唾液酸Tn抗原與半乳糖凝集素-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路中的研究進(jìn)展

張 濤 柯昌興

膀胱癌是泌尿系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，近年來(lái)其發(fā)生率呈上升趨勢(shì)，其中男性的發(fā)生率和病死率較女性高，且多見(jiàn)于老年男性。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是其最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移途徑，且最常轉(zhuǎn)移至盆腔淋巴結(jié)，當(dāng)合并淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移時(shí)，患者5年生存率可明顯降低，故了解其發(fā)生、發(fā)展機(jī)制十分重要。研究表明，唾液酸Tn(sialyl Tn,sTn)抗原與半乳糖凝集素-3(Galectin-3)在膀胱癌中高表達(dá)，且與不良預(yù)后等相關(guān)，sTn抗原與Galectin-3可通過(guò)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路在膀胱癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用。本文就sTn抗原與Galectin-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路中的進(jìn)展做一綜述。

一、sTn抗原與膀胱癌

翻譯后修飾是調(diào)節(jié)細(xì)胞蛋白質(zhì)組的重要機(jī)制，對(duì)于廣泛的生物學(xué)功能至關(guān)重要[1]。糖基化是蛋白質(zhì)翻譯后修飾的方式之一，根據(jù)氨基酸鏈接情況，可分為N-糖基化和O-糖基化，其中O-糖基化為絲氨酸/蘇氨酸鏈接。目前認(rèn)為異常糖基化在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，尤以O(shè)-糖基化最常見(jiàn)。正常細(xì)胞發(fā)展為成熟的O-聚糖，其第一步為形成Tn抗原，而sTn抗原由Tn抗原過(guò)早發(fā)生2，6唾液酸化形成，是不完全糖基化過(guò)程的產(chǎn)物[2～5]。

使用單克隆抗體對(duì)sTn抗原進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)sTn抗原雖可見(jiàn)于正常人體組織及消化道炎癥部位，但仍較常見(jiàn)于腫瘤組織中，sTn抗原可在多種上皮類(lèi)型腫瘤中呈現(xiàn)過(guò)表達(dá)，而在相應(yīng)的正常組織中則呈低表達(dá)或無(wú)表達(dá)[2～4]。既往研究指出，sTn抗原在膀胱癌中呈現(xiàn)陽(yáng)性表達(dá)，且主要是在腫瘤侵襲區(qū)，也可見(jiàn)于臨近侵襲區(qū)的癌旁組織中，與未發(fā)生轉(zhuǎn)移的腫瘤比較，sTn抗原過(guò)表達(dá)在伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的原發(fā)腫瘤患者中更常見(jiàn)[6]。

表達(dá)sTn抗原的細(xì)胞對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)成分黏附性降低，并表現(xiàn)出較高的遷移率，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)移[7]。sTn抗原還可通過(guò)免疫系統(tǒng)影響細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞周期、凋亡及肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)等過(guò)程，從而減少細(xì)胞聚集并增加細(xì)胞外遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移等[8]。sTn抗原同時(shí)還與耐藥及免疫逃逸相關(guān)，此外體外研究表明，sTn抗原會(huì)增加細(xì)胞的侵襲性[9]。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)小干擾RNA(small interference RNA，siRNA)干擾腫瘤細(xì)胞，sTn抗原表達(dá)下調(diào)，轉(zhuǎn)染后的腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移及侵襲受到明顯抑制，且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明腫瘤sTn抗原的表達(dá)有效下調(diào)后，小鼠的存活時(shí)間明顯延長(zhǎng)[10]。相關(guān)研究指出，sTn抗原在膀胱癌細(xì)胞中增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力[2]。sTn抗原主要與高級(jí)別病變和生存率降低有關(guān)，而與疾病的分級(jí)和分期無(wú)關(guān)[6]。另有研究指出，sTn抗原與膀胱癌的分期、分級(jí)相關(guān)[8]?？紤]可能與檢測(cè)的標(biāo)本不同而導(dǎo)致研究結(jié)果存在一定的差異。sTn抗原在膀胱癌和癌前病變中高度表達(dá)且可在尿液或血清中檢測(cè)，在今后臨床工作中，sTn抗原有望作為廣大膀胱癌患者非侵入性檢查的一種選擇，在膀胱癌患者的診療及預(yù)后發(fā)揮重要作用[8]。

二、Galectin-3在膀胱癌中的作用

Galectin-3是一種相對(duì)分子質(zhì)量為(29～35)kDa的β-半乳糖苷結(jié)合蛋白，由人類(lèi)14號(hào)染色體上的LGALS3基因編碼[11,12]。Galectin-3是唯一具有3個(gè)結(jié)構(gòu)域的嵌合體半乳糖凝集素，結(jié)構(gòu)域由以下結(jié)構(gòu)構(gòu)成：①12個(gè)氨基酸構(gòu)成的短N(yùn)末端獨(dú)特區(qū)域，含有一個(gè)絲氨酸磷酸化位點(diǎn)；②包含脯氨酸、甘氨酸和酪氨酸串聯(lián)重復(fù)序列的膠原蛋白樣序列，是基質(zhì)金屬蛋白酶的作用位點(diǎn)；③一個(gè)球形C端碳水化合物結(jié)構(gòu)域[11]。Galectin-3存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，也可被分泌到細(xì)胞外，胞外Galectin-3介導(dǎo)細(xì)胞黏附和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[1，13]。

研究表明，Galectin-3在腫瘤進(jìn)展及細(xì)胞生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移中起著重要作用，其過(guò)表達(dá)與腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和惡性程度等密切相關(guān)[14]。Galectin-3可調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞(如使T淋巴細(xì)胞凋亡和干擾NK細(xì)胞的功能)，幫助腫瘤細(xì)胞適應(yīng)代謝應(yīng)激，從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[11,14]；通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞或細(xì)胞與基質(zhì)的黏附過(guò)程來(lái)防止細(xì)胞凋亡，也可影響DNA損傷修復(fù)反應(yīng)而使腫瘤進(jìn)展及阻止細(xì)胞凋亡[15]。Galectin-3可通過(guò)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子C誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞侵襲，還可與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相互作用而觸發(fā)轉(zhuǎn)移[16，17]。Galectin-3在多種腫瘤中過(guò)表達(dá)，如甲狀腺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、前列腺癌、膀胱癌等[14,17～19]。Galectin-3過(guò)表達(dá)可能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞代謝從氧化磷酸化向糖酵解轉(zhuǎn)化，從而幫助腫瘤細(xì)胞適應(yīng)代謝應(yīng)激；也可通過(guò)促進(jìn)血管生成而增強(qiáng)腫瘤對(duì)缺氧微環(huán)境的適應(yīng)，進(jìn)一步增加缺氧和營(yíng)養(yǎng)缺乏組織微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[11]。

Song等[19]研究指出，Galectin-3參與了肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的多種相關(guān)過(guò)程，如血管生成和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，Galectin-3過(guò)表達(dá)可促進(jìn)肝癌細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，抑制肝癌細(xì)胞黏附，使癌細(xì)胞喪失細(xì)胞間的相互作用，從而使癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性、侵襲性及細(xì)胞外基質(zhì)降解能力增加，進(jìn)一步促進(jìn)癌細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移。Galectin-3在腫瘤分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀態(tài)及分化程度差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀態(tài)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[17]。而與腫瘤分級(jí)無(wú)關(guān)，這些結(jié)果的差異可能與腫瘤類(lèi)型及使用的技術(shù)等相關(guān)[16]。

多項(xiàng)研究表明，Galectin-3可作為腫瘤的預(yù)后指標(biāo)，用于評(píng)估患者預(yù)后[14]。在多種腫瘤的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中已證實(shí)，通過(guò)抑制Galectin-3的表達(dá)，可抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，減少細(xì)胞黏附，增加放化療敏感度[12]。羅樂(lè)等[18]研究膀胱癌組織顯示，Galectin-3在膀胱癌組織中表達(dá)明顯高于癌旁組織，且與組織學(xué)分級(jí)、浸潤(rùn)程度及淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移等相關(guān)，通過(guò)轉(zhuǎn)染siRNA干擾膀胱癌T24細(xì)胞Galectin-3的表達(dá)，顯示轉(zhuǎn)染后膀胱癌細(xì)胞的增殖、侵襲能力降低，細(xì)胞凋亡增加；同樣，F(xiàn)ang等[14]通過(guò)轉(zhuǎn)染siRNA干擾膀胱癌T24細(xì)胞，也發(fā)現(xiàn)膀胱癌細(xì)胞活力降低，且使細(xì)胞周期阻滯和凋亡，將不同濃度的修飾柑橘果膠(Galectin-3抑制劑)處理注射有膀胱腫瘤細(xì)胞的裸鼠，發(fā)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)有抑制作用，移植瘤的體積縮小、重量減輕。因此Galectin-3可能成為膀胱癌潛在的治療靶點(diǎn)，在今后的膀胱癌靶向治療中具有重要意義。

三、PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路在膀胱癌中的作用

PI3K是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，同時(shí)具有磷脂酰肌醇激酶和絲氨酸/蘇氨酸激酶雙重活性，能磷酸化3′-OH的肌醇磷脂中的肌醇環(huán)，是生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶下游的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)成分，此外，激素、細(xì)胞因子和細(xì)胞外信號(hào)也可激活此通路[20]。根據(jù)序列同源性和脂質(zhì)底物偏好的差異，可將其分為3類(lèi)PI3K(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型)[21]。目前研究最多的為Ⅰ型PI3K，Ⅰ型均具有P110催化亞基，而催化亞基具有多種亞型，如P110α、P110β、P110γ和P110δ[22]。Ⅰ型又分為ⅠA和ⅠB，ⅠA類(lèi)PI3Ks具有一個(gè)P85調(diào)節(jié)亞基(相對(duì)分子質(zhì)量為85kDa)和一個(gè)P110催化亞基(相對(duì)分子質(zhì)量為110kDa)，ⅠA類(lèi)PI3Ks的P110催化亞基有α、β、γ和δ 4種亞型，分別由PIK3CA、PIK3CB、PIK3CG和PIK3CD基因編碼[23]。ⅠB類(lèi)PI3Ks催化亞基為P110δ，但不能與P85調(diào)節(jié)亞基結(jié)合。血小板衍生生長(zhǎng)因子、表皮生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子等多種配體與受體酪氨酸激酶結(jié)合而使PI3K激活[23]，此外，Ras與P110催化亞基識(shí)別并結(jié)合也可使PI3K激活。激活的PI3K參與了多種細(xì)胞過(guò)程，如增殖、生長(zhǎng)、代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)及免疫等。異常的PI3K信號(hào)通路通過(guò)異常調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、增殖、生長(zhǎng)、代謝及細(xì)胞骨架重排等多種細(xì)胞過(guò)程，在驅(qū)動(dòng)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[20]。在肌層浸潤(rùn)性或轉(zhuǎn)移性膀胱癌中，研究發(fā)現(xiàn)PI3K信號(hào)通路頻繁過(guò)度激活[22]。

Akt根據(jù)其絲氨酸/蘇氨酸殘基不同可分為3種亞型，包括Akt1、Akt2和Akt3[23]。Akt1廣泛存在于組織中，參與細(xì)胞生長(zhǎng)和存活；Akt2主要存在于肌肉和脂肪細(xì)胞中，有助于葡萄糖穩(wěn)態(tài)，而Akt3則存在于大腦和睪丸中[21]。三磷酸磷脂酰肌醇充當(dāng)?shù)诙攀?，募集諸如Akt和3-磷酸肌醇依賴(lài)性蛋白激酶1之類(lèi)的分子，導(dǎo)致其易位至細(xì)胞膜并隨后激活[22]。Akt激活由兩個(gè)磷酸化過(guò)程組成，第1個(gè)磷酸化過(guò)程為3-磷酸肌醇依賴(lài)性蛋白激酶1磷酸化Akt1蘇氨酸308位點(diǎn)，而第2個(gè)磷酸化發(fā)生在絲氨酸473位點(diǎn)，隨后Akt被激活，激活的Akt轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜或細(xì)胞質(zhì)中，繼續(xù)進(jìn)行調(diào)控下游信號(hào)分子[21]。該通路在多種細(xì)胞過(guò)程中參與并發(fā)揮重要作用，包括增殖、凋亡、代謝、遷移、侵襲和分化上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等，該通路激活可增強(qiáng)細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力、促進(jìn)血管生成及引起治療抵抗[24]。

mTOR是一種相對(duì)分子質(zhì)量為289kDa的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于PI3K激酶家族，參與調(diào)控蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞生長(zhǎng)、代謝、增殖及分化等多種細(xì)胞過(guò)程[21,24]。mTOR由mTOR復(fù)合物1和mTOR復(fù)合物2構(gòu)成，是細(xì)胞代謝和生長(zhǎng)的主要調(diào)節(jié)因子，在許多病理過(guò)程中被激活，如胰島素抵抗、血管生成及腫瘤形成等[21]。mTOR信號(hào)通路調(diào)控異常可為腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)提供能量[24]。

PI3K/Akt/mTOR通路是目前研究最多的腫瘤靶向治療的信號(hào)通路之一，該通路參與細(xì)胞衰老、血管生成、能量代謝、葡萄糖代謝等復(fù)雜調(diào)控，且與多種信號(hào)通路密切相關(guān)[25]。PIK3CA基因突變或擴(kuò)增常發(fā)生在如胃癌、胰腺癌、肝癌、肺癌、婦科腫瘤、頭頸部癌癥、多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤及血液系統(tǒng)腫瘤等多種實(shí)體腫瘤中[20]。21%～25%的肌層浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)移性膀胱癌中存在PIK3CA基因突變，PIK3CA基因突變最終會(huì)導(dǎo)致mTOR信號(hào)增強(qiáng)及膀胱癌細(xì)胞對(duì)凋亡的抵抗[24,25]。PI3K/Akt信號(hào)通路調(diào)節(jié)下游信號(hào)傳導(dǎo)和蛋白質(zhì)合成，當(dāng)被上游信號(hào)激活時(shí)，PI3K會(huì)激活A(yù)kt和PDK1，隨后引起mTOR磷酸化，信號(hào)級(jí)聯(lián)開(kāi)始于細(xì)胞膜上的PI3K激活，然后是絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt細(xì)胞膜移位和激活。此外，抑癌基因PTEN功能的喪失同樣導(dǎo)致膀胱腫瘤中mTOR通路激活[24,25]。

四、sTn抗原與Galectin-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR通路中的相關(guān)性

PI3K/Akt/mTOR通路對(duì)膀胱癌細(xì)胞生長(zhǎng)和存活至關(guān)重要，膀胱癌的轉(zhuǎn)移、血管生成及治療耐藥性等均被認(rèn)為與細(xì)胞內(nèi)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路的激活有關(guān)[24,25]。李德江等[26]在研究甲狀腺癌時(shí)發(fā)現(xiàn)Galectin-3通過(guò)PI3K/Akt通路發(fā)生作用。吳雪艷等[27]研究肝癌細(xì)胞時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)入Galectin-3的siRNA，顯示Galectin-3低表達(dá)抑制了腫瘤細(xì)胞的增殖，且抑制磷酸化Akt和磷酸化mTOR的表達(dá)，提示Galectin-3通過(guò)PI3K/Akt/mTOR發(fā)揮作用。根據(jù)以上研究猜測(cè)該通路在膀胱癌的發(fā)生、發(fā)展中仍然發(fā)揮著重要作用，該通路發(fā)生改變時(shí)會(huì)導(dǎo)致膀胱癌細(xì)胞對(duì)細(xì)胞凋亡產(chǎn)生抵抗。Oka等[28]在膀胱癌細(xì)胞研究時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)入含有Galectin-3 cDNA的載體，使其表達(dá)升高，升高的Galectin-3進(jìn)一步增強(qiáng)了PI3K/Akt活性，提示Galectin-3通過(guò)該通路發(fā)揮作用，這些結(jié)果均表明，Galectin-3與PI3K/Akt信號(hào)通路具有相關(guān)性。此外，sTn抗原與PI3K/Akt/mTOR通路也存在一定聯(lián)系，且相關(guān)研究進(jìn)一步指出在膀胱癌中Galectin-3可協(xié)同sTn抗原在PI3K/Akt通路中發(fā)揮作用[24,28,29]。

五、展 望

sTn抗原與Galectin-3廣泛分布于人體組織中，在免疫、炎癥和纖維化中發(fā)揮著重要作用，另有研究指出當(dāng)其失活時(shí)，可提高腫瘤對(duì)化療的敏感度，但目前對(duì)于sTn抗原與Galectin-3協(xié)同作用于PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路在膀胱癌中的研究仍不清楚，需要更多的研究加以證實(shí)[30]。隨著研究的進(jìn)一步深入，sTn抗原與Galectin-3可通過(guò)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路成為治療膀胱癌的新靶點(diǎn)。