Galectin-4與腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展*

王李秦，魏緒倉

(1.西安醫(yī)學(xué)院，西安 710068；2.陜西省人民醫(yī)院血液病研究室，西安 710068)

目前發(fā)現(xiàn)的半乳凝集素(galectins)共有15個(gè)家族成員，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，甚至原生生物中[1]。每個(gè)galectin都含有1個(gè)或2個(gè)糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域(CRD)，根據(jù)CRD組成的不同可將galectins分為3個(gè)亞家族：①原型galectin：含有一個(gè)CRD，包括galectin-1，2，5，7，10，11，13，14，15；②串聯(lián)重復(fù)型galectin：含兩個(gè)不同但同源的CRDs，包括galectin-4，6，8，9，12；③嵌合型galectin：只有Galectin-3，它含有一個(gè)C末端的單一CRD結(jié)構(gòu)域和一個(gè)長(zhǎng)的N末端結(jié)構(gòu)域。其中，galectin-4廣泛表達(dá)于各種正常組織和腫瘤組織中，參與多種生理和病理過程，如細(xì)胞增殖、凋亡、黏附、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)的激活及前體mRNA剪接作用的調(diào)節(jié)[2-5]。本文將從galectin-4的生物學(xué)特性開始探討，闡明它與各系統(tǒng)腫瘤之間的關(guān)系。

1 galectin-4的生物學(xué)特性

galectin-4屬于串聯(lián)重復(fù)型galectin，是一個(gè)32KDa的糖蛋白，隸屬于動(dòng)物外源凝集素家族。galectin-4由β-半乳糖苷與2個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域組成，這也是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的在一個(gè)多肽鏈中有兩個(gè)糖識(shí)別域的半乳凝集素亞家族成員。正如串聯(lián)重復(fù)型galectin的特點(diǎn)，這2個(gè)識(shí)別域不同但卻同源的結(jié)構(gòu)域分別為：CRD1(N端)和CRD2(C端)，每個(gè)CRD大約有130個(gè)氨基酸殘基，它們的平均分子量在16-17kDa，這些殘基富含脯氨酸和甘氨酸，并且對(duì)組織蛋白酶敏感[6]。但是所有的氨基酸序列只有40%一致[7]，這導(dǎo)致兩個(gè)CRD的黏連特異性完全不同，因此可以結(jié)合不同的配體。在基因?qū)用?，galectin-4是由單基因LGALS4編碼的，與蛋白質(zhì)一致[8-9]。

galectin-4這個(gè)難溶的細(xì)胞成分穩(wěn)定存在于細(xì)胞膜的微絨毛上，幫助細(xì)胞進(jìn)行脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及在低蛋白環(huán)境中生存。因其在細(xì)胞間及細(xì)胞膜上的這種穩(wěn)定性，它的表達(dá)一直被當(dāng)作上皮細(xì)胞分化的標(biāo)記[10-11]。盡管galectin大部分成員均經(jīng)過非經(jīng)典途徑向胞外分泌，但體外研究表明galectin-4可能參與了頂端膜泡運(yùn)輸[12]，因此，即使它不像其它絕大多數(shù)galectin成員一樣具有特異的定位序列，但也可在細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)它的蹤影[13]。

在健康的個(gè)體中，galectin-4主要表達(dá)于胃腸道的上皮細(xì)胞腔內(nèi)，其作為一種先天性免疫介質(zhì)，具有殺菌活性[14]。但目前發(fā)現(xiàn)其只能殺死可表達(dá)血型抗原的大腸埃希菌(E.Coli)，對(duì)其他不表達(dá)血型抗原的細(xì)菌并沒有殺傷作用。這種殺傷作用是通過CRD2結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)的，反應(yīng)迅速，同時(shí)沒有補(bǔ)體依賴性，E.Coli可能會(huì)產(chǎn)生針對(duì)這些抗原的自身特異性抗體，最終導(dǎo)致免疫紊亂。眾所周知，ABO血型的形成是一種自然免疫抑制的過程，而E.Coli的表面抗原與人血型B抗原相同，我們已經(jīng)知道galectin-4上的CRD2可以與B血型的碳水化合物緊密結(jié)合[15]，因此推測(cè)galectin-4可能是通過與E.Coli表面的碳水化合物結(jié)合來破壞膜的完整性和細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)，從而直接將其殺死[16]。然而，galectin-4的殺菌效力并不是特異針對(duì)血型B抗原，還對(duì)另一種大腸埃希菌表達(dá)的表面碳水化合物α-1，3-半乳糖有殺菌作用[14]，這倒提示我們對(duì)其病原體的免疫作用可能都是以識(shí)別表明碳水化合物為前提的。

而galectin-4在腸道炎癥中的作用卻存在很大爭(zhēng)議。目前的實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎模型研究大致分為兩組[17]：體細(xì)胞突變型結(jié)腸炎與野生型結(jié)腸炎。galectin-4一方面可通過直接刺激體細(xì)胞突變型結(jié)腸炎模型中的CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生白介素-6(IL-6)[18]，另一方面可以通過與免疫突觸的結(jié)合來與CD4+T細(xì)胞相互作用，通過激活蛋白激酶C(PKC)相關(guān)途徑來刺激IL-6的產(chǎn)生。IL-6是眾所周知的炎性細(xì)胞因子，在黏膜屏障受損或黏膜損傷的情況下可加劇腸道炎癥。此外，IL-6還可通過激活STAT3信號(hào)通路來增加B細(xì)胞淋巴瘤-2(Bcl-2)和B細(xì)胞淋巴瘤(Bcl-xl)的表達(dá)，從而抑制CD4+T細(xì)胞的凋亡，進(jìn)而加快炎癥進(jìn)展[19-21]。但PACLIK等[22]卻發(fā)現(xiàn)在野生型結(jié)腸炎模型中g(shù)alectin-4可以與T細(xì)胞表面的CD3抗原表位結(jié)合，通過鈣蛋白酶依賴的方式促進(jìn)T細(xì)胞的凋亡并減少包括IL-6，IL-8，IL-10和IL-17細(xì)胞因子的分泌，從而改善炎癥。最近發(fā)現(xiàn)一種可誘導(dǎo)的腸炎相關(guān)的糖蛋白(CAG)可能是腸道發(fā)生炎癥時(shí)galectin-4的配體[23]。然而，具體哪些配體與galectin-4有特異性的結(jié)合，以及galectin-4在腸道炎癥中的作用還需要進(jìn)一步的研究來確定。

2 galectin-4在人體不同腫瘤組織中的表達(dá)

免疫組化實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)galectin-4在不同惡性腫瘤組織中均有表達(dá)。但不同惡性腫瘤中的galectin-4表達(dá)情況不一。結(jié)腸癌(colorectal cancer，CRC)是galectin-4在腫瘤方面研究最多的腫瘤。RECHRECHE等[10，24-25]發(fā)現(xiàn)與正常的結(jié)腸組織相比，galectin-4在CRC的表達(dá)顯著降低，并且這種降低可能會(huì)促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和運(yùn)動(dòng)，從而影響腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。之后DELACOUR等[26]又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)galectin-4在原位癌中的表達(dá)要比轉(zhuǎn)移性腫瘤高。這些都提示galectin-4可能具有結(jié)腸腫瘤抑制作用。細(xì)胞內(nèi)的galectin-4被證實(shí)具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡、分化的作用，而胞外的galectin-4則具有介導(dǎo)細(xì)胞間的黏附作用[7，27]。有觀點(diǎn)認(rèn)為galectin-4對(duì)腫瘤的抑制作用可能是因?yàn)榘┘?xì)胞之間以及癌細(xì)胞與鄰近基質(zhì)之間的黏附力減弱從而延緩了腫瘤的進(jìn)展[28]，但具體機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究證實(shí)。也有研究者認(rèn)為galectin-4是通過促進(jìn)血管新生及免疫逃逸等途徑控制腫瘤進(jìn)展的[13，26，29]。目前認(rèn)同度較高的兩種通路學(xué)說分別為Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路和IL-6/NF-kB/STAT3信號(hào)通路。SATELLI等[24，30]發(fā)現(xiàn)galectin-4作為CRC抑制因子參與了WNT信號(hào)通路，在CRC細(xì)胞中，galectin-4通過交聯(lián)Wnt信號(hào)通路蛋白(APC，軸蛋白和β-連環(huán)蛋白)，促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)中β-連環(huán)蛋白的退化從而導(dǎo)致β-連環(huán)蛋白無法進(jìn)入細(xì)胞核去激活Wnt目標(biāo)基因，從而下調(diào)并抑制細(xì)胞增殖、遷移。而IL-6/NF-kB/STAT3信號(hào)通路提出，galectin-4是通過下調(diào)IL-6，同時(shí)反過來抑制CRC中的核因子κB(NF-κB)的活化和轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT3)的激活[10，31]，使得血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)水平、環(huán)氧化酶-2(cox-2)和其他參與腫瘤發(fā)生相關(guān)基因下調(diào)，從而抑制腫瘤的發(fā)展[32]?？偟膩碚f，galectin-4與CRC呈負(fù)相關(guān)性，具體是哪種通路學(xué)說抑制了腫瘤的進(jìn)展還有待進(jìn)一步研究。

而在胰腺癌患者的組織中，BAUER等[33]發(fā)現(xiàn)與正常胰腺組織相比，胰腺囊性腫瘤和胰腺導(dǎo)管腺癌中的galectin-4明顯高表達(dá)，提示其可能參與了促進(jìn)胰腺腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程。而MAFTOUH等[34]卻發(fā)現(xiàn)，在有g(shù)alectin-4存在的胰腺癌細(xì)胞中β-連環(huán)蛋白水平在減少，這一結(jié)果也耦合了Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路機(jī)制。但具體在胰腺癌患者中，galectin-4的表達(dá)情況如何還需要大樣本多中心的實(shí)驗(yàn)支持。

在肝癌患者中，CAI等[35]發(fā)現(xiàn)與初發(fā)型肝細(xì)胞癌患者相比，galectin-4在早期復(fù)發(fā)型/轉(zhuǎn)移型肝癌患者中水平明顯下降。galectin-4的低表達(dá)與腫瘤大小、微血管的浸潤(rùn)、惡性分化程度、晚期TNM分期和預(yù)后不良均有關(guān)。此外還發(fā)現(xiàn)，血清galectin-4水平可能會(huì)因?yàn)楦腥疽倚透窝撞《径@著升高。因此提出galectin-4表達(dá)與肝癌進(jìn)展密切相關(guān)并可能成為判斷肝癌患者預(yù)后的生物標(biāo)志物。

在肺癌的研究中，LEMJABBAR-ALAOUI等[36]在2006年已提出吸煙誘發(fā)的腫瘤與Wnt通路發(fā)生有關(guān)，但關(guān)于galectin-4與吸煙誘發(fā)的腫瘤這兩者之間是否存在關(guān)系，目前還未有定論。2013年HAYASHT等[37]通過對(duì)148例肺腺癌標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)認(rèn)為galectin-4可能成為肺腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子之一，并與不良的臨床結(jié)果相關(guān)[38-39]，但具體機(jī)制還不清楚。

在對(duì)尿路上皮癌(urothelial carcinoma，UC)患者組織研究中，WU等[39]分析了LGALS4的甲基化和基因表達(dá)及其在UC中的臨床相關(guān)性和生物學(xué)功能。他們使用定量甲基化-特異性PCR法測(cè)定了79例UC患者的腫瘤樣本中LGALS4的甲基化水平，得到啟動(dòng)子甲基化的LGALS4表達(dá)與高水平的腫瘤組織學(xué)分級(jí)和伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的T分期之間具有正相關(guān)(P≤0.001)。此外，LGALS4超甲基化是UC患者生存質(zhì)量低下的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子(P<0.05)。這表明galectin-4抑制了UC的生長(zhǎng)、遷移和侵襲。因此，galectin-4可以作為腫瘤抑制基因在UC進(jìn)展中發(fā)揮作用。

3 結(jié)語

galectin-4作為半乳凝集素家族成員，近幾年對(duì)其分子結(jié)構(gòu)及生理功能的研究大大增加了對(duì)其在某些疾病中潛在角色的理解。雖然目前發(fā)現(xiàn)了它的低表達(dá)與多種腫瘤的預(yù)后不良有關(guān)，但具體機(jī)制仍不清楚。隨著對(duì)其作用及機(jī)制的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)其與腫瘤發(fā)生發(fā)展之間的相關(guān)性，讓galectin-4成為某些腫瘤診斷及判斷預(yù)后的標(biāo)志物是我們研究的方向。