唾液酸類標(biāo)志物在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究進(jìn)展

別立翰， 房 萌， 陸志成， 高春芳

（1. 上海東方肝膽外科醫(yī)院實(shí)驗(yàn)診斷科，上海 200438；2. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，上海 200137）

糖基化是蛋白質(zhì)翻譯后修飾的主要方式，糖鏈結(jié)構(gòu)的變化與病理生理過程相關(guān)。腫瘤發(fā)生時(shí)，腫瘤微環(huán)境中單糖轉(zhuǎn)運(yùn)途徑改變、腫瘤細(xì)胞糖基轉(zhuǎn)移酶與糖苷酶的含量和活性等異常，導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞表面或腫瘤細(xì)胞分泌蛋白糖基化的異常[1]。在腫瘤相關(guān)的異常糖基化改變中，唾液酸化異常修飾是具有重要臨床意義的糖鏈異常之一。唾液酸是有9個(gè)碳原子骨架結(jié)構(gòu)的羥基化單糖酰化衍生物的總稱，有超過50種化合物[2]。唾液酸在20種不同的唾液酸轉(zhuǎn)移酶的催化下，通過糖苷鍵（α2，3-、α2，6-或α2，8-）結(jié)合在蛋白或脂質(zhì)中糖鏈末端結(jié)構(gòu)上。催化形成α2，3結(jié)構(gòu)的酶是β-半乳糖苷-α-2，3-唾液酸轉(zhuǎn)移酶（beta-galactoside alpha-2，3-sialyltransferase，ST3Gal）Ⅰ～ST3GalⅥ；催化形成α2，6結(jié)構(gòu)的酶是β-半乳糖苷-α-2，6-唾液酸轉(zhuǎn)移酶（beta-galactoside alpha-2，6-sialyltransferase，ST6GAL）Ⅰ、ST6GalⅡ和 N-乙酰半乳糖胺-α-2，6-唾液酸轉(zhuǎn)移酶（N-acetylgalactosaminide alpha-2，6-sialyltransferase，ST6GalNAc）Ⅰ～ST6GalNAcⅥ；催化形成α2，8結(jié)構(gòu)的酶是α-N-乙酰神經(jīng)氨酸-α-2，8-唾液酸轉(zhuǎn)移酶（alpha-N-acetyl-neuraminide alpha-2，8-sialyltransferase，ST8Sia）Ⅰ～ST8SiaⅥ[2]。COHEN等[3]根據(jù)唾液酸化學(xué)修飾的多樣性引入了“唾液酸組學(xué)”的概念。對(duì)唾液酸生物學(xué)功能的研究結(jié)果顯示，異常唾液酸修飾可促進(jìn)腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移、免疫逃逸和逃避細(xì)胞凋亡[4]。本文綜述了血清唾液酸類標(biāo)志物在腫瘤診斷及預(yù)后中的價(jià)值，以及腫瘤發(fā)生時(shí)導(dǎo)致腫瘤分泌異常唾液酸化糖蛋白的唾液酸轉(zhuǎn)移酶的研究進(jìn)展。

1 唾液酸類標(biāo)志物在腫瘤診斷及預(yù)后評(píng)估中的價(jià)值

1.1 血清總唾液酸在腫瘤中的價(jià)值

血清總唾液酸包含少量的游離唾液酸、糖蛋白結(jié)合的唾液酸和糖脂結(jié)合的唾液酸三大部分。血清中絕大部分唾液酸是與糖蛋白共價(jià)結(jié)合存在的，這些蛋白質(zhì)包括各類酶、免疫球蛋白、載脂蛋白、激素、凝血因子以及很多急性時(shí)相反應(yīng)蛋白[5]。

唾液酸的測(cè)定方法早期有高碘酸鹽-硫代巴比妥酸測(cè)定法及間苯二酚比色法，這2種方法易受樣本中不飽和脂肪酸、脫氧核糖及其他糖苷的影響，靈敏度較低，影響因素較多[6]。隨著技術(shù)的發(fā)展，酶法測(cè)定血清總唾液酸的方法被建立，提高了唾液酸檢測(cè)的靈敏度及特異性。TESHIMA等[7]和HORIUCHI等[8]建立了不受丙酮酸干擾的血清唾液酸酶法測(cè)定體系，目前依然是臨床實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)血清總唾液酸的主要方法。

不同類型的癌癥，如口腔癌、卵巢癌、宮頸癌、白血病、結(jié)直腸癌、乳腺癌、肺癌、胃癌、子宮內(nèi)膜癌患者的血清總唾液酸水平均明顯高于健康人（P＜0.05）[9]。TEWARSON等[10]的研究結(jié)果顯示，不同腫瘤分期的胃癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌和膽囊癌患者的血清唾液酸水平均明顯高于健康人（P＜0.05），并與腫瘤分期相關(guān)。這提示血清總唾液酸具有輔助診斷腫瘤和判斷預(yù)后的價(jià)值。然而，在一些良性和炎性病變中，血清總唾液酸水平也會(huì)升高，這說明血清總唾液酸對(duì)腫瘤缺乏特異性，從而限制了其在腫瘤篩查和早期診斷中的作用[11]。腫瘤患者血清唾液酸水平升高，原因可能是：（1）腫瘤細(xì)胞唾液酸轉(zhuǎn)移酶高表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞膜蛋白唾液酸化增高及細(xì)胞分泌的蛋白唾液酸含量增高；（2）腫瘤相關(guān)性炎癥導(dǎo)致白細(xì)胞介素6（interleukin-6，IL-6）升高，而IL-6可刺激肝臟合成并釋放唾液酸化的急性時(shí)相反應(yīng)蛋白，如α-酸性糖蛋白、纖維蛋白原、補(bǔ)體和轉(zhuǎn)鐵蛋白，從而導(dǎo)致血清總唾液酸水平升高[12-13]。

1.2 唾液酸化特定蛋白作為腫瘤標(biāo)志物的應(yīng)用價(jià)值

用于腫瘤診斷和預(yù)后判斷的腫瘤標(biāo)志物大部分是糖蛋白，由于這些腫瘤標(biāo)志物的敏感性和特異性不足，因此在腫瘤早期診斷中的應(yīng)用價(jià)值有限。隨著對(duì)蛋白質(zhì)糖基化了解的不斷深入，臨床對(duì)新型腫瘤標(biāo)志物的需求推動(dòng)了基于蛋白質(zhì)特定糖型的腫瘤標(biāo)志物的研究。以甲胎蛋白（alpha-fetoprotein，AFP）為例，約有1/3的肝癌患者AFP水平正常，有部分肝病，如肝硬化患者的AFP也會(huì)明顯升高。在不同疾病的病變過程中，AFP糖基化修飾存在差異。有學(xué)者根據(jù)與植物凝集素結(jié)合活性的差異，發(fā)現(xiàn)與小扁豆凝集素有高結(jié)合力的甲胎蛋白異質(zhì)體（alphafetoprotein heterogeneity，AFP-L3）由肝癌細(xì)胞產(chǎn)生，具有核心巖藻糖結(jié)構(gòu)。AFP-L3診斷肝癌的敏感性和特異性分別為65.2%和100%[14]。唾液酸修飾與巖藻糖基化修飾在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中常明顯升高，因此探索唾液酸化糖蛋白作為腫瘤早期診斷標(biāo)志物的研究成為熱點(diǎn)。

前列腺癌是男性常見腫瘤，用于前列腺癌診斷的前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）的敏感性（20%）和特異性（93%）均較差，且良性前列腺增生也會(huì)導(dǎo)致PSA水平升高[15]。有研究結(jié)果顯示，前列腺癌患者血清PSA升高不是由PSA表達(dá)增多引起的，而是由導(dǎo)管腔結(jié)構(gòu)被破壞導(dǎo)致的。OHYAMA等[15]使用基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜分析了PSA特異性序列（Ile-Arg-Asn-Lys）處的N-聚糖修飾的糖鏈結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示前列腺癌患者血清游離PSA的N糖鏈末端α2，3結(jié)構(gòu)唾液酸修飾高于前列腺良性增生患者，經(jīng)5種凝集素色譜分析發(fā)現(xiàn)，α2，3唾液酸化PSA在前列腺癌與前列腺良性增生患者之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），提示α2，3唾液酸化PSA有早期診斷前列腺癌的潛力。ISHIKAWA等[16]采用微流控系統(tǒng)同時(shí)檢測(cè)血清α2，3唾液酸化PSA和α2，6唾液酸化PSA，α2，3唾液酸化PSA的最低檢測(cè)限為0.05 ng/mL，變異系數(shù)是3.1%；將α2，3唾液酸化PSA與α2，6唾液酸化PSA比值定義為α2，3唾液酸化PSA比值；受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析結(jié)果顯示，α2，3唾液酸化PSA比值診斷前列腺癌的曲線下面積（95%可信區(qū)間）為0.834 0（0.755 5～0.912 5），最佳臨界值為42.2%，特異性、敏感性、陽性預(yù)測(cè)值和陰性預(yù)測(cè)值分別為72.0%、80.0%、75.5%和78.7%。

對(duì)肝細(xì)胞肝癌早期診斷標(biāo)志物的研究結(jié)果顯示，單唾液酸化甲胎蛋白[17]、α2，6唾液酸化觸珠蛋白[18]均有潛在的應(yīng)用價(jià)值。血清IgG的唾液酸化修飾在腫瘤發(fā)生時(shí)也表現(xiàn)異常，結(jié)腸癌、胃癌和卵巢癌患者IgG唾液酸化水平降低，多發(fā)性骨髓瘤患者IgG唾液酸化水平升高[19]。

1.3 含唾液酸的糖類抗原（carbohydrate antigen，CA）的價(jià)值

與腫瘤相關(guān)的含唾液酸的CA主要有：CA19-9[又稱唾液酸化路易斯-a抗原（sialyl-Lewis a，sLea）]、唾液酸化路易斯-X抗原（sialyl-Lewisx，sLex）和唾液酸化Tn抗原（sialyl Tn，STn）。sLea和sLex是α2，3唾液酸轉(zhuǎn)移酶的催化合成產(chǎn)物，可以與內(nèi)皮細(xì)胞選擇素受體結(jié)合介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞黏附轉(zhuǎn)移，如腫瘤組織中sLea和sLex水平升高提示預(yù)后不良。血清CA19-9一般作為胰腺癌的診斷或預(yù)后標(biāo)志物，但在其他腫瘤中也會(huì)升高，而且在非癌性疾病中也會(huì)升高或降低[20]。有學(xué)者認(rèn)為血清CA19-9水平異常可能是機(jī)體特殊狀態(tài)的一種反應(yīng)性改變，因此CA19-9作為腫瘤標(biāo)志物的特異性不高[20]。有研究結(jié)果顯示，乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、胰腺癌、黑色素瘤、腹膜癌和子宮內(nèi)膜癌患者的血清中含sLex的三天線N-聚糖水平升高[21]。CA125聯(lián)合sLex檢測(cè)可顯著提升鑒別診斷良性疾病與卵巢癌的效能，sLex在卵巢癌診斷中有作為補(bǔ)充標(biāo)志物的潛在用途[22]。STn在80%以上的人類癌癥中過度表達(dá)，如膀胱癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、乳腺癌和前列腺癌，但在健康組織中很少見到[23]。術(shù)前血清STn水平是結(jié)腸癌術(shù)后預(yù)后的預(yù)測(cè)指標(biāo)[24]。

2 腫瘤發(fā)生過程中相關(guān)唾液酸轉(zhuǎn)移酶的改變

2.1 α2，3唾液酸轉(zhuǎn)移酶

ST3GalⅠ、ST3GalⅢ、ST3GalⅣ是催化形成唾液酸化路易斯抗原（sLex、sLea）的關(guān)鍵酶。sLea和sLex可結(jié)合血管內(nèi)皮細(xì)胞的E-選擇素，介導(dǎo)腫瘤的黏附轉(zhuǎn)移。有研究結(jié)果顯示，晚期漿液性上皮性卵巢癌組織高表達(dá)ST3GalⅠ，大豆皂苷可以抑制透明細(xì)胞型上皮性卵巢癌細(xì)胞系的α2，3-唾液酸化，并增加E-鈣黏蛋白的表達(dá)，從而抑制癌細(xì)胞的遷移[25]。WU等[26]的研究結(jié)果顯示，ST3GalⅠ的表達(dá)與癌栓、腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和巴塞羅那臨床肝癌分級(jí)（Barcelona clinic liver cancer，BCLC）分期相關(guān)，ST3GalⅠ高表達(dá)提示預(yù)后不良。ST3GalⅢ在人乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231中高表達(dá)時(shí)，細(xì)胞表面sLex表達(dá)升高，腫瘤細(xì)胞與E-選擇素結(jié)合能力增強(qiáng)[27]。ST3GalⅢ還參與調(diào)節(jié)侵襲相關(guān)分子的表達(dá)，包括β1整合素、基質(zhì)金屬蛋白酶和環(huán)氧合酶[27]。腫瘤壞死因子可以上調(diào)ST3GalⅠ的活性，促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞表面sLex和sLea的合成，增強(qiáng)細(xì)胞的黏附轉(zhuǎn)移能力[28]。在對(duì)胰腺癌、胃癌、非小細(xì)胞肺癌的研究中均發(fā)現(xiàn)ST3Gal Ⅳ高表達(dá)介導(dǎo)的sLea和sLex合成增加，腫瘤細(xì)胞黏附能力增強(qiáng)[29-31]。

有學(xué)者在對(duì)乙型肝炎病毒相關(guān)肝細(xì)胞肝癌轉(zhuǎn)移的研究中發(fā)現(xiàn)，肝細(xì)胞肝癌組織中乙型肝炎病毒X蛋白（hepatitis B virus X protein，HBx）表達(dá)與sLea的特異性合成有關(guān)，HBx轉(zhuǎn)基因小鼠肝臟組織中sLea表達(dá)量增加，HBx特異性地提升了ST3GalⅢ的轉(zhuǎn)錄和活性，促進(jìn)了sLea表達(dá)，提高了腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮之間的黏附作用，介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移[32]。

2.2 α2，6唾液酸轉(zhuǎn)移酶

ST6GalⅠ在許多腫瘤，如卵巢癌、胰腺癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、肝細(xì)胞肝癌中上調(diào)，且ST6GalⅠ高表達(dá)與腫瘤患者預(yù)后不良有關(guān)[33]。有研究結(jié)果顯示，高水平的ST6GalⅠ可催化Fas末端唾液酸化，F(xiàn)as的α2，6唾液酸化通過阻斷Fas相關(guān)死亡域蛋白與Fas細(xì)胞質(zhì)尾部的結(jié)合來抑制Fas誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡的能力；Fas的α2，6唾液酸化還可抑制凋亡信號(hào)傳導(dǎo)所需的Fas內(nèi)化[34]。ST6GalⅠ催化形成的α2，6唾液酸修飾可調(diào)節(jié)腫瘤的血管生成。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，ST6GalⅠ缺陷型小鼠腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞表面血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子表達(dá)降低，導(dǎo)致血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子與血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2、整合素β3之間的協(xié)同功能受到干擾，進(jìn)而導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，影響腫瘤生長(zhǎng)[35]。有研究結(jié)果顯示，微小RNA（microRNA，miRNA）-9可以抑制ST6GalⅠ的表達(dá)，降低肝癌細(xì)胞系的增殖、侵襲能力，提高對(duì)腫瘤藥物的敏感性[36]。ST6GalⅠ高表達(dá)后可使卵巢癌細(xì)胞表面表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）α2，6唾液酸化升高，導(dǎo)致EGFR胞質(zhì)末端酪氨酸激酶磷酸化，在與配體結(jié)合時(shí)活性增強(qiáng)[37]，進(jìn)而引起卵巢癌、結(jié)腸癌患者對(duì)吉非替尼的耐藥[37-38]。胃癌細(xì)胞高表達(dá)ST6GalⅠ后可誘導(dǎo)人類表皮生長(zhǎng)因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER-2）α2，6唾液酸化水平升高，并增加癌細(xì)胞的侵襲力；高水平的ST6GalⅠ會(huì)使癌細(xì)胞增加對(duì)曲妥珠單抗誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的抵抗力，并伴有半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶3（cysteine-containing aspartate-specific protease-3，Caspase-3）水平的降低[39]。

結(jié)直腸癌患者過表達(dá)的ST6GalNAcⅠ通過與半乳糖凝集素3協(xié)同激活蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱Akt）途徑維持腫瘤干細(xì)胞功能，且ST6GalNAcⅠ可催化STn合成[40]。LIU等[41]的研究結(jié)果顯示，miRNA-135b 和miRNA-182可抑制ST6GalNAcⅡ的表達(dá)，提高結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶的敏感性。MUNKLEY等[42]對(duì)前列腺癌的研究結(jié)果顯示，雄激素受體被激活后可通過提高ST6GalNAcⅠ表達(dá)來促進(jìn)STn的合成和細(xì)胞黏附。BOS等[43]對(duì)乳腺癌腦轉(zhuǎn)移患者的研究結(jié)果顯示，乳腺癌細(xì)胞中ST6GalNAcⅤ的表達(dá)增強(qiáng)了癌細(xì)胞對(duì)腦血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附和通過血腦屏障的能力，說明腫瘤細(xì)胞表面糖基化在器官特異性轉(zhuǎn)移中起重要作用。

2.3 α2，8唾液酸轉(zhuǎn)移酶

α2，8唾液酸轉(zhuǎn)移酶可以催化唾液酸以α2，8糖苷鍵連接到糖鏈末端的唾液酸上，是合成多聚唾液酸和神經(jīng)節(jié)苷脂的關(guān)鍵酶。多聚唾液酸在胚胎期呈高表達(dá)，但在除神經(jīng)組織以外的健康成人組織中呈低表達(dá)[44]。在黑色素瘤、乳腺癌、膠質(zhì)瘤、肺癌、結(jié)腸癌等腫瘤患者中可以檢測(cè)到多聚唾液酸及其轉(zhuǎn)移酶的高表達(dá)，且多聚唾液酸的表達(dá)與腫瘤進(jìn)展和患者不良預(yù)后密切相關(guān)[44]。小細(xì)胞肺癌中ST8SiaⅡ的高表達(dá)可引起神經(jīng)細(xì)胞黏附分子的多聚唾液酸修飾，使細(xì)胞的侵襲和遷移能力增強(qiáng)[45]。

神經(jīng)節(jié)苷脂是含有唾液酸的鞘糖脂。在正常生理情況下，神經(jīng)節(jié)苷脂在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中高表達(dá)，并促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。有研究結(jié)果顯示，神經(jīng)節(jié)苷脂可影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，其中雙唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂（ganglioside with two glycosyl groups，GD2）和三唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂（ganglioside with three glycosyl groups，GD3）是2種非常重要的神經(jīng)節(jié)苷脂，GD2可作為多種腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志物，GD3可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的黏附和侵襲[46]。ST8SiaⅠ過表達(dá)并催化合成的GD2是“三陰性”乳腺癌中乳腺癌干細(xì)胞（breast cancer stem cell，BCSC）的標(biāo)志物[47]。有研究結(jié)果顯示，ST8SiaⅠ可調(diào)節(jié)GD2陽性BCSC中黏附斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）-Akt-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號(hào)通路的激活，敲除乳腺癌細(xì)胞中的ST8SiaⅠ可以完全阻斷細(xì)胞的體內(nèi)生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[47]。雌二醇通過阻止核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）的p50和p65亞基進(jìn)入細(xì)胞核來抑制NF-κB與ST8SiaⅠ核心啟動(dòng)子的結(jié)合，進(jìn)而抑制內(nèi)源性ST8SiaⅠ mRNA表達(dá)；由于缺乏雌二醇的信號(hào)傳導(dǎo)，雌激素受體陰性乳腺癌細(xì)胞中NF-κB途徑的激活可導(dǎo)致ST8SiaⅠ過表達(dá)[48]。

3 總結(jié)與展望

唾液酸轉(zhuǎn)移酶基因的異常表達(dá)引起的腫瘤細(xì)胞合成蛋白質(zhì)唾液酸修飾的改變，影響了腫瘤細(xì)胞內(nèi)各信號(hào)通路的激活和腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞間的相互作用，賦予了腫瘤細(xì)胞的惡性生物學(xué)特性。近年來，隨著質(zhì)譜、毛細(xì)管電泳、高效液相色譜和微流控等技術(shù)在蛋白質(zhì)糖譜分析領(lǐng)域的發(fā)展，基于特征性糖鏈結(jié)構(gòu)的新型腫瘤標(biāo)志物不斷被發(fā)現(xiàn)。進(jìn)一步探索唾液酸化在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用，將有助于腫瘤的早期診斷和治療。