聶筆爻，戴蓓英，楊勇，王琛

(1.中國藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211198；2.中國藥科大學(xué)藥物科學(xué)研究院，江蘇 南京 211198；3.中國藥科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床藥學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 211198)

1 聚糖與糖基化

糖基化是常見的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)修飾方式，在細(xì)胞的正常發(fā)育和生理過程中起著至關(guān)重要的作用。通過多種糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷酶的嚴(yán)格調(diào)控和動(dòng)態(tài)作用可以產(chǎn)生多種聚糖結(jié)構(gòu)，這些聚糖結(jié)構(gòu)可以游離存在，也可以通過糖基化修飾與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成糖蛋白。

糖蛋白中的聚糖主要分為3類：N-聚糖、O-聚糖和糖胺聚糖(glyeosaminoglycans，GAGs)。N-聚糖主要分為3種類型：高甘露糖類、混合類和復(fù)合類，它們都有一個(gè)共同的核心戊糖區(qū)域。O-聚糖通常密集地聚集在富含絲氨酸或蘇氨酸的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域上。GAGs是線性重復(fù)二糖單元的大鏈，可與蛋白質(zhì)相連或以游離糖形式出現(xiàn)[1-4]。大多數(shù)聚糖和糖蛋白存在于細(xì)胞膜的外表面，主要在細(xì)胞與細(xì)胞外環(huán)境之間的識(shí)別和相互作用、介導(dǎo)細(xì)胞黏附、細(xì)胞與細(xì)胞基質(zhì)間相互作用、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)以及宿主與病原體間相互作用過程中起重要作用[1-2,5]。

聚糖和糖蛋白表達(dá)的改變與多種疾病有關(guān)，例如先天性疾病、免疫缺陷病和癌癥。聚糖和糖蛋白的異常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞間黏附力受損、致癌信號(hào)通路激活、細(xì)胞轉(zhuǎn)移性增強(qiáng)[2,6-7]。許多惡性腫瘤會(huì)表達(dá)聚糖表位的不同亞群，包括截短的簡單O-聚糖、改變的N-聚糖分支、異常的唾液酸化、巖藻糖基化和GAGs。此外，聚糖還參與了相關(guān)糖蛋白對(duì)免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)。

2 癌癥中的聚糖與糖基化

2.1 癌癥中受體酪氨酸激酶的糖基化 受體酪氨酸激酶(RTKs)是經(jīng)過糖基化的跨膜細(xì)胞表面受體，可調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)過程，癌細(xì)胞中RTKs基因或蛋白結(jié)構(gòu)糖基化的改變會(huì)導(dǎo)致受體的異常激活，從而驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。

RTKs(例如EGFR、FGFR、IGFR和PDGFR)激活后，每100個(gè)氨基酸中會(huì)出現(xiàn)更多的N-聚糖位點(diǎn)(8～16個(gè))，從而刺激細(xì)胞增殖。抑制N-聚糖的形成，會(huì)誘導(dǎo)RTKs依賴的信號(hào)通路失活和RTKs依賴性癌細(xì)胞的生長停滯[8-10]。針對(duì)EGFR的研究表明，N-聚糖可以促進(jìn)半乳糖凝集素介導(dǎo)的受體在細(xì)胞表面的停留，從而促進(jìn)RTKs配體依賴性刺激[11-13]，促進(jìn)腫瘤發(fā)展。相反，EGFR唾液酸化和巖藻糖基化的異常，會(huì)影響其二聚化及其在肺癌細(xì)胞中的激活[14]，抑制腫瘤發(fā)展。

2.2 癌癥中黏附分子的糖基化

2.2.1 聚糖和細(xì)胞間黏附 腫瘤的轉(zhuǎn)移和發(fā)展與細(xì)胞間黏附力的喪失密切相關(guān)，而癌細(xì)胞的聚糖結(jié)構(gòu)異常可以提高癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力，從而促進(jìn)癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[2]。E-鈣粘蛋白(E-cadherin)是一種跨膜糖蛋白，是上皮組織細(xì)胞中的主要黏附分子，在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)過程中起關(guān)鍵作用。E-鈣粘蛋白上N-糖基化的改變會(huì)造成癌細(xì)胞中E-鈣粘蛋白功能的喪失[15-17]，消除E-鈣粘蛋白Asn-554位的異常N-糖基化可以抑制腫瘤發(fā)展[18-19]。研究表明，神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中E-鈣粘蛋白的N-糖基化能夠減弱細(xì)胞間黏附并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移[20]。此外，O-甘露糖基化也可以調(diào)節(jié)E-鈣粘蛋白功能。功能性E-鈣粘蛋白表達(dá)高水平的O-甘露糖基化聚糖，而非功能性E-鈣粘蛋白會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)糖基化的改變，具體表現(xiàn)為 β1,6-GlcNAc支鏈化N-聚糖的增加和O-甘露糖基化聚糖的減少，這種改變有助于癌癥發(fā)展。

2.2.2 聚糖與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用 細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix，ECM)是組織的非細(xì)胞部分，整聯(lián)蛋白家族中的表面受體主要參與細(xì)胞與ECM成分相互作用的過程，細(xì)胞與ECM相互作用的動(dòng)態(tài)變化，特別是由聚糖調(diào)節(jié)的變化，對(duì)于腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲至關(guān)重要。

聚糖通過調(diào)節(jié)整聯(lián)蛋白功能，影響腫瘤細(xì)胞的遷移能力。β1,6-GlcNAc支鏈化的N-聚糖與二等分GlcNAc N-聚糖以相反的方式影響整聯(lián)蛋白的功能。胃癌細(xì)胞中，過表達(dá)MGAT5編碼的N-乙酰氨基葡萄糖氨基轉(zhuǎn)移酶V(GnT-V)顯著增強(qiáng)了整聯(lián)蛋白α3β1上 β1,6-GlcNAc支鏈N-聚糖的表達(dá)，導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞的遷移。相反，過表達(dá)N-乙酰氨基葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶Ⅲ(GnT-Ⅲ)催化二等分GlcNAc N-聚糖的形成，與GnT-V競爭對(duì)整聯(lián)蛋白的糖基化修飾抑制了胃癌細(xì)胞的遷移[21]。最新研究報(bào)道，卵巢癌細(xì)胞中CD82 Asn157處的N-糖基化可以抑制整聯(lián)蛋白信號(hào)傳導(dǎo)途徑，從而抑制卵巢癌細(xì)胞的遷移[22]。

整聯(lián)蛋白的巖藻糖基化和唾液酸化也參與其功能的調(diào)節(jié)。在HepG2肝癌細(xì)胞中，抑制巖藻糖基化減少了細(xì)胞的遷移，同時(shí)也抑制了整聯(lián)蛋白β1通過黏著斑激酶(FAK)介導(dǎo)的相關(guān)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)[23]。半乳糖苷α2,3-唾液酸轉(zhuǎn)移酶3(ST3GAL3)在胰腺癌細(xì)胞中的過表達(dá)產(chǎn)生了高水平的唾液酸SLex和低水平的α2,6-唾液酸，α2,6-唾液酸連接在整聯(lián)蛋白α2β1的N-聚糖上，導(dǎo)致了FAK磷酸化的增強(qiáng)和胰腺癌細(xì)胞侵襲性表型的增加[24]。

2.3 癌癥相關(guān)GAGs和蛋白聚糖 GAGs分為5個(gè)主要類別：透明質(zhì)酸(hyaluronic acid，HA)、硫酸軟骨素(chondroitin sulfate，CS)、硫酸皮膚素(dermatan sulfate，DS)、肝素(heparin)和硫酸乙酰肝素(heparin sulfate，HS)和硫酸角質(zhì)素(keratan sulfate，KS)。GAGs在哺乳動(dòng)物中無處不在，并且與其他ECM成分(例如血漿蛋白，生長因子，細(xì)胞因子等)相互作用，在調(diào)節(jié)細(xì)胞行為和功能中起重要作用。蛋白聚糖由核心蛋白和共價(jià)連接到該蛋白上的GAGs組成，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，參與調(diào)控許多生理和病理過程。根據(jù)位置，蛋白聚糖分為細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞表面和細(xì)胞外蛋白聚糖。

2.3.1 細(xì)胞內(nèi)蛋白聚糖 Serglycin是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一種真正的細(xì)胞內(nèi)蛋白聚糖[25]，此外，研究發(fā)現(xiàn)serglycin也可以作為一種細(xì)胞外蛋白多糖。細(xì)胞內(nèi)serglycin可以介導(dǎo)白細(xì)胞生成并參與細(xì)胞因子和趨化因子的保留和分泌。 細(xì)胞外serglycin在細(xì)胞間相互作用中起著重要作用，并有助于轉(zhuǎn)移性細(xì)胞的外滲，定植和生長[26]。

2.3.2 細(xì)胞表面蛋白聚糖 細(xì)胞表面蛋白聚糖的兩個(gè)主要家族是多配體聚糖(syndecans)和磷脂酰肌醇聚糖(glypican)。Syndecan (SDC)家族由4個(gè)成員組成(SDC1、SDC2、SDC3、SDC4)，主要由HS鏈修飾，屬于硫酸肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycan，HSPG)。人肝癌細(xì)胞中，SDC1表達(dá)缺失的癌細(xì)胞具有更高的轉(zhuǎn)移潛能[27]。此外，SDC1表達(dá)水平與結(jié)直腸癌的發(fā)生、分化和臨床分期有關(guān)[28]。研究表明，SDC2的上調(diào)與結(jié)直腸癌的發(fā)展相關(guān)，并促進(jìn)肺癌和結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲[29-30]。相反，SDC2表達(dá)水平的降低會(huì)誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，并抑制乳腺癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移[31]。SDC3常在胰腺癌中高表達(dá)，與患者預(yù)后不良相關(guān)[32]。腎細(xì)胞癌與骨肉瘤中，SDC4過表達(dá)促進(jìn)了癌細(xì)胞的發(fā)展和轉(zhuǎn)移[33-34]。

Glypican(GPC)家族由6種通過GPI(糖基磷脂酰肌醇)錨定到細(xì)胞膜外表面的HSPG組成[35]。GPC2和GPC3分別與神經(jīng)母細(xì)胞瘤和肝細(xì)胞癌的不良預(yù)后相關(guān)[36-37]，而GPC5已被報(bào)道在前列腺癌，肺癌和乳腺癌中具有抑癌作用[38-40]。

2.3.3 細(xì)胞外蛋白聚糖 細(xì)胞外蛋白聚糖，例如versican和perlecan是ECM的重要組成部分。Versican是一種較大的硫酸軟骨素蛋白聚糖，可以調(diào)節(jié)不同癌癥(包括乳腺癌、胃癌、腎癌、卵巢透明細(xì)胞癌和骨肉瘤)中腫瘤的發(fā)生與發(fā)展[41-45]。小鼠的原發(fā)性乳腺癌模型中，癌細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移前微環(huán)境中的髓樣祖細(xì)胞表達(dá)versican，而在骨髓中敲低versican減弱了癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移[46]。

Perlecan是一種存在于組織邊界處的硫酸肝素蛋白聚糖，與上皮細(xì)胞的異常增生有關(guān)。Perlecan在細(xì)胞和細(xì)胞間隙中結(jié)合各種生長因子，可促進(jìn)前列腺癌、咽喉癌和口腔鱗狀細(xì)胞癌的腫瘤血管生成和轉(zhuǎn)移[47-50]。

ECM中聚糖含量或組成的改變會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞表型的變化，有利于腫瘤的發(fā)展。鼠源乳腺癌細(xì)胞中過表達(dá)的透明質(zhì)酸會(huì)導(dǎo)致癌癥干細(xì)胞的擴(kuò)增，并促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲[51]。另一方面，透明質(zhì)酸酶1(haase1)在人前列腺癌細(xì)胞中的過表達(dá)加速了ECM的降解，增強(qiáng)了癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性和增殖能力，同時(shí)還加快了腫瘤對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)移部位ECM的清除和侵襲。

3 糖基化和抗腫瘤免疫

3.1 凝集素和腫瘤免疫 凝集素(lectin)是一種聚糖結(jié)合蛋白，主要與細(xì)胞的識(shí)別和黏附有關(guān)[3]。腫瘤細(xì)胞的聚糖具有特異的表位，能夠通過凝集素等糖結(jié)合受體使細(xì)胞與微環(huán)境結(jié)合并相互作用。凝集素與聚糖識(shí)別后與免疫細(xì)胞受體結(jié)合能夠調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。

3.1.1 免疫球蛋白樣凝集素(siglecs) 大多數(shù)siglecs以順式或反式的形式結(jié)合唾液酸配體，同時(shí)N-糖基化糖蛋白也是siglecs的高親和力配體。研究表明，siglec-1可以與腫瘤抗原MUC1粘蛋白結(jié)合[52]，MUC1粘蛋白在多種腫瘤中異常高表達(dá)，且與不良預(yù)后相關(guān)[53]。此外，存在于免疫細(xì)胞上的siglec-9也能與MUC1顯著結(jié)合[54]。單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上siglec-9與MUC1-唾液酸化Tn的依賴性結(jié)合可以促進(jìn)與腫瘤進(jìn)展相關(guān)因子的分泌[55]。Siglec-9也是MUC16粘蛋白的受體，其作為黏附分子可能介導(dǎo)抗腫瘤免疫反應(yīng)的抑制，促進(jìn)卵巢腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[56]。Siglec-7和siglec-9配體的水平在多種人類癌細(xì)胞上表達(dá)量大大提高，降低了癌細(xì)胞對(duì)自然殺傷(NK)細(xì)胞的敏感性[57-58]。此外，研究表明siglec-7以α2,6-連接的方式結(jié)合神經(jīng)節(jié)苷脂下調(diào)了NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性，為腎癌細(xì)胞的存活和轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了有利的條件[59]。

Siglecs在免疫細(xì)胞中的保守特異性促使它們成為免疫療法的新目標(biāo)。Siglec-2具有最高的保守特異性，主要結(jié)合以α 2,6-連接的唾液酸化配體[60]。在肺癌的轉(zhuǎn)移模型中，抗siglec-2的抗體減弱了癌細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移并提高了小鼠的生存率[61]。

3.1.2 半乳糖凝集素(galectin) 半乳糖凝素是一種可溶性的蛋白質(zhì)，通過其糖類識(shí)別結(jié)構(gòu)域(carbohydrate reco-gnition domains，CRDs)與眾多糖基化受體相互作用，在細(xì)胞內(nèi)通過蛋白質(zhì)-聚糖或蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用控制信號(hào)傳導(dǎo)來識(shí)別細(xì)胞外環(huán)境中的β-半乳糖苷。癌變過程中人β半乳糖苷α2,6-唾液酸轉(zhuǎn)移酶1(ST6GAL1)表達(dá)增加，導(dǎo)致半乳糖凝素與β1,6-支鏈聚糖的結(jié)合力增強(qiáng)[62]，這可能會(huì)遏制半乳糖凝素介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活。Galectin-3-N-聚糖復(fù)合物能夠抑制腫瘤特異性細(xì)胞毒性T細(xì)胞的活力[63]，galectin-3和CTLA-4上的復(fù)合N-聚糖相互作用可能會(huì)延遲該免疫檢查點(diǎn)受體的內(nèi)吞時(shí)間并延長T細(xì)胞活化后捕獲信號(hào)的傳遞時(shí)長[11]。Galectin-4與前列腺癌的進(jìn)展及其晚期轉(zhuǎn)移有關(guān)[64]，同時(shí)也可能與肺腺癌的轉(zhuǎn)移有關(guān)[65]。Galectin-9與T 淋巴細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白3(T cell immunoglobulin domain and mucin domain-3，TIM-3)的相互作用促進(jìn)了髓樣抑制細(xì)胞的分化[66]。另外，galectin-9能夠以TIM-3依賴性的方式促進(jìn)NK細(xì)胞的IFN-γ分泌[67]，相反地，可以通過不依賴TIM-3的途徑損害NK細(xì)胞的功能[68]。

3.2 糖基化與腫瘤免疫逃逸 臨床前研究表明，糖基化在腫瘤細(xì)胞逃避機(jī)體免疫監(jiān)視的功能中起重要作用。異常的聚糖結(jié)構(gòu)、截短的糖基化前體及其最終結(jié)構(gòu)會(huì)阻止有效的免疫反應(yīng)。 此外，腫瘤相關(guān)糖類抗原(tumor-associated carbohydrate antigens，TACA)不會(huì)引起強(qiáng)烈的適應(yīng)性免疫反應(yīng)，且其中許多具有免疫抑制特性[69]。在乳腺癌抗腫瘤免疫反應(yīng)中，β1,6-GlcNAc支鏈化N-聚糖的增加導(dǎo)致了CD4+T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的失活[70]。研究表明，O-聚糖中GalNAc的異常突變可以影響抗腫瘤免疫反應(yīng)，GalNAc糖基化的腫瘤抗原MUC1粘蛋白顯示對(duì)主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ(major histocompatibility complex Ⅰ，MHC Ⅰ)的抑制作用，并完全抑制了MUC1特異性的CD8+T細(xì)胞反應(yīng)。因此，O-聚糖的異常突變可能與CD8+T細(xì)胞的抗原呈遞受阻有關(guān)[71]。

隨著免疫檢查點(diǎn)抑制劑的出現(xiàn)以及免疫腫瘤學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，人們?cè)絹碓蕉嗟亻_始研究糖基化對(duì)某些關(guān)鍵受體的作用。研究發(fā)現(xiàn)，PD-L1的免疫抑制活性受到N-糖基化的高度調(diào)節(jié)。結(jié)果表明，通過糖原合酶激酶GSK3b介導(dǎo)的非糖基化PD-L1降解可減少細(xì)胞膜上PD-L1的表達(dá)，從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫力，提示PD-L1免疫抑制可能主要取決于糖基化[72]。

4 基于聚糖和糖基化的癌癥治療

目前，基于聚糖的癌癥治療療法層出不窮，例如糖轉(zhuǎn)移酶抑制劑、聚糖靶向治療、糖基/糖肽疫苗和基于抗體的免疫療法。其中，糖轉(zhuǎn)移酶抑制劑是其中非常有潛力的領(lǐng)域。

研究發(fā)現(xiàn)，巖藻糖和唾液酸的類似物可用于抑制唾液酸轉(zhuǎn)移酶(sialyltransferases，STs)和巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶，降低髓樣細(xì)胞中巖藻糖和唾液酸的表達(dá)，使兩者與選擇素的結(jié)合能力降低[73]。大豆皂苷-1和AL10作為糖轉(zhuǎn)移酶抑制劑，可用于治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌和肺癌。大豆皂苷-1可選擇性抑制α2,3-ST，從而抑制乳腺癌細(xì)胞系(MDA-MB-231)的遷移和轉(zhuǎn)移[74]。AL10具有細(xì)胞滲透性，作為唾液酸轉(zhuǎn)移酶抑制劑，能夠降低A549和CL1.5腫瘤細(xì)胞的遷移與黏附能力，且該藥無明顯細(xì)胞毒性[75]。因此糖基化藥物可用于無法耐受放射療法，化學(xué)療法和免疫療法導(dǎo)致的多種毒性的患者。

耶魯大學(xué)癌癥中心的Contessa實(shí)驗(yàn)室小組發(fā)現(xiàn)一種有顯著療效的糖轉(zhuǎn)移酶抑制劑NGI-1。該抑制劑可選擇性靶向寡糖轉(zhuǎn)移酶(OST)復(fù)合物的亞基，該復(fù)合物在N-糖基化組成途徑中起著重要作用。但NGI-1僅能夠選擇性抑制那些具有EGFR依賴性細(xì)胞的增殖，因此該藥物可能會(huì)被用于RTKs依賴性的癌癥患者[76]。最新研究發(fā)現(xiàn)，免疫檢查點(diǎn)分子B7-H4在冷腫瘤三陰性乳腺癌中普遍表達(dá)，利用NGI-1抑制B7-H4糖基化導(dǎo)致其泛素化與降解，改善了用阿霉素處理的癌細(xì)胞的免疫原性，增強(qiáng)了樹突狀細(xì)胞的吞噬作用并發(fā)生了CD8+T細(xì)胞免疫應(yīng)答[77]。

此外，半乳糖凝集素結(jié)合/抑制糖蛋白也正在開發(fā)中，可能在癌癥治療中被應(yīng)用。最新研究顯示，嵌合信號(hào)肽-半乳糖凝集素-3偶聯(lián)物(sGal-3)可以優(yōu)先與腫瘤細(xì)胞表面的β1整聯(lián)蛋白結(jié)合，通過觸發(fā)癌聚糖-β1/鈣蛋白酶/caspase-9促凋亡信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)潛在的特異性癌細(xì)胞死亡[78]。

5 總結(jié)和展望

綜上所述，癌癥中糖基化異常與聚糖的改變?cè)谀[瘤發(fā)展、免疫調(diào)節(jié)及癌癥治療中扮演重要角色。因此了解異常糖基化背后的潛在機(jī)制可以更好地幫助我們?cè)\斷和治療癌癥，其中靶向腫瘤相關(guān)聚糖或糖肽的免疫療法，具有治療癌癥的極大潛力。腫瘤細(xì)胞相關(guān)糖基化與糖蛋白的研究對(duì)癌癥生物學(xué)的進(jìn)展起著關(guān)鍵作用，隨著我們對(duì)糖基化及其對(duì)抗腫瘤免疫作用的進(jìn)一步研究，我們對(duì)免疫生物學(xué)將有更深入的了解，并將會(huì)為新型癌癥治療策略奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。