黏蛋白 1在腫瘤細胞中的表達及其作為治療靶點的研究進展

謝龍飛，劉進，王浩

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院膽胰外科，哈爾濱 150086

黏蛋白（mucin，MUC）是一類由組織黏膜分泌的高分子量糖蛋白，覆蓋于黏膜上皮表面。目前已被確定的MUC有二十余種，包括分泌型和膜結(jié)合型兩大類，分泌型MUC主要在黏膜表面以黏液的形式存在并表達，膜結(jié)合型MUC主要在上皮細胞表層以跨膜形式存在并表達[1]。正常情況下MUC分泌后覆蓋于黏膜表面，不僅參與機體的多種生理活動，而且在細胞保護、潤滑及細胞粘連等方面也具有十分重要的作用[2]。目前已有研究表明，MUC對腫瘤的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要，并參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及免疫調(diào)節(jié)等生理活動，胃癌、肝癌、肺癌、胰腺癌及乳腺癌等的發(fā)生發(fā)展與MUC的異常表達密切相關(guān)[3]。MUC可以作為特異性腫瘤標志物，因此，檢測腫瘤組織中MUC的表達水平對診斷惡性腫瘤、判斷預(yù)后及監(jiān)測復(fù)發(fā)具有重要意義[4]。黏蛋白1（mucin 1，MUC1）在多種腫瘤中具有重要作用，且是迄今為止研究較為深入的一類MUC，2009年美國國家癌癥研究所在75種腫瘤相關(guān)抗原中將MUC1列為腫瘤疫苗研發(fā)的第二大靶向治療性抗原，2017年有關(guān)MUC1的臨床試驗數(shù)量也開始急劇增加，這表明MUC1作為腫瘤治療靶點是近年來的研究熱點[5-6]。本文對MUC1的結(jié)構(gòu)特征、生理功能及其在腫瘤細胞中的表達和作為治療靶點的研究進展進行綜述。

1 MUC 1的結(jié)構(gòu)特征與生理功能

MUC1最早在人乳中發(fā)現(xiàn)，從乳汁分泌的上皮細胞中脫落而來，是MUC家族中發(fā)現(xiàn)最早的一類[7]。MUC1基因位于染色體1q21，最早從乳腺癌等細胞系構(gòu)建的互補DNA（complementary DNA，cDNA）文庫中克隆獲得，含有7個外顯子，其中第2個外顯子含有數(shù)目可變的串聯(lián)重復(fù)序列（variable number tandem repeat，VNTR）[8]。MUC1蛋白含有兩個亞基，即MUC1的氨基末端區(qū)（MUC1-N）和羧基末端區(qū)（MUC1-C）。MUC1-N含有20～120個可變數(shù)目的VNTR，構(gòu)成了MUC的核心成分，且每個VNTR包含20個可被高度O-糖基化的氨基酸[9]。在正常生理環(huán)境中，MUC1可在多種組織器官的上皮表達，并且能夠保護和潤滑呼吸道、胃腸道及生殖道的上皮細胞[10]。MUC1還是一類能夠參與信號級聯(lián)反應(yīng)的蛋白質(zhì)，通過配體與膜受體之間的相互作用影響細胞生物行為的各個方面[11]。

2 MUC 1在腫瘤細胞中的表達

上皮細胞表達的MUC參與了眾多的生物學過程，其中MUC的免疫調(diào)節(jié)作用與各種腫瘤相關(guān)，MUC的異常糖基化可引起腫瘤細胞特異性抗原表位形成，可被免疫系統(tǒng)識別為腫瘤相關(guān)抗原（tumor-associated antigen，TAA），在腫瘤免疫治療中是一個重要靶點[12-13]。同樣MUC1在腫瘤細胞中也表現(xiàn)出表達上調(diào)、糖基化異常和非極性分布等特點，并且通過調(diào)控腫瘤細胞的增殖、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和表觀遺傳學等過程在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[14]。由于腫瘤細胞中MUC1的表達異常升高且細胞極性消失，使MUC1遍布于整個細胞表面，并可通過各種酶水解成小片段從MUC1-C脫落，從而可在血液中檢測到MUC1[15]。脫落到血液中的MUC1片段也會影響腫瘤的免疫治療，如干擾自然殺傷細胞介導(dǎo)的腫瘤細胞裂解，抑制T細胞增殖等，并且能夠與注射至體內(nèi)的抗體相結(jié)合，從而降低了未結(jié)合抗體的數(shù)量[16]。MUC1還與細胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和血管生成等生物學過程相關(guān)，例如MUC1能夠與細胞黏附分子-1、E-選擇素和半乳糖凝集素-3相互作用，激活細胞遷移和侵襲等機制；MUC1與缺氧誘導(dǎo)因子-1α的相互作用還可上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子的表達，促進腫瘤新生血管生成，因此抑制MUC1的活性可能成為腫瘤治療的有效途徑[17-18]。MUC1在腫瘤中的高表達使其成為一種潛在的腫瘤生物標志物和治療靶點，并應(yīng)用于多種腫瘤的診斷與生物學治療。

3 MUC 1的臨床應(yīng)用

3.1 MUC 1作為腫瘤生物標志物

臨床上常用腫瘤生物標志物來輔助評估治療效果和預(yù)后。MUC1中應(yīng)用較廣的一類亞型是糖類抗原153（carbohydrate antigen 153，CA153），對乳腺癌的輔助診斷具有重要作用[14]。研究報道，MUC1是早期檢測胃癌的生物標志物，其表達水平與結(jié)直腸癌的腫瘤分級顯著相關(guān)，因此可作為評估患者預(yù)后的生物標志物[19-20]。MUC1在不同發(fā)展階段的胰腺癌中均可被檢測到，可用于預(yù)測胰腺癌的發(fā)生發(fā)展情況[4]。近年來，為了進一步提高MUC1檢測的準確度和靈敏度，出現(xiàn)了新型的傳感器，可高效檢測和定量MUC1，如MUC1適配體偶聯(lián)的PtAu納米顆粒由具有獨特物理和化學性質(zhì)的納米材料研發(fā)而來，可用于精確識別腫瘤細胞表面的MUC1[21]；具有生物學特性的新型放射性標記的靶向分子也已用于靶向腫瘤特異性MUC1以診斷和治療腫瘤[22]；Rui等[23]設(shè)計了一種基于光學和電化學的適配體傳感器，可用于檢測乳腺癌細胞中的MUC1和外泌體中的MUC1。此外MUC1與免疫檢查點基因、新抗原和免疫治療的某些預(yù)后指標如腫瘤突變負荷和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性顯著相關(guān)，表明它也可以作為免疫治療的靶點和預(yù)后預(yù)測的生物標志物[3]。

3.2 MUC 1作為治療靶點

3.2.1 基于MUC 1的主動免疫治療MUC1 TAA能夠誘導(dǎo)腫瘤患者產(chǎn)生抗MUC1細胞毒性T淋巴細胞和抗體，主動免疫治療是通過對TAA的疫苗接種來激發(fā)先天性和獲得性免疫反應(yīng)[24]。有研究表明，糖基化MUC1多肽在誘導(dǎo)體液免疫和細胞免疫方面更有效，然而在人類體內(nèi)并不是所有的糖基化肽都能產(chǎn)生與腫瘤反應(yīng)的抗體[25]。一種在小鼠中使用的MUC1-Tn糖基化肽可交叉呈遞于樹突狀細胞上，能夠?qū)δ[瘤誘導(dǎo)出有效的體液和細胞免疫應(yīng)答[26]。另一種攜帶甘露糖的MUC1糖基化肽能夠被樹突狀細胞和巨噬細胞上存在的甘露糖受體所攝取，樹突狀細胞是抗原呈遞能力最強的細胞，用樹突狀細胞進行MUC1免疫治療已在人體臨床試驗中取得了一定的進展[27]。有效的抗腫瘤疫苗能夠刺激機體發(fā)生細胞免疫，產(chǎn)生特異性抗體，并通過識別腫瘤抗原表位與腫瘤細胞相結(jié)合，腫瘤細胞上的抗原表位通過蛋白水解可暴露于抗原呈遞細胞上，由于MUC1具有可變的糖基化作用和VNTR，因此設(shè)計一種能夠有效針對MUC1 TAA的疫苗是極其困難的。

3.2.2 基于MUC 1的被動免疫治療腫瘤的被動免疫治療依賴于抗體對腫瘤細胞的殺傷作用，有效的被動免疫治療通過細胞表面結(jié)合抗體來募集免疫效應(yīng)細胞，以產(chǎn)生抗體和補體依賴的細胞毒性作用[28]。盡管被動免疫治療的相關(guān)臨床試驗取得了一些進展，但應(yīng)用于臨床卻效果不佳。由于VNTR區(qū)域的糖基化和多態(tài)性，MUC1 TAA在結(jié)構(gòu)上是可變的，這也是MUC1被動免疫治療的難點[14]。在臨床研究中還可使用抗體和核酸適配體作為MUC1的載體，將藥物靶向傳遞給異常表達MUC1的細胞[29]。目前針對MUC1的靶向治療有兩類已在臨床研究中取得進展：多肽和小分子抑制劑。MUC1蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域抑制肽（protein transduction domain MUC1 inhibitory peptide，PMIP）是一種模擬MUC1與表皮生長因子受體和β-連環(huán)蛋白作用域的多肽，通過競爭性抑制MUC1與表皮生長因子受體和β-連環(huán)蛋白之間的相互作用，顯著影響乳腺癌的進展[30]。PMIP在異種移植小鼠乳腺癌模型中抑制了原發(fā)腫瘤的生長、擴散和復(fù)發(fā)，并在轉(zhuǎn)基因的人類乳腺癌中抑制了腫瘤的生長[31]。然而小分子抑制劑不具有免疫原性，有研究通過篩選小分子文庫中能阻斷MUC1二聚體化合物形成的物質(zhì)來分離芹菜素，其在過表達MUC1的乳腺癌細胞中能夠抑制腫瘤細胞的生長[32]。TG4010是一種表達MUC1的改良病毒疫苗，對晚期非小細胞肺癌患者具有顯著的臨床療效[33]，可與其他免疫調(diào)節(jié)劑聯(lián)合使用，使臨床效益進一步加大[34]。關(guān)于MUC1的被動免疫治療，目前已有多種抗腫瘤抗體進行臨床前試驗和臨床試驗[35]。

3.2.3 嵌合抗原受體 T細胞（chimeric antigen receptor-T cell，CAR-T）免疫療法用于靶向MUC 1的腫瘤治療CAR-T免疫療法是一種不受主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）限制而識別特定表面抗原的新型免疫治療方法，利用CAR-T進行的過繼性T細胞免疫治療在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中已經(jīng)取得良好的效果[36]。CAR-T細胞可特異性靶向腫瘤細胞并且能夠成功抑制腫瘤細胞的生長。近年來基于MUC1的CAR-T免疫治療也有了相應(yīng)的進展，可應(yīng)用攜帶Tn抗原的MUC1單克隆抗體構(gòu)建CAR-T細胞從而對腫瘤進行有效的靶向治療[37]。早期MUC1 CAR-T細胞的構(gòu)建是利用單克隆抗體SM3，然而其與腫瘤細胞的結(jié)合能力差，對腫瘤細胞的殺傷力弱。Wilkie等[38]利用人乳脂肪球蛋白2（human milk fat globule 2，HMFG2）單克隆抗體構(gòu)建了MUC1 CAR-T細胞，其對腫瘤細胞具有很強的殺傷力，能夠明顯減緩腫瘤生長，但其帶來的不良反應(yīng)也很明顯。Yazdanifar等[39]使用新型單克隆抗體TAB004構(gòu)建CAR-T細胞，能夠特異性結(jié)合腫瘤相關(guān)MUC1，在小鼠模型中明顯表現(xiàn)出對胰腺癌細胞的細胞毒性并抑制原位胰腺癌的生長?？筂UC1單克隆抗體5E5是一種與Tn糖基化的MUC1具有高親和力的抗體，與人體正常組織幾乎沒有交叉反應(yīng)[40]。Posey等[41]應(yīng)用5E5研制了MUC1-Tn CAR-T細胞，可識別多種表達MUC1-Tn的腫瘤細胞，其先前的研究發(fā)現(xiàn)這些CAR-T細胞表現(xiàn)出對腫瘤細胞的細胞毒性作用，并通過恢復(fù)內(nèi)源性免疫系統(tǒng)的功能提高了小鼠的存活率[42]。為了進一步增強抗腫瘤效果，一種新的聯(lián)合多種類型CAR-T細胞的免疫治療方法已用于非小細胞肺癌的治療中，聯(lián)合MUC1和前列腺干細胞抗原（prostate stem cell antigen，PSCA）的CAR-T細胞顯著降低了非小細胞肺癌小鼠模型中腫瘤的生長，凸顯了聯(lián)合不同類型CAR-T細胞免疫治療的優(yōu)勢[43]。目前靶向MUC1的CAR-T療法還在進一步研究，其作為一種新型的免疫治療手段具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.2.4 MUC 1適配體用于靶向治療MUC1適配體是一種單鏈DNA、RNA寡核苷酸或具有三維結(jié)構(gòu)的多肽，能夠與相應(yīng)的配體進行高親和力和強特異性結(jié)合，適配體比抗體的穩(wěn)定性好且具備與抗體不同的特性，可成為一種有前景的腫瘤治療方法[44]。通過藥物與MUC1適配體相結(jié)合，可有效地將藥物靶向傳送至目標區(qū)域從而發(fā)揮藥物的功能。Tan等[45]將MUC1適配體與聚乙二醇結(jié)合，可攜帶多柔比星并將其定向傳送至目標區(qū)域以發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。MUC1適配體還可與納米材料結(jié)合，發(fā)揮更高的靶向傳送藥物的效率。MUC1適配體與聚乳酸-羥基乙酸結(jié)合可用于紫杉醇的靶向傳送以治療不同類型的腫瘤[46]。Chang等[47]成功地將MUC1 DNA適配體連接到DNA-二十面體納米材料的表面，可攜帶多柔比星并使其高效率地進行靶向傳輸。Cerqueira-Coutinho等[48]評估了MUC1適配體與曲妥珠單抗在體內(nèi)的生物分布情況，發(fā)現(xiàn)MUC1適配體與MUC1結(jié)合的親和力顯著高于曲妥珠單抗，證實了適配體可能比相應(yīng)的抗體產(chǎn)生更好的效果。針對MUC1的適配體已被證明在新興的靶向應(yīng)用領(lǐng)域治療腫瘤細胞是有效的[24]。Khan等[49]開發(fā)了一種能夠特異性識別剪接變異體MUC1/Y的DNA適配體，其在體內(nèi)對乳腺癌細胞的生長具有抑制作用，并可與多種類型的腫瘤細胞結(jié)合從而發(fā)揮治療作用。MUC1適配體作為新型靶向藥物在腫瘤治療中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

3.3 MUC 1分子通路與化療耐藥

腫瘤細胞通過異常分泌的MUC覆蓋于上皮細胞表面，從而降低了靶向藥物的治療效率。Reynolds等[50]的Meta分析表明，MUC1的過表達通過影響不同的信號通路來抑制細胞凋亡，促進細胞增殖和侵襲，并誘導(dǎo)化療耐藥，MUC1參與了重要的信號通路，減少MUC1的表達可以恢復(fù)細胞的凋亡功能，促進腫瘤細胞凋亡。MUC1在腫瘤細胞表面高表達后形成了屏障，阻礙了藥物進入靶點部位，從而導(dǎo)致了腫瘤化療的耐藥。研究表明，MUC1在腫瘤化療耐藥中具有重要作用，而干擾MUC1生成的分子通路可能成為一種有效的治療方法，目前一種有前景的方向是針對MUC核心聚糖合成的關(guān)鍵通路[51]。MUC的核心聚糖大多數(shù)是由 N-乙酰半乳糖胺（N-acetyl galactosamine，Gal-NAc）、N-乙酰氨基葡萄糖（N-acetyl glucosamine，GlcNAc）等組成的O-連接寡糖，MUC共有8個OGalNAc聚糖核心結(jié)構(gòu)，其中核心2β-1,6-N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶（core 2 beta-1,6-N-acetylglucosaminyltransferase，C2GnT2）也被稱為葡萄糖氨基轉(zhuǎn)移酶3（glycosyltransferase enzyme 3，GCNT3），是核心聚糖的重要合成酶。研究表明，GCNT3是治療胰腺癌的一個新靶點，因此使用GCNT3抑制劑可以阻斷MUC的合成，并有助于藥物的靶向治療[52]。在腫瘤細胞中似乎有可能用核心酶抑制劑抑制MUC的合成，從而預(yù)防腫瘤進展和轉(zhuǎn)移，并且能夠幫助化療藥物傳送至目標區(qū)域。GCNT3抑制劑既可以單獨使用以減少MUC的分泌，也可以與其他化療藥物（如吉西他濱）聯(lián)合應(yīng)用以協(xié)同抑制腫瘤生長。在腫瘤細胞中一種能選擇性結(jié)合GCNT3的小分子抑制劑他尼氟酯聯(lián)合應(yīng)用吉非替尼可下調(diào)GCNT3的表達，導(dǎo)致MUC的表達量減少[52]。因此通過GCNT3靶向抑制MUC的合成可以改善藥物反應(yīng)的效率，但需要進一步研究阻斷MUC合成并靶向藥物進入腫瘤細胞的抑制劑。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，MUC家族在多種組織器官中廣泛表達，具有重要的生理功能，并且在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。多種MUC在腫瘤細胞中異常表達，引起了越來越多研究者的關(guān)注，其中MUC1是MUC家族中研究較為深入的成員。在診斷學方面，MUC1的表達水平能夠反映腫瘤的活動狀態(tài)，并可成為判斷腫瘤患者預(yù)后的可靠生物學指標；在治療方面，MUC1有可能成為靶向治療的新靶點，包括相關(guān)的疫苗、抗體和適配體等，目前也有了一定的基礎(chǔ)研究，但還需要設(shè)計并完成臨床試驗以確定該治療方法的療效。隨著基礎(chǔ)研究和臨床研究的不斷深入，MUC1誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)和機制將被進一步挖掘和闡明，并且隨著各種腫瘤疫苗、抗體和分子靶向藥物的研發(fā)，將會對腫瘤的治療效果及預(yù)后產(chǎn)生深遠影響，這將為MUC1靶向藥物的研究及其在腫瘤治療中的臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。