galc與頭頸部腫瘤的研究進(jìn)展

陳 芳 綜述 陳小毅 審校

鞘糖脂類包括半乳糖(基)腦苷脂(galactosylcerebroside，GalCer)和半乳糖(基)鞘胺醇(galactosylsphingosine，psychosine)及其它，主要由半乳糖(基)腦苷脂酶(galactosylceramidase，GALC)降解為半乳糖、腦苷脂和鞘胺醇。Galactosylceramidase gene，簡(jiǎn)稱galc，負(fù)責(zé)編碼GALC。研究發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞表面的鞘糖脂類含量增加，這在抑制細(xì)胞黏附和凋亡方面影響很大［1］。鞘糖脂類含量增加的原因，除了發(fā)現(xiàn)頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)中g(shù)alc基因轉(zhuǎn)錄受抑制，應(yīng)用抗腫瘤藥物可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞里的神經(jīng)酰胺糖基化，生成鞘糖脂類外，其它均無發(fā)現(xiàn)［2，3］。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于galc與惡性腫瘤的關(guān)系的研究極少，但現(xiàn)有的研究結(jié)果提示galc在腫瘤研究中可能很有價(jià)值，值得深入研究。

鼻咽癌是華南地區(qū)最常見的惡性腫瘤之一［4］，在人類HNSCC中發(fā)病居首位，研究發(fā)現(xiàn)，galc在多種頭頸部腫瘤細(xì)胞系中轉(zhuǎn)錄受抑制、表達(dá)下調(diào)并伴甲基化，抗甲基化藥物處理后表達(dá)增加，推測(cè)galc可能在頭頸部惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞中GalCer過表達(dá)，可能與galc的轉(zhuǎn)錄受抑與甲基化有關(guān)［1］，而且galc的表達(dá)異?？赡芘c頭頸部腫瘤細(xì)胞凋亡抑制、腫瘤發(fā)生密切相關(guān)，galc有望成為腫瘤靶向治療的新靶點(diǎn)。本文就galc的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能以及galc與頭頸部腫瘤的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 galc的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

1.1 galc的結(jié)構(gòu)及與轉(zhuǎn)錄因子的關(guān)系

galc是1種看家基因，位于14q31，大小約60 kb，包括17個(gè)外顯子和16個(gè)內(nèi)含子，外顯子除了第1個(gè)和最后1個(gè)都相對(duì)較小，范圍從39到181個(gè)核苷酸。內(nèi)含子大小差異較大，從247個(gè)核苷酸到大約12 kb。與其他編碼溶酶體蛋白的基因相似，其5’非翻譯區(qū)富含GC，不含CAAT或者TATA序列。其啟動(dòng)子區(qū)顯示有對(duì)轉(zhuǎn)錄因子sp1(50-CCCGCC-30)、yy1(50-AAATGG-30)和ap2(50-GCCTGCAGGC-30)易感的信號(hào)序列。即使有些因子作用的啟動(dòng)區(qū)域稍微不同，但是卻大體相似，以此推測(cè)galc轉(zhuǎn)錄受抑制可能是抑制性轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合到了合適的啟動(dòng)子上導(dǎo)致galc轉(zhuǎn)錄受抑制，進(jìn)而導(dǎo)致溶酶體酶GALC表達(dá)減少，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜上的GalCer的大量增加。如果能找到sp1、yy1和ap2識(shí)別galc轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的相關(guān)區(qū)域，就可以解釋galc的抑制。SP1雖然是最有效的轉(zhuǎn)錄因子，它并不會(huì)抑制galc，因?yàn)镾P1的作用主要是增強(qiáng)與之相結(jié)合的基因的功能，而非抑制。yy1和ap2都可能抑制 galc，據(jù)報(bào)道 yy1 還能抑制 p53［5～9］。

1.2 galc的組織表達(dá)與生物學(xué)功能

galc具有很強(qiáng)的組織表達(dá)特異性，在鞘磷脂中大量表達(dá)，尤其是在腦白質(zhì)中，在腎臟、小腸和大腸中含量也很豐富。galc可以從人腦或人尿中提取，也可以從胎盤組織提取，因?yàn)樵谔ケP組織中也很豐富。galc轉(zhuǎn)錄后出核膜，在細(xì)胞質(zhì)中翻譯成GALC。galc編碼的GALC，又稱半乳糖(基)神經(jīng)酰胺酶(Galactosylceramidase，也簡(jiǎn)稱GALC)，是1種溶酶體的β-半乳糖苷酶，能分解GalCer、psychosine以及其他糖鞘脂類物質(zhì)為半乳糖、神經(jīng)酰胺和鞘胺醇，避免這些物質(zhì)在體內(nèi)蓄積。GALC由1分子的半乳糖以糖苷鍵結(jié)合于神經(jīng)酰胺上形成，是兩性分子，疏水端由2個(gè)長(zhǎng)鏈脂肪酸組成并黏附在細(xì)胞膜內(nèi)，親水端由絲氨酸和半乳糖組成位于膜外。除了與胞外基質(zhì)的交流外糖鞘脂類還有多種生物學(xué)功能包括黏附、細(xì)胞生長(zhǎng)和分化、凋亡和表面抗原［10］。研究發(fā)現(xiàn)，GalCer具有凋亡抑制作用，其在細(xì)胞內(nèi)的蓄積可以促使細(xì)胞黏附減少，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移并延長(zhǎng)細(xì)胞壽命，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤形成，而其產(chǎn)物神經(jīng)酰胺則有促進(jìn)凋亡的作用。GalCer的結(jié)構(gòu)圖如下所示:

2 galc與鼻咽癌

2.1 galc在鼻咽癌組織中的表達(dá)及臨床意義

galc在正常鼻咽組織和慢性炎組織中存在高表達(dá)現(xiàn)象，而在鼻咽癌組織中基本不表達(dá)，這提示galc可能在HNSCC的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，在HNSCC的癌細(xì)胞表面存在著GalCer的過表達(dá)，提示galc的表達(dá)失活可能與頭頸部腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，Gorogh等在研究中除了發(fā)現(xiàn)GalCer過表達(dá)外，還發(fā)現(xiàn)galc的轉(zhuǎn)錄受抑，推測(cè)GALC失活很可能是GalCer在腫瘤細(xì)胞蓄積的機(jī)制之一。

2.2 galc表達(dá)下調(diào)的可能機(jī)制

galc表達(dá)下調(diào)的可能機(jī)制主要有以下幾種:①galc的啟動(dòng)子區(qū):若galc啟動(dòng)子區(qū)能特異性結(jié)合某些轉(zhuǎn)錄抑制因子將導(dǎo)致其轉(zhuǎn)錄受抑，翻譯水平隨之下降，GALC功能降低。研究發(fā)現(xiàn)AP2和YY1可能都是galc的轉(zhuǎn)錄抑制因子［8，9］。②基因突變:galc啟動(dòng)子區(qū)和編碼區(qū)的基因突變和缺失都會(huì)導(dǎo)致galc的轉(zhuǎn)錄下降。雖然對(duì)喉癌中g(shù)alc的5’側(cè)翼區(qū)進(jìn)行序列分析，結(jié)果未檢測(cè)到突變和缺失，但該序列分析不能排除編碼區(qū)的突變，因?yàn)橹挥惺芤种频膅alc的mRNA逆轉(zhuǎn)錄出的cDNA中堿基對(duì)從1749到1897中的一小部分被檢測(cè)到，不包含galc的編碼序列。③galc甲基化:甲基化可導(dǎo)致基因不穩(wěn)定、突變率升高，基因表達(dá)異常。甲基化作用無論是發(fā)生在啟動(dòng)子區(qū)還是在編碼區(qū)，都會(huì)影響DNA的轉(zhuǎn)錄。低度的甲基化使DNA對(duì)激活轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)更敏感，而過度甲基化則使轉(zhuǎn)錄受抑［11～15］。人類腫瘤細(xì)胞中，DNA甲基化導(dǎo)致的基因沉默是1種常見現(xiàn)象［16］。④翻譯后失活:迄今為止，除了HNSCC的研究中報(bào)道過galc表達(dá)失活外，其他腫瘤中尚無相關(guān)報(bào)道，所以更有可能是GALC或其它相關(guān)酶類翻譯后失活。鞘脂激活蛋白的酶組包括A、B、C、D 4組，作用都很重要，其中A和C能激活并增強(qiáng) GALC的功能，所以A和C受抑無論是到功能的還是源于基因突變，都會(huì)導(dǎo)致GALC功能的降低［15，16］。總之，不管通過那種方式引起的GALC表達(dá)減少、功能降低，最終都將導(dǎo)致其底物GalCer不能被有效降解而在細(xì)胞膜大量蓄積。

3 galc甲基化與頭頸部腫瘤

甲基化導(dǎo)致的基因表達(dá)失活是頭頸部腫瘤中的1個(gè)常見的分子機(jī)制，與其發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，許多與之相關(guān)的基因都存在異常甲基化現(xiàn)象。例如，p16ink4a甲基化是該基因失活的重要機(jī)制，與頭頸部腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)［17］。cdh1編碼的E-鈣黏素在細(xì)胞黏附系統(tǒng)中起重要作用，該基因的異常表達(dá)可導(dǎo)致腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)，該基因在頭頸部腫瘤中存在高甲基化現(xiàn)象，而在相應(yīng)的正常組織中無甲基化。還有研究發(fā)現(xiàn)，p14、p15、p73、hMLH1、MGMT、DAP 激酶等基因的失活都與啟動(dòng)子甲基化有關(guān)［18～20］。郭忠民等對(duì)多種頭頸部腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GALC甲基化在頭頸部腫瘤中非常常見，且GALC的表達(dá)水平與其甲基化的程度呈反比，甲基化水平越高，GALC的表達(dá)相對(duì)越低。同時(shí)，他們利用藥物逆轉(zhuǎn)galc的甲基化作用后，發(fā)現(xiàn)galc的表達(dá)上調(diào)，證明galc表達(dá)受抑和失活極有可能是其發(fā)生甲基化的結(jié)果。

4 galc-targeted抗腫瘤治療

腫瘤的發(fā)生發(fā)展不僅是細(xì)胞增殖失控和分化異常的結(jié)果，而且與細(xì)胞凋亡失衡有關(guān)。誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡已成為目前腫瘤治療主要手段之一。

4.1 GALC的底物、產(chǎn)物與細(xì)胞凋亡

GALC的底物鞘糖脂在癌細(xì)胞表面的蓄積會(huì)導(dǎo)致腫瘤形成相關(guān)的糖鏈抗原的抗原屬性顯著改變、黏附降低、接觸性生長(zhǎng)抑制減弱、運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)、侵襲性增強(qiáng)更容易轉(zhuǎn)移。除此之外，他們還為細(xì)菌、病毒、毒素提供了結(jié)合位點(diǎn)。GalCer抑制凋亡，然而它被GALC水解后的產(chǎn)物神經(jīng)酰胺卻促進(jìn)凋亡，如此看來，galc受抑制不止是HNSCC癌變過程的指示劑，還是1個(gè)促進(jìn)劑。

神經(jīng)酰胺，GalCer代謝的1個(gè)產(chǎn)物，是研究最多的1種鞘脂，因潛在誘導(dǎo)凋亡而著稱。Chi等通過調(diào)查健康人的喉黏膜、黏膜白斑病和喉癌患者的喉黏膜發(fā)現(xiàn)其神經(jīng)酰胺的含量是逐級(jí)遞減的［21］。因?yàn)樯窠?jīng)酰胺與細(xì)胞凋亡有關(guān)，所以推測(cè)它的含量逐級(jí)遞減可能會(huì)導(dǎo)致喉癌的發(fā)生。而神經(jīng)酰胺的產(chǎn)量會(huì)受到外界刺激的影響，例如:TNF-，內(nèi)毒素，INF-，IL-1，抗腫瘤藥，高溫，電離輻射等。這些因素都可通過促進(jìn)神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Reynolds等通過動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)放療和化療會(huì)通過增強(qiáng)從頭合成和鞘磷脂水解兩方面提升神經(jīng)酰胺的含量［3］。神經(jīng)酰胺作為凋亡促進(jìn)劑已經(jīng)應(yīng)用在腫瘤治療研究中。神經(jīng)酰胺在細(xì)胞內(nèi)主要由從頭合成和鞘磷脂水解(分解合成)2條途徑產(chǎn)生，其含量主要依靠代謝相關(guān)酶的活性。GALC就是鞘磷脂水解途徑中的1個(gè)很重要的酶，GALC把GalCer降解成神經(jīng)酰胺，可謂一舉兩得。所以可以設(shè)想，建立以galc為靶點(diǎn)的腫瘤治療方案，從而達(dá)到誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的目的。

4.2 galc甲基化的治療

DNA甲基化對(duì)于腫瘤是1種簡(jiǎn)便而靈敏的檢測(cè)指標(biāo)，DNA甲基化異常不僅可在手術(shù)標(biāo)本中檢測(cè)到，還可從各種體液如唾液、外周血清等檢測(cè)到，為臨床應(yīng)用帶來極大便利，有可能成為將來檢測(cè)頭頸部腫瘤的常用方法。而且由于DNA甲基化所致的表達(dá)異常是可以逆轉(zhuǎn)的，故通過恢復(fù)僅被抑制的基因的表達(dá)，即可恢復(fù)細(xì)胞正常生長(zhǎng)調(diào)控功能，有可能達(dá)到治療腫瘤的目的。大量體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，應(yīng)用甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑或去甲基化藥物處理后，可使表達(dá)受抑的基因重新表達(dá)［22］。因此，以galc甲基化為靶點(diǎn)的治療極有可能為腫瘤治療帶來希望。所以，深入研究galc失活的機(jī)制可能為頭頸部腫瘤的診斷和治療提供新的路徑。

綜上所述，在腫瘤研究中g(shù)alc是1個(gè)比較新穎的基因，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于galc與惡性腫瘤關(guān)系的研究極少，但現(xiàn)有的研究結(jié)果暗示galc在HNSCC的研究中是1個(gè)非常有價(jià)值的基因。galc的失活能導(dǎo)致鼻咽癌的發(fā)生，那它的激活是否能抑制鼻咽癌發(fā)生;galc與其他有關(guān)癌基因、抑癌基因和凋亡相關(guān)基因的關(guān)系如何;對(duì)GALC的檢測(cè)能否應(yīng)用到鼻咽癌的診斷;這些均需進(jìn)一步探討。

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