Hsp90β 亚型：开启精准药物研发新征程的关键靶点

这篇综述聚焦 90kDa 热休克蛋白 β 亚型（Hsp90β）。它在维持细胞蛋白稳态中作用关键，参与多种细胞进程及疾病发生。文章深入探讨其结构、功能、在疾病中的角色及选择性药物研发潜力，为相关疾病治疗提供新思路。

　　

Hsp90 结构与伴侣循环

热休克蛋白 90（Hsp90）功能多样，其结构复杂，由 N 端结构域（NTD）、中间结构域（MD）、C 端结构域（CTD）以及真核生物特有的连接 NTD 和 MD 的带电荷连接区（LR）组成。
NTD 约 25kDa，具有混合 α/β 折叠，包含 ATP 结合口袋，对伴侣活性至关重要，也是二聚化的平台。LR 是一段无序区域，富含酸性和碱性残基，像个灵活的铰链，连接 NTD 和 MD，其长度和序列的差异会影响伴侣的结构动力学和客户蛋白结合特异性，还能与多种共伴侣相互作用，调节 Hsp90 的 ATP 酶活性。MD 约 35kDa，主要为 α 螺旋折叠，包含保守基序，在与客户蛋白和共伴侣（如 Hsp70 和 Hop）相互作用中发挥关键作用，介导结构域间通讯和共伴侣招募。CTD 约 12kDa，表面带高电荷，富含酸性残基，采用 β 三明治折叠，包含多个结合区域，其中的 MEEVD 序列可与 TPR 结构域结合，是客户蛋白识别和与共伴侣相互作用的主要位点 。
Hsp90 通过一系列高度协调的步骤进行伴侣循环。首先，客户蛋白识别并加载到伴侣复合物上，ATP 结合到 NTD 引发 Hsp90 - Aha1 复合物结构重组，允许 NTD 二聚化。共伴侣 Hsp70 和 HOP 协助客户蛋白识别和传递给 Hsp90，启动折叠过程。随后 ATP 水解驱动伴侣复合物构象变化，促进客户蛋白折叠和成熟。最后，释放 ADP 和客户蛋白，伴侣回收进行下一轮循环。共伴侣在调节 Hsp90 伴侣活性中起关键作用，如 Hsp70 与 Hsp90 协同作用，p23 和 Aha1 微调 Hsp90 的 ATP 酶活性并稳定客户蛋白构象。Hsp90 伴侣活性失调与多种疾病相关，使其成为治疗干预的有前景靶点。

Hsp90α 和 Hsp90β 的转录调控

热休克蛋白（HSPs）包括 Hsp90α 和 Hsp90β，其转录受热休克元件（HSEs）控制，热休克因子（HSFs）作为转录调节因子，在生理和病理条件下激活或抑制转录。在细胞应激时，HSFs 被激活，与 HSEs 结合调节 HSP 基因转录，其中热休克因子 - 1（HSF1）是 Hsp90 和其他 HSPs 的主要转录调节因子。正常情况下，HSF1 与 Hsp90 和 Hsp70 形成复合物而保持无活性状态。
Hsp90α 和 Hsp90β 在结构上有高度同一性，氨基酸序列相似度达 86% ，源于约 5 亿年前的基因复制事件。但它们的非编码区核苷酸序列略有差异，导致转录因子的差异调节，产生微妙的氨基酸差异和独特的翻译后修饰，从而具有不同的调节模式。
研究表明，Hsp90α 可被热或病毒感染转录诱导，在多种细胞类型中组成性表达；Hsp90β 虽在细胞应激时表达较低，但也组成性表达，在热休克反应（HSR）中起重要作用，传统上被视为 “管家” 亚型。不过，近期研究发现 Hsp90β 具有情境依赖性诱导性，如在特定免疫细胞（如 T 淋巴细胞）受到某些刺激时，以及在特定应激条件下，Hsp90β 可上调表达。这种诱导性使其能参与免疫反应等生理过程，在维持细胞稳定性和满足特定细胞需求方面发挥作用。与 Hsp90α 主要参与细胞应激的急性反应不同，Hsp90β 在稳定非应激条件下提供支持功能，必要时可上调，二者在伴侣客户蛋白底物方面具有不同功能。

Hsp90β 依赖的客户蛋白和共伴侣

最初认为两种胞质亚型 Hsp90α 和 Hsp90β 的伴侣功能冗余，但越来越多实验证据表明它们功能不同。免疫组化研究显示，Hsp90β 在小鼠胚胎发育的各个阶段都有重要的表达和分布，而 Hsp90α 仅在多种体细胞中被注意到。在 Hsp90β 基因敲除小鼠模型中，缺乏 Hsp90β 会导致胎盘迷路发育异常，致使小鼠死亡。此外，共伴侣 FKBP8 和 GCUNC45 与 Hsp90β 有优先相互作用。
多种蛋白被确定为 Hsp90β 依赖的客户蛋白。c - IAP1 是凋亡蛋白抑制因子（IAP）家族成员，其成熟、稳定性和易位依赖于 Hsp90β ，同时 Hsp90β 还参与催乳素诱导的蝾螈生殖细胞凋亡，催乳素受体是 Hsp90β 依赖的客户蛋白。CXCR₄、CDK - 6、多药耐药（MDR）蛋白 P - 糖蛋白（PGP）、粘着斑激酶（FAK）、Bcl2 蛋白家族以及 B 细胞介导免疫反应中的相关蛋白等都与 Hsp90β 有关。Hsp90β 的翻译后修饰（PTMs）显著影响其活性、定位和与客户蛋白的相互作用，如特定丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化增强了其与共伴侣 Cdc37 的结合亲和力，与 Hsp90α 存在差异。

细胞外 Hsp90β 的作用

以往对 Hsp90 的研究多集中于细胞内及其伴侣功能，近期研究发现细胞外 Hsp90（eHsp90）在肿瘤发生等过程中起重要作用。有实验证据表明人血浆和血清中的 eHsp90 仅由 α 亚型组成，癌症患者中 eHsp90α 水平升高。不过，在某些情况下，细胞会分泌 Hsp90β。例如，在含有野生型 p53 的人类非小细胞肺癌细胞（H460）受到 γ 照射等应激时，会积累 eHsp90β（外泌体），而含有突变型 p53 等位基因的 H1299 细胞系则不分泌 Hsp90β ，说明 eHsp90β 的分泌可能与 p53 激活有关。
eHsp90β 在不同细胞和疾病中发挥不同作用。在 MG63 骨肉瘤细胞系中，eHsp90β 通过抑制 TGF - β1 信号级联负调节细胞增殖；在结肠癌细胞（SW620 细胞系）中，eHsp90β 激活 αvβ6 介导的 TGF - β1 信号通路，增强肿瘤生长；在人真皮和表皮细胞中，转化生长因子 α（TGFα）调节 eHsp90α 的分泌促进伤口愈合，而 eHsp90β 在其中的作用不同；在小鼠乳腺上皮细胞中，eHsp90β 调节基质金属蛋白酶 3（MMP3）参与分支形态发生；在人视网膜色素上皮细胞（ARPE - 19 细胞）中，eHsp90β 诱导炎症级联反应。这些表明 eHsp90β 的作用与细胞内 Hsp90β 互补。

Hsp90β 抑制剂的疾病意义

Hsp90 家族参与多种细胞内和细胞外蛋白的成熟过程，包括激酶、生长因子、受体等，突变蛋白的伴侣和运输也依赖于 Hsp90 机制，因此 Hsp90 成为治疗多种病理状况的有前景靶点。然而，对所有四种亚型（Hsp90α、Hsp90β、Grp94 和 TRAP1）的泛抑制导致了许多药物研发失败，出现剂量限制性毒性和诱导促生存热休克反应等问题。开发亚型选择性抑制剂有望克服这些问题，Hsp90β 是一个有前景的靶点，似乎与泛抑制剂引起的心脏或眼部毒性无关。

1. 癌症：Hsp90β 在细胞存活、促进生长方面有重要作用，如在胎盘发育中起关键作用。在癌症发生过程中，Hsp90β 相关的转录调控出现异常，在转化细胞中表现出异常活性。在白血病细胞实验中，Hsp90β 的磷酸化状态影响其与 Apaf - 1 的结合和细胞凋亡诱导。许多人类癌症与肿瘤抑制基因 p53 突变有关，Hsp90β 与野生型 p53 优先结合，其表达与 p53 上调呈负相关。Hsp90β 水平可作为肺癌的生物标志物，在多种癌症细胞系中，如肝癌、胃癌、多发性骨髓瘤（MM）、结肠癌、喉癌（LC）等，Hsp90β 的异常表达与肿瘤的生长、血管生成、侵袭和抗凋亡等过程相关。
2. 病毒感染：病毒感染过程中，Hsp90 在病毒生命周期的各个阶段起重要作用，病毒感染会诱导 Hsp90 过表达。不同病毒对 Hsp90 亚型的依赖不同，如肠道病毒 A71（EV - A71）的衣壳蛋白成熟和降解依赖于 Hsp90β 的伴侣功能，下调 Hsp90β 可阻止病毒感染；日本脑炎病毒（JEV）诱导的分泌蛋白与 Hsp90β 相关，对病毒感染性至关重要；猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）的蛋白合成依赖于 Hsp90α 和 Hsp90β，敲低两种亚型可减少病毒感染。
3. 神经退行性疾病：Hsp90 在神经退行性疾病中起神经保护作用，通过降解变性蛋白发挥功能。抑制 Hsp90 可激活 HSF - 1，促进热休克蛋白（如 Hsp90、Hsp70、Hsp40 和 Hsp27）转录，提供神经保护。在亨廷顿舞蹈病（HD）中，针对 Hsp90 N 端结合口袋的位点选择性方法，设计出的 Hsp90α/β 亚型选择性抑制剂可减少致病的突变亨廷顿蛋白（mHTT）聚集，降低毒性。在多发性硬化症（MS）患者的脑脊液中存在抗 Hsp90β 抗体，提示其与疾病发病机制有关。在阿尔茨海默病中，Hsp90β 水平与过氧化物酶体增殖物激活受体 γ（PPARγ）下调和 Aβ42 肽积累相关，与 Hsp90α 表达变化不同。
4. 其他疾病和应用：Hsp90β 在多种疾病和生理过程中发挥作用。在代谢紊乱疾病如非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）、肥胖诱导的脂肪肝疾病、2 型糖尿病和动脉粥样硬化中，Hsp90β 在肝细胞中显著过表达，其与 Hsp90α 的比值可作为相关疾病的生物标志物。在伤口愈合过程中，细胞内 Hsp90β 稳定细胞膜上的脂蛋白受体相关蛋白 - 1（LRP - 1），而细胞外 Hsp90 促进伤口部位细胞死亡。在胃癌等胃部疾病中，Hsp90β 参与炎症过程，抑制 Hsp90β 可降低炎症反应。此外，Hsp90β 抑制剂可增强吗啡的镇痛效果，且不增加耐受性和便秘等不良反应，还能减少脂多糖（LPS）诱导的神经炎症。

Hsp90β 选择性抑制

由于 Hsp90 家族成员结构相似，尤其是 Hsp90α 和 Hsp90β，实现亚型选择性抑制面临挑战。它们的结合口袋 85% 相同，ATP 结合口袋相似度超 95%，仅两个氨基酸不同（Hsp90β 含 Ala52 和 Leu91，Hsp90α 为 Ser52 和 Ile91） 。但这些差异仍可被利用来开发选择性抑制剂，避免泛抑制的风险。
首个 Hsp90β 选择性抑制剂 KUNB31 通过荧光偏振（FP）测定，对 Hsp90β 的 IC₅₀值为 0.18±0.01μM，对 Hsp90α 和 Grp94 的 IC₅₀值分别为 9.55±1.08μM 和 8.48±0.97μM 。KUNB31 对多种癌细胞系（如 NCI H23 非小细胞肺癌、UC3 膀胱癌和 HT - 29 结肠腺癌）有良好的抗增殖活性，对非癌细胞系 HEK 293 细胞的活性则较低，显示出高差异选择性，且不会诱导 Hsp90 水平上调和 HSF1 激活。后续研究的氟代 - KUNB31 具有类似选择性但亲和力略有下降，对 KUNB31 类似支架的扩展结构活性关系（SAR）研究得到的苯并呋喃类似物虽选择性提高，但对多种癌细胞系的效力不佳。
NB 116 与泛抑制剂 SNX - 2112 相关，通过设计减少结合时的熵罚，占据 Hsp90β 特有的结合口袋，对 Hsp90β 的亲和力比 Hsp90α 高 48 倍，IC₅₀值为 33nM 。将其丙基部分替换为丁基可进一步提高对 Hsp90β 的选择性，但会降低亲和力。此外，通过对 9051 种天然产物库的虚拟筛选，发现了一系列结合 MD 的 Hsp90β 选择性抑制剂，为进一步的 SAR 研究提供了基础。

结论

Hsp90β 亚型因组成性表达和在细胞内稳态中的独特作用，是药物研发的有前景且有吸引力的靶点。与可诱导的 Hsp90α 不同，Hsp90β 参与基本细胞过程和多种疾病机制，特别是癌症和神经退行性疾病，具有重要治疗潜力。泛 Hsp90 抑制剂存在不良反应和毒性等问题，强调了开发亚型特异性抑制剂的必要性。通过选择性靶向 Hsp90β，有望缓解这些问题，开发更有效、更安全的治疗方法。持续深入研究 Hsp90β 的结构和功能差异，对推进药物研发、为多种疾病治疗带来新机遇至关重要。