蛋白糖基化修飾在腫瘤生物學行為、能量代謝、免疫及耐藥過程中的調控作用研究進展

肖世偉，王海峰，李亞楠，左毅剛，王劍松

1昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院泌尿外科，昆明650101；2貴州省人民醫(yī)院泌尿外科；3貴州中醫(yī)藥大學藥學院

糖類是生物體中的關鍵組成部分，在病理生理過程中發(fā)揮重要的作用，除參與能量代謝外，還參與細胞黏附、細胞間信號傳導和免疫調控等［1-3］。糖類可以與蛋白質、脂類結合形成糖衍生物，如糖蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖和糖脂等。蛋白質糖基化修飾是指在糖基轉移酶的作用下，以核苷二磷酸糖為供體，將糖鏈連接到蛋白質（多肽）特定氨基酸殘基（糖基化修飾位點）的過程，起始于內質網，終止于高爾基體［4］。糖基化修飾形式按糖鏈組成和連接形式可分為N-糖鏈、O-糖鏈、C-甘露糖化、糖基磷脂酰肌醇錨定連接等。糖基化修飾是一種重要的蛋白質翻譯后修飾形式，真核生物中有超過50%的蛋白質都會出現糖基化修飾［3］。生物體內蛋白質分子尤其是細胞膜表面蛋白質及分泌型蛋白質多數為糖基化修飾的蛋白質［5-6］。弄清蛋白質的糖基化修飾與腫瘤的關系對腫瘤的診治具有重要意義，近年有關二者關系的基礎及臨床研究已經取得不少研究成果?，F就蛋白質糖基化修飾在腫瘤生物學行為、能量代謝、腫瘤免疫及耐藥中作用的研究進展進行以下綜述。

1 糖基化修飾在腫瘤生物學行為過程中的調控作用

糖基化修飾受多種機制調控，主要包括糖基轉移酶和糖苷酶的表達水平、分泌途徑（高爾基體和內質網）中糖基轉移酶定位的變化、修飾的分子伴侶活性、代謝變化和供體底物的可用性等［1］。糖基轉移酶是糖基化修飾中的關鍵酶之一，可以將其相應供體的單糖部分轉移到糖、脂類及蛋白質上，從而對后者進行糖基化加工，實現其生物學功能［7-8］。目前為止，在高爾基體和內質網內，已經發(fā)現有100多種糖基轉移酶，主要包括巖藻糖基轉移酶（FUT）、N-乙酰氨基葡萄糖轉移酶、唾液?；D移酶等［9］。糖苷酶是一種可以將寡糖、糖蛋白等糖基復合物的糖苷鍵水解的酶［10］。目前發(fā)現195種不同類型的糖苷酶，常見的有α-甘露糖苷酶、β-木糖苷酶和硫代糖苷酶等［11-12］。相關研究提示，多肽N-乙酰半乳糖胺轉移酶的高爾基體到內質網的重新定位可以導致癌細胞中O-乙酰半乳糖胺Tn水平升高，通過修飾細胞表面蛋白可以增強腫瘤細胞的侵襲和遷移能力［13］。最近研究發(fā)現，在乳腺癌腫瘤組織中高表達α-甘露糖苷酶（MAN1A 1）的患者，無復發(fā)生存率明顯縮短，且與臨床分期、淋巴結轉移和遠處轉移顯著相關。這主要與糖基化黏附分子有關，敲除MAN1A1可使腫瘤細胞聚集性顯著降低［14-15］。越來越多的研究表明，糖基化修飾主要受糖基轉移酶和糖苷酶的調控，進而對細胞黏附、細胞增殖、細胞信號轉導和腫瘤轉移等生物學特征產生重要影響［16-17］，為腫瘤的治療提供了新的思路。

上皮間充質轉化（EMT）是指在多種因子的調控作用下，上皮細胞失去其上皮樣特征，并獲得間質細胞特性的過程。目前研究提示，EMT參與腫瘤的侵襲和轉移，并且與E-鈣黏蛋白（E-cadherin）、波形蛋白和β-連環(huán)蛋白等相關［18］。大量研究證明，糖基化修飾通過多種機制影響腫瘤細胞在上皮表型和間質表型之間的轉化［19］。E-cadherin上N-聚糖的分支增加會損害細胞黏附和下游信號，并促進侵襲和轉移［20］。受體酪氨酸激酶（RTK）可以被受體糖基化、神經節(jié)苷脂和糖胺多糖的表達改變激活，導致癌細胞遷移、侵襲和增殖增加［21］。糖基化修飾改變能夠干擾RTK以及整合素和鈣黏附素等細胞黏附分子的功能，從而影響EMT［22］。β-半乳糖苷結合蛋白是一個β-半乳糖苷結合蛋白家族，在腫瘤發(fā)生和發(fā)展的不同階段發(fā)揮作用，與EMT、基質金屬蛋白酶-9和人表皮生長因子受體2等有關［23-24］。此外，已有研究表明，EMT的過程取決于1，4-半乳糖基轉移酶介導的糖鞘糖脂的表達［19］。由此可見，糖基化修飾可以改變EMT相關因子的糖基化狀態(tài)，進一步影響腫瘤的遷移和侵襲能力，明確糖基化修飾的相關作用，有利于腫瘤新治療靶點的確定。

2 糖基化修飾在腫瘤能量代謝過程中的調控作用

腫瘤細胞能量代謝重排是腫瘤發(fā)生進展過程中的一個重要特征［25］。它可以滿足腫瘤細胞快速增長對能量和合成物質的需要。相關研究顯示，O位N-乙酰葡萄糖胺糖基化修飾可以動態(tài)調節(jié)糖代謝途徑中的關鍵酶，如葡萄糖轉運體（GLUT）、丙酮酸激酶M2和己糖激酶（HK）等［26-27］。低氧誘導因子1α（HIF-1α）是腫瘤細胞在缺氧時而表達的一種轉錄因子，可以調控100~200個基因，其中參與能量代謝的基因包括GLUT1、GLUT3、HK II、3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1等［28］。相關研究提示，HIF-1α也受O型N-乙酰葡萄糖胺糖基轉移酶的調控，導致糖攝取和糖代謝的增加［29］。然而，在缺氧條件下過表達的HIF-1α可以上調巖藻糖基轉移酶和唾液酸基轉移酶在腫瘤細胞中的表達［30］。負責N-糖鏈末端α-2，6-唾液酸化的β-半乳糖苷α-2，6-唾液酸基轉移酶1也可以影響HIF-1α的表達，增強腫瘤細胞對缺氧的抵抗力，從而促進腫瘤細胞對缺氧環(huán)境的適應［31］。此外，一些研究表明，血葡萄糖濃度的升高誘發(fā)了蛋白非酶催化的糖基化，并導致了晚期糖基化產物的蓄積［32］。而當這些晚期糖基化產物與各自晚期糖基化終產物受體結合能夠激活一系列的錯誤信號通路，從而導致多種疾病的發(fā)生?？傊?，糖基轉移酶與糖代謝關鍵酶、HIF-1α相互作用，對腫瘤的能量代謝發(fā)揮重要作用，從而影響腫瘤的生長。

3 糖基化修飾在抗腫瘤免疫過程中的調控作用

免疫系統主要識別組織損傷和病原體存在的形式。損傷相關分子模式和病原體相關分子模式往往是基于錯誤定位或外來的多糖和糖復合物，誘導促炎細胞因子的大量釋放和免疫細胞的激活［33］。然而，促炎信號通過表達特定的多糖抗原而被宿主細胞上的自相關分子模式所抑制，蛋白質的糖基化修飾可以參與相關調控［34］。除對免疫抑制的直接作用外，糖基化修飾還可以通過增強免疫檢查點間接促進免疫逃避能力［35］。一些學者已開展針對腫瘤細胞和免疫細胞表達的特定蛋白RTK或免疫檢查點分子創(chuàng)新治療策略的研究［36］?？钩绦蛐约毎劳鍪荏w配體1（PD-L1）的糖基化已被證明可以穩(wěn)定和調節(jié)其與程序性細胞死亡受體1（PD-1）的結合［37］。此外，免疫細胞通過糖結合蛋白（凝集素）檢測靶細胞表面特定的糖鏈抗原，抑制免疫細胞的激活信號級聯，從而減弱免疫細胞的激活狀態(tài)。C型凝集素樹突狀細胞特異性細胞間黏附分子3結合非整合素（DC-SIGN）由巨噬細胞和樹突狀細胞表達，與含有巖藻糖的多糖結合，觸發(fā)抗炎細胞因子釋放并導致免疫抑制環(huán)境［38］。半乳糖凝集素（Galectin）是動物凝集素家族重要的成員，參與免疫調節(jié)和細胞黏附［39］。有研究提示，過表達α2，3-唾液酸轉移酶1能夠阻止O-聚糖的延伸，使前列腺癌細胞對Galectin-1產生抗性［40］。表達Galectin-1的前列腺癌細胞會殺死結合的T細胞，有助于前列腺癌細胞的存活并促進腫瘤的免疫逃逸［41］。另一些研究表明，結直腸癌中未成熟的樹突狀細胞表達DC-SIGN，通過其配體Lewis（X）和Lewis（Y）與大腸癌細胞中特異性的糖基化癌胚抗原（CEA）結合，以抑制樹突狀細胞功能，使腫瘤細胞逃避免疫監(jiān)視［42］。因而可知，糖基化修飾能夠作用于PD-L1、DC-SIGN等腫瘤免疫的關鍵因子，從而促進腫瘤的免疫逃避能力。

4 糖基化修飾在腫瘤耐藥過程中的調控作用

化療是實體腫瘤常用的治療方案，而且對大多數高度的惡性腫瘤具有良好的效果，但化療耐藥是難以避免的問題。越來越多的研究支持蛋白質糖基化在腫瘤耐藥中發(fā)揮重要作用［43］。NAOOMI等［44］研究發(fā)現，抗原分化簇63（CD63）是一種高度N-糖基化的四跨膜蛋白，受核糖體結合蛋白Ⅱ（RPN2）的調節(jié)。RPN2是N-寡糖轉移酶復合物的重要組成部分，抑制RPN2的表達可以降低CD63的糖基化水平。沉默CD63可以導致多藥耐藥蛋白1（MDR1）從細胞表面移位，降低了惡性乳腺癌細胞的化療耐藥性和侵襲能力。衣霉素作為一種有效的糖基化抑制劑，在多種癌癥中顯示出顯著的抗腫瘤活性。衣霉素可以通過激發(fā)胃癌細胞，特別是MDR細胞的內質網應激，顯著增加化療誘導的凋亡［45］。此外，相關研究發(fā)現，UDP-N-乙酰氨基葡萄糖焦磷酸化酶1（UAP1）在前列腺癌中高度表達。在UAP1高表達的前列腺癌細胞中，UDP-N-乙酰氨基葡萄糖（UDP-GlcNAc）表達也顯著增加。UDP-GlcNAc是內質網發(fā)生的N-連接糖基化所必需的，其與N-連接糖基化抑制劑（衣霉素和2-脫氧葡萄糖）的抗藥性存在相關性。糖基化修飾可以調控MDR1，緩解腫瘤的耐藥性，糖基化抑制是逆轉腫瘤患者化療耐藥的一種可行策略。

綜上所述，糖基化修飾主要受糖基轉移酶和糖苷酶的調控，通過改變腫瘤相關因子的糖基化狀態(tài)，進而影響腫瘤的生物學行為。此外，糖基轉移酶能夠與糖代謝途徑的關鍵因子相互作用，對腫瘤的能量代謝產生重要影響。更重要的是，糖基化修飾能夠促進腫瘤的免疫逃避能力，緩解腫瘤的化療耐藥性。相信隨著糖基化修飾研究的不斷深入，有望實現癌癥疫苗的開發(fā)、腫瘤靶向治療和精確醫(yī)學，為腫瘤的診治提供新的方向。