Heat Shock Protein 90 as a Master Regulator of Multidrug Resistance: Small-molecule Inhibitors, Prodrugs, Hybrid Molecules, Antibody–drug Conjugates, and Nanotechnology-based Delivery Systems

Article

作者: Hodage, Shweta Omkar ; Kadasi, Sundeep ; Ardad, Rameshwar ; Jangme, Chandraprabhu ; Patil, Vrushabh Sunil ; Kholkumbe, Aishwarya Avinash

Introduction/Objective:::

Multidrug Resistance (MDR) remains a major obstacle to effective cancer chemotherapy, driven by multiple interconnected mechanisms, including overexpression of ATP-binding Cassette (ABC) transporters, enhanced DNA repair, apoptosis evasion, and protumorigenic microenvironmental factors. Heat Shock Protein 90 (HSP90) has emerged as a master regulator of MDR by chaperoning multiple client proteins involved in drug efflux, survival signaling pathways, and cellular stress responses. These mechanisms collectively decrease intracellular drug accumulation and promote tumor cell survival, leading to therapeutic failure. This review aims to summarize HSP90-targeted therapeutic strategies for overcoming MDR in cancer and evaluate their mechanistic basis, efficacy, and translational potential.

Methods:::

A systematic literature search was conducted in PubMed, Scopus, Web of Science, and Google Scholar up to 2010-2026. Keywords included “HSP90,” “multidrug resistance,” “cancer,” “HSP90 inhibitors,” “prodrug,” “ADC,” and “nanotechnology,” combined using Boolean operators. Relevant preclinical and clinical studies on HSP90-targeted strategies to overcome MDR were included, while duplicates and studies that were irrelevant or insufficiently detailed were excluded. Eligible studies were screened and analyzed for mechanisms, therapeutic outcomes, and limitations.

Results:::

Small-molecule HSP90 inhibitors, including geldanamycin derivatives and resorcinol-based compounds, demonstrate potential in destabilizing MDR-associated client proteins such as P-glycoprotein, MRP1, BCRP, and survival kinases, thereby restoring sensitivity of resistant cancer cells to chemotherapy. Prodrug strategies improve bioavailability and reduce systemic toxicity while preserving HSP90 inhibitory activity. Hybrid molecules that integrate HSP90 inhibition with complementary mechanisms, such as HDAC inhibition and kinase inhibition, provide synergistic multi-targeted effects against resistance pathways. Antibody–drug conjugates facilitate tumor-selective delivery of HSP90 inhibitors, enabling receptormediated internalization and reducing the impact of efflux mechanisms. Furthermore, nanotechnology-based delivery platforms, including liposomes, polymeric nanoparticles, and stimuli-responsive carriers, enhance pharmacokinetics, enable co-delivery of HSP90 inhibitors with chemotherapeutic agents, and support controlled intratumoral drug release.

Discussion:::

HSP90-targeted strategies represent a promising approach for reversing MDR by simultaneously regulating multiple resistance-associated pathways. The ability of HSP90 inhibitors to disrupt drug efflux transporters, survival signaling networks, and stress adaptation mechanisms provides a strong rationale for their integration with conventional chemotherapy and emerging targeted therapies. However, clinical translation remains challenging due to tumor heterogeneity, biological barriers, dose-limiting toxicities, and variations in patient response. Rational combination strategies, biomarker-guided patient selection, and advanced delivery technologies are essential to maximize therapeutic benefits and improve clinical outcomes.

Conclusion:::

HSP90-targeted therapeutic approaches offer significant potential for overcoming MDR in cancer by restoring drug sensitivity and enhancing treatment efficacy. Future progress will depend on optimized combination therapies incorporating MDR modulators, personalized treatment strategies guided by predictive biomarkers, and innovative technologies such as artificial intelligence-assisted drug design and CRISPR-based gene editing. Continued interdisciplinary research is required to translate HSP90- targeted innovations into effective clinical interventions for patients with drug-resistant cancers.

2026-09-01·MOLECULAR BIOLOGY AND EVOLUTION

Consistent and idiosyncratic pleiotropy in shaping genetic correlations

Article

作者: Des Marais, David L ; Geiler-Samerotte, Kerry ; Cai, Haoran

Abstract:

Pleiotropy, the phenomenon where a single mutation influences multiple phenotypic traits, creates genetic correlations that can constrain evolutionary trajectories. Yet genetic correlations differ in their persistence: some remain stable over long evolutionary timescales, whereas others change rapidly across generations or environments. One explanation is that similar values of genetic correlation, rG, can arise from different pleiotropic architectures: broadly aligned effects across many loci, or disproportionate covariance contributions from a few large effect loci. Motivated by the distinction between vertical and horizontal pleiotropy, here, we develop a bivariate marker effect framework for recombinant mapping populations that separates candidate large covariance contributors from the polygenic background correlation, rD. We define rD as the correlation among marker effects after trimming markers with unusually large covariance contributions. rD is a trait-pair summary of how consistently small and moderate effect markers align across the genome; high rD is expected when many perturbations propagate through shared developmental, physiological, causal, or geometric structure. Applying this framework to high-dimensional yeast single-cell morphology, we show that trait pairs with similar rG can differ substantially in rD, and that a small number of candidate outlier regions can strongly influence some marker effect correlations. We then test whether rD predicts the environmental stability of genetic correlations under geldanamycin-mediated Hsp90 perturbation. Trait pairs with stronger rD show smaller absolute changes in rG. These results suggest that genetic correlations supported by a strong polygenic marker effect background are more environmentally stable than correlations shaped primarily by a few large covariance contributors.

2026-09-01·PROTEIN AND PEPTIDE LETTERS

Heat shock proteins as modulators of cardiovascular health and disease: From cellular stress to clinical targets

Review

作者: Bolhassani, Azam ; Pirani, Fatemeh ; Naderi, Niloofar

Cardiovascular disease (CVD) is a result of complex pathophysiological processes affecting the heart and blood vessels. Heat shock proteins (HSPs) are evolutionarily conserved molecular chaperones that play key roles in maintaining protein homeostasis and cell survival under various stress conditions. Studies have shown the role of HSPs in diseases, including autoimmune disorders, liver, pancreatic, cancer, diabetes, and kidney disorders. Important findings regarding the role of HSPs in cardiovascular diseases include atherosclerosis, ischemic heart disease, atrial fibrillation, cardiomyopathy, heart failure, deep vein thrombosis, and peripheral vascular disease. Several proteins related to HSPs have been identified in various molecular mechanisms, including autophagy, apoptosis, oxidative stress, inflammatory responses, and fibrosis in cardiac disease. This review provides a comprehensive overview of the molecular biology and classification of HSPs, including extracellular HSPs, small HSPs, and co-chaperone molecules. We explored the roles of HSPs in regulated cell death mechanisms and in modulating oxidative stress and inflammatory responses. Furthermore, we demonstrated the pathological and protective roles of specific HSPs by regulating gene expression in response to drugs and cytokines, including geldanamycin and geranylgeranylacetone (GGA), across various cardiovascular conditions, highlighting the potential for HSP-targeted therapies. Promising strategies, including small-molecule inhibitors, inducers, and gene therapies, such as Bcl-2-associated athanogene 3 (BAG3) modulation, are discussed in the context of clinical relevance and therapeutic potential. However, despite promising experimental and clinical evidence, the translational application of HSPs remains limited by their context-dependent biological functions, the lack of standardized biomarker assays, heterogeneous clinical findings, and insufficient large-scale prospective validation. This narrative review was not prospectively registered, and received no external funding. It was conducted by searching PubMed, Scopus, Google scholar and Web of Science for relevant published articles. Understanding the multifaceted roles of HSPs offers new insights into cardiovascular disease mechanisms and paves the way for novel diagnostic and therapeutic approaches.

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·药学进展

独家原创 | 热休克蛋白家族调控代谢网络促进肿瘤恶性进展的新范式

“ 点击蓝字关注我们热休克蛋白家族调控代谢网络促进肿瘤恶性进展的新范式 PPS 汤于婷，沈瑛（上海交通大学医学院，上海 201318）摘要：代谢重编程是癌症的重要特征之一，其调控机制不仅依赖于代谢酶活性的改变，更涉及广泛的蛋白-蛋白相互作用网络。热休克蛋白（heat shock protein, HSP）家族是细胞内重要的分子伴侣系统，广泛参与肿瘤代谢重编程的调控。系统梳理 HSP 驱动肿瘤代谢重编程与恶性进展的最新研究进展，提出“HSP-代谢轴”整合调控框架：1）直接结合并稳定糖酵解、三羧酸循环、脂质代谢等通路的关键代谢酶；2）调控哺乳动物雷帕霉素靶蛋白、缺氧诱导因子-1α 等信号分子，系统重塑肿瘤代谢状态；3）作为支架蛋白组装代谢酶-信号蛋白复合体，在时空维度实现代谢过程与信号转导的耦合联动。在此基础上对比分析了不同 HSP 成员的代谢调控特征及代表性抑制剂的研究现状。相关研究阐明了 HSP 调控肿瘤代谢网络的全新功能，为开发靶向 HSP 的抗肿瘤干预策略提供了理论依据。转代谢重编程是癌症的重要特征之一，为满足快速增殖需求，肿瘤细胞重塑自身代谢程序，优先保障自身能量及生物合成前体的供应，维持细胞内氧化还原稳态[1]。近年来的研究表明，代谢酶除催化代谢反应外，还能通过蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interaction，PPI）参与信号转导和表观遗传调控。这种“兼职”功能促使该领域研究焦点从单纯的代谢通量分析转向代谢酶的非经典功能[2] 。热休克蛋白（heat shock protein，HSP）是进化上高度保守的分子伴侣，介导蛋白质的正确折叠、构象稳定及亚细胞定位，在应激条件下发挥细胞保护作用。 HSP 家族主要包括 HSP90、 HSP70、HSP60、HSP40 以及小分子 HSP （如 HSP27）等成员，其表达受热休克因子精密调控[3]。在肿瘤组织中，HSP 长期被视作“致癌伴侣”，通过稳定癌蛋白参与信号通路调控；而最新证据显示，HSP 的客户蛋白网络已拓展至糖酵解、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA 循环）、脂质代谢和谷氨酰胺代谢等通路的关键酶类，提示 HSP 的功能角色已从单一蛋白的“守护者”延伸为肿瘤代谢网络的调控者。然而，现有相关研究仍较为零散，尚未形成可系统阐释 HSP 多层次代谢调控效应的理论框架。为此，本文将 HSP 驱动肿瘤代谢重编程与恶性进展的作用机制归纳为 3 个协同层面：直接调控（结合并稳定关键代谢酶）、间接调控[调控哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、缺氧诱导因子 -1α （hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）等代谢信号中枢]、整合调控（组装功能性代谢酶-信号蛋白复合体）。在此基础上梳理 HSP 家族成员的具体作用机制，探讨靶向“HSP-代谢轴”治疗策略的转化潜力，以期为肿瘤代谢干预提供新的研究思路。 1 热休克蛋白家族 1.1 HSP90 HSP90 是研究最深入的 HSP 之一，其功能依赖高度保守的构象循环，该循环由腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）结合与水解驱动。ATP 结合诱导 HSP90 形成闭合构象以捕获客户蛋白；ATP 水解后构象恢复开放，促使客户蛋白折叠成熟并释放。HSP90 对客户蛋白具有高度选择性，倾向于结合处于激活或构象不稳定状态的信号转导分子，如蛋白激酶、核激素受体和转录因子，这一特性为其稳定肿瘤细胞中异常活化的信号通路提供了结构基础[4]。 HSP90 在乳腺癌、肺癌和胃癌等多种恶性肿瘤中异常高表达，且与肿瘤恶性进展及患者不良预后密切相关[5]。凭借对异常活化蛋白的高亲和力，HSP90 可结合并稳定表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）、人表皮生长因子受体 2 （human epidermal growth factor receptor 2，HER2）、 AKT[ 即蛋白激酶 B （protein kinase B，PKB）]及突变型 BRAF V600E 等致癌信号通路关键蛋白，帮助肿瘤细胞建立并维持“致癌成瘾”状态，促进肿瘤细胞增殖、侵袭与转移；同时，HSP90 还可通过抑制凋亡、诱导保护性自噬等途径导致化疗耐药[6-10]。 1.2 HSP70 HSP70 包含组成型热休克同源 71 kDa 蛋白（heat shock cognate 71 kDa protein，HSC70）、应激诱导型 HSP70、内质网葡萄糖调节蛋白 78（glucose-regulated protein 78， GRP78）和线粒体HSP70 等多种亚型[11]。与主要结合成熟信号蛋白的HSP90 不同，HSP70 的功能更为基础且广泛，参与折叠新生肽链、应激条件下防止蛋白聚集、清除错误折叠蛋白以及调控凋亡信号等生物学过程[12]。HSP70 依赖于其 N 端 ATP 酶结构域与 C 端底物结合结构域发挥功能：结合 ATP 时，底物结合域对客户蛋白的亲和力较低；ATP 水解为腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP）后，亲和力显著升高；这一 ATP 水解依赖的构象循环受到 HSP40 等共伴侣蛋白的精细调控[13]。 HSP70 可通过多种机制促进肿瘤恶性进展。例如，HSP70 与凋亡诱导因子直接结合，抑制其介导的染色质凝聚，进而阻断慢性髓系白血病细胞凋亡[14]；肿瘤细胞分泌的 HSP70 还可与巨噬细胞表面的 Toll 样受体 2（Toll-like receptor 2，TLR2）结合，诱导其发生免疫抑制性 M2 表型极化，促进胰腺癌等肿瘤细胞免疫逃逸[15]。 1.3 HSP60 HSP60 是定位于线粒体基质的关键分子伴侣，可与辅分子伴侣 HSP10 形成复合体，通过 ATP 依赖的循环介导线粒体蛋白的正确折叠与组装[16]。与以胞质分布为主的 HSP70、HSP90 不同，HSP60 主要负责维持线粒体蛋白稳态；但后续研究发现，HSP60 也能在胞质、膜表面及细胞外环境中存在，提示其作用已超出线粒体范畴，参与更广泛的生理病理过程[17]。 HSP60 的异常表达与结直肠癌、前列腺癌等多种肿瘤的不良预后相关[18]。机制研究发现，HSP60与凋亡抑制蛋白 Survivin 结合并使其稳定，同时结合并削弱肿瘤抑制因子 p53 的促凋亡功能，从而抑制肺癌、乳腺癌、子宫颈癌、结肠癌等多种肿瘤细胞凋亡[19]；氧化应激刺激下，线粒体释放至胞质的HSP60 可直接结合 IκB 激酶并激活核因子 κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号通路，介导宫颈癌 HeLa 细胞的存活[20]。此外，HSP60 还可利用其顶端结构域直接结合 β-联蛋白并增强其转录活性，驱动肿瘤侵袭与转移[17] 。 1.4 HSP27 HSP27 （HSPB1）是小分子 HSP 家族的典型代表。与 HSP90 和 HSP70 不同的是，HSP27 具有独特的 ATP 非依赖性分子伴侣功能，通过与其互作蛋白的多重相互作用介导多重细胞保护效应，在肿瘤应激适应与耐药过程中发挥重要作用[21]。HSP27 在乳腺癌、肺癌及前列腺癌等多种实体瘤中异常高表达，且与肿瘤进展及患者不良预后密切相关[22-24]。HSP27 直接结合部分变性的蛋白质，避免其形成不可逆聚集体，维持蛋白质组稳态，为 HSP70/HSP90介导的蛋白质修复争取时间窗口[25]。多种应激通路的异常活化可诱导 HSP27 发生磷酸化修饰。磷酸化的 HSP27 可直接结合细胞色素 c等凋亡关键因子，抑制肿瘤细胞凋亡[26]。HSP27 还可调控上皮间质转化与 NF-κB 信号通路，参与乳腺癌干细胞表型维持[27]；并通过调控氧化应激反应抑制细胞铁死亡，促进肿瘤细胞存活并介导耐药[28]。此外，HSP27 可上调肿瘤细胞内谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平，增强活性氧清除能力，介导肿瘤细胞对 HSP90 抑制剂产生耐药[29]。 2 直接调控：HSP 结合并稳定关键代谢酶作为分子伴侣，HSP 最基础的功能是直接结合客户蛋白并维持其空间构象、稳定性及亚细胞定位。现有证据表明，HSP 的客户蛋白网络已覆盖糖酵解、TCA 循环、脂质代谢及谷氨酰胺代谢等通路的关键代谢酶，借此实现对细胞代谢通量的直接调控。 2.1 HSP 调控糖酵解 HSP 可作用于糖酵解通路上游、中游、下游的关键步骤（含多个限速步骤），实现对糖酵解进程的全程调控。在糖酵解起始阶段，己糖激酶 2（hexokinase 2，HK2）作为糖酵解首个限速酶，催化葡萄糖磷酸化生成葡萄糖 -6- 磷酸。人类己糖激酶家族包括HK1-HK4 和己糖激酶结构域蛋白 1 共 5 种亚型，其中 HK2 在多种肿瘤组织中呈显著高表达状态[30]。HK2 可直接结合线粒体外膜的电压依赖性阴离子通道（voltage-dependent anion-selective channel，VDAC），该相互作用对维持肿瘤细胞高糖酵解活性及抵抗凋亡至关重要[31]。定位于线粒体的 HSP90 家族成员肿瘤坏死因子受体相关蛋白 1 （tumour necrosis factor receptor-associated protein 1，TRAP1），可通过维持基质脯氨酰异构酶亲环素 D （cyclophilin D，CYPD）的正确折叠，保障 HK2 在线粒体膜上的定位与催化活性；抑制线粒体 HSP90/TRAP1 功能可导致 CYPD 发生错误折叠，促使 HK2 自线粒体膜脱落，最终造成糖酵解效率与 ATP 生成水平显著下降[32]。在糖酵解中游过程中，磷酸甘油酸激酶 1（phosphoglycerate kinase 1，PGK1）可催化 1, 3-二磷酸甘油酸和 ADP 发生反应，生成 3-磷酸甘油酸和ATP。研究发现，HSP90 可通过自身 C 端结构域结合闭合构象的 PGK1 并维持其稳定性；HSP90-PGK1复合体还可稳定糖原合成酶激酶 -3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK3β），间接调控 Wnt/β-联蛋白信号通路，维持乳腺癌干细胞的生物学特性[33]。 M2 型丙酮酸激酶（pyruvate kinase M2，PKM2）是糖酵解下游的关键限速酶，可催化磷酸烯醇式丙酮酸和 ADP 生成丙酮酸和 ATP。HSP90与 HSC70 可分别通过作用机制相反的调控方式协同调节 PKM2，维持肿瘤细胞代谢的可塑性。一方面，HSP90 可直接结合 PKM2，并通过 GSK3β 介导PKM2 第 328 位苏氨酸磷酸化，提升 PKM2 的催化活性，提高糖酵解通量，促进肿瘤细胞增殖、抑制细胞凋亡，最终加速肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）进展[34]；另一方面，HSC70 可通过分子伴侣介导的自噬途径，特异性识别乙酰化修饰的 PKM2 并将其靶向至溶酶体进行降解，动态调控细胞内 PKM2 蛋白丰度，使肿瘤细胞可根据微环境变化，平衡糖酵解供能与生物合成进程，提升环境适应能力[35]。 2.2 HSP 调控 TCA 循环琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase，SDH）是 TCA 循环关键酶之一，可催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸，并将辅酶黄素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）还原为 FADH₂。研究表明，线粒体分子伴侣 TRAP1 可直接结合 SDH 并抑制其活性，导致呼吸链复合体Ⅱ功能异常、琥珀酸大量蓄积；累积的琥珀酸可竞争性抑制脯氨酰羟化酶，稳定 HIF-1α 蛋白，驱动肿瘤细胞的代谢模式从氧化磷酸化向有氧糖酵解转换，该调控特征在结直肠癌与肾细胞癌中尤为突出，提示 TRAP1 是介导线粒体呼吸与糖酵解切换的关键代谢调控分子[36-37]。此外，HSP60 作为线粒体基质分子伴侣，对维持TCA 循环代谢稳态具有重要作用。敲低 HSP60 可导致柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸及琥珀酸等多种TCA 循环中间代谢物含量显著下降，提示 HSP60 可广泛维持 TCA 循环相关功能酶的稳定性，其作用机制可能与调控相关酶复合体的正确折叠与组装有关[38]。 2.3 HSP 调控脂质代谢与铁死亡谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）是细胞内关键的抗氧化酶，可特异性催化磷脂氢过氧化物还原为相应的醇，同时消耗还原型 GSH，阻断脂质过氧化链式反应，从而维持脂质代谢稳态、抑制铁死亡，促进肿瘤细胞存活及耐药[39]。近年研究发现，多种 HSP 可通过不同机制参与 GPX4 功能的精细调控。内质网 HSP70 家族成员 GRP78（HSPA5）可直接结合 GPX4 并抑制其降解，降低细胞内脂质过氧化水平，导致胰腺导管腺癌细胞对吉西他滨耐药[40]。HSP90 可通过 C 端结构域维系 GPX4 与 VDAC1 的相互作用，以非经典分子伴侣依赖的方式稳定GPX4，抑制 HSP90 功能可破坏 GPX4-VDAC1 互作并增强铁死亡[41]。此外，HSP27 可通过调控 p53/胱氨酸-谷氨酸反向转运体/GPX4 信号轴在食管癌干细胞中形成独特的抗氧化机制，增强肿瘤细胞在氧化应激条件下的存活能力[42]。 2.4 HSP 调控谷氨酰胺代谢谷氨酰胺酶（glutaminase，GLS）是谷氨酰胺分解代谢的限速酶，可催化谷氨酰胺水解生成谷氨酸并释放氨基；产物谷氨酸回补 TCA 循环并维持GSH 合成，促进肿瘤细胞增殖、增强抗氧化应激能力，其表达与活性受到多层次精细调控[43]。在葡萄糖缺乏条件下，线粒体分子伴侣 TRAP1 可激活HIF-2α/丙氨酸-丝氨酸-半胱氨酸转运体 2 （alanineserine-cysteine transporter 2，ASCT2）/GLS信号轴，重塑代谢网络，增强谷氨酰胺分解代谢，进而恢复受损线粒体功能[44]。此外，HSC70 可直接结合细胞内谷氨酰胺，阻断 HSC70介导的OTU去泛素化酶4（OTU deubiquitinase 4，OTUD4）降解过程，稳定 OTUD4/乳酸脱氢酶 A （lactate dehydrogenase A，LDHA）信号轴并促进乳酸生成；同时，该过程可抑制干扰素 β 介导的免疫原性细胞死亡，削弱肿瘤化疗效果[45]。 HSP 可通过直接结合多种关键代谢酶，维持其稳定性、催化活性及亚细胞定位，实现应激条件下细胞代谢通量的快速调节；同时，代谢酶及代谢产物也能反向调控 HSP 的活性与功能。例如，糖酵解酶 PGK1 可作为蛋白激酶激活 HSP90 的 ATP 酶活性，活化胞外信号调节激酶信号并促进 DNA 修复，进而诱导子宫内膜癌细胞对顺铂耐药[46]。上述双向相互作用不依赖转录与翻译层面的慢速调控，构成肿瘤代谢重编程的快速响应层，为肿瘤细胞满足能量与生物合成需求提供了分子基础（见图 1）。 3 间接调控：HSP 通过信号通路重编程肿瘤代谢除了直接结合代谢酶外，HSP 还通过稳定并控制代谢调控中枢（信号激酶与转录因子），对肿瘤代谢进行系统性重编程。这种间接调控可同时覆盖多条代谢通路，实现协同控制（见图 2）。 3.1 mTOR信号通路 mTOR 是细胞感知营养与能量状态的分子枢纽，参与协调合成代谢过程。其信号异常活化与多种肿瘤的发生发展密切相关，可广泛调控葡萄糖、脂肪酸及脂质代谢，促进肿瘤生长与存活[47]。 HSP 通过维持 mTOR 通路关键组分的稳定性，间接调控上述代谢过程。研究表明，HSP90 通过与mTOR 调节相关蛋白（regulatory-associated protein of mTOR，Raptor）结合，增强 mTOR-Raptor 复合体的磷酸化活性；HSP90 抑制剂则通过破坏这一相互作用抑制 mTOR 信号[48]。HSP90 与细胞分裂周期蛋白37（cell division cycle 37，CDC37）形成复合体维持 AKT 的稳定性，从而调控 AKT 下游mTOR 复合体 1 （mTOR complex 1，mTORC1）的活化水平[49]；HSP70 与 DnaJ 同源 C 亚家族成员 12形成复合体，通过增强 AKT 信号间接激活 mTOR通路[50]。综上，HSP 通过上述机制促进 mTOR 驱动的糖酵解与脂质合成，为肿瘤细胞快速增殖提供物质基础。 3.2 HIF信号通路由于肿瘤血管系统异常，病灶内部常形成缺氧区域，HIF-1α 的快速积累是驱动肿瘤代谢适应的重要事件。HIF-1α 直接上调溶质载体家族 2 成员 1[solute carrier family 2 member 1，SLC2A1，编码葡萄糖转运体 1 （glucose transporter 1，GLUT1）]、HK2、LDHA 等糖酵解相关基因的转录，一方面增强糖酵解以降低对氧气的依赖，另一方面抑制线粒体氧化磷酸化，全面重构肿瘤的能量代谢模式[51]。 HSP 家族可通过稳定 HIF 通路参与上述缺氧适应过程。研究表明，HSP90 可直接结合 HIF-1α 的Per-ARNT-Sim （PAS）结构域，抑制 HIF-1α 降解，进而维持 HIF-1α 的蛋白稳定性[52]。在胰腺导管腺癌中，GRP78 可易位至细胞核，与 HIF-1α 形成转录复合体并结合靶基因启动子区域的缺氧反应元件，以正反馈方式增强 HIF-1α 的转录及其下游靶基因LDHA 的表达，最终驱动肿瘤细胞有氧糖酵解[53]。在肾细胞癌中，TRAP1 可通过 HIF-2α 亚型激活ASCT2/GLS 信号轴，调控谷氨酰胺代谢，为 TCA循环提供回补底物[44]。 3.3 AMP 活化的蛋白质激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信号通路 AMPK 由催化亚基 α 及调节亚基 β、γ 共同组成，是细胞能量感知的核心分子。在能量匮乏或缺氧条件下，AMPK 可被上游肝激酶 B1 （liver kinase B1，LKB1）激活，进而抑制合成代谢并促进能量生成，维持细胞能量稳态。AMPK 可通过抑制mTOR 信号、诱导自噬及维持线粒体功能，协助肿瘤细胞在代谢压力条件下存活[54]。在丝氨酸/甘氨酸缺乏引发的代谢压力下，AMPK 可介导 HIF-1α 蛋白稳定并增强其转录活性，上调糖酵解与丝氨酸合成通路相关酶的表达，促进胶质母细胞瘤的代谢适应与生长[55]。 HSP 家族可通过与 AMPK 相互作用，参与肿瘤细胞对代谢压力的适应过程。研究发现，HSP90 可直接结合 AMPKα 亚基形成功能复合体，维持其蛋白结构稳定性并阻止其发生泛素化降解，确保AMPK 具备持续的激酶活性。抑制 HSP90 可显著降低 AMPK 活性，其下游底物乙酰辅酶 A 羧化酶的磷酸化水平亦随之降低[56]。此外，HSP90-CDC37 复合体可稳定上游 LKB1，间接维持 AMPK 信号通路的激活状态[57]。 HSP60 与 HSP70 对 AMPK 的调控作用不同。HSP60 可激活 AMPK 及其下游 6-磷酸果糖-2-激酶/果糖 -2, 6- 二磷酸酶 3 （6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase 3，PFKFB3），介导糖酵解与脂肪酸代谢重编程，促进多发性骨髓瘤的生长[38]；HSP70 则通过抑制 AMPK 过度活化并调控线粒体动力学，促进肿瘤恶性进展[58]。 3.4 Myc原癌基因蛋白（Myc proto-oncogene protein， c-Myc）转录因子 c-Myc 是肿瘤中异常活化的转录因子，可广泛调控细胞增殖、代谢及凋亡相关基因的表达。c-Myc 能够上调 GLUT、多种糖酵解酶、谷氨酰胺转运体及 GLS 的相关基因，促进糖酵解和谷氨酰胺分解代谢，同时驱动核苷酸与脂肪酸的生物合成[59]。但 c-Myc 蛋白自身半衰期较短，蛋白构象不稳定，其蛋白稳定性与功能高度依赖分子伴侣的调控。 HSP90 是稳定 c-Myc 蛋白的关键分子伴侣。HSP90 可直接与 c-Myc 结合，维持其构象稳定性并抑制其降解[60]；HSP90 还可与酰基磷酸酶-1 协同增强 c-Myc 蛋白稳定性，并上调糖酵解关键酶 LDHA的表达，进而促进 HCC 对仑伐替尼的耐药及恶性进展[61]。除调控蛋白稳定性外，HSP90α 还通过稳定 Bcl-2 相关转录因子 1，促使其与丝氨酸/精氨酸富集剪接因子 1 形成功能复合体，进而增强MYC mRNA 的稳定性[62]。其他 HSP 家族成员同样参与调控 c-Myc。研究显示，磷酸化激活的 HSP27 可通过抑制蛋白磷酸酶2A 的活性，增强 c-Myc 关键位点 Thr58 与 Ser62 的磷酸化修饰，促进其核内积累与稳定性，最终导致乳腺癌细胞对阿霉素的耐药[63]。HSP60 可通过维持线粒体 ATP 生成激活 β-联蛋白通路，间接上调c-Myc 表达[64]。这些发现共同揭示 HSP 家族通过多层次协同网络调控 c-Myc 稳定性与生物学功能。 3.5 固醇调节元件结合蛋白（sterol regulatory element-binding protein，SREBP）转录因子 SREBP 是调控脂质合成的关键转录因子。研究发现，HSP90 通过直接结合 SREBP 裂解激活蛋白（SREBP cleavage-activating protein，SCAP），稳定SREBP-SCAP 复合体并促进其由内质网向高尔基体的转运；在高尔基体中，SREBP 被位点 1/位点 2 蛋白酶依次切割，释放出 N 端活性片段进入细胞核，启动脂肪酸和胆固醇合成相关基因的转录；抑制HSP90 则降低 SREBP-SCAP 复合体的稳定性，阻碍其向高尔基体转运，减少成熟 SREBP 片段生成，进而下调脂质合成相关基因的表达[65]。此外，SREBP的活性还受 mTORC1 信号通路调控[66]，而 HSP90同时稳定 mTORC1 通路，提示 HSP90 可通过直接和间接两种方式对 SREBP 活性形成多层次调控。综上所述，通过稳定 mTOR、HIF、AMPK、c-Myc 及 SREBP 等代谢调控枢纽，HSP 可全面调控肿瘤细胞的代谢程序，介导肿瘤细胞增殖、存活与应激适应。 4 整合调控：HSP 组装功能性代谢酶-信号蛋白复合体除稳定单一蛋白外，HSP 还可作为分子支架同时结合代谢酶与信号蛋白，形成功能性代谢酶相关PPI 复合体，在时空维度将代谢状态与信号转导耦合，实现高效的细胞应答，使 HSP 成为代谢网络的整合枢纽。 HSP90 作为支架分子，可与 PGK1、PKM2、α-烯醇化酶及 LDHA 等多种糖酵解酶形成 HSP90-糖酵解输出复合体。该复合体在核纤层蛋白 A 的调控下定位至细胞核，更新了糖酵解酶仅存在于细胞质的传统认知；入核的糖酵解酶能够原位生成 ATP 或发挥蛋白激酶活性，直接调控转录、DNA 修复等核内生物学过程，进而提升胃癌细胞糖酵解通量，促进化疗耐药和肿瘤恶性进展[67]。该研究结果将 HSP介导的代谢空间重排布与细胞核功能建立关联，为解析代谢酶的多功能属性提供新视角。HSP90 还能同时结合糖酵解酶 PKM2 和信号蛋白 EGFR，形成三元复合体，将糖酵解过程与信号通路相耦联。PKM2 发挥分子支架作用以维持突变型 EGFR 蛋白稳定性，阻碍 EGFR 发生泛素化降解；EGFR 反过来调控 PKM2 的代谢活性，介导非小细胞肺癌对EGFR 酪氨酸激酶抑制剂的获得性耐药[6]。 HSP70 可特异性识别溶酶体膜上的双（单酰基甘油）磷酸酯，通过维持溶酶体膜完整性抑制药物诱导的细胞死亡，提升肿瘤细胞化疗耐药能力，促进脂质代谢产物在细胞内循环利用；定位于细胞膜表面的 HSP70 可干扰磷脂酰丝氨酸介导的免疫识别信号，促进肿瘤细胞免疫逃逸[68]。通过介导形成上述各类 PPI 复合体，HSP 实现对肿瘤细胞代谢、信号转导及细胞命运的整合调控。该机制阐释了靶向HSP 可同时干预肿瘤代谢、信号转导与细胞存活，进而产生协同抗肿瘤效应的内在原因，为 HSP 用作抗肿瘤靶点提供理论依据。 5 靶向 HSP-代谢轴的治疗策略 5.1 HSP90 抑制剂 HSP90 抑制剂是 HSP 靶向药物中研究较为充分的类别，按作用位点可分为 3 类：1） N 端 ATP 竞争性抑制剂，包括格尔德霉素及其衍生物坦螺旋霉素（tanespimycin， 17-AAG）、阿螺旋霉素（alvespimycin， 17-DMAG），间苯二酚类 [ 如ganetespib (STA-9090)]和嘌呤骨架类[如泽拉维昔布（PU-H71）]等，通过占据 N 端 ATP 结合口袋阻断HSP90 分子伴侣循环，促使客户蛋白降解；2）C 端抑制剂（如新生霉素衍生物），通过结合 C 端结构域干扰 HSP90 的二聚化及其与共伴侣蛋白、客户蛋白的相互作用；3）线粒体靶向抑制剂 gamitrinibs，由 HSP90 ATP 酶抑制剂与线粒体导向基团偶联而成，可选择性富集于线粒体，抑制线粒体 HSP90/TRAP1 伴侣网络，抑制肿瘤细胞的能量代谢，降低其存活能力[32, 69]。 HSP90 抑制剂在前列腺癌、胃癌等多种肿瘤模型中表现出抗肿瘤活性[70-71]。从代谢角度出发，其独特优势在于可同时降解多个代谢相关客户蛋白，包括代谢酶（如 PKM2、GLS）、信号节点（如AKT、mTOR）和转录因子（如 c-Myc、HIF-1α、SREBP），进而破坏肿瘤代谢网络，克服肿瘤细胞代谢可塑性，抑制耐药表型形成。例如，17-AAG可降低 PKM2 Thr-328 磷酸化水平并加速其降解，显著抑制 HCC 细胞的葡萄糖摄取、乳酸生成与细胞增殖，并诱导细胞凋亡[34]。在缺氧/低糖肿瘤微环境中，HSP90 新型抑制剂 C210 通过靶向 TRAP1 依赖的代谢重编程，选择性清除静止期乳腺癌细胞并逆转其对多柔比星的耐药[72]。HSP90 抑制剂 PU-H71 通过降解 c-Myc 蛋白，抑制其下游代谢酶转录，降低有氧糖酵解水平并诱导线粒体功能紊乱，抑制淋巴瘤细胞增殖与存活[73]。然而，HSP90 抑制剂的临床应用仍面临肝毒性、视网膜毒性和单药疗效有限等挑战。为此，有必要研发新一代亚型选择性抑制剂（如 HSP90α 或 HSP90β 抑制剂），以期提升用药安全性与治疗有效性[74]。 5.2 HSP60 抑制剂 HSP60 同样具有成为抗肿瘤靶点的潜力，其抑制剂研发已取得一定进展。根据作用机制，现有HSP60 抑制剂主要分为两类：一类可直接抑制其分子伴侣功能，如咪唑立宾、桃金娘酮 A 和 KHS101，通过结合 HSP60 抑制其 ATP 酶活性或底物蛋白折叠功能，破坏 HSP60-HSP10 伴侣循环；另一类通过调控 HSP60 译后修饰间接影响其功能与稳定性，如多柔比星可诱导 HSP60 乙酰化并促进其降解，epolactaene 通过烷基化特定半胱氨酸残基使 HSP60失活[17]。 HSP60 抑制剂在胶质母细胞瘤、非小细胞肺癌、卵巢癌等多种肿瘤模型中展现出抗肿瘤作用[17, 75-76]。从代谢调控角度看，HSP60 是线粒体蛋白质量控制系统的重要组分，KHS101 抑制 HSP60后可引发呼吸链复合体组装障碍，造成 SDH 等TCA 循环关键酶功能受损，进而破坏胶质母细胞瘤细胞的能量代谢平衡；该药物对胶质母细胞瘤患者来源异种移植瘤生长抑制率约 50%，并可显著延长荷瘤小鼠生存期，且对正常脑细胞无明显毒性[77]。敲低 HSP60 能显著降低糖酵解与 TCA 循环相关代谢物水平，并通过抑制 AMPK 磷酸化抑制多发性骨髓瘤生长[38]。此外，HSP60 还能稳定 β-联蛋白等促癌信号分子，HSP60 抑制剂可通过干扰上述信号通路，间接抑制肿瘤代谢重编程与转移进程[78]。然而，HSP60 是维持正常细胞线粒体功能不可或缺的分子，靶向抑制 HSP60 可能诱发神经毒性和心肌毒性，这是其临床转化面临的突出安全问题。现有 HSP60 抑制剂的作用效力和选择性仍有待提升，且抑制单一 HSP 可能引发其他 HSP 的代偿性上调，进而削弱药物的抗肿瘤效应[79]。因此，后续研究一方面需开发选择性更高、活性更强的 HSP60靶向抑制剂，另一方面也可探索其与化疗药物、其他靶向药物的联合用药策略，以应对耐药问题并提高治疗指数。 5.3 HSP70 和 HSP27 抑制剂与 HSP90 和 HSP60 相比，HSP70 与 HSP27 的靶向治疗研究进展相对缓慢，仅少数候选分子进入临床前及早期临床评价阶段。例如，HSP70 抑制剂VER-155008 通过结合 ATP 口袋干扰其伴侣功能，显著抑制结直肠癌细胞增殖（半数抑制浓度为 5.3 ~14.4 μmol·L-1），诱导细胞凋亡，并协同增强 HSP90抑制剂抑瘤效应[80-81]。反义寡核苷酸药物阿帕托森（apatorsen，OGX-427）可下调 HSP27 表达，恢复肿瘤细胞凋亡敏感性，并提升标准化疗药物的疗效[82]。Ⅰ期临床剂量递增研究显示，OGX-427 在去势抵抗性前列腺癌及其他晚期肿瘤患者中显示出可控的安全性[83]。针对转移性尿路上皮癌一线治疗的随机Ⅱ期临床研究（Borealis-1）结果表明，OGX-427 联合吉西他滨/顺铂方案虽未能显著改善总体人群生存，但在预后不良亚组中，600 mg OGX-427 联合化疗组的中位总生存期为 11.9 个月，对照组为9.0 个月（HR = 0.72），呈现出生存获益趋势[84]。此外，HSP27 小分子抑制剂 J2 可在多种肿瘤模型中有效增敏化疗与靶向治疗[85-86]。天然产物伊维菌素亦可抑制 HSP27 并调控其下游信号通路[87]。 6 总结与展望本综述系统阐述了 HSP 在肿瘤代谢重编程中构建的多层次调控网络。相关机制涵盖直接稳定关键代谢酶、调控代谢相关信号通路与转录因子，以及组装功能性代谢酶-信号蛋白复合体，实现代谢过程与信号转导整合调控。如表 1 所示，HSP90 主要作为信号网络与代谢酶稳定性的关键调控节点；HSP70/HSC70 作为分子伴侣，可在蛋白质量控制与代谢物感知过程中发挥双向调控作用；TRAP1 与HSP60 的调控作用主要聚焦于线粒体能量代谢；HSP27 则主要参与肿瘤细胞应激适应，并调控细胞凋亡与铁死亡的临界阈值。上述研究结论将 HSP 的功能定位从单一的蛋白质折叠辅助分子拓展为肿瘤代谢网络的重要调控分子，深化了对肿瘤代谢调控机制的理解，也为新型抗肿瘤策略的研发提供了理论依据。目前该领域仍存在诸多问题亟待深入探究。其一，参与代谢调控的 HSP 家族成员及其特异性客户蛋白体系尚不完善。除经典的 HSP90、HSP70、HSP60 与 HSP27 外，HSP10、HSP110、HSP40 等家族成员在肿瘤代谢中的生物学功能仍不明确；亲和纯化-质谱联用、邻近标记技术等蛋白质组学技术有助于绘制更完整的 HSP-代谢酶相互作用图谱。其二，HSP 的代谢调控功能存在明显异质性，可随肿瘤类型、疾病进展阶段和肿瘤微环境的改变产生差异。缺氧、营养缺乏或药物干预压力下，HSP 表达水平和功能状态的动态变化对肿瘤代谢可塑性及治疗效果的影响，仍需进一步挖掘。其三，HSP 对多条代谢通路的协同调控模式，以及该调控模式对肿瘤整体代谢网络、细胞非自主功能的影响，亦是未来重点研究方向。从药物研发与临床转化视角来看，开发高选择性、低毒性的 HSP 抑制剂是现阶段研究的重点和难点。新一代抑制剂需聚焦肿瘤特异性客户蛋白或 HSP亚型，最大程度降低药物对正常细胞的损伤；基于结构的药物设计、高通量筛选及 DNA 编码化合物库等技术将有力推动新型特异性抑制剂的研发进程。同时，筛选可预测 HSP 抑制剂疗效的生物标志物（如特异性客户蛋白依赖模式、代谢物谱特征等），并优化其与代谢靶向药物的联合治疗方案，是未来转化医学研究的重要内容。此外，单细胞技术、空间多组学、实时代谢成像和化学生物学等新技术的发展，有望以更高分辨率、更动态的视角解析 HSP 在肿瘤代谢调控中的作用机制，为肿瘤基础研究提供新认知，也为开发靶向 HSP-代谢轴的新型抗肿瘤疗法奠定基础。综上，HSP 是调控肿瘤代谢网络的重要分子，其相关研究已成为抗肿瘤领域的研究热点。通过多学科合作和新技术的应用，有望进一步阐明 HSP 参与调控肿瘤代谢的分子机制，推动基础研究成果向临床转化，最终改善肿瘤患者的预后。参考文献： [1] Hanahan D. 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临床研究

2026-10-01

·Dr. Walnut

衰老细胞清除/动脉粥样硬化范例|Adv Sci[14.1]丹酚酸A靶向HSP90α清除衰老血管平滑肌细胞缓解动脉粥样硬化

Advanced ScienceIF 14.1 丹酚酸A通过激活衰老血管平滑肌细胞的内质网应激，破坏HSP90α-AKT-PERK三元复合物以缓解动脉粥样硬化 DOI: 10.1002/advs.77891 #HSP90α | #AKT #PERK | #内质网应激 | #细胞衰老 | #动脉粥样硬化 | #丹酚酸A 动脉粥样硬化过去一直被当成脂质驱动的慢性炎症。他汀类把发病率和死亡率压了下去，但残余心血管风险依然很高。最近几年单细胞谱系追踪带来了一个新共识，斑块里的血管平滑肌细胞（VSMC）会像肿瘤细胞那样克隆扩增、去分化、代谢重编程，形成类似实体瘤的病理结构。其中衰老 VSMC 长期驻留，通过衰老相关分泌表型重塑斑块微环境，推动坏死核心扩大和纤维帽变薄。斑块的稳定性在很大程度上取决于这群细胞是否仍然存在。衰老VSMC的两个特征是高分泌SASP和抗凋亡。肿瘤领域早就把热休克蛋白 90α（HSP90α）看成支撑细胞存活的支架蛋白。作者据此提出假设，衰老 VSMC 可能劫持了同一套机制，借此维持一个既不发生凋亡、又能持续分泌的中间状态。论文同时指出，HSP90α 与内质网应激介导的凋亡在血管衰老中的关系此前基本没有被研究过。这项工作由山东中医药大学中医学院李超教授团队等人完成，合作方包括该校第一临床医学院与中医药创新研究院。文章做了两件事。机制这一头，作者把衰老 VSMC 的内质网应激状态查清楚了，它处在被压低的水平，而压低它的正是HSP90α。HSP90α维持AKT与PERK的相互作用，让 PERK 无法被激活，细胞因此保住了SASP代谢活性。药物这一头，作者从112个天然产物里筛出丹酚酸A（SAA）作为HSP90α抑制剂，用它把这条被抑制的通路重新激活，在细胞和 ApoE−/− 小鼠身上都看到了衰老负荷下降与斑块稳定。根据文献内容使用AI绘制，仅供参考！ 📖 给不在本领域的同行补一段背景内质网应激有三条分支，PERK、ATF6和IRE1，各自启动不同的转录程序。PERK 这一支被激活后会磷酸化 eIF2α，把全局蛋白翻译压下来，给细胞争取处理错误折叠蛋白的时间；如果压力持续，ATF4 和 CHOP 被带起来，细胞就转向凋亡。翻译抑制这一点与衰老细胞的高代谢需求天然冲突，这群细胞因此倾向于主动压低 PERK。论文也观察到，在衰老 VSMC 里只有 PERK 这一支被抑制，ATF6和IRE1没有跟着变，这种分支解离在老年小鼠和老年人身上同样有报道。 HSP90α 的常规身份是分子伴侣，帮蛋白折叠、维持构象稳定。近些年的研究发现它能形成高阶寡聚体，重新组织蛋白与蛋白之间的互作网络，这个功能被称为支架功能，本文讨论的是后者。另一条已报道的机制是，AKT 会结合 PERK 的自磷酸化位点从而抑制 PERK 激活。把两件事放到一起，HSP90α 的作用可以理解为让这个抑制关系得以维持，它同时结合 AKT 与 PERK，把两者固定在一起。这种支撑一旦消失，AKT 走向降解，PERK 也就失去了压制它的那一方。线粒体钙的入口在内质网与线粒体的接触位点，也就是线粒体相关内质网膜。这两个细胞器贴得越紧，钙从内质网流向线粒体的效率越高，主要通道是线粒体钙单向转运体（MCU）。适量钙维持代谢，过量则引发线粒体膜电位崩溃与凋亡。论文里钌红和 MCU 敲低这两组实验针对的就是这个入口。 ❶ HSP90α在衰老VSMC中上调，敲低它让衰老标志回落 ▼ 衰老模型的建立、HSP90α 的表达变化、敲低后的表型与蛋白质组学 Fig. 1. Upregulated HSP90α maintains the survival of senescent VSMCs. 这一图要回答的是衰老 VSMC 里到底有没有一条可以单独干预的存活依赖。作者先把模型立起来。VSMC 用 200 μM 棕榈酸偶联白蛋白（PA-BSA）处理 48 h，再换回不含棕榈酸的新鲜培养基培养 48 h。胁迫撤掉之后细胞没有回到原状，停在一个稳定的衰老状态，SA-β-gal 活性升高，细胞周期抑制因子p16与p21同步上调（A–C）。三种处理状态是分开设置的，未作处理的作对照，只受 48h胁迫、不进恢复期的叫应激组，胁迫之后再放回正常培养基继续培养的叫衰老组，这个区分是后面所有对比的基础。进入衰老之后HSP90α的蛋白量上升，免疫荧光里的信号也随之增强（D–F）。用 siRNA 把 HSP90α压下去，p16与p21跟着回落（G），SA-β-gal阳性的细胞也少了（H）。把范围铺开到全蛋白层面，敲低HSP90α后差异表达谱里最突出的变化是PERK/eIF2α/ATF4/CHOP这条通路被激活，火山图上内质网应激相关的DDIT3落在显著上调的一侧，热图里一批内质网应激相关蛋白在敲低组一侧整体上调（I、J）。敲低HSP90α同时压低衰老标志、放开 PERK 通路，这说明衰老VSMC里高水平的 HSP90α抑制了内质网应激。 A：应激与衰老 VSMC 模型的建立流程B：PA-BSA 处理后不同时间点 p16、p21 的蛋白水平C：与 B 同一时间点的 SA-β-gal 染色D：应激与衰老 VSMC 中 HSP90α 的蛋白水平E：HSP90α 免疫荧光与细胞骨架、细胞核共染F：HSP90α 荧光强度定量G：敲低 HSP90α 后 p16、p21 的蛋白水平H：敲低 HSP90α 后的 SA-β-gal 染色I：敲低 HSP90α 后差异表达蛋白的火山图J：敲低 HSP90α 后变化最明显的 10 个蛋白热图 ❷ PERK支路在衰老VSMC中被抑制，重新激活它就会触发凋亡 ▼ 单细胞图谱与人体斑块、体外模型中的 ERS 状态、thapsigargin 的干预结果 Fig. 2. Suppression of ERS maintains senescent VSMC survival. 这一图要回答的是衰老VSMC的内质网应激处在什么状态，以及重新激活这条被抑制的分支会有什么后果。作者没有只在细胞模型上做，先回到人体组织里查了一遍。四套公开的动脉粥样硬化单细胞测序数据被整合到一起，共40个样本，把同时表达p21（CDKN1A）与 p16（CDKN2A）的 cluster 3 判定为衰老VSMC；这一群细胞里 HSP90α 高表达，而 CHOP（DDIT3）的表达与它几乎不重叠（A）。人颈动脉斑块的免疫荧光给出同向结果，CHOP 与 p21 在同为 VSMC 的群体里分布并不一致，说明衰老并不等于 CHOP 高表达（B）。体外模型复现了这一现象，衰老 VSMC 的 CHOP 荧光强度没有随衰老升高，反而低于应激组（C、D），PERK 通路里 p-PERK、p-eIF2α、ATF4 与 CHOP 的水平在衰老组一并走低（E）。补充材料进一步确认了这一抑制的选择性，ATF6 与 IRE1 两支的蛋白水平都没有跟着改变（Figure S2）。既然PERK在衰老VSMC里处在被抑制的状态，把它重新激活会发生什么就成了下一个问题。作者用 thapsigargin 激活内质网应激，先通过剂量反应曲线在正常与衰老 VSMC 之间确定工作浓度（Figure S3）。0.1 μM 的 thapsigargin 让衰老 VSMC 的线粒体膜电位明显下降，Annexin V 阳性细胞比例上升（F、G），p16、p21 与 SA-β-gal 活性也一并回落（H、I）。重新激活 ERS 就足以让衰老 VSMC 走向凋亡，PERK 这一支可以单独作为药物靶点。 A：四套单细胞数据集中 TAGLN、CDKN1A、DDIT3 的表达分布与细胞亚群注释B：人颈动脉斑块中 α-SMA、p21、CHOP 的共染与内质网定位C：应激与衰老 VSMC 中 CHOP 与细胞骨架、细胞核的共染D：CHOP 荧光强度定量E：应激与衰老 VSMC 中 PERK 通路各组分的蛋白水平F：0.1 μM thapsigargin 处理后线粒体膜电位与 Annexin V 染色G：CMXRos 荧光强度定量H：thapsigargin 处理后 p16、p21 的蛋白水平I：thapsigargin 处理后的 SA-β-gal 染色 🔹S4 补充验证 · 敲掉 PERK 之后，收缩表型跟着回来 ▼ p16/p21、收缩标志物与巨噬细胞标志物的蛋白水平 Supplemental Fig. IV. Western blot analysis following PERK knockdown. 主图证明重新激活 ERS 能清除衰老细胞，这一组图反过来问 PERK 本身缺失时细胞会变成什么样。敲低 PERK 之后p16与p21同步下降（S4A），收缩表型标志物 SMMHC 与 α-SMA 回升，而巨噬细胞标志物 CD68 在 PA-BSA 处理和 PERK 敲低两个方向上都没有变化（S4B），胶原 I 也随 PERK 敲低恢复（S4C）。论文在讨论里对 CD68 的不变做了解释，认为 PA 刺激不足以完全模拟胆固醇负荷，而胆固醇负荷才是 VSMC 表型转换的主要启动因素，这个解释同时也就说明了为什么这一组里看不到巨噬细胞样的转换。衰老标志下降与收缩表型恢复出现在同一组细胞里，敲低 PERK 一次就同时压住了衰老标志、放回了收缩标志物。 S4A：敲低 PERK 后 p16、p21 的蛋白水平S4B：敲低 PERK 后 SMMHC、α-SMA、CD68 的蛋白水平S4C：敲低 PERK 后胶原 I 的蛋白水平 ❸ HSP90α 以中间域为支架固定 AKT 与 PERK ▼ 三组两两对接、共沉淀与共定位、AKT 稳定性与 PERK 通路的响应 Fig. 3. HSP90α scaffolds the AKT-PERK complex to inhibit ERS activation in senescent VSMCs. 这一图要回答的是 HSP90α 究竟靠什么分子动作抑制了 PERK。作者从已知的分子关系入手。AKT 会结合 PERK 的自磷酸化位点，从而抑制 PERK 的激活，这是早前就报道过的机制；HSP90α 则被认为能稳定蛋白与蛋白之间的相互作用。把两条线索拼在一起，HSP90α 的角色就有了一个可检验的版本，它同时结合 AKT 与 PERK，让 AKT 持续占据 PERK 的自磷酸化位点。分子对接给出三组两两相互作用的存在可能，覆盖 HSP90α 与 AKT、HSP90α 与 PERK、以及 AKT 与 PERK（A–C）；共沉淀实验把这些结合在衰老 VSMC 里坐实，衰老组里三者的结合都强于对照组（D）。结构域定位实验把结合区域收敛到了HSP90AA1的中间段（第 284 至 620 位氨基酸），这一段就足以结合AKT与PERK（Figure S5）。反向验证随之展开。敲低 HSP90α 之后，AKT 与PERK的共沉淀明显减少（E），免疫荧光里两者的重合度也下降（F）。AKT 自身的稳定性同样受这条链影响，CHX 追踪显示敲低HSP90α后AKT降解加快（G），加蛋白酶体抑制剂 MG132 能阻断这个降解（H），说明降解走的是泛素-蛋白酶体途径。而在同一批敲低细胞里，PERK、p-eIF2α、ATF4、CHOP 被同步激活（I）。 HSP90α 在这里的功能是同时结合 AKT 和 PERK，它被抑制之后，AKT 的蛋白稳定性也随之丧失。 A–C：HSP90α 与 AKT、HSP90α 与 PERK、AKT 与 PERK 的对接构象与预测结合能D：HSP90α、AKT、PERK 三者的共沉淀E：敲低 HSP90α 后 AKT 与 PERK 的共沉淀F：敲低 HSP90α 后 AKT 与 PERK 的免疫荧光共定位与荧光强度曲线G：CHX 追踪敲低 HSP90α 后 AKT 的蛋白稳定性H：MG132 处理下敲低 HSP90α 后 AKT 的蛋白水平I：敲低 HSP90α 后 PERK 通路各组分的蛋白水平 ❹ PERK 被激活之后，执行凋亡的是内质网流向线粒体的钙 ▼ 线粒体钙与内质网-线粒体接触、钌红阻断后的凋亡与衰老指标 Fig. 4. Activation of PERK induces apoptosis in senescent VSMCs via ER-mitochondrial calcium transfer. 这一图要回答的是 PERK 被激活之后，凋亡是通过哪一条下游路径执行的。作者先读的指标是线粒体钙。用 Rhod-2 AM 标记后，无论是敲低 HSP90α 还是给 thapsigargin，衰老 VSMC 的线粒体钙水平都被抬了起来（A、B）。透射电镜从超微结构这一侧给出解释，内质网与线粒体的接触距离在两种处理下都缩短了（C、D），接触更紧意味着钙的传递路径更短。补充材料里用细胞器特异性荧光探针标记，得到了与电镜一致的结果（Figure S6）。钙摄取是这条路径上可以被单独阻断的一环。钌红是线粒体钙摄取的抑制剂，作者先用剂量反应曲线确认了它本身对细胞存活的影响范围（E），再用 4μM预处理衰老VSMC。结果是 thapsigargin 造成的一连串变化被整体削弱，线粒体膜电位崩塌减轻、Annexin V阳性细胞减少（F、G），p16与p21的回落幅度变小（H），SA-β-gal 阳性的细胞也回升（I）。钌红只作用在钙摄取这一步，下游的膜电位崩塌和凋亡就一并减轻，说明钙进入线粒体先于凋亡发生，挡住这一步，凋亡也跟着减少。 A：敲低 HSP90α 或 thapsigargin 处理后线粒体钙的 Rhod-2 AM 染色B：Rhod-2 AM 荧光强度定量C：内质网与线粒体接触的透射电镜图像与伪彩标注D：内质网与线粒体接触距离定量E：钌红处理的剂量反应曲线F：钌红预处理后 thapsigargin 处理细胞的膜电位与 Annexin V 染色G：CMXRos 荧光强度与凋亡细胞比例的定量H：钌红预处理后 p16、p21的蛋白水平I：钌红预处理后的 SA-β-gal 染色 ❺ 112 个天然产物里，丹酚酸A的对接打分排在第一 ▼ 化合物库构建与靶点打分、SAA 对衰老细胞的清除效应、过表达逆转与热位移验证 Fig. 5. Identification of salvianolic acid A (SAA) as an HSP90α inhibitor that induces apoptosis of senescent VSMCs. 这一图要回答的是天然产物库里有没有分子能接住 HSP90α 这个靶点。作者先搭了一个筛选库。按统一的检索策略从1947到 2024 年的文献里挑出同时有抗肿瘤与抗动脉粥样硬化报道的天然产物，人工筛读标题与摘要后收敛到112个化合物（检索式见补充表格 S1、S2），用 FCFP6 环形指纹做层次聚类（A），再逐一与 HSP90α 对接打分排序。打分尺度用已知的 HSP90α 抑制剂 17-DMAG 做了校准，在这个尺度上丹酚酸 A（SAA）排在最前，打分与 17-DMAG 处在同一量级（B）。 SAA 的功能验证从剂量反应曲线开始。衰老 VSMC 的存活率随浓度下降得更快，两条曲线在中高浓度区拉开差距，正常 VSMC 的存活率在同一区间受影响明显更小，这条曲线也就给后面的给药浓度划定了范围（C）。20、60、100 μM的SAA处理后，衰老VSMC里HSP90α的蛋白量下降、免疫荧光信号变弱（D–F），线粒体膜电位下降、Annexin V 阳性细胞增多（G、H），p16、p21 与 SA-β-gal 活性一起回落（I、J）。回补 HSP90α 之后，SAA 引起的这一整套凋亡表型被抵消（K–M），这是全篇最关键的一组反向验证。直接结合的证据有两条，细胞热位移实验显示 SAA 提高了 HSP90α 的热稳定性，说明它结合后改变了靶蛋白的构象稳定性（N）；补充材料里用生物素标记的 SAA 做了 pull-down，直接沉淀出内源 HSP90α，与热位移的结果互相印证（Figure S10）。过表达 HSP90α 能抵消 SAA 的促凋亡作用，SAA 的效应因此被锁定在 HSP90α 这一个靶点上。 A：112 个天然产物基于 FCFP6 指纹的层次聚类B：112 个化合物的靶点筛选与打分排序C：SAA 对正常与衰老 VSMC 的剂量反应曲线D：SAA 处理后 HSP90α 的免疫荧光E：HSP90α 荧光强度定量F：SAA 处理后 HSP90α 的蛋白水平G：SAA 处理后线粒体膜电位与 Annexin V 染色H：CMXRos 与 Annexin V 的定量I：SAA 处理后 p16、p21 的蛋白水平J：SAA 处理后的 SA-β-gal 染色K：过表达 HSP90α 后 SAA 处理的膜电位与 Annexin V 染色L：过表达组的染色定量M：过表达 HSP90α 后 SAA 处理的 p16、p21 蛋白水平N：SAA 结合 HSP90α 的细胞热位移实验 🔹S9、S11 补充验证 · SAA 只在衰老细胞身上动手 ▼ 正常 VSMC 的存活率与凋亡染色、正常 VSMC 的 PERK 通路响应 Supplemental Fig. IX / XI. SAA has no pro-apoptotic effect on normal VSMCs; PERK signaling in normal VSMCs. 衰老细胞清除剂的全部价值取决于选择性，这一组图检查 SAA 会不会误伤正常 VSMC。正常 VSMC 用 20、60、100 μM 的 SAA 处理，存活率与对照没有差别，Annexin V 染色也看不到阳性细胞（S9A、S9B）。更能说明问题的是 PERK 这一侧，在正常 VSMC 里把 SAA 浓度推到 100 μM，p-PERK、p-eIF2α、ATF4 与 CHOP 全部保持不动（S11A–C）。这组数据的指向很明确，PERK 并非 SAA 的直接靶点，它是在 HSP90α 被抑制之后才被带起来的，所以正常细胞里这条通路没有反应。正常细胞里 SAA 既不影响存活，也不会激活 PERK，它的杀伤只在 HSP90α 被异常拉高的衰老细胞里才发动。 S9A：正常 VSMC 在各浓度 SAA 下的存活率S9B：正常 VSMC 在各浓度 SAA 下的膜电位与 Annexin V 染色S11A–C：正常 VSMC 中 SAA 浓度梯度下 PERK、eIF2α 与 ATF4-CHOP 的蛋白水平 ❻ SAA 解离三元复合物，把 AKT 交给蛋白酶体 ▼ AKT 稳定性与泛素连接类型、HSP90α 过表达的逆转、三元复合物的解体 Fig. 6. SAA reactivates ERS by disrupting the HSP90α-AKT-PERK ternary complex. 这一图要回答的是 SAA 抑制 HSP90α 之后，AKT-PERK 这条链上具体发生了什么。先看 AKT 的稳定性。CHX 追踪显示 SAA 让 AKT 的降解加速，而且随浓度递增（A）；MG132 预处理能把这个降解挡住（B），说明走的是蛋白酶体途径。更值得看的是泛素链的类型。衰老 VSMC 里 AKT 本来就带着较强的 K63 连接泛素化，K48 连接的水平很低；SAA 处理后两者发生交换，K48 连接上升、K63 连接下降（C–E）。K48 连接通常指向蛋白酶体降解，K63 连接更多参与信号转导，这两种修饰此消彼长，说明 SAA 改变的是 AKT 最终的降解去向。回补 HSP90α 之后，前面观察到的变化全部反向。SAA 造成的 AKT 蛋白量下降被救回（F），PERK、p-eIF2α、ATF4、CHOP的激活也被一并压住（G、H）。复合物是否真的散开，证据来自共沉淀，SAA 处理后 HSP90α、AKT、PERK三者的相互结合同时减少（I），免疫荧光里 AKT 与 PERK 的重合也随之下降（J）。三元复合物解体与 AKT 的 K48泛素化上升同时发生，说明SAA干扰的是 HSP90α 把两个蛋白拉到一起的能力。 A：CHX 追踪 SAA 浓度梯度下 AKT 的蛋白稳定性B：MG132 处理下 SAA 浓度梯度的 AKT 蛋白水平C：SAA 处理后 AKT 的总泛素化水平D：SAA 处理后 AKT 的 K63 连接泛素化水平E：SAA 处理后 AKT 的 K48 连接泛素化水平F：过表达 HSP90α 后 SAA 处理的 AKT 蛋白水平G：SAA 浓度梯度下 PERK 通路各组分的蛋白水平H：过表达 HSP90α 后 SAA 处理的 PERK 通路蛋白水平I：SAA 处理后 HSP90α、AKT、PERK 三者的共沉淀J：SAA 处理后 AKT 与 PERK 的免疫荧光共定位与荧光强度曲线 🔹S12 补充验证 · 交联剂捉出了 340 kDa 的复合物 ▼ 三种抗体分别探测交联产物中的 340 kDa 条带 Supplemental Fig. XII. The cross-linking results. 共沉淀只能说明三个蛋白可以被同一根抗体一起沉淀下来，这一组交联实验想给出复合物真实存在的物理证据。用双琥珀酰亚胺辛二酸酯（DSS）交联之后，分别用 AKT、HSP90α、PERK 三种抗体去探测，都能在 340 kDa 的位置看到同一条条带（S12），三个蛋白的分子量加起来大致落在这个位置。SAA处理后这条 340 kDa 条带变浅，与共沉淀里结合减少的结果方向一致。三种抗体都能识别同一条 340 kDa 条带，SAA 处理后这条带的强度下降，复合物解离因此有了直接的物理证据。 S12：DSS 交联后分别用 AKT、HSP90α、PERK 抗体探测的交联产物 ❼ PERK 敲低、靶点过表达、钙通道阻断，三条干预落在同一条通路里 ▼ 敲低 PERK 后的凋亡与衰老指标、过表达 HSP90α 的效果、钌红的阻断 Fig. 7. SAA drives apoptosis in senescent VSMCs via PERK activation and ER-mitochondrial calcium transfer. 这一图要回答的是 PERK 与线粒体钙这两个节点，SAA 诱导凋亡是否必须经过它们。三条互相独立的干预依次展开。敲低 PERK 之后，SAA 造成的线粒体膜电位下降与凋亡被削弱（A、B），p16、p21 与 SA-β-gal 活性也回到接近对照的水平（C、D）。线粒体这一侧，SAA 让线粒体钙升高、内质网与线粒体的接触距离缩短（E–G），过表达 HSP90α 则把这两个变化抵消掉（H–J），补充材料里用细胞器特异性荧光探针复现了同样的结果（Figure S13、S14）。第三条路径落在钙摄取的入口上。用钌红先阻断摄取，SAA 的促凋亡效应明显减弱，膜电位与 Annexin V 的指标都向对照方向回退（K、L），p16、p21 与 SA-β-gal 也一并回升（M、N）。补充材料里还有一组用 siRNA 去掉 MCU 的实验，MCU 是内质网-线粒体钙流的主要通道，敲低它同样抑制了 SAA 诱导的凋亡（Figure S15），敲低效率经 Western blot 确认（Figure S1）。敲掉 PERK、补回 HSP90α、堵住钙摄取，三种干预都能削弱 SAA 的作用，意味着 SAA 必须经过 PERK 和线粒体钙才能把细胞杀死。 A：敲低 PERK 后 SAA 处理的膜电位与 Annexin V 染色B：A 的定量C：敲低 PERK 后 SAA 处理的 SA-β-gal 染色D：敲低 PERK 后 SAA 处理的 p16、p21 蛋白水平E：SAA 浓度梯度下线粒体钙的 Rhod-2 AM 染色F：SAA 浓度梯度下内质网与线粒体接触的透射电镜图像G：E、F 的定量H：过表达 HSP90α 后 SAA 处理的线粒体钙染色I：过表达 HSP90α 后 SAA 处理的内质网与线粒体接触电镜图像J：H、I 的定量K：钌红预处理后 SAA 处理的膜电位与 Annexin V 染色L：K 的定量M：钌红预处理后 SAA 处理的 SA-β-gal 染色N：钌红预处理后 SAA 处理的 p16、p21 蛋白水平 ❽ 体内用药与遗传学操作给出了同向的结果 ▼ 给药方案的疗效指标、VSMC 特异性 AAV 的过表达与敲低、体内复合物检测 Fig. 8. SAA attenuates atherosclerosis and stabilizes plaques by reducing the senescent VSMC burden. 这一图要回答的是前面这条机制在动物体内是否成立，以及 SAA 的疗效能不能被遗传学操作复制。 ApoE−/− 小鼠高脂喂养 20 周，从第 9 周起腹腔注射 SAA 或生理盐水，持续 12 周（A）。组织学指标随剂量呈梯度变化，主动脉根部斑块面积缩小，坏死核心占斑块的比例下降，纤维帽厚度增加（B–D），主动脉整体油红 O 阳性面积也明显减少（E、F）。衰老负荷在组织层面同步下降，主动脉 p16 与 p21 的蛋白水平被压低（G），血清 IL-6 也减少（Figure S16）。遗传学这一步用的是 VSMC 特异性 AAV，在 ApoE−/− 小鼠体内分别过表达和敲低 HSP90α（H），这也是本文在体内用来判断因果归属的关键设计。敲低 HSP90α 增加了 p21 与 CHOP 在 VSMC 里的共定位（I、J），而过表达 HSP90α 抑制了 SAA 引起的共定位增加（K、L）。补充材料里 p21 免疫荧光的定量显示，过表达让 p21 阳性 VSMC 反弹，敲低与 SAA 处理都让它们的数量下降（Figure S17）。体内共沉淀给出同样的结果，SAA 处理后主动脉中 HSP90α、AKT、PERK 的相互结合变少（M）。敲低 HSP90α 能复制 SAA 的疗效，过表达 HSP90α 又把它抵消掉，药效可以归到靶点本身。 A：ApoE−/− 与 WT 小鼠的给药方案B：主动脉根部的 H&E 染色C：主动脉根部的 Masson 染色D：斑块面积、坏死核心面积与纤维帽厚度的定量E：主动脉油红 O 染色F：油红 O 阳性面积定量G：主动脉 p16、p21 的蛋白水平H：AAV 介导的 VSMC 特异性过表达与敲低实验方案I：敲低 HSP90α 后主动脉根部 p21、CHOP、α-SMA、HSP90α 的共染J：I 的定量K：过表达 HSP90α 合并 SAA 处理后主动脉根部的共染L：K 的定量M：体内 SAA 处理后主动脉中 HSP90α、AKT、PERK 的共沉淀总结一、HSP90α 的角色从折叠蛋白转向组织互作这篇文章最关键的一步，是把 HSP90α 从传统的分子伴侣身份里挪出来。衰老 VSMC 里 HSP90α 高表达，它同时结合 AKT 与 PERK，让 AKT 持续占据 PERK 的自磷酸化位点。敲低它，或者用 SAA 抑制它，这个互作支撑随之消失，AKT 被交给蛋白酶体，PERK 随之松开。结构域定位把结合区域收敛到 HSP90AA1 的中间段（第 284 至 620 位氨基酸），与 N 端的 ATP 酶区域分开，支架功能与 ATP 酶活性因此在理论上可以被分别干预。二、两条已知机制被接成了一条线 AKT 结合 PERK 的自磷酸化位点来抑制 PERK，这是 2011 年就报道过的机制。这篇文章补上的是它上游的那一环，也就是这个抑制关系靠什么维持。答案落在 HSP90α 的支架功能上。AKT 蛋白量一旦下降，PERK 就失去了压制它的一方，这解释了为什么 SAA 既能促 AKT 降解、又能激活 PERK，两件事是同一个动作的两个后果。作者还发现 SAA 改变的是 AKT 的泛素链类型，把它从 K63 连接推向 K48 连接，判断的依据是泛素链的化学类型。三、选择性才是 SAA 的价值所在传统 HSP90 抑制剂里的格尔德霉素、17-DMAG 早就被鉴定为衰老细胞清除剂，但毒性让它们至今没有一款获批上市。SAA 在正常 VSMC 里既不引起凋亡，也不激活 PERK，对衰老 VSMC 则有清除作用。加上 SAA 已经在糖尿病微血管病变（CTR20210544）以及心绞痛、糖尿病（CTR20181023、NCT03908242）做过临床研究，这条路线在转化上的起点比传统 HSP90 抑制剂靠前。作者也明确写了，从高脂小鼠推到人身上仍然复杂，SAA 能否逆转已经形成的斑块还需要终点临床试验来回答。 🧠 Critical Thinking-鸡蛋里挑骨头环节 ①三元复合物的证据还差一步论文做了什么：共沉淀与DSS交联都被用来支持三元复合物，交联后在340 kDa处检测到三种抗体都能识别的条带。问题所在：这两种方法只能说明三个蛋白处在同一个可被共沉淀的组分里，分不清HSP90α是同时结合AKT与PERK形成真正的三聚体，还是存在两个独立的二元复合物被同一根抗体一起捕获。340 kDa虽然接近三者分子量之和，但交联本身会产生非特异聚集体，单靠一个分子量还不足以排除。补法：把纯化的三个蛋白按不同化学计量比重组，用 SEC-MALS 或分析超速离心测复合物分子量是否落在三元复合物的理论值上，再配合交联产物的质谱鉴定条带组成。 ②AKT 降解与 PERK 激活的因果方向没有拆开论文做了什么：论文观察到 SAA 同时促进 AKT 的 K48 泛素化降解和 PERK 通路激活，并把它当成一条单向的作用路径来处理。问题所在：AKT 抑制本身就会激活 PERK，这条机制正是论文自己引用的（Science Signaling, Mounir 等, 2011）。于是还有另一种解释同样成立：SAA 抑制 HSP90α 之后，PERK 也许只是脱离了空间上的约束，而 AKT 的降解是并行发生的另一件事。现有数据无法区分这两种情形。补法：论文已经在 MG132 条件下读过 AKT 水平（Figure 6B），把同一批样本拿去读 p-PERK，就能直接回答这个问题；更彻底的做法是回补一个 K48 位点突变、无法被降解的 AKT，看它能不能把 PERK 的激活压回去。 ③衰老模型只有一种诱导方式论文做了什么：体外实验的结论全部建立在 PA-BSA 诱导的应激性早衰模型上，核心现象是 PERK 支路被选择性抑制。问题所在：PA-BSA 是脂毒性刺激诱导的早衰，它和斑块里自然累积的衰老细胞在来源与时程上都不同。更麻烦的是棕榈酸本身就是一种应激刺激，用它建立模型之后再观察内质网应激的状态，模型自身就可能带来混杂。论文引用的同一现象来自衰老成纤维细胞，本文没有用第二种诱导方式复现。补法：至少补一种诱导方式，传代复制性衰老或 doxorubicin 诱导，看 PERK 支路被抑制这个现象是否同样出现；如果只在脂毒性模型里成立，结论的适用范围就要相应收缩。 ④钙摄取这个节点被两条独立路径同时验证论文做了什么：钌红抑制MCU通道活性、siRNA 降低 MCU 的蛋白量，两种手段都能削弱 SAA 的促凋亡作用，加上 HSP90α 过表达把整条路径逆转回去。问题所在：钌红对钙通道的抑制谱并不窄，除 MCU 外还会作用于其他钙通道，单用它不足以把效应定位到 MCU 这一个通道上。siRNA 从蛋白水平去掉通道，正好补上了通道特异性的证据。两者作用层次也不同，一个降通道活性、一个降蛋白量，同向的结果把脱靶解释的空间压到了很小。可用之处：这条验证思路可以直接搬到其他以线粒体钙为下游节点的天然产物研究里。它背后其实是一条更一般的设计原则，药理学抑制剂的特异性存疑时，用遗传学手段再走一遍，才能把伴随发生的变化和真正推动凋亡的那一步分开。文献：Guan X, Lu M, Cui X, et al. Salvianolic Acid A Disrupts the HSP90α-AKT-PERK Ternary Complex to Alleviate Atherosclerosis by Activating Endoplasmic Reticulum Stress of Senescent Vascular Smooth Muscle Cells. Advanced Science, 2026; 0:e77891. DOI: 10.1002/advs.77891 🔬 Dr.Walnut's 文献精读读到这儿了了就关注一下吧！

临床结果抗体药物偶联物临床1期

2026-09-03

·生物通

新型腙–腙衍生物的设计：整合3D

摘要MGC803细胞系是一种常用于癌症研究的人胃癌模型。在此背景下，研究人员采用了一种结合3D-QSAR建模、ADMET分析、网络药理学、分子对接、分子动力学及配体转运评估的联合计算机模拟方法，以设计新型抗增殖分子。研究人员建立了一个具有高预测能力（R2和Q2）的稳健3D-QSAR模型，并利用该模型设计了新化合物（PR1–PR4）。经过ADMET筛选后，使用PharmMapper预测了无毒化合物的推定生物学靶点。网络药理学分析识别出多个枢纽基因，其中HSP90AA1具有最高的度值。鉴于HSP90AA1在稳定多种参与胃癌进展的致癌蛋白中的核心作用，及其适用于基于结构的研究，该靶点被选作分子对接和分子动力学模拟的对象。此外，研究人员将设计的分子（PR1–PR4）与HSP90AA1蛋白（1YET）复合物进行了分子对接，并将其预测结合行为与活性最高的分子（M34）及参考药物格尔德霉素进行了比较。这些结果显示了所研究分子在HSP90AA1活性位点内的高预测结合亲和力和显著的相互作用特征。为进一步评估这些复合物的动态稳定性，研究人员进行了为期100 ns的分子动力学模拟，从而确认了稳定的结合模式和持久的接触网络。MM-PBSA方法证明了所选PR4配体与1YET蛋白之间有利的结合自由能（-26.47 ± 2.89 kcal/mol）。最后，配体转运研究表明，与参考药物格尔德霉素（GA）相比，PR4配体易于穿越隧道1和2，并具有最优的理论转运动力学。这种综合计算方法强调了所研究分子的多样化潜力，确定了用于后续针对胃癌实验验证的最有前景的候选分子。论文解读**研究背景与目的**胃癌（GC）是全球第五大常见癌症，也是癌症相关死亡的第三大原因。尽管总体发病率有所下降，但由于肿瘤的高度异质性、诊断较晚以及几乎系统性出现的耐药性，胃癌仍然是巨大的治疗挑战。常规化疗方案尽管有所进展，但其临床疗效常受到严重全身毒性及替代性细胞存活通路激活的限制，因此迫切需要设计具有更高选择性和优化安全性的新型抗癌药物。腙–腙（hydrazide–hydrazone）衍生物因其结构多样性，特别是含有甲亚胺基团（>C=N-NH-），能够形成氢键并螯合生物金属，已成为药物化学中的优势结构类型。已有研究表明此类化合物可通过抑制特定激酶（如EGFR、VEGFR）、调节PI3K/Akt/mTOR信号通路以及主要通过内源性和外源性途径诱导凋亡等机制，对多种胃癌细胞系（如AGS或MKN45）表现出强效细胞毒活性。近年来，分子建模在药物研发中发挥着关键作用，可显著减少实验方法所需的时间和成本。本研究旨在通过整合多种计算模拟方法，设计新型靶向MGC803胃癌细胞系的抗增殖分子，并评估其作为候选药物的潜力。**主要技术方法**研究人员首先从已发表的44个含5H-色烯-5-酮骨架的腙–腙衍生物数据集出发（由Rafat Mohareb等人合成），将IC50值转换为pIC50值作为3D-QSAR分析的因变量，并将数据集分为训练集（约75%）和测试集（25%）。采用比较分子相似性指数分析（CoMSIA）方法建立3D-QSAR模型，使用SYBYL-X 2.0软件进行分子构建和能量最小化，通过偏最小二乘法（PLS）评估生物活性与CoMSIA描述符之间的关系，并利用Y-随机化检验和Williams图分别评估模型的稳健性和适用域。ADMET性质评估使用pkCSM和ADMETlab 2.0在线服务器完成。网络药理学分析采用PharmMapper服务器预测潜在靶点，STRING数据库（v12.0）提取蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，Cytoscape 3.10.3进行拓扑分析，MCODE工具识别Hub节点，DAVID数据库进行GO和KEGG富集分析。分子对接使用AutoDock Vina，靶蛋白为HSP90AA1（PDB: 1YET，分辨率1.90 ?）。分子动力学（MD）模拟使用GROMACS 2024.4软件和CHARMM27全原子力场，配体拓扑通过CHARMM General Force Field（CGenFF）经Param-Chem服务器生成，每个复合物在TIP3P水模型中进行了100 ns的MD模拟。结合自由能计算采用MM-PBSA方法（g_mmpbsa工具）。配体转运分析使用CaverDock软件，并引入计算生物学效能（BE）指标。**研究结果****3D-QSAR研究**：以活性最高的化合物C34为模板，建立了包含立体场、静电场、疏水场和氢键供体场的CoMSIA-SEHD模型。最优模型包含4个主成分，Q2=0.735，R2train=0.935，SEE=0.170，R2pred=0.941。Y-随机化检验确认模型性能非随机相关所致（cRr2=0.927>0.5，随机模型平均R2=0.112，Q2=-0.271）。Williams图分析表明所有化合物（包括设计的新分子）均位于模型的适用域内。**CoMSIA/SEHD图谱解析**：等高线图揭示了立体场、静电场、疏水场和氢键供体场中有利于活性的区域。在X位苯环上引入立体和/或疏水基团可增强抗癌活性。**新型抗癌候选物设计**：基于CoMSIA等高线图的理性设计策略，在X位优化疏水和立体相互作用（引入三氟甲基或重卤素），Y位优先选择极性和亲水性基团（如羟基或羧基），R位添加电负性羰基（C=O）。据此设计了四个新分子（PR1–PR4），其预测活性均优于研究系列中活性最高的分子M34。**ADMET评估**：PR1–PR4化合物在肠道吸收方面有显著计算改善（83-89%），高于M34和格尔德霉素；具有中等的组织分布预测和较低的血脑屏障穿透性。所有化合物均依赖CYP3A4同工酶进行代谢。与M34预测具有致突变性不同，所有PR1–PR4衍生物均预测为非致突变性，表明3D-QSAR模型指导的结构修饰降低了预测的致突变风险。**网络药理学**：PPI网络分析显示HSP90AA1具有显著的中心连接性，提示其可能作为功能枢纽。MCODE聚类识别出富含信号蛋白和激酶的模块（包含EGFR和MAPK1），提示化合物可能影响EGFR–MAPK轴。KEGG富集显示与癌症通路、激素通路（雌激素）和炎症通路（IL-17）显著相关。GO分析揭示生物学过程主要为“信号转导”、“MAPK级联”和“转录调节”，分子功能富集于“蛋白激酶活性”和“酶结合”。**分子对接**：通过将格尔德霉素重新对接至靶蛋白活性口袋（RMSD=0.25 ?）验证了对接方案的可靠性。对接结果显示，GA结合能最有利（-10.5 kcal/mol），其次为PR4（-9.5 kcal/mol）和M34（-8.9 kcal/mol）。PR4与1YET的相互作用包括与Leu 107、Val 150、Val 186的烷基样疏水接触，与Phe 138的Pi-烷基/Pi-Pi堆积作用，与Asp 54的Pi-阴离子静电作用以及Asn 51和Phe 138的常规氢键。M34形成的氢键更多但疏水网络较单一，GA兼具强氢键（Asp 93、Lys 112）和密集疏水环境。**分子动力学模拟**：GA-1YET复合物在100 ns模拟中表现出快速结构平衡和高度稳定性（RMSD在0.05-0.18 nm间波动，稳定维持2-5个氢键）。PR4-1YET复合物则表现出更动态和适应性的结合机制：初始20 ns为构象调整期，22-68 ns达到稳态（1-4个氢键，RMSD低于0.20 nm），70-90 ns间氢键网络显著下降但Rg和SASA保持稳定（约4.71 nm和114 nm2），表明PR4通过以非极性疏水接触替代特定极性相互作用进行了有利的构象重排，这归因于X位设计的体积庞大的亲脂性三氟甲基（-CF3）基团，最终在90-100 ns收敛至较低RMSD（约0.15 nm）。**结合自由能计算**：MM-PBSA计算显示，GA-1YET参考复合物的总结合自由能为-38.48 ± 3.34 kcal/mol，主要得益于非常有利的范德华相互作用（-49.46 ± 1.17 kcal/mol）和强静电贡献（-40.34 ± 3.08 kcal/mol）。PR4-1YET复合物的结合自由能为-26.47 ± 2.89 kcal/mol，表现出稳定的能量有利结合状态。非极性贡献（包括范德华和非极性溶剂化能）以及静电贡献是配体结合的驱动力，而极性溶剂化能则不利于此过程。**配体转运与生物学效能**：CaverWeb结构分析确定隧道1为首选通道（瓶颈半径3.60 ?，距表面距离4.40 ?，通量得分0.93）。PR4配体在不同隧道中均保持最低活化能垒（0.7 kcal/mol），归一化动力学可达性（Kaccess/A）为1156.176；GA在隧道3中活化能垒高达4.6 kcal/mol，通过概率几乎可忽略（2.064）。计算生物学效能（BE）显示PR4在隧道1和隧道2中均占优（BE/A达1.17×10?），得益于研究最低的预测IC50（0.099 μM）。PR4在隧道1中的转运效率是M34的8.72倍、GA的1661.81倍；在隧道3中PR4的理论转运效率是GA的2703.87倍。**结论**本研究利用CoMSIA方法建立了结合立体场、静电场、疏水场和氢键供体场的3D-QSAR预测模型，并据此设计了四个新型腙–腙衍生物（PR1–PR4），预测其对MGC803胃癌细胞系具有潜在抗增殖活性。ADMET评估显示PR1–PR4较模板分子M34和标准药物格尔德霉素具有更好的药代动力学和毒理学特征。网络药理学分析识别出关键枢纽基因（HSP90AA1、ESR1、EGFR、CASP3、MAPK1、GSK3B），提示多靶点调控效应。KEGG分析显示与癌症、激素和炎症通路的显著关联；GO分析强调“信号转导”和“MAPK级联”等过程。分子对接和分子动力学模拟证实PR4-1YET复合物在100 ns模拟过程中保持结构稳定性，MM-PBSA计算的结合自由能（-26.47 kJ/mol）表明结合具有有利性。本研究所有发现均基于计算模拟，PR4–HSP90AA1相互作用仍是假设，任何生物学或治疗学声明均需未来进行生化或细胞实验验证。

100 项与格尔德霉素相关的药物交易

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