蛋白糖基化修飾在腫瘤多藥耐藥中的作用*

綜述 龔戀 審校

全球腫瘤發(fā)病率和死亡率均迅速增長，已成為人類延長預期壽命的最大障礙［1］。隨著科學進步，腫瘤的診療技術雖在諸多方面取得重大進展，但腫瘤多藥耐藥性（multidrug resistance，MDR）仍為臨床治療掣肘，是導致腫瘤患者預后不良及高死亡率的主要原因之一。MDR是指腫瘤細胞對具有不同結構和作用機制的化療藥物的耐藥性［2］。MDR 通過多種機制產生，如能量依賴性外排蛋白的過表達，藥物吸收減少、細胞凋亡的抑制、DNA損傷修復、上皮-間質轉換（epithelial-mesenchymal transition，EMT）、藥物靶標的增加或改變、細胞周期的改變等［3］。糖基化是最重要的蛋白質翻譯后修飾之一，超過80%人類蛋白質可被糖基化修飾。研究表明，蛋白糖基化異常與腫瘤的發(fā)生發(fā)展及化療耐藥等惡性表型緊密相關［4］。闡明蛋白糖基化修飾與腫瘤MDR 之間的分子機制，有望為逆轉腫瘤的MDR提供理論依據(jù)。本文對蛋白糖基化修飾及其在惡性腫瘤MDR 中的分子機制進行綜述。

1 蛋白糖基化修飾

蛋白糖基化修飾是指在糖基轉移酶（glycosyl?transferase，GT）作用下將糖類轉移至蛋白質，并與蛋白質上的氨基酸殘基形成糖苷鍵的過程。根據(jù)糖苷鍵不同，可將蛋白質糖基化分為：N-糖基化（N-glyco?sylation）、O-糖基化（O-glycosylation）、糖基磷脂酰肌醇化（glycophosphatidylinositol）以及C-甘露糖基化（C-mannosylation），其中N-糖基化及O-糖基化是最主要的修飾類型［5］。

1.1 N-glycosylation

N-聚糖是指由N-乙酰氨基葡萄糖（N-acetylglu?cosamine，GlcNAc）通過β-1 糖苷鍵連接到天冬酰胺殘基側鏈氮原子上的過程。N-聚糖分支由2 個GlcNAc 殘基和3 個甘露糖殘基組成核心五糖，該結構與磷酸二氫乙醇酯相連后翻轉至內質網(wǎng)腔側，在其中加入單糖以形成14 糖鏈。寡糖基轉移酶（oligo?saccharyl transferase，OST）將該糖鏈添加到天冬酰胺殘基，新生的糖-蛋白結合物在內質網(wǎng)質控后移至高爾基體加工成熟。

1.2 O-糖基化

O-糖基化是指絲氨酸/蘇氨酸/酪氨酸的羥基共價連接碳水化合物殘基的過程。O-糖基化根據(jù)與蛋白質連接的初始聚糖進一步細分為黏蛋白型O-糖基化和O-乙酰氨基葡萄糖糖基化（O-GlcNAcylation）。黏蛋白型O-糖基化在高爾基體中通過多肽N-乙酰半乳糖胺基轉移酶（polypeptide N-acetylgalactosamin?yltransferase，GALNT）將N-乙酰半乳糖胺（N-acetyl?galactosamine，GalNAc）殘基從尿苷5'-二磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖（UDP-GalNAc）轉移到絲氨酸或蘇氨酸殘基以產生Tn 抗原［6］，Tn 抗原可被唾液酸化為唾液酸-Tn抗原（sTn），導致糖鏈過早終止伸長。然而，O-GlcNAcylation不易在高爾基體中發(fā)生［7］，而是通過N-乙酰氨基葡萄糖轉移酶（O-GlcNAc transferase，OGT）和N-乙酰氨基葡萄糖水解酶（O-GlcNAcase，OGA）來調控單個O-GlcNAc殘基的可逆添加［8］。

2 蛋白糖基化修飾與腫瘤MDR

蛋白翻譯后的糖基化修飾已被證實可通過多種途徑介導腫瘤MDR的產生。

2.1 調控藥物轉運與吸收

ATP結合盒轉運蛋白（ATP binding cassette trans?porter，ABC）是一種廣譜藥物外排泵，包括乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein/ATP-binding cassette subfamily G member 2，BCRP/ABCG2），糖蛋白（ATP-binding cassette sub-family B member 1/Pglycoprotein，ABCB1/P-gp）和MDR 相關蛋白（multi?drug resistance-associated protein，MRP）等。Beretta等［9］研究發(fā)現(xiàn)，降低卵巢癌細胞中MRP1 和MRP4 的N-糖基化修飾水平可導致奧沙利鉑和順鉑蓄積，從而增加腫瘤細胞的化療敏感性。GnT-V則可通過促進人類平衡型核苷轉運蛋白1的N-糖基化及轉運活性來增強膀胱癌T24細胞對吉西他濱的攝?。?0］。N-糖基化抑制劑衣霉素下調ABCG2 的N-糖基化修飾水平后，不僅能減少多種肝癌細胞系對順鉑的外排［11］，還能增加頭頸癌IMC-3和KB耐藥細胞系的順鉑敏感性［12］?？囫R豆素被報道可通過抑制ABCB1的N-糖基化水平來下調ABCB1 蛋白表達，從而增加艾氏腹水癌細胞對順鉑的化療敏感性［13］。苦馬豆素還可通過抑制結腸癌細胞中的N-聚糖水平來影響5-氟尿嘧啶代謝酶的表達從而促進腫瘤細胞對藥物的吸收與代謝，增加腫瘤細胞對5-氟尿嘧啶的敏感性［14］，O-糖基化的黏蛋白過表達可以產生空間位阻和掩蓋表面抗原，減少胰腺癌細胞對5-氟尿嘧啶的吸收［15］。

2.2 調節(jié)細胞凋亡途徑

腫瘤細胞往往可以通過逃避藥物誘導的細胞凋亡來產生化療抗性。OGT 通過抑制凋亡調節(jié)因子的表達來降低腫瘤細胞的凋亡水平，從而導致胃癌及肝癌對5-氟尿嘧啶耐藥［16］。Shen 等［17］研究發(fā)現(xiàn)，β-1，3-N-乙酰基氨基葡萄糖氨基轉移酶8通過促進結腸癌SW620細胞中N-聚糖支鏈聚乳糖胺的生物合成來抑制5-氟尿嘧啶介導的細胞凋亡從而導致耐藥。Kanwal等［18］研究表明，乳腺癌MCF-7細胞可通過O-糖基化修飾來抑制雌激素受體α表達，從而逃逸他莫昔芬誘導的細胞凋亡。α-2，6 唾液酸轉移酶（α-2，6 sialyltransferase，ST6Gal-1）過表達可抑制順鉑和5-氟尿嘧啶所誘導的胃癌細胞凋亡［19］，而下調其表達則可增加卵巢癌細胞中順鉑誘導的細胞凋亡［20］。抑制N-糖基化也被報道不僅能增加多種化療藥物所致胃癌耐藥細胞的凋亡［21］，還可通過細胞周期停滯和促進凋亡來提高Her-2 過表達的乳腺癌細胞對曲妥珠單抗的敏感性［22］。Wagner等［23］研究表明，GALNT14可催化非小細胞肺癌和胰腺癌中死亡受體O-糖基化來激活凋亡通路，增加腫瘤細胞對索拉非尼及5-氟尿嘧啶的敏感性。

2.3 DNA損傷修復

黏蛋白（mucin，MUC）是一類具有高度O-糖基化修飾的糖蛋白。MUC1 被證實可通過減少DNA 損傷來導致結腸癌HCT116 細胞及肺腺癌A549 細胞的順鉑耐藥性［24］。沉默MUC13 可抑制NF-κB 信號通路，增加不同化療藥誘導的DNA 損傷，從而增加結腸癌細胞的化療敏感性［25］。此外，ST6Gal-1 可促進腫瘤壞死因子受體1的唾液酸化，從而減少吉西他濱所致的DNA損傷，進而導致胰腺癌細胞的化療抵抗［26］。

2.4 其他

β1-整聯(lián)蛋白（β1-integrin）的N-糖基化可促進乳腺癌SKBR-3 細胞EMT 進程進而導致其對曲妥珠單抗（和拉帕替尼）耐藥［27］，鳥苷酸結合蛋白β多肽2樣蛋白1（guanine nucleotide-binding protein subunit Beta 2-like 1，GNB2L1）的O-糖基化修飾則可促進EMT進程來導致胃癌MDR［28］。分子靶標表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）的唾液酸化可抑制卵巢癌中吉非替尼介導的細胞死亡［29］，而抑制EGFR 的N-糖基化可逆轉非小細胞肺癌對EGFR-酪氨酸激酶抑制劑的抗性［30］。DNA去甲基酶的O-糖基化修飾可激活核因子E2相關因子2的活性導致結腸癌細胞對5-氟尿嘧啶產生抗性［31］。巖藻糖基化是N-聚糖及黏蛋白末端的另一種修飾，巖藻糖基轉移酶4（fucoidyltransferase 4，F(xiàn)UT4）過表達可促進乳腺癌T47D細胞的MDR［32］。

3 展望

糖基化作為蛋白翻譯后修飾的重要手段之一，參與腫瘤細胞對化療藥物的泵出、攝入及吸收代謝，細胞凋亡、DNA 損傷修復、EMT 等多種腫瘤耐藥機制。雖然體外實驗已證明糖基化抑制劑可逆轉腫瘤MDR，但需要更多的體內實驗及針對腫瘤患者的臨床多階段試驗證明其有效性及安全性。糖基化蛋白作為相關靶點的臨床應用仍具挑戰(zhàn)性。深入探究蛋白糖基化修飾與腫瘤MDR的分子機制能為開發(fā)新的腫瘤分子靶標、腫瘤臨床療效評估、逆轉腫瘤相關MDR提供更好的策略。