半乳糖凝集素-8的研究進(jìn)展

帥 鳴綜述，張 濤,馬鵬程審校

0 引 言

半乳糖凝集素(Galcetin, Gal)是內(nèi)源性凝集素家族成員，與含有β-半乳糖苷殘基的多糖具有較高的親和力，是凝集素家族中的動(dòng)物凝集素。目前發(fā)現(xiàn)了15個(gè)半乳糖凝集素家族成員，按發(fā)現(xiàn)順序被依次命名為Gal-1至Gal-15[1]。Gal家族廣泛存在于各種生物體內(nèi)，包括脊椎動(dòng)物、無脊椎動(dòng)物，甚至原生生物[2]，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)不同大致可分為三類：①原型Gal：包括Gal-1、Gal-2、Gal-5、Gal-7、Gal-10、 Gal-1l、Gal-13、Gal-14和Gal-15，其結(jié)構(gòu)包含一個(gè)碳水識(shí)別結(jié)構(gòu)域(carbohydrate recognition domain，CRD)；②嵌合型Gal：此類型僅有Gal-3，其結(jié)構(gòu)是由一個(gè)C端的CRD結(jié)構(gòu)域和一個(gè)膠原蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域融合而成；③串聯(lián)重復(fù)型Gal：此型包括Gal-4、Gal-6、Gal-8、Gal-9和Gal-12，由兩個(gè)不同但同源的CRDs串聯(lián)融合而成[3]。每個(gè)Gal均含有1個(gè)或2個(gè)CRD。在串聯(lián)重復(fù)型的Gal中，Gal-8廣泛表達(dá)于各種正常組織或病理組織中，參與各種生理和病理的過程，如細(xì)胞黏附、生長、凋亡等[4]。不僅如此，Gal-8還具有免疫調(diào)節(jié)作用，因此也與機(jī)體對(duì)自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自身組織損害所引起自身免疫病[5-6]。本文就Gal-8的生物學(xué)特性與自身免疫病以及腫瘤的關(guān)系及其抑制劑的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 Gal-8的生物學(xué)特性

Gal-8屬于串聯(lián)重復(fù)型凝集素家族，含有兩個(gè)通過接頭肽連接的CRD[7]。其組成是由兩個(gè)CRD以柔性肽段連接而成，其連接肽段長度根據(jù)不同的可變剪接而有所改變[8]。Gal-8包含有多個(gè)異構(gòu)體，每個(gè)異構(gòu)體由兩種140余個(gè)氨基酸殘基組成，具有較長的結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域包含一個(gè)CRD，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域由不同長度的連接肽連接，其氨基酸序列包含兩個(gè)具有保守基序的結(jié)構(gòu)域。N末端CRD決定配體結(jié)合特異性，該接頭調(diào)節(jié)整體Gal-8功能，包括多聚化和生物學(xué)活性[9]。C端CRD調(diào)節(jié)其黏附能力。因此，Gal-8可促進(jìn)細(xì)胞黏附。Gal-8的C端一半(包括其兩個(gè)CRD之一)具有調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附的能力，因?yàn)檠芯堪l(fā)現(xiàn)當(dāng)C端的一半截短時(shí)，消除了調(diào)節(jié)其消除細(xì)胞黏附的能力[10]。因此，這兩個(gè)CRD維持了Gal-8的功能形式。

在動(dòng)物體內(nèi)正常組織中，Gal-8廣泛分布在肺、肝、腎、腦、心肌等部位[11]。Gal-8在正常和腫瘤相關(guān)血管的血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell, EC)以及淋巴內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中表達(dá)，是血管生成網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，并且是通過將分子錨定在周圍基質(zhì)上而在細(xì)胞外基質(zhì)中所必需的分子。Troncoso等[7]推測(cè)調(diào)節(jié)Gal-8-聚糖相互作用可用于阻斷對(duì)轉(zhuǎn)移至關(guān)重要的淋巴-血管連接，其功能測(cè)定揭示了Gal-8在控制毛細(xì)管形成，EC遷移和體內(nèi)血管生成中起核心作用。

2 Gal-8對(duì)免疫的調(diào)控及其與自身免疫疾病的關(guān)系

Gal-8是一種具有促炎特性的哺乳動(dòng)物β-半乳糖苷結(jié)合凝集素，有增強(qiáng)體內(nèi)抗原特異性免疫反應(yīng)的能力。在炎癥過程和自身免疫中均有生理和病理學(xué)作用[12]。

Gal-8能調(diào)控B細(xì)胞的活化。在淋巴結(jié)內(nèi)，B細(xì)胞受體與臨近細(xì)胞表面的抗原結(jié)合，啟動(dòng)B淋巴細(xì)胞的活化，這也是適應(yīng)反應(yīng)的開始。在Obino等[13]研究中，通過分析Gal-8在小鼠淋巴組織中的分布，發(fā)現(xiàn)了Gal-8在B細(xì)胞處理抗原的區(qū)域內(nèi)大量表達(dá)。同時(shí)經(jīng)冰凍成像檢測(cè)，Gal-8在脾、腘窩淋巴結(jié)有所分布；結(jié)果可證明，在細(xì)胞外Gal-8可通過增強(qiáng)抗原特異性B細(xì)胞的阻滯期來促進(jìn)微粒抗原的捕獲作用。觸發(fā)溶酶體向B細(xì)胞-抗原接觸部位的更快募集和分泌，通過蛋白水解機(jī)制可有效提取固定化抗原，從而確定B細(xì)胞如何感測(cè)和提取束縛抗原，繼而在體內(nèi)調(diào)節(jié)B細(xì)胞反應(yīng)。

Gal-8還可刺激骨髓來源的樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生高水平的白細(xì)胞介素-6(IL-6)，Carabelli等[14]研究顯示，通過鼠的脾細(xì)胞與低劑量的同源卵清蛋白肽結(jié)合Gal-8一起溫育，發(fā)現(xiàn)了單獨(dú)用Gal-8或Gal-8加同源肽刺激的培養(yǎng)物中IL-6顯著增加。從而將IL-6信號(hào)傳導(dǎo)與Gal-8免疫刺激作用研究又向前推進(jìn)一步。Gal-8在病毒感染中也起到調(diào)節(jié)作用，在細(xì)胞采取主動(dòng)措施來限制病原體的感染情況下，選擇性自噬在病原體引起的膜破裂后被激活，隔離并傳遞膜碎片及其病原體內(nèi)容物，用于溶酶體降解。腺病毒在進(jìn)入核內(nèi)體時(shí)就會(huì)破壞核內(nèi)體，在自噬體隔離破裂核內(nèi)體之前，通過穿透細(xì)胞質(zhì)來逃脫這一命運(yùn)。而Montespan等[15]的研究闡述了病毒誘導(dǎo)的膜損傷是通過Gal-8識(shí)別并隔離自噬受體。不僅如此，在免疫活動(dòng)中，Gal-8還可通過促進(jìn)用泛素鏈修飾細(xì)菌來抵抗細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌侵入[16]。

Gal-8不僅參與和調(diào)節(jié)細(xì)胞的免疫活動(dòng)，而且與多種自身免疫性疾病息息相關(guān),既是調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)以及其他功能的聚糖結(jié)合蛋白家族的成員，也是自身免疫性疾病中抗體的靶標(biāo)。在支氣管哮喘的研究中，通過建立大鼠哮喘模型，證實(shí)Gal-8參與了大鼠哮喘氣道重塑過程，因此地塞米松干預(yù)可抑制氣道壁厚度和平滑肌厚度,并顯著降低Gal-8表達(dá)[17]。Pardo等[18]通過研究Gal-8沉默對(duì)淋巴細(xì)胞亞群的影響以及實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦炎的發(fā)展，繼而評(píng)估了多發(fā)性硬化癥(multiple sclerosis, MS)患者中Gal-8抗體的存在及其臨床意義。而后又在人腦脊髓液中檢測(cè)到Gal-8，提示其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫監(jiān)測(cè)回路中起作用。最后得出結(jié)論，Gal-8對(duì)自身免疫性中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥具有免疫抑制保護(hù)作用，即使Gal-8抗體對(duì)MS非特異性的，也可能是復(fù)發(fā)緩解型MS中潛在的早期嚴(yán)重程度生物標(biāo)志物。對(duì)于視網(wǎng)膜自身免疫疾病，Gal-8的免疫調(diào)節(jié)功能，甚至能夠用作候選藥物；現(xiàn)已在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性葡萄膜炎的鼠模型中得到驗(yàn)證，Gal-8治療增加了引流淋巴結(jié)(drainage lymph node, dLN)和發(fā)炎的視網(wǎng)膜中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量，抑制了視網(wǎng)膜T輔助型TH1和TH17細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子。但鑒于需要合理的療法來治療人的葡萄膜炎，所以可以做為候選藥物，給治療研究提供新的思路[19]。

Gal-8還在許多神經(jīng)退行性疾病中起作用，如阿爾茨海默癥。Tau是一種選擇性自噬保護(hù)蛋白，組裝后的Tau蛋白可在細(xì)胞間轉(zhuǎn)移，并將可溶性Tau蛋白的聚集物種子化。這一過程被認(rèn)為是包括阿爾茨海默氏癥在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病中Tau內(nèi)含物在整個(gè)大腦中擴(kuò)增和繁殖的基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，Gal-8受體可在受損的內(nèi)膜檢測(cè)到，并通過募集受體核蛋白52激活自噬，而抑制Gal-8和該蛋白依賴的自噬會(huì)增加Tau聚集。這表明了Gal-8與神經(jīng)退行性疾病也有相關(guān)性[20]。

Gal-8也是軟骨病變的一種功能性疾病標(biāo)志物。Daniela等[21]的研究顯示，骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞分泌的Gal-8與這些細(xì)胞的聚糖抑制性表面結(jié)合增加了基因轉(zhuǎn)錄和功能性疾病標(biāo)志物的分泌，而同型二聚Gal-1和嵌合型Gal-3是骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展中的分子開關(guān)，三種半乳凝素之間的合作與該疾病的相關(guān)性更高，有望繼續(xù)研究為臨床提供可靠的診斷以及判斷預(yù)后的指標(biāo)。此外，Gal-8對(duì)骨量有潛在的調(diào)節(jié)作用。骨完整性是通過成骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的協(xié)調(diào)活動(dòng)來維持的。過表達(dá)Gal-8的小鼠表現(xiàn)出加速破骨細(xì)胞活性和骨轉(zhuǎn)換，最終導(dǎo)致骨量減少，類似于絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松和癌性骨溶解的情況。Vinik等[22]發(fā)現(xiàn)，確定Gal是破骨細(xì)胞生成和骨重塑的新參與者。而Gal-8對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖具有促進(jìn)作用，此作用對(duì)組織工程心臟瓣膜種子細(xì)胞增殖及黏附有影響，且在細(xì)胞種植前預(yù)鋪蛋白固定后能夠顯著增加內(nèi)皮細(xì)胞的黏附,而胞內(nèi)Gal-8過表達(dá)則抑制細(xì)胞黏附[23]。

3 Gal-8與腫瘤細(xì)胞的相互作用

通過學(xué)者們的不斷研究，已經(jīng)證實(shí)Gal家族與許多腫瘤細(xì)胞相關(guān)，這也是Gal家族的熱門研究方向。分析Gal家族在診斷、鑒別診斷和預(yù)后判斷方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。目前的研究已經(jīng)證實(shí)Gal-8和人類的一些癌癥關(guān)系密切[24]。Gal-8在某些類型的原發(fā)性或繼發(fā)性腫瘤中，如乳頭狀甲狀腺癌，來自遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移患者的晚期結(jié)腸癌或原發(fā)性肺癌的轉(zhuǎn)移具有重要價(jià)值[25]。如上皮細(xì)胞可通過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)獲得侵襲能力和腫瘤發(fā)生。Gal-8激活參與EMT的選擇性β1整合素，并在某些癌中過表達(dá)。Gal-8可以通過部分和可逆的EMT促進(jìn)上皮細(xì)胞的致癌樣轉(zhuǎn)化，并具有更高的增殖，遷移/侵襲和致瘤特性[26]。

在喉鱗狀上皮細(xì)胞癌(laryngeal squamous cell carcinoma,LSCC)組織中，Gal-8的表達(dá)異常，并與LSCC組織分化程度呈相關(guān)性，組織分化差、惡性程度高的LSCC中Gal-8蛋白的表達(dá)要高于組織分化好、惡性程度低的LSCC，表明Gal-8蛋白的表達(dá)在誘導(dǎo)喉鱗狀上皮腫瘤細(xì)胞分化中起重要作用[27]。而二十年前，Gal-8就已被描述為前列腺癌的生物標(biāo)志物，因?yàn)槠鋬H在贅生性前列腺中表達(dá)，而在健康組織中不表達(dá)。但一直未能將生物學(xué)功能歸因于Gal-8來解釋這種差異表達(dá)。近年來，Gentilini等[28]試圖解釋這個(gè)問題，表明了Gal-8在腫瘤細(xì)胞中的天然和保守表達(dá)是前列腺癌轉(zhuǎn)移進(jìn)化的原因，此外，Gal-8控制著細(xì)胞骨架和E-鈣黏著蛋白表達(dá)的重排，對(duì)腫瘤細(xì)胞的無規(guī)和同型聚集具有重大影響，兩者均是轉(zhuǎn)移過程中循環(huán)腫瘤細(xì)胞存活的重要過程。提示Gal-8是抗前列腺癌抗轉(zhuǎn)移療法的潛在靶標(biāo)。對(duì)于大腦中最具侵略性的癌癥之一的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，Gal-8在其中也高表達(dá)。其作用為一種可溶性刺激物，觸發(fā)U87膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞趨化遷移，增強(qiáng)U87細(xì)胞的生長。Gal-8在培養(yǎng)基中分泌或外源富集，并通過細(xì)胞外聚糖相互作用而起作用，對(duì)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤U87細(xì)胞構(gòu)成了強(qiáng)烈的定向遷移刺激，并且作為促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和阻止其凋亡因子而出現(xiàn)[29]。

通過卵巢癌樣本研究Gal-8的存在，發(fā)現(xiàn)在評(píng)估卵巢癌診斷和治療的新預(yù)后因素中，Gal-8是卵巢癌患者總生存期和無病生存期的新陽性預(yù)后因子[30]。同時(shí)，Gal-8還可作為胃癌的血清生物標(biāo)志物，以及與乳腺癌的轉(zhuǎn)移相關(guān)[31-32]。

對(duì)于Gal-8和腫瘤細(xì)胞相互作用的研究，目前尚不明確Gal-8的結(jié)構(gòu)在其中的作用。Ruiz等[33]發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)核苷酸多態(tài)性取代天然氨基酸可成為研究結(jié)構(gòu)活性相關(guān)性的一種有價(jià)值的工具，尤其是存在與疾病參數(shù)相關(guān)聯(lián)的證據(jù)的情況下。通過比較野生型和變異蛋白的特性，證明在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，N結(jié)構(gòu)域中的β夾心折疊的F0β鏈發(fā)生了位移的變體具有更強(qiáng)的生長調(diào)節(jié)作用。

4 Gal-8的抑制劑研究進(jìn)展

近年來，由于Gal家族與腫瘤細(xì)胞的相互作用越來越被重視，Gal家族在多種腫瘤細(xì)胞中均有表達(dá)，參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的多個(gè)過程。因此，其抑制劑也成為腫瘤治療的新選擇。

在過去的幾十年間，已采用多種策略和物質(zhì)來抑制Gal。由于半乳糖蛋白CRD結(jié)合位點(diǎn)具有高序列同一性，因此對(duì)其抑制劑的開發(fā)多聚焦在多糖的治療方法上[34]?？纱笾路譃椋孩傩》肿犹穷愐种苿绨肴槟氐慕?jīng)典抑制劑，乳糖，能有效抑制幾乎所有Gal的活性；但由于小分子糖類作用不穩(wěn)地，易在人體內(nèi)被分解代謝，所以目前大多作為合成糖類抑制劑的反應(yīng)底物[35]；②合成糖類抑制劑，目前已有合成糖類抑制劑已被用于臨床治療，在生物醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)中針對(duì)Gal-1和-3靶向生成鉛糖模擬物成為第一批臨床候選藥物[36]；③大分子天然復(fù)合糖抑制劑，如鱈魚提取物糖肽TFD100能夠有效抑制Gal-3與腫瘤細(xì)胞表面的TF二糖的結(jié)合[37]。

近年來多項(xiàng)研究與Gal-3相關(guān)，如人參果膠中的RG-I-4結(jié)構(gòu)域已被證實(shí)是Gal-3的高效抑制劑，同時(shí)黃秋葵果膠，改性的橘皮果膠等Gal-3抑制劑也已被研究發(fā)現(xiàn)[38-40]。而對(duì)于Gal-8的抑制劑，近幾年的研究不多。對(duì)Gal家族的抑制劑，大致可分為糖類，多肽，抗體，Gal-3C，反義核苷酸以及其他抑制劑[41]。值得一提的是，在A群鏈球菌(group A streptococci, GAS)感染時(shí)，Gal-3可促進(jìn)GAS復(fù)制并減少Gal-8和泛素的募集，Gal-3對(duì)Gal-8有抑制作用[16]。對(duì)于Gal-8抑制劑的研究，仍有很大的探索空間。

5 結(jié) 語

Gal家族自被發(fā)現(xiàn)以來，其結(jié)構(gòu)，特性，功能以及抑制劑就一直在被關(guān)注和研究。近年來，對(duì)于Gal家族的CRD和糖類物質(zhì)結(jié)合的研究很多，很多學(xué)者從中發(fā)現(xiàn)了一些Gal家族的抑制劑。而Gal-8作為Gal家族一員，其結(jié)構(gòu)含有雙CRD較為特殊，是否能夠與糖類物質(zhì)更好的結(jié)合有待研究。我們發(fā)現(xiàn)Gal-8不僅與腫瘤細(xì)胞相關(guān)，也與自身免疫性疾病相關(guān)，同時(shí)，其對(duì)抑制劑的研究相對(duì)其他家族成員較少。自身免疫病及腫瘤等相關(guān)的新標(biāo)志物研究是此類疾病治療，輔助診斷的新思路。開展Gal-8與腫瘤細(xì)胞，及自身免疫性疾病，及其對(duì)抑制劑的研究為新型標(biāo)志物的探討提供線索。