基于HSP27的乳腺癌干细胞靶向治疗研究进展

李弘夏 谢智钦 杜立阳

(中国医科大学附属第一医院中医科，辽宁 沈阳 110001)

传统的治疗方法经过不断改进降低了乳腺癌的死亡率，但却无法解决居高不下的发生率和复发率，也存在着癌症转移、复发、对放疗不敏感及对化疗药物耐受性强的问题〔1〕。而癌干细胞理论的提出合理地解释了乳腺癌的难以治愈，并提供了全新的治疗方向。本文就热休克蛋白(HSP)27靶向乳腺癌干细胞治疗乳腺癌的研究进展做一概述。

1 基本概念

自1959年Makino等首次提出癌干细胞学说之后，有越来越多的癌干细胞自乳腺癌、前列腺癌、结肠癌等的实体肿瘤中成功分离出来〔2～4〕。癌干细胞学说认为,多数的癌细胞将生长分化最终停止分裂，仅有一小部分有干细胞性质的细胞才拥有无限繁殖能力和高致瘤潜能，这些细胞可以引起抗治疗和疾病的复发，即为癌干细胞。癌干细胞是具有特殊成瘤能力，多向分化潜能和表达特异性标志物的细胞〔5〕。癌干细胞与干细胞有很多共同特性〔6〕：①自我更新和无限繁殖能力，②保持相对未分化状态并具有分化潜能，③有相似的信号传导通路，④对放疗、化疗有耐受性，⑤具有显著的转移能力。这一概念的转变对于癌症发生发展机制的研究和抗癌治疗的评估具有重要意义。

Al-Hajj等〔2〕首次发现CD44+CD24-标志的乳腺癌细胞具有强致瘤能力，证明了乳腺癌干细胞的存在。CD44+CD24-表型或乙醛脱氢酶(ALDH)阳性表型广泛地用于乳腺癌干细胞的鉴别〔1〕。HSP是应激条件下产生的高度保守的分子伴侣。HSP27是HSPs家族中一类非ATP依赖的分子伴侣，可联系下游蛋白，并通过蛋白折叠、抑制蛋白聚集、选择性地稳定或降解蛋白以及蛋白转运等方式维持正常情况下蛋白质的稳定性并阻止应激对细胞的损伤。相比正常细胞，HSP27于包括乳腺癌在内的多种癌中高表达〔7〕，并且HSP27的异常表达与癌的多种生物学行为有关。

2 HSP27与乳腺癌干细胞靶向治疗

Wei等〔8〕使用Western印迹法检测ALDH阳性乳腺癌干细胞与ALDH-乳腺癌细胞的总HSP27蛋白水平，发现ALDH阳性乳腺癌干细胞HSP27蛋白水平更高，证明了HSP27在乳腺癌干细胞中的表达上调。通过小RNA介导的HSP27基因沉默，发现ALDH阳性乳腺癌干细胞水平明显下降。敲除HSP27总体上并没有瞬即引起明显的细胞死亡及细胞生长速度的降低，但在96 h内却引起了明显的细胞死亡。又通过小RNA和HSP27特异性小RNA分别转染乳腺癌细胞48 h，再将一系列稀释的细胞悬液注射到雌鼠乳腺脂肪垫中，发现这些小鼠80%形成肿瘤，而注入经HSP27特异小RNA处理的HSP27敲除乳腺癌细胞的小鼠仅有40%形成了肿瘤。HSP27敲除的乳腺癌细胞株的癌干细胞比小RNA调控组明显减少。除了使用RNA干扰技术，也使用了能够抑制HSP27的栎精来处理乳腺癌细胞株。证实一定剂量的栎精可抑制HSP27蛋白的表达和降低ALDH阳性癌干细胞的数量。为了确认栎精是通过下调HSP27起到降低作用的，Wei等〔8〕接着使乳腺癌细胞株过表达HSP27，并测量经栎精处理的ALDH阳性乳腺癌干细胞数量，发现栎精的抑制作用可以被过表达的HSP27所翻转。接着进一步研究栎精是否能够抑制乳腺癌干细胞的自我更新，发现原代和二代癌细胞团的范围和数量均被一定量的栎精所抑制。这些实验证实了HSP27参与乳腺癌干细胞的维持。

2.1HSP27与乳腺癌干细胞的发生和增殖 乳腺癌干细胞的自我更新和无限繁殖能力是乳腺癌发生、发展的重要因素。最近研究证实核因子(NF)-κB通路与乳腺癌的形成有关〔9〕。NF-κB通路可通过诱导或上调抗凋亡基因的表达发挥抗细胞凋亡的作用。Wei等〔8〕发现HSP27可以调节乳腺癌细胞的核转录并通过下调IκBα来激活ALDH阳性乳腺癌干细胞中的NF-κB通路，促进癌干细胞细胞的抗凋亡，进而加强乳腺癌干细胞的无限繁殖能力及乳腺癌的形成。

据报道，HSP27可降低被26 S蛋白酶降解的蛋白水平。在这些降解的蛋白中，磷酸化的IκBα可形成一个与HSP27、26 S蛋白酶的复合物，HSP27可通过蛋白酶介导的IκBα的降解来加强NF-κB的激活促进癌细胞抗凋亡〔10〕。经RNA敲除HSP27的乳腺癌细胞株的IκBα表达增加且磷酸化水平降低。当敲除HSP27后乳腺癌细胞的NF-κB的核转录也被抑制。Wei等〔8〕又通过抑制NF-κB来研究对于乳腺癌干细胞的影响。抑制NF-κB核转录的JSH-23对乳腺癌干细胞株的抑制作用呈剂量相关。进而测试，增加NF-κB的激活可以抵除HSP27敲除对ALDH阳性乳腺癌干细胞中NF-κB的抑制作用。经HSP27敲除后增加的IκBα可通过敲除IκBα消除，则NF-κB的激活可在HSP27敲除的乳腺癌细胞中储存，实验结果发现敲除HSP27对ALDH阳性乳腺癌干细胞中NF-κB的抑制作用可被敲除IκBα所转变。这些结果证实了HSP27通过IκBα的降解，激活NF-κB通路抑制癌干细胞凋亡促使癌干细胞细胞永生化，因而下调癌干细胞中表达增高的HSP27进而抑制NF-κB通路，可能是延缓乳腺癌发展的新思路。

2.2HSP27与乳腺癌干细胞的侵袭和转移 癌干细胞假说认为只有癌干细胞能发起并维持癌的生长，与癌的转移相关。确实存在许多研究数据表明乳腺癌干细胞在癌症的转移中发挥重要作用〔11〕。Liu等〔12〕证明乳腺癌干细胞具有更强的运动度和侵袭力，并高表达促进转移的基因。Theodoropoulos等〔13〕通过采集30例乳腺癌转移女患者的血液样品使用抗细胞角蛋白、抗CD24分子以及抗ALDH-1的小鼠单克隆抗体进行三重染色分析证实乳腺癌转移患者高表达CD44+CD24-表型的乳腺癌干细胞。这些成果均支持乳腺癌中引起转移的细胞存在于乳腺干细胞中。

磷脂酰肌醇-3-激酶/丝/苏氨酸蛋白激酶(AkT)通路参与细胞的增殖、分化、黏附转移及凋亡，近年来研究发现此通路分子活性异常与人类肿瘤的发生发展密切相关。HSP27是AKT通路的激活因子，且能与胞质中的细胞色素C结合抑制其促凋亡活性〔14，15〕。Gayado-Gutiérrez等〔16〕使用2种抗体下调乳腺癌细胞的HSP27,发现均同时伴随着张力蛋白同源的磷酸酯酶的上调。该磷酸酯酶是磷脂酰肌醇-3-激酶/丝/苏氨酸蛋白激酶通路的负调控因子，实验中观察到该通路的表达明显减少。最近也有研究发现HSP27可通过调节PEA调控AKT通路〔17〕，在细胞永生化和通过AKT、张力蛋白同源磷酸酯酶介导的Fas凋亡方面的双重作用。这些项研究的数据有力的证实HSP27是AKT通路的重要调节因子，是促进乳腺癌细胞的增殖和转移的重要因素。

Lombardo等〔18〕发现一种在乳腺癌中过表达的γ-分泌酶的组成蛋白nicastrin可以增加乳腺癌中ALDH阳性乳腺癌干细胞和CD44+CD24-乳腺癌干细胞的数量并促进转移侵袭，并证实nicastrin的作用主要与AKT通路有关。因此AKT通路与乳腺癌干细胞的侵袭转移密切相关。HSP很可能通过AKT通路介导乳腺癌干细胞转移和乳腺癌复发，尚有待更深入的研究。

2.3HSP27与乳腺癌干细胞的抗治疗机制 临床研究显示，在108例乳腺癌晚期患者中，经手术切除治疗之后使用紫杉醇、5-氟尿嘧啶、阿霉素和环磷酰胺进行化疗，结果乳腺癌干细胞比例明显升高〔19〕。Lagadec等〔20〕收集乳腺癌患者癌细胞样本，通过电离辐射发现乳腺癌细胞被诱导成为具有强致瘤能力的乳腺癌干细胞抵抗传统放疗。这些研究成果证实了传统的通过杀伤快速增殖的癌细胞的方法无法杀伤处于相对休眠状态的癌干细胞，进一步的深入研究将有可能从根本上解决乳腺癌的抗化疗问题〔21，22〕。

P53基因突变积累可诱导乳腺癌细胞产生多重耐药基因和依赖ATP药物的外排。P糖蛋白是多重耐药基因编码产生的膜蛋白，它依赖ATP将药物排出细胞外而参与耐药机制的形成。Kanagasabai等〔23〕发现增加HSP27的表达可增加能够降解P53的蛋白酶，可明显抑制抵抗阿霉素的乳腺癌细胞株。HSP27的过量表达可明显耗尽突变P53和NF-κB通路分子，通过降低乳腺癌细胞p糖蛋白的表达转变耐药性，重新对化疗药物敏感，并可诱导癌细胞凋亡。因此，通过改变HSP27水平可能是转变乳腺癌干细胞抗耐药性的新思路。

3 结 语

通过NF-κB和AKT通路调HSP27水平为乳腺癌的治疗提供新的选择。随着人们对于乳腺癌干细胞的调控机制的深入认识和生物技术的发展，通过乳腺癌干细胞靶向治疗新手段进而推进乳腺癌个体化治疗将有可能为彻底改善乳腺癌患者的预后带来新希望。

4 参考文献

1Marco A,Velasco-Velázquez,Nora Homsi,etal.Breast cancer stem cells〔J〕.Int J Biochem Cell Biol,2012;44(4):573-7.

2Al-Hajj M，Wicha MS,Benito-Hernandez A,etal.Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2003;100(7):3983-8.

3Goldstein AS,Stoyanova T,Witte ON,etal.Primitive origins of prostate cancer：In vivo evidence for prostateregenerating cells and prostate cancer-initiating cells〔J〕.Mol Oncol,2010;4(5):385-96.

4O′Brien CA，Pollett A,Gallinger S,etal.A human colon cancer cell capable of initiating tumour growth in immunodeficient mice〔J〕.Nature，2007;445:106-10.

5Dalerba P,Cho RW,Clarke MF.Cancer stem cells:models and concepts〔J〕.Annu Rev Med,2007;58:267-84.

6kim LS,Kim JH.Heat shock protein as molecular targets for breast cancer therapeutics〔J〕.J Breast Cancer,2011;14(3):167-74.

7Myung JK，Afjehi-Sadat L，Felizardo-Cabatic M,etal.Expressional patterns of chaperones in ten human tumor cell lines〔J〕.Proteome Sci,2004;2:8.

8Wei L，Liu TT，Wang LH,etal.HSP27 participates in the maintenance of breast cancer stem cells through regulation of epithelialmesenchymal transition and nuclear factor-γB〔J〕.Breast Cancer Res,2011;13(5):R101.

9Iliopoulos D,Hirsch HA，Struhl K.An epigenetic switch involving NFkappaB,Lin28，Let-7 MicroRNA,and IL6 links inflammation to cell transformation〔J〕.Cell,2009;139:693-706.

10Parcellier A，Schmitt E，Gurbuxani S,etal.HSP27 is a ubiquitin-binding protein involved in I-kappaBalpha proteasomal degradation〔J〕.Mol Cell Biol,2003;23:5790-802.

11Velasco-Velazquez MA，Popov VM，Lisanti MP，etal.The role of breast cancer stem cells in metastasis and therapeutic implications〔J〕.Am J Pathol,2011;179:2-11.

12Liu H，Patel MR，Prescher JA，etal.Cancer stem cells from human breast tumors are involved in spontaneous metastases in orthotopic mouse models〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2010;107:18115-20.

13Theodoropoulos PA，Poliaudaki H, Agelaki S,etal.Circulating tumor cells with a putative stem cell phenotype in peripheral blood of patients with breast cancer〔J〕.Cancer Lett,2010;288:99-106.

14Stetler RA.HSP27 protects against ischemic brain injury via attenuation of a novel stress-response cascade upstream of mitochondrial cell death signaling〔J〕.J Neurosci,2008;28:13038-55.

15Havasi A，Li Z，Wang Z,etal.HSP27 inhibits Bax activation and apoptosis via a phosphatidylinositol 3-kinase-dependent mechanism〔J〕.J Biol Chem,2008;283：12305-13.

16Cayado-Gutiérrez N,Moncalero VL, Rosales EM,etal.Downregulation of HSP27 (HSPB1) in MCF-7 human breast cancer cells induces upregulation of PTEN〔J〕.Cell Stress Chaperones，2013;18(2):243-9.

17Hayashi N，Peacock JW，Beraldi E,etal.HSP27 silencing coordinately inhibits proliferation and promotes Fas-induced apoptosis by regulating the PEA-15 molecular switch〔J〕.Cell Death Differ,2012;19(6):990-1002.

18Lombardo Y,FilipoviĉA,Molyneux G,etal.Nicastrin regulates breast cancer stem cell properties and tumor growth in vitro and in vivo〔J〕,2012;109(41):16558-63.

19Tanei T，Morimoto K，Shimazu K,etal.Association of breast cancer stem cells identified by aldehyde dehydrogenase 1 expression with resistance to sequential paclitaxel and epirubicin-based chemotherapy〔J〕.Clin Cancer Res,2009;15:4234-41.

20Lagadec C，Vlashi E，Della Donna L,etal.Radiation-induced reprogramming of breast cancer cells〔J〕.Stem Cells,2012;30(5):833-44.

21Nicolini A，Ferrari P，Fini M,etal.Stem cells：their role in breast cancer development and resistance to treatment〔J〕.Curr Pharmaceu Biotechnol,2011;12(2):196-205.

22Ghaffari S.Cancer，stem cells and cancer stem cells：old ideas，new developments〔J〕.F1000 Med Rep,2011;3：23.

23Kanagasabai R,Krishnamurthy K,Druhan LJ,etal,Forced expression of heat shock protein 27(HSP27) reverses P-glycoprotein (ABCB1)-mediated drug efflux and MDR1 gene expression in adriamycin-resistant human breast cancer cells〔J〕.J Biol Chem,2011;286(38):33289-300.