黏蛋白1在腫瘤中的研究進展

高 璐，牟蘭蘭，朱 蓉，趙 逵

黏蛋白(mucin)為大分子糖蛋白，包括分泌型及膜結合型兩大類，主要由上皮細胞合成，少部分存在于造血細胞上。目前已有大量研究表明，黏蛋白對腫瘤的發生和發展至關重要。黏蛋白1(mucin 1，MUC1)為膜結合型黏蛋白，在胃腸道、肝臟、胰腺、肺及乳腺等重要器官惡性腫瘤中異常表達和糖基化，參與信號傳導及免疫調節等細胞生物活動，在腫瘤浸潤、轉移、增殖、凋亡及炎癥等多方面起關鍵作用。本文闡述了MUC1發生糖基化改變后對腫瘤發生、發展的影響以及其在激活腫瘤相關經典信號通路中的作用，現綜述如下。

1 MUC1概述

MUC1表達于上皮細胞的頂膜上，由1q21基因編碼，包含MUC1 N末端(MUC1-N)及MUC1跨膜C末端(MUC1-C)兩個亞基。

MUC1-N包括可變數目的串聯重復序列區域(VNTR)和海膽精子蛋白腸激酶、集聚蛋白結構域。VNTR由富含脯氨酸、蘇氨酸和絲氨酸殘基(PTS結構域)的氨基酸肽序列(PDTRPAPGSTAPPAHGVTSA)組成。MUC1-C由58個氨基酸的細胞外結構域、28個氨基酸的跨膜結構域和72個氨基酸的細胞質結構域組成,可將MUC1-N錨定至細胞表面。

在正常條件下，MUC1在串聯重復序列內的SEA模塊內經歷自身蛋白水解切割，由此產生MUC1-N與MUC1-C 2個亞基，通過穩定的氫鍵形成異源二聚體復合物存在于質膜上；在脫落酶催化作用下復合物解離，MUC1-C及MUC1-N釋放，同時也催化MUC1-C細胞外結構裂解[1]，解離后的MUC1-C進入腫瘤細胞核內發揮促進腫瘤細胞生長、增殖、侵襲及遷移等惡性行為的作用[2]。

2 MUC1糖基化作用與腫瘤

糖基化是蛋白質重要的翻譯后修飾之一，糖基化的變化是腫瘤生長和進展所必需的。MUC1-N的可變數目串聯重復序列區域(VNTR序列)中絲氨酸及蘇氨酸殘基上有豐富的O-糖基化位點，而MUC1-N簡并序列中含有N-糖基化位點，分別在高爾基體和內質網中進行O-糖基化、N-糖基化。O-糖基化與MUC1的生物學特性相關，而N-糖基化在蛋白質折疊、分泌和頂端表達中扮演著重要角色。

2.1MUC1糖基化作用與腫瘤細胞信號傳導 在完全糖基化的狀態下，豐富的糖鏈可覆蓋配體結合位點，也可隔離信號因子，阻止其激活受體。而在腫瘤細胞上，分支聚糖丟失，配體結合位點暴露，各種蛋白質間相互作用激活信號通路；或失去特異性分支糖鏈(某些蛋白結合位點)，而阻礙信號傳導[3]。有研究發現，腫瘤相關的MUC1異常糖基化作用促進形成Tn抗原和其唾液酸化形式STn抗原，通過轉染ST6GalNAc1體外誘導STn-MUC1形式的過表達顯著增強了MUC1和CIN85的結合，CIN85參與激活的酪氨酸激酶受體(如EGFR)的內吞轉運，MUC1與激活的酪氨酸激酶受體相互作用后激活ERK和AKT等通路，進一步激活及調控信號通路下游分子的表達，有利于腫瘤的進展[4-5]。

參與MUC1糖基化過程的酶亦與腫瘤細胞信號傳導有著重要聯系。N-乙酰半乳糖胺轉移酶6(GALNT6)是參與O-糖基化的酶之一，在乳腺癌中，GALNT6與MUC1-N相互作用，并可作為促進β-catenin/MUC1-C復合物形成和易位進入細胞核的激活劑，激活Wnt信號通路，導致細胞增殖和轉移；敲除GALNT6的乳腺癌細胞MUC1-C的表達顯著降低，導致Wnt信號通路靶基因如細胞周期蛋白D1、C-myc的表達降低[6]。N-乙酰半乳糖胺轉移酶3(GALNT3)參與激活PI3K/AKT信號級聯，Liu等[7]實驗發現，轉染shGALNT3的HCT-8和HCT-8/5-fu細胞中，特異性抗體會阻斷MUC1的表達，進而滅活PI3K/AKT信號通路。

2.2MUC1糖基化作用與腫瘤免疫調節 正常細胞中的MUC1經歷高糖基化，故VNTR區域的免疫原性表位被廣泛分支的糖鏈覆蓋，使其免受細胞外環境的影響。而在腫瘤細胞中，MUC1蛋白往往是異常低糖基化的，允許這些免疫原性表位暴露于免疫系統[8]。目前，這些表位已成為腫瘤免疫治療的潛在靶點。

腫瘤相關黏蛋白糖基化也在免疫逃逸中發揮作用。當Tn和STn抗原形成后，與巨噬細胞表達的巨噬細胞半乳糖特異性凝集素結合，驅動免疫抑制程序，誘導效應T細胞凋亡，促進腫瘤免疫逃逸[9-10]。

MUC1的糖基化作用誘導免疫細胞的分化及腫瘤進展相關因子的產生。MUC1上的O-連接糖唾液酸化形成的ST抗原具有與單核細胞和巨噬細胞上表達的唾液酸結合免疫球蛋白樣凝集素(Siglecs)家族中Siglec-9結合的潛力，ST抗原與單核細胞結合后誘導促炎表型，其可以將免疫細胞募集到腫瘤中，誘導單核細胞分化成巨噬細胞、樹突細胞，并以Siglec-9依賴性方式誘導分泌與腫瘤進展相關的因子[11]。

2.3MUC1糖基化作用與腫瘤細胞失巢凋亡 失巢凋亡是一種特殊形式凋亡過程，通過去除移位上皮或內皮細胞并防止它們接種到不適當部位以維持組織穩態。在腫瘤細胞中，MUC1過表達，其細胞外結構上O-糖基化修飾防止細胞表面失巢啟動分子(如整聯蛋白、E-鈣黏蛋白和Fas)與配體的相互作用，導致對失巢凋亡的抗性。有學者進行實驗研究發現，通過抑制核心-1糖基轉移酶(C1GT)表達抑制MUC1 O-糖基化可增加MUC1陽性腫瘤細胞的失巢調亡[12]。

2.4MUC1糖基化作用與致病微生物侵襲 在大量癌癥及癌前病變研究中發現，MUC1上豐富的糖鏈常被唾液酸、半乳糖、巖藻糖、N-乙酰葡糖胺和N-乙酰半乳糖胺等修飾，形成復雜的分支糖鏈可作為致病微生物附著位點和作為潛在營養來源[13]。

沙門氏菌穿過黏液層入侵腸上皮細胞而引起感染，MUC1作為腸道頂端跨膜黏蛋白及黏液層的組成成分，促進了沙門氏菌的侵襲。沙門氏菌黏附素SiiE蛋白被鑒定為參與MUC1介導的頂端入侵胃腸道上皮細胞，含有一系列串聯重復序列，以類似拉鏈的方式與MUC1的串聯重復序列相互作用。這種SiiE-MUC1相互作用是破壞黏蛋白屏障所必需的，促進沙門氏菌進入腸上皮細胞。MUC1的串聯重復序列上O-連接的聚糖發生唾液酸修飾，可成為沙門氏菌巨黏附素SiiE的主要靶標，并促進MUC1與SiiE蛋白的相互作用[14]。幽門螺桿菌參與胃腸道腫瘤形成。有研究發現，MUC1上的巖藻糖基化Leb和H1型結構與幽門螺桿菌BabA黏附素結合抑制幽門螺桿菌與胃腸道上皮細胞的結合，從而削弱其對黏膜表面的定植，阻礙了胃腸道病變的發生[15]。

3 MUC1參與腫瘤細胞信號傳導

MUC1-C細胞質尾部具有多個磷酸化位點，與各種細胞內信號蛋白相互作用而激活或介導細胞信號傳導，參與腫瘤的浸潤、轉移、增殖及凋亡。

3.1MUC1與表皮生長因子受體(EGFR) EGFR為表皮生長因子受體酪氨酸激酶(ErbB)家族，包括EGFR/ErbB1(Her1)、ErbB2(Her2/c-Neu)、ErbB3(Her3)和ErbB4(Her4),有調控細胞生長及分化的功能，當原癌基因突變后EGFR過表達，使得細胞增殖失控[16]。MUC1在上皮細胞的頂膜上表達，而EGFR表達于上皮細胞的基底外側膜。在惡性腫瘤細胞中及發生上皮應激反應時細胞極性喪失，MUC1-C和EGFR在整個細胞膜上重新定位表達并形成復合物，促進下游信號傳導的激活和MUC1-C表達的上調[17]；當MUC1-C細胞外結構域被磷酸化后，可作為半乳糖凝集素-3的結合位點，在EGFR配體存在情況下，半乳糖凝集素-3與MUC1細胞外結構域的結合可誘導MUC1細胞表面極化并增加MUC1-EGFR相互作用，導致EGFR同源/異二聚化和活化增加[18]。另外，MUC1可增加EGFR啟動子活性及EGFRmRNA和蛋白質水平[19]，抑制EGFR降解并介導EGFR定位于胞核，影響EGFR與轉錄活性啟動子區域的相互作用[20]。目前，用EGFR抑制劑處理乳腺癌細胞可導致血漿中循環MUC1蛋白表達上調，故MUC1已被當作監測EGFR靶向治療腫瘤評估效果的傳感器[21]。

3.2MUC1與磷酸肌苷3-激酶類(PI3Ks) PI3Ks屬于脂質激酶家族。MUC1可調控由磷酸肌苷3-激酶(PI3K)通路傳遞信號的多種酪氨酸激酶受體的表達和信號傳導，包括EGFR和STAT3等，在驅動細胞增殖、遷移和存活等過程中起到重要作用[19，22]。MUC1-C胞質尾含YHPM序列，該序列在磷酸化后可作為PI3K的直接結合位點，與PI3Kp85亞基的Src同源區2(SH2)結構域相互作用，可以使p85的構象發生改變，從而激活PI3K p110催化亞基，進而激活PI3K-AKT通路；利用細胞穿透肽GO-203可阻斷MUC1-C與PI3K p85的相互作用并抑制Akt及其下游效應子mTOR構成的復合物的磷酸化[23]?；|金屬蛋白酶2/9(MMP-2/9)是腫瘤中PI3K-Akt信號通路的重要下游靶標，參與腫瘤細胞遷移和侵襲。研究發現，沉默MUC1基因降低了腫瘤細胞中PI3K、Akt及下游靶標MMP-2/9的蛋白質水平，阻斷或抑制了腫瘤侵襲、轉移[23]。

3.3MUC1與Wnt/β-連環蛋白(β-catenin)信號通路 β-catenin是Wnt信號級聯的下游分子，通常與E-鈣黏蛋白等細胞表面黏附分子形成復合物，從而導致上皮細胞之間穩定的細胞-細胞相互作用。正常情況下，細胞內β-catenin由糖原合成酶激酶3b(GSK3b)磷酸化。磷酸化的MUC1-C與β-catenin直接結合,穩定β-catenin/TCF4復合物,促進Wnt目標基因如細胞周期蛋白D1、MYC激活，從而影響這些目標基因的轉錄與致癌作用[24-25]。另外，MUC1增強了β-catenin和p120catenin的激活并影響p120 catenin的亞細胞定位，三者可共同調節WNT信號通路的傳導。Liu等[26]實驗發現在胰腺癌S2-013細胞系中，MUC1未起到激活cyclin D1的作用，但在Panc1細胞系中可見MUC1顯著增加了Cyclin D1啟動子活性，而這兩類細胞一個主要區別在于S2-013細胞中缺少可檢測到的P120 catenin，由此可見，MUC1對細胞周期蛋白D1基因表達的影響因細胞類型的不同而不同，且P120 catenin是Wnt通路中完全激活cyclin D1啟動子活性所必需的。有研究表明，經典Wnt/b-catenin通路是間充質上皮轉化(EMT)過程所涉及的通路之一，MUC1通過激活β-catenin并使之與SNAIL(一種與EMT相關的轉錄因子)的啟動子WRE結合導致SNAIL轉錄因子核易位的增加，進而調控EMT[27]。

3.4MUC1與NF-κB通路 NF-κB通路為常見的炎癥通路，激活該通路可誘發炎性細胞因子的表達。MUC1-C被導入核中后，胞質尾通過GGSSLSY基序直接與NF-κB p65綁定形成復合物并增加NF-κB在目標基因的啟動子上占據的比例，從而激活NF-κB通路[28]；炎癥通路激活后，炎癥及腫瘤細胞中如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細胞介素6(IL-6)等炎性因子表達上調，同時，TNF-α反過來激活NF-κB p65與MUC1 κB啟動子位點的結合，誘導腫瘤細胞中MUC1基因的表達，二者相互影響的正反饋回路，加速腫瘤發展[29]。MUC1-C亦可通過促進由NF-κB介導的TAK1啟動子的激活，誘導TAK1表達并與MUC1-C形成復合物，進一步促進TAK1和TRAF6的結合，而與NF-κB通路相關聯[30]。ZEB1可驅動潛伏期腫瘤免疫逃逸，為癌細胞穩定地進入轉移狀態提供有利條件[31]。Rajabi等[32]研究發現MUC1-C/NF-κB p65復合物激活ZEB1啟動子并增加ZEB1表達。此外，MUC1-C可直接與ZEB1結合抑制miR-200c基因，該基因可編碼具有逆轉EMT功能的腫瘤抑制因子。尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)是一種絲氨酸蛋白酶，參與腫瘤細胞的侵襲和轉移，uPA因其啟動子中含有兩個NF-κB結合位點，故其轉錄受NF-κB與啟動子結合的調控。Mori等[33]發現在腫瘤細胞中，uPA與MUC1表達水平平行，并通過質?；蛲蛔兒筠D染細胞實驗發現MUC1-C/NF-κB復合物與uPA啟動子的結合誘導了uPA的轉錄，證實了腫瘤細胞侵襲及轉移受MUC1-C/NF-κB-uPA信號通路調控。程序性死亡配體1(PD-L1)參與腫瘤免疫逃逸，故可作為三陰性乳腺癌(TNBC)免疫治療的靶點。MUC1通過NF-κB p65途徑誘導PD-L1表達，且增強NF-κB p65占據PD-L1啟動子(PD-L1啟動子中E-box序列含有NF-κB p65結合位點)，驅動PD-L1轉錄，引發腫瘤免疫逃逸，為腫瘤轉移提供條件[34]。

3.5MUC1與JNK JNK為絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成員，可介入致癌基因轉化、細胞凋亡及細胞增殖等參與腫瘤的發生發展。JNK包含JNK1、JNK2和JNK3 3種類型。MUC1-C可直接結合JNK1，在順鉑等化學治療藥物所致的基因毒性應激下增強JNK1和c-Jun活化，阻斷結腸腫瘤HCT116細胞對DNA損傷的凋亡[35]。在肝細胞癌中，MUC1激活JNK/AP-1途徑，進而介導自分泌轉化生長因子β(TGF-β)信號傳導，進一步導致Smad 2C的磷酸化。此外，JNK活化后直接磷酸化Smad 2L，磷酸化Smad 2L和Smad 2C增強MMP-9表達，介導肝癌細胞遷移和侵襲[36]。

3.6MUC1與雌激素受體(ER) ER包括ER-α和ER-β兩大類。ER-α大量存在于乳腺組織，ER-β主要在腸道中表達。MUC1-C可與ER-α DNA結合結構域直接結合，二者相互作用后存在于ER-α轉錄復合物中，誘導ER-α介導的基因轉錄并促進雌激素介導的乳腺癌細胞生長。另外，ER-α還參與到其他細胞信號通路中，其相關的非轉錄機制觸發PI3K/AKT信號通路，該信號通路的持續激活阻斷細胞凋亡[37]。ER-β被發現在結腸中發揮抗炎和抗腫瘤作用，ER-β缺乏所導致的結腸炎疾病活動顯著增加，保護性黏液層的減少和相關結腸組織的去分化與MUC1的上調有關[38]。

4 小結

MUC1作為常見的黏蛋白之一，保護上皮屏障，維持細胞生物功能平衡，其過表達及異常糖基化貫穿于各種惡性腫瘤起始至轉移。MUC1特殊的蛋白質結構，決定了其在腫瘤信號傳導及發生腫瘤相關糖基化改變等方面的重要地位。通過對其在腫瘤中作用的深入研究，將為了解腫瘤進展，腫瘤篩查、診斷、治療及預后判斷等提供有力依據。