黏蛋白在腫瘤診斷和治療中的作用

張　典　高興春　姜鳳良　彌　曼

(西安醫(yī)學院醫(yī)學免疫學教研室，陜西　西安　710021)

?

黏蛋白在腫瘤診斷和治療中的作用

張典高興春姜鳳良彌曼1

(西安醫(yī)學院醫(yī)學免疫學教研室，陜西西安710021)

〔關鍵詞〕黏蛋白;腫瘤診斷;腫瘤治療

黏蛋白是表達在機體管狀器官特異的上皮細胞表面，在各種炎癥和癌癥中表達異常。黏蛋白糖基化模式在低聚糖側(cè)鏈產(chǎn)生的表位,都可作為腫瘤診斷及(或)預后標志物。這些腫瘤相關表位可作為免疫靶標，使得癌癥早期的診斷和治療成為可能。本文綜述了黏蛋白在正常和病理條件下分布狀態(tài)及其在腫瘤診斷與治療方面的臨床應用。

1黏蛋白的分類

黏蛋白是一類由特殊的上皮細胞-杯狀細胞分泌的，廣泛覆蓋在管狀器官如氣管、支氣管、胃腸道、生殖道等多種上皮細胞表面和肝臟、胰腺、膽囊、腎、唾液腺和淚腺上皮細胞表面黏液中的高分子量糖蛋白〔1〕。黏蛋白是黏液中最豐富的大分子糖蛋白，由75%碳水化合物和25%氨基酸通過o糖苷鍵在N乙酰半乳糖胺和蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸殘基之間連接。由于他們的本質(zhì)和糖基化程度，決定黏液的生物化學和生物物理學性質(zhì)。黏蛋白多樣化的生物學功能在腫瘤形成、細胞黏附、分化、免疫應答以及細胞信號傳導的過程中起著至關重要的作用〔2〕。根據(jù)黏蛋白生理學特點分成三組〔3〕：分泌型、膜結(jié)合型和可溶性黏蛋白。第一組分泌型黏蛋白。由分泌型和凝膠形式的黏蛋白組成，包括MUC2,MUC5AC,MUC5B,MUC6和MUC19，形成低聚物結(jié)構(gòu)。第二組黏蛋白在細胞表面或在黏液中，包括MUC1,MUC3A,MUC3B,MUC4,MUC11,MUC12,MUC13,MUC15,MUC16,MUC17,MUC20和MUC21,有跨膜區(qū)、胞質(zhì)尾區(qū)和廣泛的胞外區(qū)。第三組有MUC7,MUC8和MUC9非凝膠形式黏蛋白。目前，已有20多種黏蛋白基因確定，包括MUC1-2,MUC3A,MUC3B,MUC4,MUC5B,MUC5AC,MUC6-9,MUC11-13,MUC15-17和 MUC19-21等。

1.1分泌型黏蛋白分泌型黏蛋白家族是黏彈性黏液的組成成分，保護上皮細胞。它們的主要作用是通過低聚反應形成三維立體網(wǎng)狀系統(tǒng)參與黏液的形成，保護黏液下的上皮細胞免受各種傷害(炎癥、細菌、病毒、污染物和pH等)。MUC7 和 MUC9是較小的分泌型黏蛋白，不能寡聚化。

MUC2的cDNA是從人小腸cDNA基因庫中分離出來的，MUC2中心區(qū)域由2個高價的重復序列組成，第1個在中心位置，是23氨基酸的一個基序的完全重復。第2個位于上游區(qū)，由347氨基酸單位串聯(lián)的不規(guī)則重復序列組成。這兩個序列富含蘇氨酸、絲氨酸、 脯氨酸氨基酸殘基。MUC2主要表達在結(jié)直腸杯狀細胞和結(jié)腸、直腸癌細胞。結(jié)直腸癌、胃癌、卵巢腫瘤患者MUC2表達下調(diào)。

MUC5AC的表達與細胞發(fā)育不良有關，MUC5AC高表達在哮喘、氣管炎、膽管上皮癌、囊性纖維化的病人。MUC5AC表達減少與結(jié)直腸癌患者的生存率降低有關。MUC7表達在口腔上皮細胞、小唾液腺、呼吸道與正常人結(jié)膜。

1.2跨膜黏蛋白跨膜黏蛋白包括跨膜區(qū)、胞質(zhì)尾區(qū)和廣泛的胞外區(qū)。黏蛋白的胞質(zhì)尾區(qū)利于它們與細胞骨架成分和胞質(zhì)結(jié)合蛋白聯(lián)系，這些在信號轉(zhuǎn)導方面發(fā)揮重要作用。其中最典型的是MUC1和MUC4，基于MUC1和MUC4的結(jié)構(gòu)和位置，它們在細胞與細胞、細胞與細胞外基質(zhì)相互作用方面發(fā)揮重要的生物學角色。此外，它們在腫瘤發(fā)展為腺癌的不同階段中特異表達，提示它們在腫瘤發(fā)生中的重要作用。

MUC1在人乳中首次鑒定出來，幾乎分布于所有呼吸腺體的上皮細胞表面、女性生殖道、胃腸道、中耳、唾液腺和乳腺、正常的胰臟內(nèi)小葉導管〔2〕。MUC1在乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胰臟癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌高表達。MUC1的重要作用是：抗黏附蛋白保持被覆上皮的完整性，幫助癌細胞轉(zhuǎn)移。MUC4的異常表達出現(xiàn)在各種炎性疾病和癌癥中。

2黏蛋白是多種腫瘤的診斷標志物

黏蛋白在臨床作為腫瘤標志物與腫瘤免疫治療得到全世界科研人員的廣泛研究。因為糖基化模式的改變，包括新的血型抗原的表達，在黏蛋白低聚糖側(cè)鏈產(chǎn)生腫瘤相關表位。因此，為了在癌癥早期就能進行診斷，黏蛋白的分析成為疾病發(fā)展和診斷的潛在指標和腫瘤免疫治療靶標。

2.1乳腺癌MUC1在乳腺癌過表達，是診斷和免疫治療的重要靶標。在分泌上皮細胞,MUC1正常表達在頂端，在癌細胞MUC1分布在整個細胞表面。1990年，MUC1在基因水平明確序列，基因定位于染色體1q21-24，MUC1多肽骨架由胞內(nèi)區(qū)、跨膜區(qū)及胞外區(qū)組成。胞內(nèi)區(qū)由66 個氨基酸組成,參與細胞信號轉(zhuǎn)導。胞外區(qū)含30～90 個串聯(lián)的重復序列。MUC1包括7個外顯子，外顯子1編碼前導肽，外顯子2編碼中心區(qū)域，中心區(qū)域由富含絲氨酸、蘇氨酸和脯氨酸的串聯(lián)的重復序列組成，每個重復序列有恒定的20個氨基酸。外顯子6和7編碼跨膜序列和胞質(zhì)尾區(qū)。MUC1在乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌均高表達。乳腺組織MUC1與MUC3表達均與不良預后有關〔4〕。

2.2結(jié)腸癌腫瘤相關糖蛋白 (TAG-72) 異常表達在多樣的惡性組織上皮細胞。高表達的血清TAG-72抗原在48%胃癌患者和67%結(jié)直腸癌病人中發(fā)現(xiàn)，最大樣本量(462個腫瘤標本)的結(jié)直腸癌標本中，MUC1和MUC3表達作為評估病情預后，于2007年發(fā)表〔5〕。發(fā)現(xiàn)32%腫瘤MUC1陽性，74% 腫瘤MUC3陽性。多元分析統(tǒng)計表明，患者MUC1的高表達與生存率降低有關，白人患者與非裔美國人相比，結(jié)直腸癌MUC1表達是預后不良指標，MUC2表達與病人良好的預后有關。Koga等〔6〕發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子(TNF)-α可刺激細胞增強MUC1轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生大量的MUC1 mRNA，提高MUC1的表達。血清中高表達的MUC1可以抑制細胞毒性T細胞(CTLs)與MUC1陽性靶細胞的結(jié)合,結(jié)腸癌細胞分泌的大量MUC1可以抑制自然殺傷(NK)細胞對腫瘤細胞的殺傷作用,此外MUC1 高表達還可以抑制CTL細胞增殖,甚至可以誘導CTL凋亡。MUC1 對免疫系統(tǒng)的抑制作用部分是由于其糖鏈結(jié)構(gòu)所引起的。有學者發(fā)現(xiàn)MUC1陽性的腫瘤細胞經(jīng)去糖基化處理后,MUC1 特異性的CTL 細胞殺傷效應明顯提高；此外,在胃癌細胞中,轉(zhuǎn)入乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶,可以提高對表達MUC1 腫瘤細胞的殺傷作用。MUC1 對免疫系統(tǒng)的抑制,另一可能因素是MUC1與選凝素間的相互作用。E2、L2及P2選凝素分別由內(nèi)皮細胞、白細胞及血小板等合成分泌。腫瘤細胞表面黏蛋白分子含有糖鏈配體,可以與這三類選凝素相結(jié)合,從而調(diào)節(jié)選凝素與其配體的相互作用,繼而影響白細胞的黏附、遷移能力〔7〕。

2.3胃癌正常胃組織表達 MUC1,MUC5AC和MUC6，高表達MUC1表示是良好預后，包括腫瘤塊小，沒有轉(zhuǎn)移〔8〕。而MUC3的表達正好相反。另外，觀察發(fā)現(xiàn)，與惡性程度高腫瘤相比，MUC5AC更頻繁(100%)表達在低級別腫瘤。MUC5AC表達也是預后良好的表現(xiàn)，如果表達降低，生存率將降低〔9〕。

2.4肺癌肺鱗狀細胞癌時，高表達MUC1，表示預后不良。MUC4以及其mRNA的表達水平也作為肺癌組織評估標準。肺癌組織高表達MUC4,生存曲線明顯低于MUC4水平較低患者。MUC4表達是肺癌預后不良的指標。在肺癌組織，MUC4過表達用于區(qū)分肺癌和惡性間皮細胞瘤，具有100%特異性和91.4%靈敏性〔10〕。

2.5胰腺癌轉(zhuǎn)移性胰腺癌病人，MUC1的血清檢查,被證實是一個有效的生存預測。當表達MUC1，不表達MUC2時，侵入性胰腺癌和肝內(nèi)膽管腫瘤患者預后不良。MUC1和MUC2的表達模式成為潛在的區(qū)分的侵入性和非侵入性的胰腺癌和肝內(nèi)膽管癌的指標〔11〕。

2.6卵巢癌卵巢癌是一種隱性腫瘤,發(fā)病沒有任何檢測信號,因此需要早期診斷。80%～90%的晚期卵巢癌患者，MUC16 (CA125)增加80%～90%，已用于卵巢癌診斷〔12〕。然而,檢測MUC16作為診斷指標有一定限制性，因為在子宮內(nèi)膜異位,盆腔炎和懷孕時，MUC16也會升高。其他研究認為，I期卵巢癌檢測包括MUC16(CA125)、MUC1(CA15-3)以及腫瘤相關糖蛋白72(CA72-4)〔12〕。

3黏蛋白在免疫治療中的作用

黏蛋白作為癌癥治療的靶標已經(jīng)評價了30多年。大多數(shù)方法都涉及免疫系統(tǒng)識別這些存在于腫瘤細胞表面的糖蛋白并消除他們。一旦黏蛋白的表位成為結(jié)合抗體的靶點，癌細胞將選擇性被抗體鏈接的同位素或細胞毒性藥物破壞。

3.1乳腺癌乳腺癌是黏蛋白療法研究中關注最多的腫瘤。從30多年前，最早研究重點在乳腺癌和胰腺癌黏蛋白的免疫原性。研究發(fā)現(xiàn)CTL細胞僅對乳腺癌和胰腺癌細胞系有細胞毒性，對正常細胞不作用，提示正常細胞沒有抗原表位。接著進行了MUC1抗體介導的細胞毒作用；MUC1疫苗(黏蛋白交聯(lián)幾種蛋白)；重組痘苗病毒表達MUC1和白細胞介素(IL)-2基因的免疫治療等〔13〕。

3.2結(jié)腸癌表達癌胚抗原(CEA)和MUC1的病毒疫苗(PANVAC-VF)被Therion生物制品公司研發(fā)， PANVAC-VF包括牛痘或禽痘病毒載體表達CEA與MUC1和三個T細胞共刺激分子細胞間黏附分子(B7.1,ICAM-1)、淋巴細胞活化因子(LAF-3)結(jié)合在一起。在美國國家癌癥研究所資助研究中，25個來源結(jié)腸癌并轉(zhuǎn)移患者，注射PANVAC-VF，超過一半病人發(fā)生CD4和CD8細胞針對CEA和MUC1免疫應答，而卵巢癌患者的免疫應答維持了18個月，乳腺癌患者明顯降低了肝臟的轉(zhuǎn)移〔14〕。

3.3肺癌腫瘤黏蛋白是治療肺癌有潛力的生物分子?？乖禺愋砸呙缃臃N主要有MUC1脂質(zhì)體疫苗。疫苗的成分有BLP25脂肽，作用于MUC1，免疫佐劑是單磷酰脂質(zhì)A、膽固醇等，目前已進入二期臨床試驗〔15〕。

3.4胰腺癌MUC1和MUC4是治療胰腺癌的靶標。最早的治療方法有胰腺癌患者淋巴結(jié)分離的CTL細胞，能夠誘導MHC非限制性識別MUC1；接種包含五個免疫抗原的MUC1疫苗，能夠誘導大量T細胞浸潤；接種重組痘苗病毒包括雞痘病毒載體表達CEA和MUC1并結(jié)合共刺激分子B7.1,ICAM-1,和 LFA-3 (TRICOM)，能通過T細胞介導的細胞免疫應答明顯提高患者生存率(延長15.1個月)；近年來，通過接種樹突狀細胞疫苗，增強CD4+輔助性T細胞 和CD8+細胞毒性T細胞的功能〔16〕。

3.5卵巢癌卵巢癌是另一種隱匿腫瘤，目前很難早期診斷。研究表明晚期卵巢癌患者MUC16(CA125)濃度提高80%～90%。Fritsche等〔17〕表明MUC4(92%),MUC1(92%)和MUC16(79%)顯著在卵巢腫瘤過表達。在早期卵巢腫瘤患者，與MUC1和MUC16相比，MUC4的表達明顯提高。

為了確定黏蛋白在癌癥發(fā)生時的直接作用并理解它們對癌細胞生物學性質(zhì)的影響，進一步了解其分子結(jié)構(gòu)和作用機制也是很重要。研究信號通路，將識別出潛在的治療靶標，最終目標將恢復細胞表面正常的黏蛋白表達。利用黏蛋白激活物啟動基因為基礎的治療正在研究中。動物模型將幫助確定體內(nèi)膜結(jié)合黏蛋白的病理生理的位置，幫助判定黏蛋白表達改變，是否是上皮細胞改變的結(jié)果或者是對組織學的改變促進癌變起到重要作用。因此，黏蛋白進一步的深入研究將在腫瘤的篩查、診斷和了解腫瘤進展和治療中發(fā)揮重要作用。

4參考文獻

1Macha MA,Krishn SR,Jahan R,etal.Emerging potential of natural products for targeting mucins for therapy against inflammation and cancer〔J〕.Cancer Treat Rev，2015;41(3):277-88.

2Joshi S,Kumar S,Choudhury A,etal.Altered Mucins (MUC) trafficking in benign and malignant conditions〔J〕.Oncotarget，2014;5(17):7272-84.

3Corfield AP .Mucins: a biologically relevant glycan barrier in mucosal protection〔J〕.Biochim Biophys Acta，2015;1850(1):236-52.

4Mukhopadhyay P,Chakraborty S,Ponnusamy MP,etal.Mucins in the pathogenesis of breast cancer: implications in diagnosis,prognosis and therapy〔J〕 .Biochim Biophys Acta，2011;1815(2):224-40.

5Duncan TJ,Watson NF,Al-Attar AH,etal.The role of MUC1 and MUC3 in the biology and prognosis of colorectal cancer〔J〕.World J Surg Oncol，2007;5:31.

6Koga T,Kuwahara I,Lillehoj EP,etal.TNF-alpha induces MUC1 gene transcription in lung epithelial cells: its signaling pathway and biological implication〔J〕.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2007 ;293(3):L693-701.

7Rachagani S,Torres MP,Moniaux N,etal.Current status of mucins in the diagnosis and therapy of cancer〔J〕.Biofactors，2009;35(6):509-27.

8Wang RQ,Fang DC.Alterations of MUC1 and MUC3 expression in gastric carcinoma: relevance to patient clinicopathological features〔J〕.J Clin Pathol,2003;56(5): 378-84.

9Kocer B,Soran A,Kiyak G,etal.Prognostic significance of mucin expression in gastric carcinoma〔J〕.Dig Dis Sci，2004;49(6):954-64.

10Tsutsumida H,Goto M,Kitajima S,etal.MUC4 expression correlates with poor prognosis in small-sized lung adenocarcinoma〔J〕.Lung Cancer (Amsterdam,Netherlands)，2007;55(2):195-203.

11Tréhoux S,Duchêne B,Jonckheere N,etal.The MUC1 oncomucin regulates pancreatic cancer cell biological properties and chemoresistance.Implication of p42-44 MAPK,Akt,Bcl-2 and MMP13 pathways〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2015;456(3):757-62.

12Chauhan SC,Singh AP,Ruiz F,etal.Aberrant expression of MUC4 in ovarian carcinoma: iagnostic significance alone and in combination with MUC1 and MUC16 (CA125) 〔J〕.Mod Pathol，2006;19(10):1386-94.

13Do SI,Kim K,Kim DH,etal.Associations between the Expression of Mucins (MUC1,MUC2,MUC5AC,and MUC6) and Clinicopathologic Parameters of Human Breast Ductal Carcinomas〔J〕.J Breast Cancer，2013;16(2):152-8.

14Walsh MD,Clendenning M,Williamson E,etal.Expression of MUC2,MUC5AC,MUC5B,and MUC6 mucins in colorectal cancers and their association with the CpG island methylator phenotype〔J〕.Mod Pathol,2013;26(12):1642-56.

15Lakshmanan I,Ponnusamy MP,Macha MA,etal.Mucins in lung cancer: diagnostic,prognostic,and therapeutic implications〔J〕.J Thorac Oncol，2015;10(1):19-27.

16Kaufman HL,Kim-Schulze S,Manson K,etal.Poxvirus-based vaccine therapy for patients with advanced pancreatic cancer〔J〕.J Trans Med，2007;(1)5:60.

17Fritsche HA,Bast RC.CA 125 in ovarian cancer: advances and controversy 〔J〕.Clin Chem，1998;44(7):1379-80.

〔2015-09-22修回〕

(編輯袁左鳴)

基金項目：國家自然科學基金資助項目(No.81402063)；陜西省教育廳項目(15JK1636)；西安醫(yī)學院校級課題(2015DOC09)

通訊作者：彌曼(1960-)，女，教授，主要從事腫瘤藥理學方面的研究

〔中圖分類號〕R651.1

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)09-2275-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.09.108

1西安醫(yī)學院藥理學教研室

第一作者：張典(1976-)，女，博士，副教授，主要從事腫瘤免疫藥理學方面的研究