C1GALT1在惡性腫瘤中的相關(guān)研究進展*

王明珠 綜述 陳勇 審校

糖基化是蛋白質(zhì)翻譯后修飾的一種重要方式，異常的糖基化在腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程中起重要作用［1］，直接影響腫瘤細胞的黏附、遷移、識別、免疫逃避和血管生成等惡性行為［2-4］。核心1β1 3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶1（core 1 β1-3 galactosyltransferase 1，C1GALT1）又稱為T-合酶（T-synthase），是O-聚糖修飾過程中核心1（core1）結(jié)構(gòu)合成的必需酶［5］。C1GALT1的異常表達與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，針對C1GALT1 的研究將為尋找腫瘤治療的新靶點提供新的思路。本文就C1GALT1在惡性腫瘤中的研究進展及其作用機制進行綜述。

1 C1GALT1在蛋白質(zhì)糖基化修飾中的作用

蛋白糖基化主要包括O-糖基化和N-糖基化，兩者的改變與癌癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)［6-8］。由于黏蛋白中＞80%成分由O-聚糖組成［9］，因此O-糖基化也稱黏蛋白型O-糖基化。O-糖基化始于N-乙酰氨基半乳糖與絲氨酸或蘇氨酸之間以α 連接形成GalNAcαSer/Thr 基本結(jié)構(gòu)（Tn 抗原）。與N-糖基化相比，O-糖基化能催化生成更多的糖鏈，因而在結(jié)構(gòu)和功能上更加復(fù)雜。參與黏蛋白型O-聚糖的起始合成和延伸的糖基轉(zhuǎn)移酶包括：多肽-GalNAc-轉(zhuǎn)移酶（GALNT）、C1GALT1、核心2β1，6-N-乙酰葡糖胺基轉(zhuǎn)移酶（C2GnT-M）和β1，4-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶（β4Gal-TIV）。同時還有α2-6唾液酸轉(zhuǎn)移酶（ST6GalNAc）和α2-3 唾液酸轉(zhuǎn)移酶（ST3Gal）參與唾液酸末端與O-聚糖鏈的連接。O-糖基化修飾主要有兩種核心亞型，即以core1為基礎(chǔ)的core 1、2亞型和以core 3為基礎(chǔ)的core3、4 亞型［5］。其中，O-糖基化修飾主要以core1型O-聚糖為基礎(chǔ)，其合成主要受C1GALT1的調(diào)控。C1GALT1基因定位于染色體7p22.1-p21.3，是定位于高爾基體中的關(guān)鍵黏蛋白型O-糖基轉(zhuǎn)移酶。C1GALT1 的作用是將半乳糖（Gal）轉(zhuǎn)移至Tn 抗原上形成Galβ1-3GalNAcαSer/Thr 結(jié)構(gòu)（T 抗原，core1 結(jié)構(gòu)）［1，10-12］，以作為進一步復(fù)雜的O-聚糖形成的基礎(chǔ)，如core2結(jié)構(gòu)、唾液酸T抗原等（圖1）［13］。

圖1 黏蛋白型O-聚糖生物合成途徑［13］

2 C1GALT1參與腫瘤的發(fā)生

蛋白質(zhì)異常的O-糖基化被認為是疾病的潛在標(biāo)志物，C1GALT1在呼吸系統(tǒng)、胃腸系統(tǒng)和泌尿生殖系統(tǒng)等多種實體瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，調(diào)控著多種腫瘤相關(guān)蛋白的O-糖基化修飾，進而影響腫瘤的惡性表型及預(yù)后。

在消化系統(tǒng)腫瘤的研究中，發(fā)現(xiàn)C1GALT1 在食管癌組織中的表達顯著高于正常食管組織，同時腫瘤組織中MUC1蛋白O-糖基化水平也顯著高于癌旁組織。C1GALT1的表達水平不僅與MUC1蛋白的O-糖基化之間呈顯著正相關(guān)，還與食管鱗癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期及預(yù)后顯著相關(guān)［14］。在結(jié)直腸癌中，有研究發(fā)現(xiàn)C1GALT1在癌組織中的表達顯著高于癌旁正常組織，同時C1GALT1 高表達的患者預(yù)后顯著差于C1GALT1低表達患者［15］。在肝細胞癌中，Wu等［16］研究發(fā)現(xiàn)C1GALT1 在肝癌組織中高表達，C1GALT1 高表達與腫瘤T分期晚、腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移以及預(yù)后不佳密切相關(guān)。然而，C1GALT1 在胰腺癌中的表達可能與其他消化系統(tǒng)腫瘤不同。Chugh 等［17］研究發(fā)現(xiàn)，C1GALT1在分化較差的癌組織中的表達顯著低于分化較好的癌組織，并且癌組織中T抗原的表達顯著低于Tn抗原的表達，提示C1GALT1可能在胰腺癌中發(fā)揮不同的生物學(xué)作用。同樣在胃癌中，Liu 等［18］研究發(fā)現(xiàn)特異性敲除胃黏膜上皮細胞C1GALT1的小鼠可出現(xiàn)自發(fā)性胃竇炎，進而發(fā)展成為胃竇腺癌，表明C1GALT1 介導(dǎo)的O-糖基化在胃穩(wěn)態(tài)及胃黏膜保護方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在生殖、內(nèi)分泌系統(tǒng)腫瘤的研究中，Chou等［19］報道了C1GALT1在乳腺癌組織中表達顯著高于正常乳腺組織，C1GALT1表達越高，腫瘤組織學(xué)分級越高，分期越晚。此外，研究還發(fā)現(xiàn)C1GALT1是乳腺癌預(yù)后不良的獨立影響因素［20］。在前列腺癌的研究中，Tzeng等［21］研究發(fā)現(xiàn)在前列腺癌轉(zhuǎn)移病灶或去勢抵抗型前列腺癌轉(zhuǎn)移病灶中，黏蛋白型O-聚糖生物合成活性顯著高于原發(fā)腫瘤，C1GALT1在去勢抵抗型前列腺癌轉(zhuǎn)移病灶中的表達顯著高于原發(fā)灶中的表達。70%前列腺癌組織高表達C1GALT1，其與腫瘤的分期呈正相關(guān)，提示C1GALT1可能不僅參與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展，還可能影響前列腺癌內(nèi)分泌治療的療效。

在頭頸部腫瘤的研究中，Lin等［22］研究發(fā)現(xiàn)C1GALT1在頭頸部鱗癌組織中的表達顯著高于正?？谇火つさ谋磉_，C1GALT1表達與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠處轉(zhuǎn)移、腫瘤高分級及淋巴血管侵犯密切相關(guān)。此外，高表達C1GALT1的患者預(yù)后顯著劣于低表達的患者。

3 C1GALT1在實體腫瘤中的作用及其分子調(diào)控機制

C1GALT1 在多種腫瘤中出現(xiàn)異常的表達，參與腫瘤的演進過程，涉及腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移、放療抵抗、耐藥等生物學(xué)行為。然而，C1GALT1 在胰腺癌中的功能與其他實體瘤完全不同。因此，研究C1GALT1 在實體瘤中生物學(xué)效應(yīng)及其機制將有利于進一步探索針對C1GALT1的腫瘤治療策略。

3.1 C1GALT1調(diào)控腫瘤的增殖與侵襲轉(zhuǎn)移

在消化系統(tǒng)腫瘤的研究中，研究發(fā)現(xiàn)C1GALT1的表達與大腸癌細胞的惡性表型呈顯著正相關(guān)，過表達C1GALT1促進了大腸癌HCT116和SW480細胞侵襲轉(zhuǎn)移、干細胞球形成及干細胞標(biāo)志物（NANOG和OCT4）的表達，C1GALT1能夠提高FGFR2的O-糖基化水平以及bFGF介導(dǎo)的FGFR2和ERK1/2的磷酸化水平，進而促進大腸癌細胞的惡性行為［15］。C1GALT1可以增加肝癌細胞的黏蛋白型O-聚糖表達并選擇性激活HGF/MET信號通路來促進細胞的增殖，C1GALT1通過提高肝癌細胞中MET蛋白的O-糖基化水平和促進HGF介導(dǎo)的MET蛋白的二聚體化來激活MET信號通路而發(fā)揮作用［16］。同時，C1GALT1還可促進肝癌細胞與細胞外基質(zhì)蛋白的黏附以及癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移，C1GALT1通過改變β1-整合素（β1-integrin）蛋白的O-糖基化水平來調(diào)控肝癌細胞膜上β1-integrin蛋白的激活，而β1-integrin蛋白水平并未改變［23］。與之相反，在胰腺癌中敲除胰腺癌T3M4細胞C1GALT1基因后腫瘤的增殖、侵襲及成瘤能力明顯增加。在動物實驗中，特異性敲除胰腺組織C1GALT1的KPCC小鼠胰腺組織發(fā)生癌變及腫瘤進展速度顯著加快，C1GALT1表達缺失的KPCC小鼠，胰腺腫瘤組織分化更差，細胞增殖加快，有絲分裂增加，腫瘤基質(zhì)成分減少，腫瘤早期轉(zhuǎn)移發(fā)生率高，腫瘤細胞的間質(zhì)標(biāo)志物（Snail1、Slug、Vimentin）表達增加，而上皮性標(biāo)志物（E-cadherin和Claudin-1）表達下降［17］。上述研究結(jié)果提示，C1GALT1在胰腺癌中可能呈現(xiàn)抑癌基因作用，缺失C1GALT1的表達可促進胰腺癌的發(fā)展與轉(zhuǎn)移。

在生殖、內(nèi)分泌系統(tǒng)腫瘤中，Chou 等［19］報道了C1GALT1能夠促進乳腺癌MCF-7細胞的增殖和侵襲轉(zhuǎn)移。C1GALT1不僅能夠促進乳腺癌細胞膜上MUC1蛋白O-糖基化修飾，同時還可促進細胞膜上MUC1-N亞基的釋放和跨膜蛋白MUC1-C亞基與β-連環(huán)蛋白同時發(fā)生核轉(zhuǎn)位，激活ERK信號通路，進而促進腫瘤的惡性表型。此外，研究發(fā)現(xiàn)C1GALT1能夠改變卵巢癌細胞（ES-2、OVTW59-p4及SKOV3）糖蛋白的O-糖基化水平，并且C1GALT1能夠促進腫瘤細胞的侵襲和增殖，甚至還能提高腫瘤細胞的干細胞潛能［24］。

在頭頸部腫瘤中，抑制HNSCC細胞（OEC-M1和FaDu）C1GALT1的表達后，細胞的增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移能力明顯降低，進一步的機制研究顯示C1GALT1能夠調(diào)控細胞EGFR蛋白的O-糖基化修飾，抑制C1GALT1的表達阻斷了EGFR上的O-聚糖延伸繼而抑制EGFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮抑制腫瘤惡性表型的作用［22］。

3.2 C1GALT1促進腫瘤的放療抵抗

放療為實體瘤治療的重要手段之一。研究發(fā)現(xiàn)，C1GALT1可以增加食管癌和頭頸部腫瘤細胞對放療的抵抗性。放療能誘導(dǎo)食管癌ECa109、KYSE150及TE-1細胞C1GALT1的表達并且增加細胞O-糖基化水平。采用siRNA抑制食管癌ECa109細胞C1GALT1的表達后，細胞對放療的敏感度顯著增加，同時細胞的侵襲遷移能力明顯受到抑制［25］。在頭頸部腫瘤的研究中，Dong等［26］研究發(fā)現(xiàn)在喉癌細胞系中O-糖基化修飾參與腫瘤細胞對放療敏感度，放療抵抗的喉癌Hep-2max細胞較放療敏感度的喉癌Hep-2min細胞表達更高的core1型O-聚糖，抑制細胞的O-糖基化修飾，細胞的放療敏感度顯著增加。C1GALT1的表達與腫瘤細胞的放療敏感度呈顯著負相關(guān)。在機制研究方面發(fā)現(xiàn)，C1GALT1通過調(diào)控細胞β1-integrin蛋白的O-糖基化水平來參與食管癌、喉癌細胞的放療抵抗［25-26］。

3.3 C1GALT1促進腫瘤內(nèi)分泌治療抵抗

內(nèi)分泌治療是前列腺癌的一種重要治療方法，有研究發(fā)現(xiàn)［21］前列腺癌細胞LNCaP在發(fā)生激素抵抗的過程中，C1GALT1和T抗原的表達顯著增加，O-糖基化信號通路的激活能夠促進前列腺癌細胞的去勢抵抗和轉(zhuǎn)移，而抑制C1GALT1的表達可提高去勢抵抗型LNCaP細胞對恩雜魯胺的敏感度。該研究還發(fā)現(xiàn)，原癌基因MYC通過結(jié)合到C1GALT1的啟動子區(qū)促進C1GALT1的表達并提高細胞表面的O-糖基化修飾水平，進而引發(fā)細胞與半乳糖凝集素-4結(jié)合和下游信號通路的激活。上述研究結(jié)果提示，C1GALT1介導(dǎo)的O-糖基化修飾在前列腺癌的去勢抵抗中發(fā)揮重要作用，改變細胞的O-糖基化可能是改變腫瘤內(nèi)分泌治療敏感度的一個治療策略。

4 結(jié)語

綜上所述，腫瘤細胞中存在O-聚糖結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變，異常糖基化在癌癥進展的過程中發(fā)揮重要作用。C1GALT1異常表達不僅改變了腫瘤細胞中O-聚糖修飾水平，還促進了多種實體瘤的增殖、侵襲轉(zhuǎn)移和放療抵抗等惡性行為，最終導(dǎo)致患者預(yù)后不良。但在胰腺癌中C1GALT1 可能發(fā)揮完全相反的作用。隨著對C1GALT1及其調(diào)控的O-糖基化修飾研究的不斷深入，明確C1GALT1及其相關(guān)分子在腫瘤進展中的作用，將為治療惡性腫瘤提供新的思路。