田山 郭緒峰 郭穎韻 李嬌 董衛(wèi)國

維持細胞蛋白質的穩(wěn)態(tài)是細胞發(fā)揮正常功能的必要前提。蛋白質的正確折疊是眾多分子共同參與以維持蛋白穩(wěn)態(tài)的一個復雜的過程，而內質網(wǎng)是參與這個過程最主要的細胞器[1]。蛋白折疊的核心角色是伴侶蛋白，有助于新合成肽鏈的成熟。熱休克蛋白47(HSP47)是由絲氨酸家族成員1(SERPINH1)基因所編碼的一種伴侶蛋白，防止前膠原聚集和誘導脯氨酸以及賴氨酸殘基的羥基化[2]，對膠原正確折疊和分泌起著重要的作用。在過去的20年里，HSP47一直被視為一種維持細胞蛋白質穩(wěn)態(tài)的重要伴侶蛋白。多種疾病均存在HSP47的異常表達，包括結締組織疾病和惡性腫瘤。本文重點探究HSP47與膠原之間的相互作用、HSP47在多種消化道腫瘤發(fā)生與發(fā)展中的作用及HSP47作為治療靶點的相關研究進展。

一、HSP47與膠原成熟

膠原是體內最豐富的蛋白質，也是細胞外基質(ECM)的主要組成部分。膠原由3條α鏈組成，每條鏈都有三螺旋區(qū)域。這3條鏈具有不同功能的結構域：N端丙肽、中心膠原結構域和C末端前肽。而膠原基因翻譯后，3條α鏈的C端結構域相互識別，并引起它們的相互聚合。蛋白質二硫異構酶(PDI)可加速這一生理過程[3]。膠原分子的轉運與分泌主要通過內質網(wǎng)和高爾基信號通路。當膠原在ECM處于前膠原的階段時，特異性的蛋白酶會水解N端丙肽和C末端的前肽，隨后引起ECM的膠原相互聚合。HSP47由于具有內質網(wǎng)滯留信號通路和高爾基體膜的相關受體，可以返回至高爾基體[3]。

HSP47在膠原鏈的正確折疊過程中發(fā)揮至關重要的作用。在膠原三螺旋結構形成的過程中，膠原分子的結構域變?yōu)槭杷裕琀SP47與這些區(qū)域結合并阻止前膠原在內質網(wǎng)中的大量聚集。HSP47與前膠原的結合或解離與pH密切相關。當pH為6.4～7.0時，HSP47通過自我連接方式抑制Ⅰ型膠原的纖維原的合成。當pH降至6.3以下時，Ⅰ型膠原纖維原的合成逐漸增加。pH降低會引起HSP47蛋白結構的改變，而這種結構變化會抑制HSP47和Ⅰ型膠原結合[4]。因此，HSP47在中性pH的內質網(wǎng)中會與前膠原結合，而在轉運至高爾基體的弱酸性環(huán)境中會與前膠原解離。

一些化學修飾對膠原分子的形成和分泌非常必要，其中最為關鍵的是脯氨酸和賴氨酸殘基的羥基化。只有那些尚未折疊的肽鏈才有可能被修飾，且這個過程需要脯氨酰3-羥化酶、脯氨酰4-羥化酶和賴氨酰羥化酶等多種酶的參與。賴氨酰羥化酶2的激活會產生組織特異性模式的羥基化。這些模式通過調節(jié)分子間的內交聯(lián)和間交聯(lián)，從而調控ECM，而這些修飾模式的變化會引起腫瘤轉移相關的改變[5]。

二、HSP47和腫瘤、膠原的相關性

ECM對組織的支持、抵抗起關鍵作用。此外，ECM對眾多調控細胞功能的生物化學信號通路至關重要。ECM包括幾種重要組成成分，如膠原、層粘連蛋白、纖維連接蛋白、糖蛋白、蛋白聚糖和基質細胞蛋白質。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，ECM的重構很常見，可通過上調增殖相關信號通路促進腫瘤的進展和轉移。HSP47通過調控ECM相關信號通路促進腫瘤的增殖與浸潤，可能是腫瘤診斷和治療的潛在靶點[6]。HSP47是由SERPINH1基因所編碼的一種伴侶蛋白，而微小RNA(miRNA,miR)-29可調控SERPINH1 mRNA的3’-非翻譯區(qū)(UTR)。研究表明miR-29可抑制HSP47的表達，調控HSP47蛋白在細胞內的表達水平[6]。miR-29的下調會引起HSP47的上調，這種現(xiàn)象在消化系統(tǒng)腫瘤中普遍存在。

1.HSP47與結直腸癌

Mori等[7]利用相對和絕對定量的同位標記法評估HSP47與結直腸癌之間的相關性，發(fā)現(xiàn)了與結直腸癌淋巴結轉移密切相關的蛋白，后續(xù)的生物信息學技術分析表明HSP47是其中一個關鍵標記物蛋白。免疫組化結果表明，HSP47在伴有淋巴結轉移的結直腸癌患者中表達水平明顯高于不伴淋巴結轉移的結直腸癌患者，進一步的預后分析表明腫瘤間質HSP47陽性的梭形細胞數(shù)量與患者預后密切相關[7]。腫瘤梭形細胞可分泌大量高表達HSP47的膠原纖維，一方面促進結直腸癌纖維化，另一方面促進上皮間質轉化，更加利于腫瘤細胞的轉移[7]。Xu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，梗阻性結直腸癌組織間質梭形細胞的HSP47表達水平顯著高于非梗阻的結直腸癌組織間質梭形細胞，且HSP47在促進結直腸癌纖維化的過程中起重要作用。

潰瘍性結腸炎是一種累及結直腸的慢性炎癥性疾病，主要以多發(fā)的腸道潰瘍?yōu)樘攸c，具有復發(fā)與緩解交替的特征[9]。病程超過20年的潰瘍性結腸炎患者惡變?yōu)榻Y直腸癌的風險是普通人群的10～12倍[10]。對潰瘍性結腸炎相關結直腸癌和散發(fā)的結直腸癌組織進行蛋白組學檢測，結果發(fā)現(xiàn)，潰瘍性結腸炎相關結直腸癌組織的HSP47表達較散發(fā)的結直腸癌組織明顯上調。此外，免疫組化分析結果表明HSP47與Ⅰ型膠原同時表達于細胞漿，且表達水平隨結直腸癌進展程度增加而增多。蛋白質免疫印跡法檢測細胞培養(yǎng)基時也發(fā)現(xiàn)了分泌在基質中的HSP47[11]。在炎癌轉化的過程中，間質的膠原代謝發(fā)生變化，不僅成纖維細胞分泌膠原纖維，癌變的上皮細胞也會分泌大量的Ⅰ型膠原纖維，從而導致潰瘍性結腸炎癌變患者機體HSP47水平升高。腸道慢性炎癥誘發(fā)病變腸道產生大量的細胞因子，不僅異常分泌膠原纖維引起腸道纖維化，還會引起金屬蛋白酶的釋放從而促進腸癌的轉移[11]。

2.HSP47與胃癌

胃癌是消化系統(tǒng)常見惡性腫瘤，尋找早期診斷胃癌的標記物對于改善患者預后至關重要。Cao等[12]利用生物信息學技術對胃癌相關數(shù)據(jù)庫進行分析，發(fā)現(xiàn)SERPINH1 mRNA在胃癌組織中顯著上調，且通過受試者工作特征(ROC)曲線分析發(fā)現(xiàn)SERPINH1 mRNA對胃癌的診斷價值較高(ROC曲線下面積為0.698)。同時也發(fā)現(xiàn)高水平的SERPINH1 mRNA與分化差的胃癌類型密切相關，且與胃癌患者總體預后不良相關。我們的前期研究[13]發(fā)現(xiàn)SERPINH1基因在胃癌與癌旁組織中存在顯著的表達差異，SERPINH1可以作為鑒別胃癌與非癌的一個很好的指標。此外，細胞學實驗進一步表明HSP47蛋白在胃癌細胞系和胃癌組織中的表達明顯高于正常胃上皮細胞及相應的癌旁組織。且過表達HSP47后，胃癌細胞Wnt/β連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路的關鍵蛋白表達顯著增加，增殖、遷移、侵襲等生物學行為增強，腫瘤間質相關蛋白指標上調，而腫瘤上皮相關蛋白指標表達下調。可見，HSP47主要通過上調Wnt/β-catenin信號通路促進胃癌細胞的上皮間質轉化與轉移。HSP47在胃癌中發(fā)揮促癌作用，可以作為胃癌診斷和預后評估的一個重要指標。

3.HSP47與胰腺癌

Maitra等[14]利用免疫組化技術檢測了57例原發(fā)性浸潤性胰腺導管腺癌組織中HSP47的表達情況，結果表明HSP47在胰腺癌腫瘤相關間質中表達最為顯著，而胰腺導管腺癌的成纖維細胞僅有少量的HSP47表達，且35%的導管腺癌組織完全不表達HSP47。但在胰腺非導管腺癌間質組織中的HSP47表達檢測結果卻發(fā)現(xiàn)HSP47在所有的胰腺非導管腺癌間質組織中高表達[15]。而當對胰腺癌的腫瘤組織著色情況進行分析時，發(fā)現(xiàn)不同類型的胰腺癌HSP47表達水平并不一樣。75%的胰腺導管癌組織、23%的腺泡細胞癌和25%的實性假乳頭狀胰腺癌組織表達HSP47，而所有類型胰腺癌的破骨巨細胞均表達HSP47[14]。此外，HSP47通過與胰腺癌腺泡細胞的鈣網(wǎng)蛋白結合，促進胰腺癌化療耐藥的產生[16]。HSP47在不同類型胰腺癌中異常表達的生物學機制尚不明確。

4.HSP47與食管癌

食管癌是我國腫瘤死因的第4位，占所有惡性腫瘤死亡的9.26%[17]。Lee等[18]采用免疫組化技術檢測了157例食管癌手術切除標本中HSP47的表達情況，發(fā)現(xiàn)HSP47高表達于食管癌組織的細胞膜，而低表達于相應的癌旁組織。此外，對患者的生存資料進行比例風險回歸模型(Cox)分析結果顯示，高表達HSP47是食管癌患者預后不良的一項獨立危險因素。而利用小干擾RNA技術沉默食管癌細胞的HSP47基因后，相比于對照組的食管癌細胞系，敲除HSP47的食管癌細胞增殖、遷移和侵襲能力顯著降低。

三、HSP47作為腫瘤的治療靶點

有學者將包含HSP47結合肽序列和化療藥阿霉素的水溶性高分子藥物輸送系統(tǒng)應用于頭頸部鱗狀細胞癌細胞系，以研究HSP47是否可作為化療的潛在分子靶點[19]。HSP47結合肽序列WHYPWFQNWAMA和化療藥物阿霉素通過四肽網(wǎng)絡結合于多聚物，利用化療藥-多聚體聚合的方式，這種藥物輸送系統(tǒng)可以被HSP47受體所識別，隨后實現(xiàn)藥物的細胞內釋放。同樣地，N-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺(HPMA)共聚物也可與HSP47結合肽序列結合，作為靶向化療的配體，且可以通過簡單的常規(guī)方式合成[20]。化療藥物5-氟尿嘧啶的一種衍生物1，3-二甲基醇-5-氟尿嘧啶也可實現(xiàn)與HSP47結合肽序列的聚合。聚合物形成和內化后，有學者利用頭頸部鱗狀細胞癌細胞系檢測這種聚合物對肺癌細胞的細胞毒性和凋亡的影響。結果顯示，與不含HSP47結合肽序列的5-氟尿嘧啶和高分子聚合物相比，這種靶向聚合物具有更強的細胞毒性、更快的內化速度和更強的促進腫瘤細胞凋亡及壞死的能力[21]。

在開發(fā)新的腫瘤化療藥物時，抑制HSP47分子靶點是一個很好的策略。不同于其他的伴侶蛋白，HSP47僅作為膠原的特異性伴侶蛋白，因此抑制HSP47是一種很有前景的干預措施。目前已經(jīng)研發(fā)出基于4種分子結構的2 080種小分子化合物，它們對HSP47均有一定的抑制作用。分別將這些小分子化合物作用于不同的腫瘤細胞系，確定各種化合物的半抑制指數(shù)(IC50)，結果發(fā)現(xiàn)這些化合物確實對HSP47具有一定的抑制效應[22]。

吡非尼酮是一種臨床上常用的抗纖維化藥物，主要用于治療原發(fā)性肺纖維化[23]。研究發(fā)現(xiàn)吡非尼酮可下調轉化生長因子-β(TGF-β)信號通路抑制HSP47與Ⅰ型膠原纖維的表達，從而發(fā)揮抗纖維化的作用[24]。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)吡非尼酮可增強血管功能和灌注，促進吡柔比星的化療敏感性，減少腫瘤的細胞間質成分[25]。此外，研究報道吡非尼酮可抑制肝星狀細胞系-T6(HSC-T6)的增殖，且呈現(xiàn)顯著的濃度-劑量依賴的特性[26]。AK-778是一種抑制性分子，可以競爭性抑制HSP47與膠原的結合。當用AK-778干預這些細胞時，膠原分子逐漸失去穩(wěn)定性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，AK-778被分解為兩種化合物，即Col002和Col003，其中對HSP47起明顯抑制作用的是Co1003。我們的前期研究發(fā)現(xiàn)，胃癌細胞大量表達HSP47，利用Co1003特異性抑制HSP47蛋白后，Co1003干預的胃癌細胞增殖、遷移和侵襲能力相較于對照組顯著降低[13]。以上研究結果均表明，HSP47的小分子抑制劑對治療HSP47異常變化的疾病具有較好的前景。

四、小結

HSP47表達異常直接參與了多種消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。作為重要的促癌分子，HSP47參與了消化系統(tǒng)腫瘤細胞ECM的形成與演變，在上皮間質轉化的過程中起重要作用。HSP47已逐漸成為消化道腫瘤診斷和精準化療的一個潛在靶點，此外，其小分子抑制劑在消化系統(tǒng)腫瘤中的應用價值有待更多的臨床研究加以探究。