高 璐，牟蘭蘭，朱 蓉，趙 逵

黏蛋白(mucin)為大分子糖蛋白，包括分泌型及膜結(jié)合型兩大類，主要由上皮細胞合成，少部分存在于造血細胞上。目前已有大量研究表明，黏蛋白對腫瘤的發(fā)生和發(fā)展至關(guān)重要。黏蛋白1(mucin 1，MUC1)為膜結(jié)合型黏蛋白，在胃腸道、肝臟、胰腺、肺及乳腺等重要器官惡性腫瘤中異常表達和糖基化，參與信號傳導(dǎo)及免疫調(diào)節(jié)等細胞生物活動，在腫瘤浸潤、轉(zhuǎn)移、增殖、凋亡及炎癥等多方面起關(guān)鍵作用。本文闡述了MUC1發(fā)生糖基化改變后對腫瘤發(fā)生、發(fā)展的影響以及其在激活腫瘤相關(guān)經(jīng)典信號通路中的作用，現(xiàn)綜述如下。

1 MUC1概述

MUC1表達于上皮細胞的頂膜上，由1q21基因編碼，包含MUC1 N末端(MUC1-N)及MUC1跨膜C末端(MUC1-C)兩個亞基。

MUC1-N包括可變數(shù)目的串聯(lián)重復(fù)序列區(qū)域(VNTR)和海膽精子蛋白腸激酶、集聚蛋白結(jié)構(gòu)域。VNTR由富含脯氨酸、蘇氨酸和絲氨酸殘基(PTS結(jié)構(gòu)域)的氨基酸肽序列(PDTRPAPGSTAPPAHGVTSA)組成。MUC1-C由58個氨基酸的細胞外結(jié)構(gòu)域、28個氨基酸的跨膜結(jié)構(gòu)域和72個氨基酸的細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域組成,可將MUC1-N錨定至細胞表面。

在正常條件下，MUC1在串聯(lián)重復(fù)序列內(nèi)的SEA模塊內(nèi)經(jīng)歷自身蛋白水解切割，由此產(chǎn)生MUC1-N與MUC1-C 2個亞基，通過穩(wěn)定的氫鍵形成異源二聚體復(fù)合物存在于質(zhì)膜上；在脫落酶催化作用下復(fù)合物解離，MUC1-C及MUC1-N釋放，同時也催化MUC1-C細胞外結(jié)構(gòu)裂解[1]，解離后的MUC1-C進入腫瘤細胞核內(nèi)發(fā)揮促進腫瘤細胞生長、增殖、侵襲及遷移等惡性行為的作用[2]。

2 MUC1糖基化作用與腫瘤

糖基化是蛋白質(zhì)重要的翻譯后修飾之一，糖基化的變化是腫瘤生長和進展所必需的。MUC1-N的可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列區(qū)域(VNTR序列)中絲氨酸及蘇氨酸殘基上有豐富的O-糖基化位點，而MUC1-N簡并序列中含有N-糖基化位點，分別在高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進行O-糖基化、N-糖基化。O-糖基化與MUC1的生物學(xué)特性相關(guān)，而N-糖基化在蛋白質(zhì)折疊、分泌和頂端表達中扮演著重要角色。

2.1MUC1糖基化作用與腫瘤細胞信號傳導(dǎo) 在完全糖基化的狀態(tài)下，豐富的糖鏈可覆蓋配體結(jié)合位點，也可隔離信號因子，阻止其激活受體。而在腫瘤細胞上，分支聚糖丟失，配體結(jié)合位點暴露，各種蛋白質(zhì)間相互作用激活信號通路；或失去特異性分支糖鏈(某些蛋白結(jié)合位點)，而阻礙信號傳導(dǎo)[3]。有研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤相關(guān)的MUC1異常糖基化作用促進形成Tn抗原和其唾液酸化形式STn抗原，通過轉(zhuǎn)染ST6GalNAc1體外誘導(dǎo)STn-MUC1形式的過表達顯著增強了MUC1和CIN85的結(jié)合，CIN85參與激活的酪氨酸激酶受體(如EGFR)的內(nèi)吞轉(zhuǎn)運，MUC1與激活的酪氨酸激酶受體相互作用后激活ERK和AKT等通路，進一步激活及調(diào)控信號通路下游分子的表達，有利于腫瘤的進展[4-5]。

參與MUC1糖基化過程的酶亦與腫瘤細胞信號傳導(dǎo)有著重要聯(lián)系。N-乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶6(GALNT6)是參與O-糖基化的酶之一，在乳腺癌中，GALNT6與MUC1-N相互作用，并可作為促進β-catenin/MUC1-C復(fù)合物形成和易位進入細胞核的激活劑，激活Wnt信號通路，導(dǎo)致細胞增殖和轉(zhuǎn)移；敲除GALNT6的乳腺癌細胞MUC1-C的表達顯著降低，導(dǎo)致Wnt信號通路靶基因如細胞周期蛋白D1、C-myc的表達降低[6]。N-乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶3(GALNT3)參與激活PI3K/AKT信號級聯(lián)，Liu等[7]實驗發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染shGALNT3的HCT-8和HCT-8/5-fu細胞中，特異性抗體會阻斷MUC1的表達，進而滅活PI3K/AKT信號通路。

2.2MUC1糖基化作用與腫瘤免疫調(diào)節(jié) 正常細胞中的MUC1經(jīng)歷高糖基化，故VNTR區(qū)域的免疫原性表位被廣泛分支的糖鏈覆蓋，使其免受細胞外環(huán)境的影響。而在腫瘤細胞中，MUC1蛋白往往是異常低糖基化的，允許這些免疫原性表位暴露于免疫系統(tǒng)[8]。目前，這些表位已成為腫瘤免疫治療的潛在靶點。

腫瘤相關(guān)黏蛋白糖基化也在免疫逃逸中發(fā)揮作用。當(dāng)Tn和STn抗原形成后，與巨噬細胞表達的巨噬細胞半乳糖特異性凝集素結(jié)合，驅(qū)動免疫抑制程序，誘導(dǎo)效應(yīng)T細胞凋亡，促進腫瘤免疫逃逸[9-10]。

MUC1的糖基化作用誘導(dǎo)免疫細胞的分化及腫瘤進展相關(guān)因子的產(chǎn)生。MUC1上的O-連接糖唾液酸化形成的ST抗原具有與單核細胞和巨噬細胞上表達的唾液酸結(jié)合免疫球蛋白樣凝集素(Siglecs)家族中Siglec-9結(jié)合的潛力，ST抗原與單核細胞結(jié)合后誘導(dǎo)促炎表型，其可以將免疫細胞募集到腫瘤中，誘導(dǎo)單核細胞分化成巨噬細胞、樹突細胞，并以Siglec-9依賴性方式誘導(dǎo)分泌與腫瘤進展相關(guān)的因子[11]。

2.3MUC1糖基化作用與腫瘤細胞失巢凋亡 失巢凋亡是一種特殊形式凋亡過程，通過去除移位上皮或內(nèi)皮細胞并防止它們接種到不適當(dāng)部位以維持組織穩(wěn)態(tài)。在腫瘤細胞中，MUC1過表達，其細胞外結(jié)構(gòu)上O-糖基化修飾防止細胞表面失巢啟動分子(如整聯(lián)蛋白、E-鈣黏蛋白和Fas)與配體的相互作用，導(dǎo)致對失巢凋亡的抗性。有學(xué)者進行實驗研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制核心-1糖基轉(zhuǎn)移酶(C1GT)表達抑制MUC1 O-糖基化可增加MUC1陽性腫瘤細胞的失巢調(diào)亡[12]。

2.4MUC1糖基化作用與致病微生物侵襲 在大量癌癥及癌前病變研究中發(fā)現(xiàn)，MUC1上豐富的糖鏈常被唾液酸、半乳糖、巖藻糖、N-乙酰葡糖胺和N-乙酰半乳糖胺等修飾，形成復(fù)雜的分支糖鏈可作為致病微生物附著位點和作為潛在營養(yǎng)來源[13]。

沙門氏菌穿過黏液層入侵腸上皮細胞而引起感染，MUC1作為腸道頂端跨膜黏蛋白及黏液層的組成成分，促進了沙門氏菌的侵襲。沙門氏菌黏附素SiiE蛋白被鑒定為參與MUC1介導(dǎo)的頂端入侵胃腸道上皮細胞，含有一系列串聯(lián)重復(fù)序列，以類似拉鏈的方式與MUC1的串聯(lián)重復(fù)序列相互作用。這種SiiE-MUC1相互作用是破壞黏蛋白屏障所必需的，促進沙門氏菌進入腸上皮細胞。MUC1的串聯(lián)重復(fù)序列上O-連接的聚糖發(fā)生唾液酸修飾，可成為沙門氏菌巨黏附素SiiE的主要靶標，并促進MUC1與SiiE蛋白的相互作用[14]。幽門螺桿菌參與胃腸道腫瘤形成。有研究發(fā)現(xiàn)，MUC1上的巖藻糖基化Leb和H1型結(jié)構(gòu)與幽門螺桿菌BabA黏附素結(jié)合抑制幽門螺桿菌與胃腸道上皮細胞的結(jié)合，從而削弱其對黏膜表面的定植，阻礙了胃腸道病變的發(fā)生[15]。

3 MUC1參與腫瘤細胞信號傳導(dǎo)

MUC1-C細胞質(zhì)尾部具有多個磷酸化位點，與各種細胞內(nèi)信號蛋白相互作用而激活或介導(dǎo)細胞信號傳導(dǎo)，參與腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移、增殖及凋亡。

3.1MUC1與表皮生長因子受體(EGFR) EGFR為表皮生長因子受體酪氨酸激酶(ErbB)家族，包括EGFR/ErbB1(Her1)、ErbB2(Her2/c-Neu)、ErbB3(Her3)和ErbB4(Her4),有調(diào)控細胞生長及分化的功能，當(dāng)原癌基因突變后EGFR過表達，使得細胞增殖失控[16]。MUC1在上皮細胞的頂膜上表達，而EGFR表達于上皮細胞的基底外側(cè)膜。在惡性腫瘤細胞中及發(fā)生上皮應(yīng)激反應(yīng)時細胞極性喪失，MUC1-C和EGFR在整個細胞膜上重新定位表達并形成復(fù)合物，促進下游信號傳導(dǎo)的激活和MUC1-C表達的上調(diào)[17]；當(dāng)MUC1-C細胞外結(jié)構(gòu)域被磷酸化后，可作為半乳糖凝集素-3的結(jié)合位點，在EGFR配體存在情況下，半乳糖凝集素-3與MUC1細胞外結(jié)構(gòu)域的結(jié)合可誘導(dǎo)MUC1細胞表面極化并增加MUC1-EGFR相互作用，導(dǎo)致EGFR同源/異二聚化和活化增加[18]。另外，MUC1可增加EGFR啟動子活性及EGFRmRNA和蛋白質(zhì)水平[19]，抑制EGFR降解并介導(dǎo)EGFR定位于胞核，影響EGFR與轉(zhuǎn)錄活性啟動子區(qū)域的相互作用[20]。目前，用EGFR抑制劑處理乳腺癌細胞可導(dǎo)致血漿中循環(huán)MUC1蛋白表達上調(diào)，故MUC1已被當(dāng)作監(jiān)測EGFR靶向治療腫瘤評估效果的傳感器[21]。

3.2MUC1與磷酸肌苷3-激酶類(PI3Ks) PI3Ks屬于脂質(zhì)激酶家族。MUC1可調(diào)控由磷酸肌苷3-激酶(PI3K)通路傳遞信號的多種酪氨酸激酶受體的表達和信號傳導(dǎo)，包括EGFR和STAT3等，在驅(qū)動細胞增殖、遷移和存活等過程中起到重要作用[19，22]。MUC1-C胞質(zhì)尾含YHPM序列，該序列在磷酸化后可作為PI3K的直接結(jié)合位點，與PI3Kp85亞基的Src同源區(qū)2(SH2)結(jié)構(gòu)域相互作用，可以使p85的構(gòu)象發(fā)生改變，從而激活PI3K p110催化亞基，進而激活PI3K-AKT通路；利用細胞穿透肽GO-203可阻斷MUC1-C與PI3K p85的相互作用并抑制Akt及其下游效應(yīng)子mTOR構(gòu)成的復(fù)合物的磷酸化[23]。基質(zhì)金屬蛋白酶2/9(MMP-2/9)是腫瘤中PI3K-Akt信號通路的重要下游靶標，參與腫瘤細胞遷移和侵襲。研究發(fā)現(xiàn)，沉默MUC1基因降低了腫瘤細胞中PI3K、Akt及下游靶標MMP-2/9的蛋白質(zhì)水平，阻斷或抑制了腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移[23]。

3.3MUC1與Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號通路 β-catenin是Wnt信號級聯(lián)的下游分子，通常與E-鈣黏蛋白等細胞表面黏附分子形成復(fù)合物，從而導(dǎo)致上皮細胞之間穩(wěn)定的細胞-細胞相互作用。正常情況下，細胞內(nèi)β-catenin由糖原合成酶激酶3b(GSK3b)磷酸化。磷酸化的MUC1-C與β-catenin直接結(jié)合,穩(wěn)定β-catenin/TCF4復(fù)合物,促進Wnt目標基因如細胞周期蛋白D1、MYC激活，從而影響這些目標基因的轉(zhuǎn)錄與致癌作用[24-25]。另外，MUC1增強了β-catenin和p120catenin的激活并影響p120 catenin的亞細胞定位，三者可共同調(diào)節(jié)WNT信號通路的傳導(dǎo)。Liu等[26]實驗發(fā)現(xiàn)在胰腺癌S2-013細胞系中，MUC1未起到激活cyclin D1的作用，但在Panc1細胞系中可見MUC1顯著增加了Cyclin D1啟動子活性，而這兩類細胞一個主要區(qū)別在于S2-013細胞中缺少可檢測到的P120 catenin，由此可見，MUC1對細胞周期蛋白D1基因表達的影響因細胞類型的不同而不同，且P120 catenin是Wnt通路中完全激活cyclin D1啟動子活性所必需的。有研究表明，經(jīng)典Wnt/b-catenin通路是間充質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化(EMT)過程所涉及的通路之一，MUC1通過激活β-catenin并使之與SNAIL(一種與EMT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子)的啟動子WRE結(jié)合導(dǎo)致SNAIL轉(zhuǎn)錄因子核易位的增加，進而調(diào)控EMT[27]。

3.4MUC1與NF-κB通路 NF-κB通路為常見的炎癥通路，激活該通路可誘發(fā)炎性細胞因子的表達。MUC1-C被導(dǎo)入核中后，胞質(zhì)尾通過GGSSLSY基序直接與NF-κB p65綁定形成復(fù)合物并增加NF-κB在目標基因的啟動子上占據(jù)的比例，從而激活NF-κB通路[28]；炎癥通路激活后，炎癥及腫瘤細胞中如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細胞介素6(IL-6)等炎性因子表達上調(diào)，同時，TNF-α反過來激活NF-κB p65與MUC1 κB啟動子位點的結(jié)合，誘導(dǎo)腫瘤細胞中MUC1基因的表達，二者相互影響的正反饋回路，加速腫瘤發(fā)展[29]。MUC1-C亦可通過促進由NF-κB介導(dǎo)的TAK1啟動子的激活，誘導(dǎo)TAK1表達并與MUC1-C形成復(fù)合物，進一步促進TAK1和TRAF6的結(jié)合，而與NF-κB通路相關(guān)聯(lián)[30]。ZEB1可驅(qū)動潛伏期腫瘤免疫逃逸，為癌細胞穩(wěn)定地進入轉(zhuǎn)移狀態(tài)提供有利條件[31]。Rajabi等[32]研究發(fā)現(xiàn)MUC1-C/NF-κB p65復(fù)合物激活ZEB1啟動子并增加ZEB1表達。此外，MUC1-C可直接與ZEB1結(jié)合抑制miR-200c基因，該基因可編碼具有逆轉(zhuǎn)EMT功能的腫瘤抑制因子。尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)是一種絲氨酸蛋白酶，參與腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，uPA因其啟動子中含有兩個NF-κB結(jié)合位點，故其轉(zhuǎn)錄受NF-κB與啟動子結(jié)合的調(diào)控。Mori等[33]發(fā)現(xiàn)在腫瘤細胞中，uPA與MUC1表達水平平行，并通過質(zhì)?；蛲蛔兒筠D(zhuǎn)染細胞實驗發(fā)現(xiàn)MUC1-C/NF-κB復(fù)合物與uPA啟動子的結(jié)合誘導(dǎo)了uPA的轉(zhuǎn)錄，證實了腫瘤細胞侵襲及轉(zhuǎn)移受MUC1-C/NF-κB-uPA信號通路調(diào)控。程序性死亡配體1(PD-L1)參與腫瘤免疫逃逸，故可作為三陰性乳腺癌(TNBC)免疫治療的靶點。MUC1通過NF-κB p65途徑誘導(dǎo)PD-L1表達，且增強NF-κB p65占據(jù)PD-L1啟動子(PD-L1啟動子中E-box序列含有NF-κB p65結(jié)合位點)，驅(qū)動PD-L1轉(zhuǎn)錄，引發(fā)腫瘤免疫逃逸，為腫瘤轉(zhuǎn)移提供條件[34]。

3.5MUC1與JNK JNK為絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成員，可介入致癌基因轉(zhuǎn)化、細胞凋亡及細胞增殖等參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。JNK包含JNK1、JNK2和JNK3 3種類型。MUC1-C可直接結(jié)合JNK1，在順鉑等化學(xué)治療藥物所致的基因毒性應(yīng)激下增強JNK1和c-Jun活化，阻斷結(jié)腸腫瘤HCT116細胞對DNA損傷的凋亡[35]。在肝細胞癌中，MUC1激活JNK/AP-1途徑，進而介導(dǎo)自分泌轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)信號傳導(dǎo)，進一步導(dǎo)致Smad 2C的磷酸化。此外，JNK活化后直接磷酸化Smad 2L，磷酸化Smad 2L和Smad 2C增強MMP-9表達，介導(dǎo)肝癌細胞遷移和侵襲[36]。

3.6MUC1與雌激素受體(ER) ER包括ER-α和ER-β兩大類。ER-α大量存在于乳腺組織，ER-β主要在腸道中表達。MUC1-C可與ER-α DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合，二者相互作用后存在于ER-α轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中，誘導(dǎo)ER-α介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄并促進雌激素介導(dǎo)的乳腺癌細胞生長。另外，ER-α還參與到其他細胞信號通路中，其相關(guān)的非轉(zhuǎn)錄機制觸發(fā)PI3K/AKT信號通路，該信號通路的持續(xù)激活阻斷細胞凋亡[37]。ER-β被發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸中發(fā)揮抗炎和抗腫瘤作用，ER-β缺乏所導(dǎo)致的結(jié)腸炎疾病活動顯著增加，保護性黏液層的減少和相關(guān)結(jié)腸組織的去分化與MUC1的上調(diào)有關(guān)[38]。

4 小結(jié)

MUC1作為常見的黏蛋白之一，保護上皮屏障，維持細胞生物功能平衡，其過表達及異常糖基化貫穿于各種惡性腫瘤起始至轉(zhuǎn)移。MUC1特殊的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，決定了其在腫瘤信號傳導(dǎo)及發(fā)生腫瘤相關(guān)糖基化改變等方面的重要地位。通過對其在腫瘤中作用的深入研究，將為了解腫瘤進展，腫瘤篩查、診斷、治療及預(yù)后判斷等提供有力依據(jù)。