毕 珊，罗浩丹 综述，陈绍春，李国萍 审校

（1） 昆明医科大学第三附属医院头颈外二科，云南昆明 650118；2） 昆明医科大学基础医学院人体解剖与组织胚胎学系；3） 康复学院，云南昆明 650500）

热休克蛋白 27（heat shock protein 27，HSP27） 又称HSPB1，是由HSPB1 基因编码的小热休克蛋白，在细胞应激如受到有丝分裂原、炎症细胞因子、生长因子、激素、氧化应激等刺激时被诱导表达，HSP27 的高表达可增加多种恶性肿瘤细胞的侵袭性和化疗耐药性。同时，HSP27 可以经历各种翻译后修饰，其中磷酸化可调节HSP27 的细胞功能。HSP27 的异常磷酸化与病毒感染、特异性肿瘤、皮肤自身免疫性疾病、上皮间充质转化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT） 和糖尿病心肌细胞脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）分泌增加等病理病变相关[1]。随着研究的不断深入，磷酸化HSP27 在各种疾病尤其是恶性肿瘤中的作用受到了广泛的关注。

1 HSP27 的生物学特性

哺乳动物小热休克蛋白家族（small heat shock protein，sHSP） 又称HSPB 家族，由十个成员组成：HSP27/HSPB1、MKBP（肌营养不良蛋白激酶结合蛋白）/HSPB2、HSPB3、αA-crystallin/HSPB4、αB-crystallin/HSPB5、HSP20/HSPB6、cvHSP （心血管热休克蛋白）/HSPB7、HSP22/HSPB8、HSPB9 和ODF1（外部致密纤维蛋白）/HSPB10[2]。其中HSP27 是目前研究最深入的成员之一，它广泛存在于人体各个组织中，是最早在人体细胞内发现的分子量为27 kD 的HSP。HSP27 由位于染色体7q11.23 的HSPB1 基因所编码，该基因是覆盖2.2 kb 转录本的单拷贝基因，而这些转录本形成3 个外显子，编码205 个氨基酸。HSPB1 基因中含有两个功能性的热休克原件（heat shock elements，HSEs），可以与热休克因子（heat shock factor，HSF） 相结合，从而调控HSPB1 的转录活性[3]。HSP27 包含一个高度保守的α-晶体结构域、保守性较差的WDPF 结构域和高度灵活可变的C 端。其中α-晶体结构域在HSP27 二聚体的形成中起着至关重要的作用，而WDPF 结构域的N 端疏水区则可以调控其进一步形成多聚体[4]。α-晶体的结构是动态的，在应力条件下受到快速亚基交换的影响，它的结构域β7 中含有单一半胱氨酸残基（Cys137），两个相邻的半胱氨酸残基能形成二硫键，从而导致HSP27 的集聚[5-6]。与其他伴侣蛋白一样，HSP27 结合蛋白质以促进底物再折叠，成为蛋白质质量控制网络中普遍存在的成分。正常情况下，HSP27 多形成分子量50～800 KDa 的高分子多聚体，当蛋白质发生错误折叠时，HSP27 就会与客户蛋白相互作用形成寡聚体，以调节蛋白稳态和细胞骨架，促进存活信号和转录途径的激活[7-8]。

2 HSP27 的磷酸化

蛋白质磷酸化是真核细胞中最广泛的翻译后修饰，它参与了几乎所有细胞的生命过程。磷酸化是HSP27 最重要的翻译后修饰之一，在HSP27 的细胞功能中起着至关重要的作用[1]。HSP27 主要有三个磷酸化位点，即丝氨酸15（Serine 15，ser15）、78（ser78） 和82（ser82），它们一旦发生磷酸化，就会使HSP27 的三级和四级结构发生变化，从大的多聚体解离成小分子聚合体、四聚体及二聚体，进而使HSP27 识别和作用于错误折叠和聚集的蛋白质的能力增强[9-10]。在应激状态下，HSP27 被多种蛋白激酶所激活发生磷酸化，如丝裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶2（MAPKAPK2）、丝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），而这些蛋白激酶又受到肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、有丝分裂原如胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、类固醇激素等因素的调控[11-12]。已有大量文献证实了HSP27 的过表达促进了癌细胞的恶性进展，包括致瘤性、化疗抗性、细胞凋亡的抑制及侵袭迁移能力的增强等[13]。蛋白质的磷酸化异常与肿瘤的发生密切相关，HSP27 发挥其分子伴侣功能主要是由磷酸化调节的。近年来研究发现，磷酸化HSP27 与肌动蛋白丝动力学及其相关进程如细胞骨架重塑、细胞迁移、肌肉收缩、细胞分化等密切相关[14-17]，同时HSP27 的磷酸化在肿瘤细胞中起到了抗凋亡、促进增殖及转移、抗化疗药物等重要作用，本文将重点论述磷酸化HSP27 在肿瘤中的作用及其作为肿瘤治疗靶点的潜在用途。

3 磷酸化HSP27 与恶性肿瘤的关系

3.1 磷酸化HSP27 在抗凋亡中的作用

越来越多的研究表明，磷酸化HSP27 直接或间接参与了肿瘤细胞凋亡的调节。Li 等[18]研究揭示了HSP27 磷酸化可以通过激活p38 MAPK 通路调节蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT） 发生磷酸化，进而与后者共同作用于胶质母细胞瘤细胞，发挥抑制细胞凋亡的作用。Qi 等[19]通过构建非磷酸化状态的HSP27-3A 突变体和持续磷酸化状态的HSP27-3D 突变体，发现HSP27 的磷酸化可以促进肿TNF-α 触发的p38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK） 和胞外调节蛋白激酶 （extracellular regulated protein kinase，ERK） 通路的激活，调节肿瘤坏死因子受体相关死亡域蛋白（TNF receptor associated death domain protein，TRADD） 的泛素化，以拮抗TNF-α 诱导的Hela 细胞凋亡。Tanaka 等[20]在肺癌细胞和骨肉瘤细胞中，抑制p38 MAPK/MK2 信号通路，从而抑制HSP27 在ser78 和ser82 位点上的磷酸化，增强了TNF-α 和环己酰亚胺促进细胞凋亡的作用。Chen 等[21]研究发现，运用化疗药物可以抑制磷酸化HSP27 与从线粒体中释放的细胞色素c 的蛋白质相互作用，促进凋亡小体的形成，从而诱导了恶性肿瘤细胞的凋亡。

3.2 磷酸化HSP27 在恶性肿瘤侵袭和迁移中的作用

侵袭和转移是肿瘤细胞最致命的特征，由多种生物分子和复杂的信号级联通路调控。磷酸化HSP27 及其相关信号通路在肿瘤的侵袭和转移中的作用受到了越来越多的关注。Shi 等[22]采用mRNA 芯片、PT-qPCR 和Western blot 技术检测无淋巴结转移和有淋巴结转移的胃癌组织的差异表达基因和相关的下游靶蛋白，发现HSP27 作为p38/MAPKAPK2 通路的下游靶蛋白被磷酸化，参与了胃癌的转移、生长和血管生成。Evgeniya 等[23]收集了100 例浸润性乳腺癌组织标本进行免疫组化，结果证实磷酸化HSP27 比非磷酸化HSP27 显示出更多的核定位，并与乳腺癌淋巴结转移数量和百分比成正相关。Ke 等[24]在黑色素瘤细胞中敲除朊病毒蛋白（prion protein，PRNP） 以降低AKT的表达水平，进而使HSP27 的磷酸化减少，可以增强肌动蛋白的聚合并抑制细胞的迁移；而当过表达PRNP 后，AKT 的表达增加促进了HSP27 的磷酸化，降低了肌动蛋白的聚合，使得细胞的迁移能力增强。剪切应力在肿瘤转移过程中对细胞行为起着至关重要的作用，肿瘤细胞在血流动力学剪切应力的作用下氧化水平增加而发生迁移和外渗，从而导致肿瘤的转移性扩散[25-26]。Zhang 等[27]在平行板流式系统中施加不同的剪切力作用于Hela 细胞，观察剪切应力下HSP27 的分布和聚合及其对下游信号分子的影响，结果发现剪切应力诱导HSP27 磷酸化，后者激活黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK），并促进细胞骨架的重组和局灶性粘附的时空协调，最终介导了肿瘤细胞的迁移和粘附。Tian 等[28]最近的一项实验探讨了p38MAPK 信号通路调节HSP27 磷酸化在结肠癌的转移中的作用，其中HSP27 的磷酸化是促使癌细胞转移的重要中间环节。

3.3 磷酸化HSP27 在恶性肿瘤化疗耐药中的作用

已有相关的研究证实HSP27 的磷酸化与肿瘤细胞的化疗耐药相关。Kuramitsu 等[29]比较了对吉西他滨敏感的胰腺癌细胞KLM1 和耐吉西他滨的KLM1-R 细胞中 HSP27 的转录调节因子（high-mobility group box 1，HMGB1） 和激酶MAPKAPK2 的表达，发现KLM1-R 中HMGB1 和MAPKAPK2 的表达明显高于KLM1，它们共同作用于HSP27，使其发生磷酸化而诱导KLM1-R 细胞对吉西他滨产生耐药性。Kawano 等[30]对19 例不能手术切除的胰腺癌单独进行吉西他滨治疗，采用经内镜超声引导下细针穿刺术（EUS-FNA） 收集样本检测HSP27 和磷酸化HSP27 的表达水平，结果显示磷酸化HSP27 过表达的患者中吉西他滨耐药率明显增高，当磷酸化HSP27 水平降低时肿瘤细胞对吉西他滨的敏感性得以恢复，这一结果再次验证了磷酸化HSP27 在胰腺癌化学耐药中的促进作用。Liu 等[31]使用非粘接球培养系统从顺铂耐药细胞中分离出具有干细胞特性的肺癌细胞（DRSPs），与对照组细胞进行比较，发现DRSPs中相关耐药基因ABCG-2 和MDR-1 上调，同时激活p38 MAPK 信号过表达磷酸化HSP27，表现出更高的肿瘤干细胞和抗凋亡特性，最后临床样本分析显示磷酸化HSSP27 的表达与组织学分级、肿瘤大小、淋巴结及远处转移和患者生存率显著相关。Ye 等[32]探讨了内质网蛋白29（endoplasmic reticulum protein 29，ERp29） 在肺腺癌中对吉西他滨化疗敏感性调控的潜在机制，吉西他滨联合ERp29表达抑制治疗会明显促进肺腺癌的治疗效果，可能是通过增强HSP27 的磷酸化使细胞的凋亡率增加，从而促进了肺腺癌患者对吉西他滨的敏感性。这些结果提示在不同的肿瘤中，磷酸化HSP27 在肿瘤耐药中的作用尚存在不一致的结论。

3.4 磷酸化HSP27 与恶性肿瘤的预后

Okuno 等[33]回顾性评估了49 例未进行吉西他滨治疗的胰腺癌组织样品，发现磷酸化HSP27 高的患者的中位生存期（275 d，n=18） 要明显高于磷酸化HSP27 低的患者（205 d，n=21），提示化疗前较高的磷酸化HSP27 表达与更好的生存率相关，这说明磷酸化HSP27 表达可用于预测胰腺癌的预后。Cai 等[34]研究发现，磷酸化HSP27 主要在侵袭性星形细胞胶质瘤中表达，与肿瘤级别成正相关，与任何级别胶质瘤的生存时间无关，但是它与α-地中海贫血伴智力低下综合征基因（X-linked alpha thalassemia mental retardation geen，ATRX） 缺失和以柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase，IDH1） 突变互相排斥，在没有ATRX缺失的IDH1 野生型个体中，高磷酸化HSP27 表达的患者比低表达患者的中位生存期时间长，表明磷酸化HSP27 可以预测没有ATRX 缺失和IDH1突变的胶质母细胞瘤的预后。

4 小结

HSP27 在前列腺癌、直肠癌、鼻咽癌等多种肿瘤细胞中高表达，并且在肿瘤的发生发展中发挥着重要作用[35-37]。磷酸化是HSP27 最重要的翻译后修饰形式之一，可以调节HSP27 的多种生物学功能。目前已有较多文献报道磷酸化HSP27 参与到细胞骨架重构和抗凋亡等病理生理过程，并与肺癌、胃癌、胰腺癌、乳腺癌、宫颈癌等肿瘤的侵袭转移、化疗耐药和预后密切相关，然而笔者对HSP27 磷酸化状态在其它肿瘤（如头颈部恶性肿瘤、血液系统肿瘤等） 中的作用及其分子机制研究较少，其在肿瘤细胞中的亚细胞定位及其与其它蛋白质之间的相互作用等尚需深入研究。研究磷酸化HSP27 的表达水平及其在肿瘤细胞中的作用机制可能为肿瘤的诊治提供新的思路，值得在未来进行更多的探索。