半乳糖凝集素-7生物學(xué)功能研究進(jìn)展

王然然，姜雙全，李守強(qiáng)，于丹丹，冷曉萍

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 超聲醫(yī)學(xué)科， 黑龍江 哈爾濱 150081)

半乳糖凝集素(galectins)家族是可與β-半乳糖苷結(jié)合的蛋白家族，該家族的所有成員都含有糖識別結(jié)構(gòu)域(carbohydrate recognition domain；CRD)，這使得各成員在功能上有許多相似之處[1]，galectins具有重要的生物學(xué)功能,其進(jìn)化保守、組織分布廣、具有顯著的發(fā)育調(diào)節(jié)性，作為近來研究熱點(diǎn)的galectin-7與細(xì)胞增殖、腫瘤診療、疫排斥等反應(yīng)密切相關(guān)[2]，并且根據(jù)其配體的不同性質(zhì),可在多個部位發(fā)揮功能，明確galectin-7的作用機(jī)制將會對疾病診治與預(yù)后、探索腫瘤作用新靶點(diǎn)及介導(dǎo)排斥反應(yīng)等熱門醫(yī)學(xué)問題提供新的思路及治療計(jì)劃，本文將對galectin-7生物學(xué)功能的最新研究進(jìn)展進(jìn)行分析和總結(jié)。

1 Galectin-7的概述

根據(jù)目前已知的14種galectins的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將其分為3類：1)原型galectins：僅含有一個糖識別結(jié)構(gòu)域，包括galectin-1、2、5、7、10、11、13及14；2)嵌合型galectins：只包括 galectin-3，它由單一糖識別結(jié)構(gòu)域和一個重復(fù)的膠原蛋白結(jié)構(gòu)域融合而成；3)串聯(lián)重復(fù)型galectins：由兩個糖識別結(jié)構(gòu)域串聯(lián)聚合形成同型二聚體，包括 galectin-4、6、8、9及12[3]。

Galectin-7(分子質(zhì)量15 ku)是一種含有單一糖類識別結(jié)構(gòu)域(CRD)的原型galectin，其基因定位于19號染色體， 常以同源二聚體的形式存在[4]。IEF17作為最先在角質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)[5]，在研究維持人類表皮正常表型的新標(biāo)志物時首次被發(fā)現(xiàn)與已知的半乳糖凝集素具有類似的分子結(jié)構(gòu)和作用，因此將IEF17蛋白定義為galectin-7[6]，這種半乳糖凝集素的受體主要是非還原性末端LacNac殘基及內(nèi)部的LacNac寡糖殘基，可表達(dá)于表皮分化的各個階段，主要存在于細(xì)胞和與細(xì)胞相連接的區(qū)域，具有高度組織特異性，在食道、舌等復(fù)層上皮細(xì)胞中均可檢測到，并可定位于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和細(xì)胞外，以非經(jīng)典方式，即囊泡或者外泌體等進(jìn)行分泌[7]。Galectin-7的表達(dá)受到DNA甲基化等遺傳基因的控制，在實(shí)驗(yàn)中，用DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑對通常不表達(dá)蛋白質(zhì)的細(xì)胞進(jìn)行處理后，可以在細(xì)胞中檢測到galectin-7的表達(dá)，這和其他galectins成員具有功能上的相似性[8]。另外許多轉(zhuǎn)錄因子可能參與誘導(dǎo)或抑制galectin-7的表達(dá)，例如p53就是調(diào)節(jié)結(jié)腸癌(直腸癌)細(xì)胞中g(shù)alectin-7表達(dá)的第一轉(zhuǎn)錄因子[9]。

2 Galectin-7的生物學(xué)作用

2.1 Galectin-7在上皮細(xì)胞中的作用

Galectin-7主要存在于各類復(fù)層扁平上皮中，調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞的凋亡、增殖和遷移,在研究維甲酸對銀屑病患者表皮中g(shù)alectin-7的表達(dá)和分布有何影響時，發(fā)現(xiàn)galectin-7在毛囊上皮細(xì)胞、食管、口腔上皮細(xì)胞、角膜、乳房肌肉上皮細(xì)胞和胸腺的 Hassall細(xì)胞、胃的復(fù)層上皮細(xì)胞、泌尿系統(tǒng)中均有表達(dá)，最近還在牙齦組織中發(fā)現(xiàn)了galectin-7[8]。

Galectin-7在角膜、皮膚愈合過程中可以起到促進(jìn)作用，還能修復(fù)損傷的腎上皮細(xì)胞及子宮內(nèi)膜，在以角膜為模型的galectin-3(-/-)基因敲除小鼠中，galectin-7的表達(dá)隨著傷口的愈合而逐漸增加，因此可得出重組galectin-7能夠促進(jìn)galectin-3(-/-)基因敲除小鼠角膜傷口的愈合的結(jié)論[9]，而在galectin-7基因敲除模型中，小鼠皮膚損傷后愈合時間延長，角質(zhì)形成細(xì)胞數(shù)量減低，表皮細(xì)胞在UVB照射后凋亡反應(yīng)提前觸發(fā)、持續(xù)時間延長，這是因?yàn)間alectin-7缺失導(dǎo)致細(xì)胞遷移缺陷, 使創(chuàng)面愈合處表皮細(xì)胞的再生潛力下降造成的[10]。在后續(xù)的galectin-7基因敲除實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)小鼠的腎上皮細(xì)胞損傷后，愈合速度將會顯著降低。在經(jīng)期后子宮內(nèi)膜的修復(fù)中，galectin-7同樣具有重要作用，在分泌期和月經(jīng)晚期子宮內(nèi)膜內(nèi)均可檢測到galectin-7的表達(dá)[11]。雖然對于galectin-7促進(jìn)上皮再生的機(jī)制仍不明確，但是無論其機(jī)制如何，galectin-7刺激創(chuàng)面愈合的作用對開發(fā)創(chuàng)面的新治療方式具有十分重大的意義。

2.2 Galectin-7在腫瘤中的作用

Galectin-7具有高度組織特異性，在不同腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮著正性或者負(fù)性調(diào)控作用。在證實(shí)galectin-7的表達(dá)與結(jié)直腸癌p53基因相關(guān)聯(lián)的研究中首次提出了galectin-7的促凋亡作用，并且發(fā)現(xiàn)galectin-7在凋亡的角質(zhì)形成細(xì)胞中的表達(dá)量明顯高于其他細(xì)胞，此外，過量表達(dá)galectin-7的直腸腺癌細(xì)胞系DLD-1生長速度明顯慢于對照組，galectin-7在宮頸癌HeLa、siHa細(xì)胞或前列腺組織ST88-14細(xì)胞(肉瘤來源的細(xì)胞系)中的過表達(dá)可以增加細(xì)胞對凋亡刺激的敏感性[12]。所有這些研究均證實(shí)了galectin-7在許多癌細(xì)胞中的促凋亡作用，但是galectin-7抑制細(xì)胞增殖的能力并不總是與其促進(jìn)凋亡的功能相關(guān)。 例如，galectin-7介導(dǎo)的神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞凋亡可以在沒有任何凋亡跡象的情況下實(shí)現(xiàn)，其抗增殖作用是通過重組galectin-7與細(xì)胞表面神經(jīng)節(jié)苷脂GM1的糖鏈(GM1是細(xì)胞增殖轉(zhuǎn)為分化的一個關(guān)鍵因子)結(jié)合實(shí)現(xiàn)的[13]。

Galectin-7同樣可以在腫瘤的生長和發(fā)展中發(fā)揮正性調(diào)節(jié)作用，特別是在乳腺癌中，腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力隨著細(xì)胞galectin-7表達(dá)量的增加而逐漸增強(qiáng)。在口腔鱗狀細(xì)胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)中，galectin-7表達(dá)量減少可抑制細(xì)胞增殖，表達(dá)量增加會增強(qiáng)細(xì)胞遷移和腫瘤細(xì)胞的侵襲作用，因此galectin-7和OSCC的組織學(xué)分級系統(tǒng)相關(guān)[14]。同時，galectin-7蛋白還是卵巢癌和腎透明細(xì)胞癌的預(yù)后標(biāo)志物，當(dāng)腫瘤細(xì)胞減少時，galectin-7的表達(dá)下調(diào)。在成熟人B細(xì)胞淋巴瘤中可以發(fā)現(xiàn)galectin-7的表達(dá)水平明顯提高，但在正常B淋巴細(xì)胞中確不曾發(fā)現(xiàn)，這種galectin-7的異常表達(dá)被認(rèn)為有利于淋巴瘤細(xì)胞的傳播[15]。然而galectin-7的這種促進(jìn)細(xì)胞增殖的機(jī)制尚不明了，目前已知的抑癌機(jī)制包括galectin-7過表達(dá)細(xì)胞在凋亡刺激后表現(xiàn)出細(xì)胞色素C釋放增加和JNK活化增強(qiáng)[16]以及galectin-7通過p38MAPK信號通路使得人宮頸癌細(xì)胞中的MMP-9的表達(dá)增加，以往研究發(fā)現(xiàn)MMP-9與腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移有關(guān)，這可以部分解釋galectin-7促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和遷移的作用[17]。

Galectins與腫瘤的相關(guān)性可能與腫瘤細(xì)胞糖基化特征的改變有關(guān)，在腫瘤進(jìn)展期間，不同因素影響著蛋白質(zhì)糖基化，導(dǎo)致聚糖結(jié)構(gòu)和組成改變，如糖基化序列縮短或poly LacNAc的富集[18]，這種半乳糖凝集素配體的改變必然會影響半乳糖凝集素的活性和功能，并可能影響細(xì)胞增殖、黏附、免疫調(diào)節(jié)和細(xì)胞遷移，galectin-7作為臨床治療的預(yù)后標(biāo)志物、癌細(xì)胞的調(diào)節(jié)蛋白或抑制劑的治療靶標(biāo)已出現(xiàn)在專門研究中，對癌的治療具有重大意義。

2.3 Galectin-7在免疫應(yīng)答中的作用

T細(xì)胞在免疫應(yīng)答中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，T細(xì)胞接觸抗原后,經(jīng)第一信號和第二信號刺激活化,克隆擴(kuò)增并分化成效應(yīng)T細(xì)胞,發(fā)揮細(xì)胞免疫功能[19]。根據(jù)功能及分泌細(xì)胞因子的種類可以將T淋巴細(xì)胞分為兩大類，即Th1細(xì)胞及Th2細(xì)胞。Th1型細(xì)胞因子可以誘導(dǎo)遲發(fā)型超敏反應(yīng)并促進(jìn)移植物抗原特異性細(xì)胞毒性T細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte)的活化和增殖，從而啟動或加速排斥反應(yīng)的發(fā)生；Th2型細(xì)胞因子可抑制Th1細(xì)胞的分化及Th1型細(xì)胞因子的表達(dá)，調(diào)節(jié)免疫排斥反應(yīng)，建立免疫耐受，Th1/Th2比值與排斥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān)[20]。Galectin-7可以與T淋巴細(xì)胞表面的CD3-TCR復(fù)合物糖基結(jié)合，CD3具有促進(jìn)T淋巴細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)Th1/Th2細(xì)胞平衡向Th1細(xì)胞優(yōu)勢應(yīng)答偏移的作用，從而有助于誘導(dǎo)免疫反應(yīng)發(fā)生[21]。在研究肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor,HGF)抑制肝細(xì)胞纖維化的過程中發(fā)現(xiàn)， galectin-7可與HGF相互作用，然后galectin-7通過與磷酸化的Smad3(pSmad3)作用誘導(dǎo)pSmad3由胞核向胞質(zhì)轉(zhuǎn)位，拮抗TGFβ介導(dǎo)的肝細(xì)胞纖維化的作用[22]。研究發(fā)現(xiàn)，TGFβ在免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，可抑制T淋巴細(xì)胞增殖和分化，galectin-7通過促進(jìn)pSmad3向胞質(zhì)轉(zhuǎn)位有可能會阻斷 TGFβ/Smad信號通路，從而阻斷TGFβ對T細(xì)胞增殖的抑制作用。

器官移植是許多終末期器官衰竭患者的唯一治療方式，但是術(shù)后發(fā)生的T細(xì)胞介導(dǎo)的急性排斥反應(yīng)嚴(yán)重影響其生存率，在腎移植小鼠排斥反應(yīng)模型中，和健康對照組相比，小鼠血清中g(shù)alectin-7 的表達(dá)量明顯增高，在已經(jīng)發(fā)生急性排斥反應(yīng)的小鼠移植心臟中g(shù)alectin-7的的表達(dá)量和鼠對照組相比顯著上調(diào)[23]，由此可見，galectin-7可能與移植排斥反應(yīng)及T淋巴細(xì)胞應(yīng)答具有相關(guān)性，這為利用galectin-7的表達(dá)合理預(yù)測移植術(shù)后急性排斥反應(yīng)的發(fā)生及程度分級提供了依據(jù)。

3 Galectin-7 的應(yīng)用前景

Galectin-7在上皮再生、細(xì)胞凋亡與增殖及免疫排斥中的作用對當(dāng)前中國的疾病診療具有重大意義。老年人的褥瘡潰瘍、皮膚靜脈淤滯性潰瘍及慢性傷口及相關(guān)并發(fā)癥傷口愈合的有效治療仍然是臨床工作的巨大挑戰(zhàn)，角膜上皮缺陷的治療也是如此[24]，明確galectin-7在上皮再生及傷口愈合中的作用將為克服這些醫(yī)學(xué)難題提供突破口。Galectin-7作為一種組織特異性半乳糖凝集素，在癌細(xì)胞中的雙性調(diào)控作用為治療癌提供了新的思路和設(shè)想，但是它與配體的詳細(xì)作用機(jī)制大多是未知的，需要進(jìn)一步的研究來揭示galectin-7的功能和作用方式，這對于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其重要，當(dāng)前針對是否可以成為癌治療靶向工具的研究正在開展中。器官移植后的急性排斥反應(yīng)一直是影響患者生存率的最重要因素，如果能通過移植galectin-7的表達(dá)達(dá)到移植急性排斥反應(yīng)的目的，將為中國的器官衰竭患者帶來生存的希望[25]，當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)了利用超聲靶向微泡定位釋放技術(shù)(ultrasound targetted microbub bledes truction)釋放galectin-7-siRNA抑制galectin-7的表達(dá)，從而抑制術(shù)后急性排斥反應(yīng)的前沿探索，這對中國醫(yī)療進(jìn)步具有重大意義?，F(xiàn)有的研究成果展示出了galectin-7廣闊的研究和應(yīng)用前景，進(jìn)一步探索galectin-7的生物作用及作用機(jī)制對中國的醫(yī)療進(jìn)步具有重要的意義。