透明質(zhì)酸和蛋白聚糖連接蛋白家族在腫瘤中的研究進展

丁 億，黃浩軒，熊世達，郭 炬

(南昌大學a.研究生院醫(yī)學部2019級； b.研究生院醫(yī)學部2020級;c.第一附屬醫(yī)院泌尿外科,南昌 330006)

細胞外基質(zhì)(ECM)作為疾病中的參與者發(fā)揮多種功能作用，這取決于其各種成分之間的多重相互作用[1]，而維持細胞外基質(zhì)完整性及支持其功能所需的更重要的相互作用之一就是蛋白聚糖和透明質(zhì)酸之間的相互結(jié)合作用，以形成透明質(zhì)酸和蛋白聚糖聚集體，而這種聚集體依賴一種額外的蛋白質(zhì)，即透明質(zhì)酸和蛋白聚糖連接蛋白(HAPLN)。HAPLN是作為細胞外基質(zhì)連接蛋白，存在于大多數(shù)脊椎動物組織中，目前已發(fā)現(xiàn)HAPLN家族存有4種亞型，即HAPLN1、HAPLN2、HAPLN3、HAPLN4[2]。在HAPLN家族中，HAPLN1是最早被發(fā)現(xiàn)的，大多數(shù)文獻報道其在腫瘤的惡性進展中充當促癌基因的角色[3]。而HAPLN2和HAPLN4局限于大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)特異性表達，主要參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理過程和穩(wěn)定特定腦區(qū)神經(jīng)周圍網(wǎng)結(jié)構(gòu)完整性，但在腦腫瘤報道較少[4-5]。盡管目前HAPLN3在腫瘤中的作用有待確定，但有相關(guān)報道指出HAPLN3在腫瘤中可能是一個促癌基因[6]。本文首先從HAPLN家族蛋白的結(jié)構(gòu)分布、生物學特性等方面簡要綜述最新研究進展，進而重點闡述其在腫瘤中的重要影響。

1 HAPLN1

1.1 結(jié)構(gòu)分布與生物功能

HAPLN1也稱為軟骨連接蛋白(CRTL1)，最初是在牛關(guān)節(jié)軟骨中提取的蛋白多糖部分中發(fā)現(xiàn)的[7]。它與家族其他成員一樣都顯示相似的結(jié)構(gòu)，由1個N端信號序列、1個免疫球蛋白(Ig)結(jié)構(gòu)域和2個連續(xù)的鏈接模塊或蛋白聚糖串聯(lián)重復(PTR)構(gòu)成[2]。

作為軟骨細胞外基質(zhì)的關(guān)鍵成分，HAPLN1沿著透明質(zhì)酸鏈以1:1的化學計量結(jié)合蛋白聚糖來穩(wěn)定透明質(zhì)酸和蛋白聚糖的聚集體[2]。由此產(chǎn)生的聚集體形成一個穩(wěn)定的大分子結(jié)構(gòu)，有助于關(guān)節(jié)的抗壓性和減震性[8]。URANO等[9]研究指出HAPLN1基因多態(tài)性與脊柱退行性病變有關(guān)。純合子小鼠缺失HAPLN1會導致嚴重的軟骨發(fā)育不良和圍產(chǎn)期致死率[10]。

盡管HALPN1是軟骨細胞外基質(zhì)的主要成分，但它也不同程度的在其他組織中表達，例如小腸和胎盤、胚胎和成人心臟組織[2,11]。WIRRIG等[11]研究表明在小鼠不同發(fā)育階段，HAPLN1在心臟不同結(jié)構(gòu)部位先后表達程度也不同，同時指出HAPLN1缺失后會導致心臟嚴重畸形。這表明了HAPLN1在心臟發(fā)育過程具有重要保護作用。在小鼠和人類卵巢中也檢測出了HAPLN1表達[12]，表明了HAPLN1在卵丘-卵母細胞復合體基質(zhì)中起到穩(wěn)定作用，同時也有報道指出HAPLN1可能通過與透明質(zhì)酸或多功能蛋白聚糖的相互作用間接促進顆粒細胞活力的增加，促進它們分化成黃體細胞[13]。這表明了HAPLN1在排卵期具有重要作用。此外，HAPLN1還可以穩(wěn)定神經(jīng)元中的神經(jīng)元周圍網(wǎng)絡(luò)(PNN)，大腦中HAPLN1將缺失導致PNN減弱[14]。

1.2 與腫瘤的關(guān)聯(lián)

HAPLN1的IgV結(jié)構(gòu)域?qū)儆诿庖咔虻鞍壮易?。該家族的一些成員是免疫球蛋白樣細胞黏附分子，它們與細胞間黏附、腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)[15-16]。據(jù)報道[17]，HAPLN1在間充質(zhì)瘤組織中的RNA和蛋白質(zhì)水平均顯著升高，被認為是一種致癌基因。在肝癌中，HAPLN1出現(xiàn)在間充質(zhì)定向的腫瘤祖細胞中，驅(qū)動了腫瘤侵襲性，與肝癌患者不良預后相關(guān)[18]。在胃癌中，癌癥相關(guān)成纖維細胞(CAF)來源的HAPLN1可通過ECM重塑促進腫瘤侵襲，與胃癌的疾病進展和不良預后相關(guān)[3]。此外，還有研究[19]表明HAPLN1由多發(fā)性骨髓瘤(MM)患者的骨髓基質(zhì)細胞產(chǎn)生，可激活MM細胞中的非典型硼替佐米抗性NF-κB通路。因此，HAPLN1被認為是一種新的致病因子，可促進MM細胞對硼替佐米的耐藥性。另外，在對甲氨蝶呤(MTX)耐藥的結(jié)直腸癌中，HAPLN1蛋白表達明顯增高，通過激活I(lǐng)KK/p65信號通路，增強了結(jié)直腸癌細胞對MTX的耐藥性[20]。由此，表明了HAPLN1可能在維持腫瘤干細胞特性方面發(fā)揮重要作用。此外，HAPLN1的過度表達與惡性胸膜間皮瘤的進展時間和總體生存期呈負相關(guān)[21]。一項生物信息學研究預測HAPLN1表達位于結(jié)直腸癌中下游上調(diào)的Wnt/β-連環(huán)蛋白信號傳導[22]，并且腫瘤細胞外基質(zhì)的蛋白質(zhì)組學分析報告了HAPLN1在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤中過度表達[23]。然而，KAUR等[24]的最新研究表明HAPLN1在老化的成纖維細胞中丟失，反而導致了ECM促進了黑色素瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。HAPLN1對不同腫瘤患者預后不一致的效果表明，HAPLN1發(fā)揮的作用可能是組織依賴性[25-26]。如ZHANG等[3]在胃癌中發(fā)現(xiàn)，HAPLN1可以減少ECM中膠原纖維的數(shù)量、密度、寬度和長度，并增加纖維排列，而ECM的這些變化與HAPLN1誘導的腫瘤的侵襲性增加有關(guān)。與之結(jié)論相似的是，接種在低密度膠原基質(zhì)中的肺癌細胞的遷移能力更明顯，這暗示了高密度膠原抑制腫瘤細胞遷移[27]。而PROVENZANO等[28]報道，ECM中膠原密度的增加會增加乳腺癌的腫瘤形成、局部侵襲和轉(zhuǎn)移。因此，在皮膚或乳腺腫瘤等非內(nèi)臟腫瘤與包括胃癌在內(nèi)的內(nèi)臟腫瘤中，ECM重塑對腫瘤進展的差異性影響也可能歸因于ECM的器官特異性功能。

2 HAPLN2和HAPLN4

2.1 結(jié)構(gòu)分布與生物功能

有研究[29]表明，HAPLN2和HAPLN4，也可分別稱為腦源性連接蛋白1(Bral1)和腦源性連接蛋白2(Bral2)，二者的表達局限于大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。BEKKU等[30]的免疫蛋白印跡分析表明HAPLN2 mRNA在人類海馬體、延髓、丘腦和脊髓中高水平表達，但在小腦、大腦皮層、額葉中表達水平較低。而HAPLN4 mRNA在腦干、小腦和丘腦的細胞核中表達。盡管，二者的結(jié)構(gòu)相似，但HAPLN4在第1個PTR內(nèi)有1個富含10個氨基酸的甘氨酸插入物，并有1個延伸的C端，富含氨基酸甘氨酸、色氨酸、丙氨酸、脯氨酸和天冬氨酸，目前尚不知其C端的功能意義。此外，HAPLN4擁有1個潛在的N-糖基化位點，而HAPLN2和HAPLN3不包含任何共有的N-糖基化位點[2]。

凝集素蛋白聚糖如短鏈蛋白聚糖和蛋白聚糖主要與透明質(zhì)酸結(jié)合，而透明質(zhì)酸是大腦中ECM的主要成分[31-32]。連接蛋白的功能就是穩(wěn)定這些結(jié)合的相互作用。先前的研究[33]表明，在連接蛋白存在的情況下，聚集蛋白聚糖的聚集體更密集。此外，在HAPLN2缺乏的小鼠大腦中發(fā)現(xiàn)ECM蛋白(如短纖維蛋白聚糖、透明質(zhì)酸和多糖蛋白V2)的水平變得低下，從而導致ECM在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的蘭氏節(jié)點形成的擴散障礙減少，不利于神經(jīng)元轉(zhuǎn)導性[34]。這些發(fā)現(xiàn)表明了HAPLN2對ECM的形成至關(guān)重要。在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中HAPLN2也發(fā)揮了不小作用。有研究[35]發(fā)現(xiàn)，在帕金森病(PD)中，HAPLN2促進α-突觸核蛋白的聚集，從而導致神經(jīng)變性。在阿爾茨海默病(AD)中，有研究[35-36]表明HAPLN2可能存在于AD患者大腦的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)中并且在海馬體中高表達，而海馬體作為學習和記憶的參與者其功能障礙就是AD的主要癥狀[37]。因此，推測HAPLN2可能通過調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)發(fā)生參與在AD病變中。

而HAPLN4在小腦中γ-氨基丁酸(GABA)能神經(jīng)元顯著表達，包括浦肯野細胞、星狀細胞、籃狀細胞和高爾基細胞。免疫蛋白印跡分析檢測到了HAPLN4蛋白在GABA能神經(jīng)元終止的突觸前突觸周圍呈網(wǎng)絡(luò)表達[30]。然而，BEKKU等[5]發(fā)現(xiàn)缺失HAPLN4的小鼠減弱了神經(jīng)周圍網(wǎng)絡(luò)，改變了短蛋白聚糖的定位，并顯示深小腦核神經(jīng)元中的突觸數(shù)量略有減少。此外，在敲除HAPLN4小鼠的小腦深部核神經(jīng)元中，抑制性突觸強度降低，而興奮性突觸特性不受影響，表明了HAPLN4可以選擇性地有助于小腦中浦肯野細胞和深部核神經(jīng)元之間突觸的形成和傳輸[38]。這些發(fā)現(xiàn)表明了HAPLN4對中樞神經(jīng)系統(tǒng)ECM的形成和維持起重要作用。

2.2 與腫瘤的關(guān)聯(lián)

由于HAPLN2和HAPLN4的表達局限于大腦中，而有關(guān)它們在腦腫瘤中的報道較少。目前僅有1篇文獻[39]報道指出，HAPLN2和HAPLN4在惡性膠質(zhì)瘤中與正常腦組織相比，表達量顯著減少，這種現(xiàn)象反映了神經(jīng)元特異性標志物的減少，其原因可能主要是腫瘤侵入引起的神經(jīng)元死亡。盡管該研究表明惡性膠質(zhì)瘤ECM富含與HAPLN無關(guān)的凝集素蛋白聚糖，但重新引入HAPLN4后會以短蛋白聚糖部分相加的方式增加惡性膠質(zhì)瘤的遷移和黏附。因此，關(guān)于HAPLN2和HAPLN4在腫瘤中作用還需要今后更深入的研究。

3 HAPLN3

3.1 結(jié)構(gòu)分布與生物功能

人類HAPLN3基因位于第15染色體上，編碼分子質(zhì)量為41 000，在結(jié)構(gòu)上與家族其他成員總體相似。然而，HAPLN3相比家族其他成員分布廣泛，包括大腦在內(nèi)的大多數(shù)組織中表達最豐富和廣泛，其中在脾臟和胎盤中表達量最高[2]。此外，HAPLN3在透明質(zhì)酸依賴性細胞外基質(zhì)的構(gòu)建和穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用。例如，在血小板源性生長因子的協(xié)同下可上調(diào)HAPLN3與多功能蛋白聚糖的表達，與透明質(zhì)酸一起參與血管平滑肌細胞的細胞外基質(zhì)的形成，修復血管的損傷[40]。

3.2 與腫瘤的關(guān)聯(lián)

盡管HAPLN3在癌癥中的作用機制尚未詳細報道，但有研究[6]表明HAPLN3在乳腺癌中過表達并且可能與其發(fā)生和轉(zhuǎn)移有關(guān)。另外，多項生物信息學研究預測HAPLN3與黑色瘤的惡性進展有關(guān)[41-43]。此外，在轉(zhuǎn)移性前列腺癌中，BJERRE等[44]發(fā)現(xiàn)HAPLN3基因的甲基化循環(huán)腫瘤DNA顯著增高，可作為治療后的風險預測指標。因此，從目前的研究結(jié)果來看，HAPLN3在腫瘤中極可能發(fā)揮致癌作用。

4 結(jié)語

綜上所述，在HAPLN家族中，HAPLN1作為軟骨細胞外基質(zhì)的重要成分，在多個腫瘤組織中高表達，可維持腫瘤干細胞特性，促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和遷移。然而，在一些非內(nèi)臟腫瘤中卻能夠阻止腫瘤細胞的遷移和侵襲，這種相反表征的內(nèi)部機制研究可以作為未來探索的一個研究方向。盡管HAPLN2和HAPLN4在惡性膠質(zhì)瘤中幾乎不存在，但它們在其他腦腫瘤中的表達及臨床意義卻是未知。而HAPLN3在大部分組織中廣泛表達，在多個腫瘤中異常高表達，但其在癌癥中的生物學功能尚未明確，因此探究HAPLN3在癌癥中生物學功能及臨床預后價值將會是一個重要研究方向。因此，進一步探討HAPLN家族作為腫瘤新型診斷和預后標志物的可行性將是今后的研究熱點。