综述：外源性热休克蛋白在肿瘤学中的生物学作用及临床意义

《Cancers》：Exogenous Heat Shock Proteins in Oncology: Biological Roles and Clinical Implications

　　

热休克蛋白（HSPs），尤其是HSP70和HSP90，是高度保守的分子伴侣，可保护细胞免受多种应激因素的影响并维持蛋白质组稳态。在癌症中，肿瘤细胞经常过表达并主动将HSPs释放到细胞外空间和循环中，以响应代谢改变、缺氧、氧化应激和治疗干预。因此，恶性肿瘤患者循环中的HSP水平通常高于健康个体。本综述总结了当前关于循环HSP在实体瘤和血液系统恶性肿瘤中诊断、预后和预测价值的证据。临床研究表明，循环HSP浓度与肿瘤类型、疾病分期、淋巴结受累、转移负荷、治疗反应和复发风险相关。重要的是，膜相关和外泌体相关的HSP70形式似乎比游离循环蛋白表现出更高的肿瘤特异性，这凸显了选择适当分析方法进行生物标志物评估的重要性。除了作为生物标志物的用途外，细胞外HSPs还积极参与肿瘤生物学和抗肿瘤细胞免疫。根据细胞和免疫环境的不同，它们既可以通过激活自然杀伤细胞、抗原呈递细胞和交叉呈递肿瘤来源抗原来支持肿瘤进展，也可以刺激免疫反应。这些免疫调节特性为基于HSP的疫苗和过继免疫治疗策略的开发奠定了基础，其中几种策略已在临床试验中显示出令人鼓舞的结果。研究人员进一步讨论了细胞外伴侣蛋白生物学与主要抗癌治疗反应之间的关系，包括放疗、化疗、HSP90靶向治疗和免疫检查点阻断。总之，现有证据支持循环细胞外HSPs作为一种有前景的非侵入性生物标志物和潜在的药效学指标，可改善临床肿瘤学中的患者分层、治疗监测和疗效预测。

1. 1.
   引言
   癌症是全球主要死因，其特征是异常细胞的失控增殖。早期检测对有效治疗至关重要。热休克蛋白（如HSP90、HSP70及其亚型HSP72、HSP73等，以及HSP40）因其细胞内分子伴侣功能，参与抗氧化、抗炎和抗凋亡过程，对维持蛋白质稳态不可或缺。肿瘤细胞代谢活跃、增殖迅速，因而高度表达并释放HSPs至血浆、血清等体液中。细胞外HSPs（eHSPs）可塑造肿瘤微环境，影响细胞间网络，既能致敏免疫细胞，也能增强对肿瘤的耐受。既往综述多关注eHSP生物学的特定方面，但缺乏对不同恶性肿瘤中定量循环eHSP数据的全面、按癌种分类的综合分析。本综述通过构建四池分区模型（细胞内池、膜相关池、囊泡相关池、游离循环池），系统整合了各癌种的循环eHSP发现，并提供了定量临床表格以支持跨癌种比较。
2. 2.
   癌症中细胞外热休克蛋白的检测
   恶性肿瘤与代谢、缺氧和免疫等多种应激密切相关。肿瘤细胞在应激下积累并主动分泌伴侣蛋白至细胞外空间。生理条件如剧烈运动、低度全身炎症和热应激也可显著升高健康人的循环HSP水平，可能导致假阳性解读。在肿瘤状态下，体液中HSP浓度常超出正常值1.5–5倍，反映肿瘤应激强度和侵袭性。关键的胞外伴侣家族包括HSP70（含HSPA1A、HSPA1B）、HSP90（组成型HSP90β和应激诱导型HSP90α）、内质网来源的GRP78/BiP（HSPA5）和GRP94，以及HSP60和HSP27。本综述区分四种生物学上不同的eHSP池：细胞内池、膜相关池、囊泡相关（外泌体/微泡）池和游离可溶性池。其中膜相关和囊泡相关池赋予循环eHSPs肿瘤特异性，而游离池特异性较低。尽管如此，循环eHSP总水平仍与疾病严重程度、淋巴结受累和组织学分级相关。不同癌种的循环eHSP谱具有显著的病种特异性，受组织学起源、微环境、血管生成程度、缺氧状况及细胞来源等因素影响。下文将系统分析主要实体瘤和血液系统恶性肿瘤中的eHSP模式及其诊断、预后和预测意义。
3. 3.
   癌种特异性的循环eHSP谱
   3.1 实体瘤
   3.1.1 脑肿瘤
   脑肿瘤循环生物标志物开发面临血脑屏障（BBB）限制。胶质母细胞瘤（WHO IV级）中，囊泡eHSP70水平显著高于健康对照和低级别肿瘤，且与恶性程度相关。游离eHSP70在胶质母细胞瘤中也显著升高。预后方面，高级别胶质瘤中高囊泡eHSP70与CD4⁺ T辅助细胞减少和不良总生存相关，反映免疫抑制；而在III级胶质瘤中，高囊泡eHSP70则与活化NK细胞频率增加和更有利的生存相关，这种矛盾取决于宿主免疫状态。正确解读需注意：囊泡eHSP70比游离形式信息量更大；III级胶质瘤无显著升高可能源于相对完整的BBB和较小的肿瘤体积；此外，血清eHSP70也反映坏死细胞的被动释放，因此治疗期间单次升高不能区分侵袭性肿瘤与广泛坏死。分离囊泡组分而非依赖总或游离eHSP70对临床解读至关重要。其他伴侣蛋白如GRP78/BiP和GRP94在胶质母细胞瘤中也显著升高，并与进展相关。

3.1.2 乳腺癌中的循环HSPs：水平、相关性及预后意义

乳腺癌研究中，血浆HSP囊泡组分首次被用于治疗期间连续监测，且血浆HSP90α不仅是诊断标志物，还通过LRP1受体激活AKT通路和CXCL8分泌，促进淋巴管生成和淋巴结转移。血清HSP70升高与肿瘤组织学分级和Ki-67增殖指数相关，但其在早期筛查中的效用仍需前瞻性验证。组织学研究提示HSP70和HSP90与进展相关，但细胞内过表达不等同于囊泡分泌。血浆HSP90α水平与淋巴结受累直接相关，且与传统标志物CEA和CA153不相关，但其在伤口愈合和缺氧等非癌情况下也会升高。

3.1.3 非小细胞肺癌（NSCLC）中的HSPs：从肿瘤总体积到分期分层

NSCLC中循环eHSP70呈分期依赖性：早期（I-II期）与健康人差异不显著，晚期（III-IV期）则显著升高。eHSP70释放反映上皮-间质转化（EMT）侵袭表型，而非静态肿瘤体积。eHSP70水平在术后早期复发患者中更高，且PD-L1阴性肿瘤中eHSP70显著高于阳性肿瘤，可能作为免疫治疗反应的预测因子。血清HSP27在所有分期中均有诊断活性，但准确性受商业试剂盒影响。血浆HSP90α随疾病进展升高，可区分晚期患者与治疗应答者，高水平与一线化疗低敏感性和生存降低相关，也是接受PD-1/PD-L1抑制剂联合化疗患者的独立生存预测因子。

3.1.4 结直肠癌：循环HSP70和Mortalin实现的与分期无关的预后分层

结直肠癌（CRC）中血清eHSP70在早期（I-II期）和III期患者中甚至低于健康对照，仅在IV期显著升高，但进展性组内升高趋势明显，且阈值>1.65 ng/mL可可靠地按生存风险对患者分层，尤其在无远处转移者中识别出标准TNM分期未能捕获的高危亚组。机制上，炎症通过HSF1转录驱动eHSP70表达和囊泡释放。血清mortalin（GRP75/HSP9）与eHSP70水平统计独立，二者联用比单独任一标志物或标准临床模型更准确。组织内HSP70和HSP27高表达与不良生存独立相关，而膜相关HSP70则与NK细胞介导的免疫识别改善和总生存延长相关。

3.1.5 前列腺癌：多种HSP家族成员作为肿瘤侵袭性的互补标志物

局限性前列腺癌中血浆HSP70升高，但诊断效能未超过PSA。在转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）中，囊泡eHSP70分数显著高于局限性疾病，与雄激素非依赖性肿瘤细胞表面mHSP70密度增加相关。组织中HSP27表达可独立预测不良临床结局，血清HSP27随Gleason评分升高而增加且与PSA无关，在PSA无效的情况下特别有用。血浆HSP90α显著升高并与区域淋巴结状态和远处转移相关。

3.2 血液系统恶性肿瘤

3.2.1 白血病：急性和慢性亚型中实体特异性的eHSP70谱

急性髓系白血病（AML）中75%病例骨髓原始细胞表面可检测到mHSP70，正常骨髓和完全缓解患者中缺失。血浆HSP70水平在AML和急性淋巴细胞白血病（ALL）中显著高于健康供体和骨髓增生异常综合征（MDS），且ALL中位数高于AML。MDS中血浆HSP70与健康对照无显著差异，与缺乏mHSP70表面表达一致。慢性髓系白血病（CML）各期血浆eHSP70均升高，慢性期水平与更快进展和生存降低相关。

3.2.2 淋巴瘤：在细胞来源不明确的情况下eHSP作为分期和治疗反应的标志物

经典霍奇金淋巴瘤中，HSP90在肿瘤细胞中高表达以维持癌蛋白稳定，但循环淋巴细胞分泌的HSP90主要来源于反应性非克隆B细胞。弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL）中血清HSP70和HSP90与Ann Arbor分期相关，并在R-CHOP治疗期间下降，无应答者治疗后仍维持高位。共检测外泌体上肿瘤特异性表面标志物（如CD19、CD30）与HSP70/90可解决细胞来源模糊性问题。

3.2.3 多发性骨髓瘤：强有力的机制依据与关键的转化空白

多发性骨髓瘤（MM）中浆细胞持续的免疫球蛋白分泌导致内质网应激和HSF1激活，构成eHSP液体活检的强生物学基础，但缺乏系统的临床证据。HSP90抑制剂试验中，外周血单核细胞内HSP70诱导被用作靶点占据的药效学标志物。目前尚无从诊断到复发的系统性纵向eHSP70监测数据，外泌体eHSP70可能不受M蛋白分泌状态影响而检测存活骨髓瘤细胞，值得前瞻性评估。

3.3 是否存在癌种特异性的eHSP特征？

累积证据支持癌种特异性eHSP特征的存在，涵盖特定家族成员、区室化分布（游离vs囊泡vs膜结合）以及相关辅伴侣和客户端蛋白谱。这些特征可改善患者分层，并动态反映治疗反应，包括放疗后的肿瘤消退。eHSPs还与肿瘤干细胞维持、进展和转移密切相关。总体而言，该模型具有生物学合理性，但仍需进一步标准化和前瞻性验证。

3.4 生理性与病理性eHSP水平

3.4.1 癌症中改变的eHSP水平

eHSP在癌症患者中显著改变，eHSP90α在各癌种中一致升高，而eHSP70数据变异较大，主要取决于检测方法。eHSP升高程度常与疾病严重程度相关。外泌体HSP70水平比游离形式更能反映肿瘤活检中的HSP70含量，是转移和治疗反应的更敏感预测因子。早期阶段，血浆HSP90α已升高且诊断效能与所有分期相当；游离HSP70在早期肺癌中可能降低，而囊泡结合eHSP70则升高，表明测量方式决定结果。局部晚期癌症中，eHSP70在治疗期间具有双重角色：释放自死亡肿瘤细胞的eHSP70作为危险信号激活免疫，而eHSP90α则直接参与局部侵袭。

3.4.2 重症和晚期癌症中的eHSPs

在晚期（III-IV期）癌症中，eHSPs驱动侵袭、转移和治疗抵抗。囊泡eHSP70水平与淋巴结转移和早期复发相关。治疗抵抗肿瘤通过抵抗相关分泌表型（RASP）释放富含eHSP的囊泡，传递耐药物质；eHSP90α通过突变和过表达介导获得性耐药；eHSP70在慢性高浓度下诱导免疫耐受。两者通过特定受体相互作用发挥不同但互补的作用。

1. 4.
   eHSPs在癌症中的生物学作用
   4.1 eHSPs的促肿瘤效应
   eHSP90α通过LRP1介导的细胞外基质重塑、MMP2激活和血管生成促进侵袭。eHSP70通过TLR/NF-κB通路抑制T细胞反应，并通过TLR2-MDSC-STAT3轴诱导免疫抑制。化疗触发的eHSP70释放还可极化肿瘤相关巨噬细胞向M2表型，导致耐药。这些促肿瘤机制主要由囊泡相关eHSPs介导。

4.2 eHSPs的抗肿瘤和免疫刺激作用

eHSPs作为损伤相关分子模式（DAMPs）通过TLR4激活树突状细胞，产生促炎细胞因子。膜HSP70（mHSP70）通过TKD肽段与NK细胞CD94/NKG2C受体结合，激活NK细胞杀伤肿瘤。eHSPs还介导抗原交叉呈递：HSP90通过Sec61转运抗原，HSP70确保加工，共同激活CD8⁺ T细胞。CD91/LRP1同时参与免疫激活（交叉呈递）和促肿瘤（侵袭信号），其表达下调与晚期癌症免疫逃逸相关。

4.3 情境依赖性双重性

eHSP的功能取决于浓度、位置（游离vs囊泡vs膜结合）、受体使用和宿主免疫状态。低浓度短暂释放时作为DAMPs激活免疫；慢性高浓度则驱动侵袭和免疫耐受。同一分子可通过结合不同受体（如CD91在抗原呈递细胞上启动免疫，在肿瘤细胞上促进迁移）产生相反效应。肿瘤类型和宿主免疫状态共同决定eHSP的最终生物学结局。

1. 5.
   干预措施对eHSP水平的调节
   5.1 身体和生活方式干预
   运动可时间依赖性和剂量依赖性地调节免疫和HSP表达。中等强度运动增强免疫功能，而力竭运动可能抑制免疫。急性运动后白细胞释放eHSP70短暂升高，但淋巴细胞计数暂时性下降不代表免疫抑制，而是白细胞向组织重分布。运动诱导的白细胞eHSP70具有抗肿瘤潜力，而慢性高水平eHSPs则与恶病质相关。因此需优化运动强度以“加热”肿瘤而不引起免疫抑制。

5.2 癌症治疗

5.2.1 放疗

放疗后eHSP70轨迹表现为早期大幅下降后不完全恢复。使用不同ELISA平台检测结果可能相反：偏好游离形式的试剂在应答者中读数更高（反映免疫原性细胞死亡），而检测囊泡组分的试剂在无应答者中更高（反映存活肿瘤质量）。术后持续升高的游离HSP70预示复发，与NK细胞减少并行。

5.2.2 化疗

化疗诱导免疫原性细胞死亡释放游离eHSP70，但同时亚致死应激上调mHSP70和囊泡分泌，扩增MDSC抑制信号。化疗还可触发eHSP70-TGF-β-M2巨噬细胞极化环路，导致治疗诱导的获得性耐药。

5.2.3 靶向治疗

HSP90抑制剂破坏伴侣复合体，导致HSF1去抑制和HSP70转录上调，循环中HSP70升高可作为靶点占据的药效学标志物。但这种代偿性HSP70升高具有细胞保护作用，部分抵消HSP90抑制的促凋亡效应。联合HSP70和HSP90阻断可能是更完全的放射增敏策略。

5.2.4 免疫治疗

高水平循环eHSP90α与PD-1/PD-L1抑制剂联合化疗的较短生存期独立相关。机制上，肿瘤内NLRP3炎症小体驱动HSP70分泌，招募粒系MDSC，形成适应性抵抗。基于eHSP的疫苗在低PD-L1表达患者中效果更佳，提示NLRP3抑制联合eHSP疫苗接种是潜在合理组合。

1. 6.
   局限性和转化挑战
   多数研究为回顾性或观察性，样本量小，缺乏前瞻性多中心验证和标准化方案。不同ELISA平台测量不同蛋白池，导致结果不可互换。eHSP与标准标志物相比的证据有限，且缺乏与ctDNA、CTC等已批准液体活检方法的直接比较。eHSP的双向生物学效应使得单一阈值难以确立，必须结合宿主免疫状态解读。推进临床转化需要标准化前分析流程、验证特定平台并将eHSP纳入多标志物面板。
2. 7.
   结论
   循环eHSPs展示了可重复的癌种特异性谱，具有作为疾病分期、转移潜力和治疗反应生物标志物的临床价值。然而其预后意义无法与所测eHSP区室、分析平台和宿主免疫状态脱钩。鉴于固有的生物学和方法学复杂性以及缺乏前瞻性验证，eHSP测量目前不足以作为独立的诊断或预后工具，需要整合至多标志物面板和标准化检测协议中才能实现有意义的临床应用。