表达率≥20%;原始细胞HSP70表达率为3%～82%(平均39%)，其中13例(72%)阳性率≥20%。在未缓解组及Ph染色体阳性的白血病病例中，存在这种高表达的趋势。尽管差异无显著统计学意义，但HSP在ALL的T细胞系中的表达比B细胞系要低。

　　4.2 急性髓系白血病(AML)HSPs的表达

　　HSPs在白血病细胞中的表达呈现一定的异质性[10]。对一组58例AML初诊病例研究显示，所有AML病例均可检测到HSP60、HSP70和HSP90表达，而没有发现AML原始细胞HSP27阳性表达。所检测的上述5种HSPs的表达之间存在显著的相关性;HSPs的表达和分化抗原CD14、CD15、CD33 或CD34的表达之间亦存在相关性[11]。

　　除了HSP90和HSP110在FAB M5亚型中阳性表达率(分别为56%和52%)高外，HSPs的表达与FAB亚型没有显著的相关性[11]。HSP60、HSP70、HSP90和HSP110表达与高白细胞数相关。细胞核型仅与HSP90和HSP110表达呈高度显著性相关;存在预后差或中间风险核型病人HSPs表达要比存在有利核型病人高，其中HSP90阳性率分别为52%、48%、10%;HSP110阳性率分别为38%、34%、5%。

　　HSPs表达与耐药、凋亡相关蛋白(MRP、MRK和Bcl2)表达存在相关性[11]。白血病细胞对凋亡的敏感性存在一定的异质性，这种对凋亡的敏感性与HSP70表达而不是HSP90表达呈显著相关，而且与P53存在和Bcl2低表达有相关性。

　　HSPs低表达病人标准化疗完全缓解率要比阳性高表达的病人高，而HSPs表达对无病生存率并没显示出任何的预后价值，HSP27、HSP60、HSP70、HSP90 和HSP110低表达病人总生存率明显比阳性高表达病人长。

　　5 HSPs是白血病治疗新的分子靶点

　　HSPs不仅对HSP信号通路有作用，而且还是凋亡通路中关键分子的伴侣蛋白。HSPs抑制剂可以中止HSP依赖性的细胞阻滞，诱导caspase依赖性或非依赖性肿瘤细胞凋亡。HSP抑制因子的靶点并不只是某一种特异分子，而是一群分子，从而使其在诱导恶性细胞凋亡上更有效[12]。因此，HSPs是凋亡调节治疗的理想靶点。目前已研究出针对HSP60或HSP70的各种抑制剂，而HSP90家族成员显示出开发特异HSP抑制因子的可能，并且临床试验表明有效。重要的HSP90抑制因子是格尔德霉素[13]及其毒性较小的类似物17烯丙基17脱甲氧基格尔德霉素(17AAG)[14]、根赤壳菌素及其更稳定衍生物[15]。新的格尔德霉素类似物及第三类抑制因子嘌呤支架抑制剂近已被发现。

　　苯醌安莎霉素类格尔德霉素、除莠霉素A和17AAG，初被认为是酪氨酸激酶抑制剂，但对酪氨酸激酶的抑制作用是间接的。格尔德霉素、除莠霉素A和17AAG的作用靶点是分子伴侣HSP90和糖调节蛋白94(Grp94),可导致多种致癌蛋白的清除。格尔德霉素衍生物通过干扰分子伴侣产生抗癌作用，表明HSP是抗癌化疗的一个新靶点。苯醌安莎霉素类抗生素代表一类能够影响肿瘤细胞增殖、存活相关信号传导通路多靶点的药物。在恶性细胞中,HSP90激活后可与各种共分子伴侣形成一个大的复合体,而在正常细胞中它以潜伏的、非复合体形式存在。在非转化细胞中,17AAG以100倍于潜伏形式的亲和力与HSP90复合体结合[16]。HSP90的抑制导致HSP90的各种结合蛋白从分子伴侣复合体上解离以及蛋白酶体对其组成性降解。HSP90的抑制导致各种恶性细胞的凋亡并且导致许多增殖信号缺失，其中包括Akt依赖性存活通路。抑制HSP90可成功地减少肿瘤耐药所致预后不良。其他药物如化疗药物顺铂、紫杉醇以及抗生素新生霉素亦可与HSP90相互作用。HSP抑制剂可阻断许多对细胞增殖至关重要的通路(如细胞周期中的检查点激酶)并促进细胞凋亡,同时可能增加恶性细胞对各种打击的敏感性。表达FLT3的白血病细胞选择性地对17AAG 和除莠霉素敏感。

　　6 结语

　　目前仅有HSP90抑制剂进入临床试验并正在对实体瘤进行观察。尽管格尔德霉素具有明确的抗肿瘤效应，但其肝毒性较大，而17AAG具有格尔德霉素相同特性但毒性低并进入了临床试验，17AAG对正常造血前体细胞并没有影响。研究表明，HSP90抑制剂(格尔德霉素、17AAG)不仅对白血病细胞具有一定的选择性，而且能够增强传统化疗药物(如阿霉素、柔红霉素)的敏感性并部分逆转耐药性，如传统化疗药物连续加用HSP90抑制剂可能会克服p53相关性耐药。体外研究的结果证实了HSP90拮抗因子作为一种新的抗白血病治疗方法补充了传统化学疗法的可能性。此外，白血病细胞HSP的高表达可导致NK细胞的高识别和白血病细胞特异抗肿瘤免疫，从而为白血病抗肿瘤疫苗的研制和白血病微小残留的清除提供了理论基础。

　　因此，基于HSP抑制剂能够干预信号传导、细胞周期调节和增殖信号，作为一种新的治疗方法与其他常规抗癌药物联合使用具有良好的前景。