腫瘤轉移相關糖基轉移酶表達調控研究進展

李　薇， 劉天華， 張　舒， 劉銀坤

復旦大學附屬中山醫院肝癌研究所，生物醫學研究院癌癥研究中心， 上海　200032

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·綜述·

腫瘤轉移相關糖基轉移酶表達調控研究進展

李薇， 劉天華， 張舒， 劉銀坤*

復旦大學附屬中山醫院肝癌研究所，生物醫學研究院癌癥研究中心， 上海200032

[關鍵詞]腫瘤轉移; 糖基轉移酶; 糖基化; 表觀遺傳

Advances on expression of glycosy transferases regulated in tumor metastasis

LI Wei, LIU Tian-hua, ZHANG Shu, LIU Yin-kun*

Liver Cancer Institute, Institutes of Biomedical Sciences, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China

[Key Words]tumor metastasis; glycosy transferases; glycosylation; epigenetics

蛋白質的糖基化修飾包括N-糖基化、O-糖基化、C-糖基化及糖基磷脂酰肌醇(GPI)錨定連接。其中N-糖基化和O-糖基化最為常見，研究較多。糖鏈的合成沒有模板，基因編碼的糖加工酶包括催化糖苷鍵形成的糖基轉移酶(GTs)和糖苷酶，在兩者的綜合作用下，最終形成糖鏈。腫瘤轉移過程中，GTs的表達水平及活性發生改變將導致蛋白質糖鏈結構的變化，繼而影響細胞的生物學行為。異常表達的糖鏈常出現在腫瘤中，通過影響細胞間或細胞與胞外基質的相互作用，促進癌進行組織浸潤和轉移[1-2]。癌細胞可以通過表觀遺傳調控以及相關信號通路來調控N-糖基化、O-糖基化相關GTs的表達，進而引起糖鏈結構變化；相關GTs也可通過對信號通路的調節協助腫瘤轉移。本文就腫瘤轉移中導致N-糖基化、O-糖基化異常表達GTs的調控方式作一綜述。

1腫瘤轉移中N-糖基化、O-糖基化相關GTs的表觀遺傳調控

1.1表觀遺傳調控的定義及其與GTs的關系表觀遺傳調控是指不通過改變DNA序列而影響基因表達的可遺傳的調控方式，而基因表達的改變是穩定的。表觀遺傳主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑、非編碼小RNA干擾等。在惡性腫瘤中由于糖鏈的不完全合成，原本在正常組織中表達的A/B抗原、disialyl Lewis A、sialyl 6-sulfo Lewis X、Sd(a) 的表達發生缺失，并被sialyl Lewis A、sialyl Lewis X以及未成熟的O-聚糖抗原T/Tn/sialy Tn取代。其中，異常表達的sialyl Lewis A/X是血管內皮細胞表達的E-選擇素的配體，有利于循環腫瘤細胞與血管內皮細胞發生黏附，從而起始血行浸潤，繼而轉移[3-5]。而在癌中發生特異表達的未成熟的O-聚糖抗原Tn/sialy Tn將有助于癌細胞表面受體的改變，使細胞與細胞、細胞與胞外基質的相互作用發生變化，從而影響基因表達和信號轉導，有利于腫瘤的侵襲轉移[6-7]。正常血型抗原GTs的表達受到抑制是正常抗原表達減少的原因，而抑制作用與表觀遺傳介導的沉默有關。目前發現的在腫瘤轉移中受到表觀遺傳方式調控的GTs很大一部分是參與N-糖基化和O-糖基化修飾的酶，并形成腫瘤相關抗原sialyl Lewis A/X、Lewis Y、T/Tn/sialy Tn以及增加N-聚糖上的分支數量，唾液酸修飾發生改變等，均有助于腫瘤的侵襲轉移[8-12]。腫瘤轉移過程中多種GTs的表達受到表觀遺傳方面的調控，其中研究較多的是DNA甲基化、組蛋白修飾以及miRNA調控。

1.2DNA甲基化對N-糖基化、O-糖基化相關GTs的表達調控

1.2.1DNA甲基化對N-糖基化相關GTs的表達調控Chachadi等[13]采用DNA微陣列檢測(5-aza-2'-deoxycytidine，5-AZA-dC)處理結腸癌細胞后發現，FUT6、ST3Gal6、B4GALT4、C1GALT1的表達上調，FUT3、FUT4、FUT7、ST3Gal3表達受抑制。在檢測5-AZA-dC處理的卵巢癌上皮細胞中[14]，ST3Gal4表達輕微上調，ST3Gal3表達下調。此外，Caretti等[15]用5-AZA-dC處理人類正常細胞與各類癌細胞系后發現，β3Gal-T5的轉錄水平僅在陽性表達的細胞中增強，但沒有在陰性表達的細胞中得到恢復。

Pinho等[16]發現在上皮細胞表型轉化為間質細胞表型過程(epithelial-mesenchymal transition，EMT)中，GnT-Ⅲ的表達大量減少，而當轉化逆轉即MET過程當中，GnT-Ⅲ的表達恢復，證明其基因Mgat3 CpG島的甲基化狀況在EMT/MET轉換過程中發生改變，說明啟動子的甲基化變化控制著基因的表達。Saldova等[14]發現在卵巢癌上皮細胞中DNA甲基化影響GnT-V表達，在用5-AZA-dC處理癌細胞后，Mgat5 mRNA表達量增加，同時N-聚糖的三天線分支糖鏈結構增多，證明了DNA甲基化在腫瘤發展進程中參與改變細胞表面聚糖的分支數量。而聚糖分支的增多是癌演進的主要標志，有利于癌的浸潤與轉移[12]。但不同的是，他們并未在Mgat5啟動子區域發現CpG島，這證明DNA甲基化可能是間接影響Mgat5基因表達。這些癌細胞中通過甲基化抑制劑處理后，轉錄的mRNA水平和表達量發生差異的基因，它們的轉錄受到DNA甲基化的調控，說明表觀調控與糖基化修飾的改變有密切的相互作用。同時，在它們的啟動子區域的CpG島發現高甲基化，而在正常細胞中這些啟動子處于低甲基化狀態。

1.2.2DNA甲基化對O-糖基化相關GTs的表達調控唾液酸轉移酶家族既參與N-糖基化修飾也參與O-糖基化的修飾。ST3GalT是可以合成O-聚糖的GTs，并且是合成sialyl Lewis X的關鍵酶。5-AZA-dC處理結腸癌細胞后發現ST3GalT的表達以及MUC1上的sialyl Lewis X均增加，進而增進癌細胞的轉移潛能。未成熟縮短性的O-聚糖結構Tn和sialyl-Tn普遍出現在上皮癌細胞中，能夠促進腫瘤的發展，誘導細胞生長和浸潤[6]。最近，Radhakrishnan等[6]發現在胰腺癌和大多數上皮癌中，縮短的O-聚糖的過表達是與編碼C1GalT1的COSMC分子伴侶(core 1 β3-Gal-T-specific molecular chaperone)基因的啟動子發生高甲基化而導致基因沉默有關，COSMC分子伴侶是正常延長O-聚糖糖鏈的關鍵分子，這與多數甲基化直接發生于GTs的啟動子有所不同。幾乎40%的癌癥COSMC基因發生高甲基化，這與縮短的O-聚糖抗原以及C1GalT1酶的表達情況一致。同樣，Mi等[17]在源于Tn綜合征樣表型的永生B細胞系中發現，啟動子的高甲基化致使COSMC表達缺失，導致這些細胞缺乏正常的T-合成酶的活性而表達Tn抗原。

1.3組蛋白修飾對N-糖基化相關GTs的表達調控目前發現受到組蛋白修飾的GTs以N-糖基化相關的GTs為主。Chachadi等[18]用組蛋白去乙酰化酶抑制劑分別處理正常人類前列腺細胞以及來源于不同組織發生轉移的癌細胞，結果發現去乙酰化酶抑制劑能夠誘導正常細胞histone-3和histone-4發生乙酰化，從而上調β3Gal-T1的表達，而誘導后的癌細胞的組蛋白乙酰化水平要高于正常細胞。Caretti等[15]發現，膽管癌細胞中β3Gal-T5基因轉錄發生高表達并在其基因啟動子區域發現有組蛋白激活標志，包括H3K4三甲基化、H3K79二甲基化以及H3K9-14乙酰化，而在陰性細胞中發現組蛋白失活標志，H3K27二甲基化和H4K20三甲基化。結果說明染色質中組蛋白的修飾可以決定GTs的轉錄活化或失活。另外，在多種癌癥中發現組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HADC)過表達，并且HADC可以與miRNA發生相互作用從而共同對FUT8的表達進行調節，并影響與FUT8相關的信號通路[19]。巖藻糖基化是致瘤作用中出現最頻繁的糖基化，它們是FUT基因家族的間接表達產物，基因的直接產物FUT酶與癌細胞的增殖與轉移有關，在多種癌中高表達。

1.4miRNA對N-糖基化、O-糖基化相關GTs表達調控微小RNA(microRNA，miRNA)是一種內源性的非編碼RNA，成熟的miRNA能與目標性mRNA 3’端非翻譯區完全或不完全結合，從而對靶mRNA進行特異性切割，抑制目的基因表達。在腫瘤組織中，常發現一些miRNA的表達下調，而若將其重新轉染入癌細胞后，可以抑制細胞的增殖和侵襲轉移[20]，而這些miRNA可以用于癌癥的診斷和預后[21]。已有很多研究發現一些內源性的miRNA在腫瘤轉移過程中調控相關GTs的表達。

1.4.1miRNA對N-糖基化相關GTs表達調控Let-7c是let-7家族的一種被熟知的腫瘤抑制miRNA，Guo等[22]在鼠科肝癌細胞系中發現，在具有高轉移潛能的肝癌細胞中過表達let-7c能夠使細胞的轉移和侵襲能力受到抑制。Bernardi等[23]發現，miR-122和miR-34a特異性識別并結合FUT8的3’非翻譯區域,若在肝癌細胞中強制性表達miR-122和miR-34a將誘導FUT8表達的減少從而減少分泌蛋白的核心巖藻糖量。然而在自發性人類肝癌中，miR-122和miR-34a的表達量降低，從而導致肝癌細胞內核心巖藻糖的量發生增加，證明FUT8受到miRNA介導的調節機制調控。

1.4.2miRNA對O-糖基化相關GTs表達調控Wu等[24]通過異位表達和基因敲除實驗證明GALNT10能促進肝癌細胞增殖和抑制其凋亡，并發現GALNT10是miRNA-122的直接靶標。在HBV感染肝細胞癌患者中，miRNA-122的表達減少，從而導致GALNT10的過表達，通過促進EGFR發生O-糖基化而使其被激活，促進細胞增殖并與癌細胞的靜脈入侵和不良預后相關。另有研究[25]發現在具有高侵襲性的黑素瘤細胞中，miR-30b/30d的表達發生上調，并直接作用于GALNT7的轉錄產物，GALNT7表達受抑制導致抑制免疫力的細胞因子IL-10表達增強，從而減少免疫細胞的激活，增強腫瘤生長、轉移潛能、降低總體生存率。

2腫瘤轉移中N-糖基化、O-糖基化相關GTs的信號通路調控

腫瘤轉移相關GTs的表達也可以通過信號通路調控，或者GTs通過調節信號通路促進癌的侵襲轉移。能夠通過信號通路調節的腫瘤轉移相關GTs包括：GnT-Ⅴ、GnT-Ⅲ、PomGnT1。與GnT家族相關的信號通路的研究報道主要集中在GnT-Ⅴ和GnT-Ⅲ上。GnT-Ⅴ催化形成N-聚糖上β1,6-GlcNAc分支結構，進而形成N-聚糖三、四天線糖鏈結構，并介導腫瘤細胞遷移。信號轉導子與轉錄激活子STAT3被細胞因子受體激活后轉入核內與相應DNA結合，實現信號轉導與轉錄調控，它與腫瘤的增殖、血管生成、侵襲與轉移有關。Qi等[26]發現GnT-V通過增加β1,6-GlcNAc分支修飾受體酪氨酸磷酸酶rho(receptor protein tyrosine phosphatase rho, PTPRT)，使其磷酸酶活性受抑制，導致其底物STAT3磷酸化水平增加并轉導入細胞核，轉錄與腫瘤轉移相關的基因。不同的是，Li等[27]證明并非任何類別的惡性腫瘤都有β1,6-GlcNAc分支增多情況，在人的非小細胞肺癌中，GnT-Ⅴ通過抑制TGF-β/Smad信號，從而抑制TGF-β1誘導的EMT過程，進而阻礙肺癌細胞的侵襲轉移，揭示了GnT-Ⅴ作為人肺癌細胞EMT轉移抑制子的新機制。

與GnT-Ⅴ不同的是，GnT-Ⅲ參與N-聚糖上β1,4-GlcNAc分支的形成，它的表達能減少癌細胞的轉移能力。不僅如此，E-鈣黏蛋白/β-連環蛋白復合物介導的胞間黏附與Wnt/β-連環蛋白信號通路相互作用，能夠調節GnT-Ⅲ的表達，E-鈣黏蛋白/β-連環蛋白復合物介導的胞間黏附上調GnT-Ⅲ的表達，而Wnt/β-連環蛋白信號能夠下調GnT-Ⅲ的表達，并與EMT有關[28]。N-乙酰氨基葡萄糖-甘露糖轉移酶(peptide-O-linked mannose β-1,2-N-acetylglucosaminyltransferase 1,PomGnT1)是在腦內催化GlcNAc連接到糖蛋白上的O-甘露糖的GT，出現在哺乳動物的腦、神經、骨骼肌當中[29]。Lan等[30]發現在惡性膠質瘤細胞中，PomGnT1的過表達將有利于癌細胞的增殖與侵襲，并發現PomGnT1是通過激活β-連環蛋白信號通路來促進癌細胞的侵襲與轉移。

3展望

在癌癥早期，可以在腫瘤患者血清中發現異常表達的糖類結構，如肝癌患者血清中大量的核心巖藻糖可以作為腫瘤標志物，并與不良預后有關[23]；腫瘤在轉移過程中，也會有相關腫瘤標志物，如Sialyl Lewis A/X、Lewis Y的出現，亦或是N-聚糖三、四天線分支糖鏈結構增多，而這些糖基化的改變很大一部分是依賴于N-糖基化、O-糖基化相關GTs表達的表觀遺傳調控或信號通路調控途徑實現，有助于腫瘤細胞的運動和遷移。因此，了解與腫瘤轉移過程中相關GTs的表達調控方式以及相關信號通路，可找到阻滯腫瘤轉移的靶點，將有助于腫瘤治療，同時可以發現新型糖蛋白或糖鏈為核心的腫瘤分子標志物而用于腫瘤轉移的預測和診斷。

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[本文編輯]姬靜芳

[中圖分類號]R73-37

[文獻標志碼]A

[作者簡介]李薇，碩士生. E-mail: liwei_haha@126.com*通信作者(Corresponding author). Tel:021-54237962，E-mail: liu.yinkun@zs-hospital.sh.cn

[基金項目]國家自然科學基金(21505022),國家“863”高科技發展計劃(2012AA020204).Supported by National Natural Science of China (21505022) and the National High Tech Program(“863” Program:2012AA020204).

[收稿日期]2015-05-07[接受日期]2015-10-08