肿瘤糖基化异常对肿瘤恶性表型的影响

摘要：蛋白质糖基化是重要的蛋白质翻译后修饰方式，在细胞生长、发育及分化各个阶段的调节中起着非常 重要的作用。几乎所有肿瘤都存在蛋白质糖基化的异常修饰，调节着肿瘤的增殖、侵袭、转移、多药耐药及免疫 逃逸，并且在肿瘤的诊断、治疗等方面发挥着重要作用。因此，针对糖基化的靶向治疗较经典靶向药物治疗具有 一定的优势，且具有成为肿瘤治疗新途径的巨大潜力。本文将对糖基化修饰对肿瘤恶性表型的影响作一综述。 

关键词：糖基化；肿瘤；治疗

浙江省肿瘤医院胸部肿瘤外科

肿瘤的发生发展是肿瘤细胞与肿瘤微环境之间一系列复杂、多步骤、多因素相互作用的结果。近年来，随着肿瘤分子生物学的发展，相关学者认 识到仅仅从基因组学以及肿瘤微环境角度来解释 肿瘤恶性演进的分子生物学机制尚存在局限性， 蛋白质的翻译后修饰在该过程中同样扮演着不可 或缺的角色。糖基化修饰作为一种翻译后修饰， 在细胞生长、发育、分化的各个阶段，包括在肿瘤 的发生发展过程中，对细胞蛋白质功能的调节发 挥着重要作用。目前，已明确有数百种类型的糖 基与蛋白质或脂质结合，发生糖基化，形成糖蛋白 和糖脂、糖链包被在细胞膜外。根据糖链的不同， 糖基化被分为N-连接糖基化、O-连接糖基化、C-甘 露糖化和糖基磷脂酰肌醇锚定糖基化。蛋白质的 糖基化可通过影响肽链的空间结构及稳定性，参 与细胞信号传导、识别与黏附、受体活化等生物学 行为，异常的糖基化修饰与肿瘤的增殖、凋亡、侵 袭、转移、多药耐药、免疫逃逸密切相关。

1 肿瘤细胞的异常糖基化 

蛋白质的糖基化是指在糖基转移酶的作用下， 糖与蛋白质上的氨基酸残基相连形成糖苷键，最终导致细胞中蛋白产物发生改变。糖复合物在高尔基体中加工效率很高，约数秒至数分钟。内质 网/高尔基体糖蛋白的转运以及糖基转移酶的定位是正常蛋白质糖基化所必须的，但是在肿瘤细胞 中，这些过程都发生了异常。恶性肿瘤的一个普遍特征就是糖基化修饰发 生以N-连接糖基化以及O-连接糖基化变化为主的显著改变。另一方面，糖基转移酶表达的改变对 聚糖核心及分支结构均具有调控作用，并对聚糖结构和功能产生影响 。在肿瘤的发生过程中出 现较高的岩藻糖基化，细胞表面出现丰富的Lewis 抗原（LeA、LeB、LeX、LeY） ，同样糖链末端唾液 酸化水平也高于正常细胞 。细胞表面的聚糖受糖蛋白表达、定位以及糖基转移酶活性的影响。在肿瘤细胞中，糖基转移酶表达及活性的变化可以从不同方面影响糖蛋白的糖基化修饰，导致肿 瘤细胞恶性演进 。有研究表明，糖基化参与蛋白 质肽链的折叠、聚合、成熟和运输，且肿瘤细胞中 某些糖蛋白的糖基化修饰会随着肿瘤的发生发展 而改变，导致其配体结合、信号传导、分子黏附等生物学功能发生异常，引起肿瘤细胞增殖、凋亡、侵 袭、转移能力发生变化。以上研究结果表明，肿瘤 细胞中糖基化修饰发生异常对肿瘤的发生发展具有重要作用。 

2 糖基化异常与肿瘤增殖、侵袭、转移的关系 

肿瘤细胞增殖、侵袭、转移能力的增强是肿瘤 细胞恶性生物学行为之一，最终导致肿瘤患者预 后不良。Yang 等 发现岩藻糖基转移酶 4（fucosyltransferase 4，FUT4）表 达 通 过 激 活 MAPK 以 及 AKT 信号通路增加细胞周期依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）以及细胞周期蛋白表 达并下调P21、P27的表达，导致细胞的增殖能力增 强。有报道称糖链末端唾液酸可通过调控 miRNA-26a/26b 的靶基因 ST8SIA4 增强肿瘤细胞的增 殖能力。有研究证实，N-乙酰氨基葡萄糖转移酶 V（N-acetylglucosaminyl transferase V，GnT-V）功能 的缺失使 N-糖链上的乳糖胺单位减少，生长因子 受体与半乳凝素-3 的相互作用程度降低，导致细 胞内吞生长因子受体，生长因子受体减少并伴随 对生长因子的敏感度降低，影响 ERK 信号通路活 性，调控细胞周期进程。以上研究均证实糖基化 对肿瘤细胞的增殖具有重要的调控作用。肿瘤恶性进展过程中需要克服细胞之间的黏 附，并侵入周围组织以及血液中发生转移。E-钙黏 素作为一种跨膜糖蛋白，是肿瘤细胞中主要负责细 胞之间黏附的蛋白质 ，糖基化可直接作用于E-钙 黏素来调控肿瘤细胞黏附。其中，GnT-V过表达可诱导 E-钙黏素从细胞膜进入细胞质，从而调控细 胞的黏附能力，诱导肿瘤发生转移 。唾液酸化水 平增高可导致细胞之间黏附被破坏，通过静电排 斥促使肿瘤细胞脱离肿瘤团块进入血液导致肿瘤 发生转移。除此之外，糖基化也可以通过促进肿 瘤对内皮细胞的黏附来诱导转移的发生，例如 sLeX 抗原可与选择素相互作用，使肿瘤细胞黏附 于血管内皮细胞，这也是肿瘤出现血行转移的初 始步骤 。另外，唾液酸转移酶 ST6GalNAc2 表达 的减少可改变细胞表面的 O-糖链结构，促进细胞 表面糖蛋白与 Galectin-3 的结合，使肿瘤转移能力 增强 。 

糖基化异常参与肿瘤细胞发生和转移过程

3 糖基化异常与肿瘤多药耐药 

化疗药物不能有效杀伤肿瘤细胞是目前肿瘤内 科面临的一个主要难题，其中，肿瘤的多药耐药表型 是肿瘤细胞获得化疗药物抵抗的主要原因之一。肿瘤的多药耐药机制较为复杂，其中，P170糖蛋白（Pglycoprotein，P- gp/ATP- binding cassette subfamily B member 1，ABCB1）、多药耐药相关蛋白 1（multidrug resistance-associated protein 1，MRP1/ATP-binding cassette subfamily C member 1，ABCC1）和乳腺癌耐药相关蛋白（breast cancer resistance protein， BCRP/ATP-binding cassette subfamily G member 2， ABCG2）可使化疗药物外排增加，细胞内化疗药物 浓度降低，导致肿瘤细胞发生化疗药物耐药[17] 。以 上 3 种蛋白均含有大量的 N-糖基化修饰。其中， ABCB1 是第一个被发现的多药耐药相关蛋白，该 蛋白通常定位于细胞膜，也可位于细胞器如核膜 以及溶酶体。人 ABCB1 蛋白包含 10 条 N-连接糖 基化序列，但是只有 3 条序列可以被糖基化。研 究表明，在拓扑替康和阿霉素耐药的人卵巢癌细 胞系中，ABCB1表达于核膜和质膜中，而衣霉素处 理后的细胞 ABCB1 主要表达于细胞质，说明衣霉 素与其他 N-连接糖基化抑制剂一样，可通过影响 ABCB1 在细胞内的定位而降低其活性，逆转肿瘤 多药耐药。

4 糖基化异常与肿瘤免疫逃逸 

机体通过免疫监视可以抑制正常细胞发生癌 变，并维持细胞的稳定性，但肿瘤细胞免疫原性较 弱，并可抵抗免疫效应细胞，致使肿瘤细胞逃避免 疫系统的识别与攻击，从而在体内生存和增殖。Cheng 等发现肿瘤细胞中的唾液酸表达水平增 高可抑制NK细胞的识别和杀伤作用以及DC细胞 的抗原呈递功能，从而导致肿瘤免疫逃逸。Zhao 等证实胃癌细胞中核心岩藻糖基化水平与免疫 逃逸密切相关。Gu 等提出 O-GlcNAc 糖基化可 促进乳腺癌细胞增殖，进而协助肿瘤逃避机体免 疫的攻击。以上研究表明，肿瘤细胞中异常糖基化水平与其免疫逃逸具有一定联系。随着对肿瘤 免疫逃逸机制的深入研究，有证据表明，肿瘤可能 通过凝集素与糖类的相互作用而逃避免疫监视 。其中，半乳糖凝集素-1可通过改变Th2细胞因子组 成以及激活分泌 IL-27 的 Tr1 和 DC 细胞介导的信 号通路来逃避免疫监视 ；半乳糖凝集素-3可结合 MHCⅠ类分子A链中的O-糖链的LacNAc残基，抑 制 NK 细胞的活化，导致肿瘤细胞逃避 NK 细胞的 杀伤；细胞表面异常 O-连接糖基化可诱导 DC 细 胞上的C型凝集素表达，导致肿瘤进展。

5 基于糖蛋白的肿瘤诊断 

大多数被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）认证的肿瘤标志物来自 于血清中的蛋白，而这些蛋白大部分被糖基化修 饰。例如糖蛋白 CA199 抗原是胰腺癌的标志物， CA125抗原被用来诊断卵巢癌，CA153被用来评估 乳腺癌复发 。其他糖基化蛋白标志物例如前列 腺特异性抗原（PSA），在前列腺癌患者中呈现高表 达；结直肠癌、胰腺癌等肿瘤中高表达的癌胚抗 原（carcinoembryonic antigen，CEA）具有高度 N-连 接糖基化修饰 。有研究利用荧光差异双向电泳和 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱来证明乳腺 癌患者血清标志物的改变，发现人载脂蛋白 A1 前 体、转铁蛋白和血红蛋白表达升高，而载脂蛋白A1、 载脂蛋白C3、α2结合珠蛋白表达减少。因此，检测 血清中糖蛋白的表达对肿瘤的诊断具有重要意义。

6 基于糖基化的肿瘤治疗 

肿瘤的靶向治疗是现在肿瘤治疗研究的热点， 其可通过染色体重排治疗慢性粒细胞白血病，也 可以通过过表达相应的细胞靶点如抗人表皮生长 因子受体 2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）抗体来治疗 HER2 阳性乳腺癌患者。虽然这些靶向治疗药物可以通过影响肿瘤的发展 进程来达到治疗肿瘤的目的，但这些突变往往只 局限于一些特定的肿瘤，使得该靶向药物治疗肿 瘤具有一定的局限性。相反，通过改变翻译后修 饰例如糖基化，特异性改变肿瘤相关糖基化水平， 不仅可适用于大多数类型的肿瘤，并可调控肿瘤 相关糖蛋白的表达，相对于现在经典的靶点治疗 具有一定优势。一种糖基转移酶可以对不同的 糖蛋白进行糖基化修饰，也可以在同种糖蛋白的 不同位点进行糖基化修饰，改变糖基转移酶的表 达或功能对细胞表面糖链结构具有直接影响。这些糖基转移酶可以通过修饰目标基因或改变整 个细胞的糖基化水平来改变细胞的生物学功能， 使其可能成为特异性肿瘤治疗靶点。肿瘤细胞 表面存在大量异常的糖链称为肿瘤相关糖蛋白 （TAP），针对TACA的抗体可消除血液中的肿瘤细胞以及微小 转移灶，并提高持续免疫治疗联合化疗的效果 。与其相关的糖疫苗可诱导抗糖类抗原的抗体生 成，增强机体对肿瘤相关糖抗原的免疫记忆，并增 强机体的免疫监视功能。T、Tn 为蛋白质的某些 丝/苏氨酸或神经鞘氨醇的羟基上连有寡糖链的 O-糖蛋白，有研究表明，Tn/T 特异性凝集素已被证 明为肿瘤光动力治疗的潜在靶向分子 。虽然基 于糖基化的肿瘤治疗尚处于起步阶段，但由于其 与经典的靶向药物相比具有一定的优势，因此，通 过针对糖链或相关糖基转移酶的调控为肿瘤靶向 治疗提供了新的策略及研究发展方向。 

小结 

随着对肿瘤翻译后修饰研究的不断进展，越来越多的研究者意识到糖基化在肿瘤恶性演化过程 中的重要性。肿瘤细胞中异常的糖基化修饰可参 与肿瘤的增殖、侵袭、转移、多药耐药及免疫逃逸 等恶性生物学行为，而肿瘤相关糖蛋白对肿瘤的 诊断也具有重要的意义。几乎所有的肿瘤都存在 糖基化异常，这也使得针对糖基化异常治疗肿瘤 成为可能，并较经典的分子靶向治疗具有一定优 势。然而，由于糖类结构复杂多变，甚至糖基化在 肿瘤的各个发展阶段均有所不同，给糖基化的研 究带来一定的挑战。目前，对糖基化的研究尚处 于起步阶段，需要进一步深入研究各种类型的糖 基化在肿瘤中的作用及作用机制，为肿瘤的防治 开拓新的领域。

Essentialsof Glycobiology. 3rd edition. Chapter 9 N-Glycans

N糖基化的3种构型

O-GalNAc糖基化4种核心结构的合成