黏蛋白在腫瘤診斷和治療中的作用

張　典　高興春　姜鳳良　彌　曼

(西安醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)免疫學(xué)教研室，陜西　西安　710021)

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黏蛋白在腫瘤診斷和治療中的作用

張典高興春姜鳳良彌曼1

(西安醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)免疫學(xué)教研室，陜西西安710021)

〔關(guān)鍵詞〕黏蛋白;腫瘤診斷;腫瘤治療

黏蛋白是表達(dá)在機(jī)體管狀器官特異的上皮細(xì)胞表面，在各種炎癥和癌癥中表達(dá)異常。黏蛋白糖基化模式在低聚糖側(cè)鏈產(chǎn)生的表位,都可作為腫瘤診斷及(或)預(yù)后標(biāo)志物。這些腫瘤相關(guān)表位可作為免疫靶標(biāo)，使得癌癥早期的診斷和治療成為可能。本文綜述了黏蛋白在正常和病理?xiàng)l件下分布狀態(tài)及其在腫瘤診斷與治療方面的臨床應(yīng)用。

1黏蛋白的分類

黏蛋白是一類由特殊的上皮細(xì)胞-杯狀細(xì)胞分泌的，廣泛覆蓋在管狀器官如氣管、支氣管、胃腸道、生殖道等多種上皮細(xì)胞表面和肝臟、胰腺、膽囊、腎、唾液腺和淚腺上皮細(xì)胞表面黏液中的高分子量糖蛋白〔1〕。黏蛋白是黏液中最豐富的大分子糖蛋白，由75%碳水化合物和25%氨基酸通過(guò)o糖苷鍵在N乙酰半乳糖胺和蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸殘基之間連接。由于他們的本質(zhì)和糖基化程度，決定黏液的生物化學(xué)和生物物理學(xué)性質(zhì)。黏蛋白多樣化的生物學(xué)功能在腫瘤形成、細(xì)胞黏附、分化、免疫應(yīng)答以及細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用〔2〕。根據(jù)黏蛋白生理學(xué)特點(diǎn)分成三組〔3〕：分泌型、膜結(jié)合型和可溶性黏蛋白。第一組分泌型黏蛋白。由分泌型和凝膠形式的黏蛋白組成，包括MUC2,MUC5AC,MUC5B,MUC6和MUC19，形成低聚物結(jié)構(gòu)。第二組黏蛋白在細(xì)胞表面或在黏液中，包括MUC1,MUC3A,MUC3B,MUC4,MUC11,MUC12,MUC13,MUC15,MUC16,MUC17,MUC20和MUC21,有跨膜區(qū)、胞質(zhì)尾區(qū)和廣泛的胞外區(qū)。第三組有MUC7,MUC8和MUC9非凝膠形式黏蛋白。目前，已有20多種黏蛋白基因確定，包括MUC1-2,MUC3A,MUC3B,MUC4,MUC5B,MUC5AC,MUC6-9,MUC11-13,MUC15-17和 MUC19-21等。

1.1分泌型黏蛋白分泌型黏蛋白家族是黏彈性黏液的組成成分，保護(hù)上皮細(xì)胞。它們的主要作用是通過(guò)低聚反應(yīng)形成三維立體網(wǎng)狀系統(tǒng)參與黏液的形成，保護(hù)黏液下的上皮細(xì)胞免受各種傷害(炎癥、細(xì)菌、病毒、污染物和pH等)。MUC7 和 MUC9是較小的分泌型黏蛋白，不能寡聚化。

MUC2的cDNA是從人小腸cDNA基因庫(kù)中分離出來(lái)的，MUC2中心區(qū)域由2個(gè)高價(jià)的重復(fù)序列組成，第1個(gè)在中心位置，是23氨基酸的一個(gè)基序的完全重復(fù)。第2個(gè)位于上游區(qū)，由347氨基酸單位串聯(lián)的不規(guī)則重復(fù)序列組成。這兩個(gè)序列富含蘇氨酸、絲氨酸、 脯氨酸氨基酸殘基。MUC2主要表達(dá)在結(jié)直腸杯狀細(xì)胞和結(jié)腸、直腸癌細(xì)胞。結(jié)直腸癌、胃癌、卵巢腫瘤患者M(jìn)UC2表達(dá)下調(diào)。

MUC5AC的表達(dá)與細(xì)胞發(fā)育不良有關(guān)，MUC5AC高表達(dá)在哮喘、氣管炎、膽管上皮癌、囊性纖維化的病人。MUC5AC表達(dá)減少與結(jié)直腸癌患者的生存率降低有關(guān)。MUC7表達(dá)在口腔上皮細(xì)胞、小唾液腺、呼吸道與正常人結(jié)膜。

1.2跨膜黏蛋白跨膜黏蛋白包括跨膜區(qū)、胞質(zhì)尾區(qū)和廣泛的胞外區(qū)。黏蛋白的胞質(zhì)尾區(qū)利于它們與細(xì)胞骨架成分和胞質(zhì)結(jié)合蛋白聯(lián)系，這些在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方面發(fā)揮重要作用。其中最典型的是MUC1和MUC4，基于MUC1和MUC4的結(jié)構(gòu)和位置，它們?cè)诩?xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用方面發(fā)揮重要的生物學(xué)角色。此外，它們?cè)谀[瘤發(fā)展為腺癌的不同階段中特異表達(dá)，提示它們?cè)谀[瘤發(fā)生中的重要作用。

MUC1在人乳中首次鑒定出來(lái)，幾乎分布于所有呼吸腺體的上皮細(xì)胞表面、女性生殖道、胃腸道、中耳、唾液腺和乳腺、正常的胰臟內(nèi)小葉導(dǎo)管〔2〕。MUC1在乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胰臟癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌高表達(dá)。MUC1的重要作用是：抗黏附蛋白保持被覆上皮的完整性，幫助癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。MUC4的異常表達(dá)出現(xiàn)在各種炎性疾病和癌癥中。

2黏蛋白是多種腫瘤的診斷標(biāo)志物

黏蛋白在臨床作為腫瘤標(biāo)志物與腫瘤免疫治療得到全世界科研人員的廣泛研究。因?yàn)樘腔Ｊ降母淖儯ㄐ碌难涂乖谋磉_(dá)，在黏蛋白低聚糖側(cè)鏈產(chǎn)生腫瘤相關(guān)表位。因此，為了在癌癥早期就能進(jìn)行診斷，黏蛋白的分析成為疾病發(fā)展和診斷的潛在指標(biāo)和腫瘤免疫治療靶標(biāo)。

2.1乳腺癌MUC1在乳腺癌過(guò)表達(dá)，是診斷和免疫治療的重要靶標(biāo)。在分泌上皮細(xì)胞,MUC1正常表達(dá)在頂端，在癌細(xì)胞MUC1分布在整個(gè)細(xì)胞表面。1990年，MUC1在基因水平明確序列，基因定位于染色體1q21-24，MUC1多肽骨架由胞內(nèi)區(qū)、跨膜區(qū)及胞外區(qū)組成。胞內(nèi)區(qū)由66 個(gè)氨基酸組成,參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。胞外區(qū)含30～90 個(gè)串聯(lián)的重復(fù)序列。MUC1包括7個(gè)外顯子，外顯子1編碼前導(dǎo)肽，外顯子2編碼中心區(qū)域，中心區(qū)域由富含絲氨酸、蘇氨酸和脯氨酸的串聯(lián)的重復(fù)序列組成，每個(gè)重復(fù)序列有恒定的20個(gè)氨基酸。外顯子6和7編碼跨膜序列和胞質(zhì)尾區(qū)。MUC1在乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌均高表達(dá)。乳腺組織MUC1與MUC3表達(dá)均與不良預(yù)后有關(guān)〔4〕。

2.2結(jié)腸癌腫瘤相關(guān)糖蛋白 (TAG-72) 異常表達(dá)在多樣的惡性組織上皮細(xì)胞。高表達(dá)的血清TAG-72抗原在48%胃癌患者和67%結(jié)直腸癌病人中發(fā)現(xiàn)，最大樣本量(462個(gè)腫瘤標(biāo)本)的結(jié)直腸癌標(biāo)本中，MUC1和MUC3表達(dá)作為評(píng)估病情預(yù)后，于2007年發(fā)表〔5〕。發(fā)現(xiàn)32%腫瘤MUC1陽(yáng)性，74% 腫瘤MUC3陽(yáng)性。多元分析統(tǒng)計(jì)表明，患者M(jìn)UC1的高表達(dá)與生存率降低有關(guān)，白人患者與非裔美國(guó)人相比，結(jié)直腸癌MUC1表達(dá)是預(yù)后不良指標(biāo)，MUC2表達(dá)與病人良好的預(yù)后有關(guān)。Koga等〔6〕發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子(TNF)-α可刺激細(xì)胞增強(qiáng)MUC1轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生大量的MUC1 mRNA，提高M(jìn)UC1的表達(dá)。血清中高表達(dá)的MUC1可以抑制細(xì)胞毒性T細(xì)胞(CTLs)與MUC1陽(yáng)性靶細(xì)胞的結(jié)合,結(jié)腸癌細(xì)胞分泌的大量MUC1可以抑制自然殺傷(NK)細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用,此外MUC1 高表達(dá)還可以抑制CTL細(xì)胞增殖,甚至可以誘導(dǎo)CTL凋亡。MUC1 對(duì)免疫系統(tǒng)的抑制作用部分是由于其糖鏈結(jié)構(gòu)所引起的。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)MUC1陽(yáng)性的腫瘤細(xì)胞經(jīng)去糖基化處理后,MUC1 特異性的CTL 細(xì)胞殺傷效應(yīng)明顯提高；此外,在胃癌細(xì)胞中,轉(zhuǎn)入乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶,可以提高對(duì)表達(dá)MUC1 腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。MUC1 對(duì)免疫系統(tǒng)的抑制,另一可能因素是MUC1與選凝素間的相互作用。E2、L2及P2選凝素分別由內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞及血小板等合成分泌。腫瘤細(xì)胞表面黏蛋白分子含有糖鏈配體,可以與這三類選凝素相結(jié)合,從而調(diào)節(jié)選凝素與其配體的相互作用,繼而影響白細(xì)胞的黏附、遷移能力〔7〕。

2.3胃癌正常胃組織表達(dá) MUC1,MUC5AC和MUC6，高表達(dá)MUC1表示是良好預(yù)后，包括腫瘤塊小，沒(méi)有轉(zhuǎn)移〔8〕。而MUC3的表達(dá)正好相反。另外，觀察發(fā)現(xiàn)，與惡性程度高腫瘤相比，MUC5AC更頻繁(100%)表達(dá)在低級(jí)別腫瘤。MUC5AC表達(dá)也是預(yù)后良好的表現(xiàn)，如果表達(dá)降低，生存率將降低〔9〕。

2.4肺癌肺鱗狀細(xì)胞癌時(shí)，高表達(dá)MUC1，表示預(yù)后不良。MUC4以及其mRNA的表達(dá)水平也作為肺癌組織評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。肺癌組織高表達(dá)MUC4,生存曲線明顯低于MUC4水平較低患者。MUC4表達(dá)是肺癌預(yù)后不良的指標(biāo)。在肺癌組織，MUC4過(guò)表達(dá)用于區(qū)分肺癌和惡性間皮細(xì)胞瘤，具有100%特異性和91.4%靈敏性〔10〕。

2.5胰腺癌轉(zhuǎn)移性胰腺癌病人，MUC1的血清檢查,被證實(shí)是一個(gè)有效的生存預(yù)測(cè)。當(dāng)表達(dá)MUC1，不表達(dá)MUC2時(shí)，侵入性胰腺癌和肝內(nèi)膽管腫瘤患者預(yù)后不良。MUC1和MUC2的表達(dá)模式成為潛在的區(qū)分的侵入性和非侵入性的胰腺癌和肝內(nèi)膽管癌的指標(biāo)〔11〕。

2.6卵巢癌卵巢癌是一種隱性腫瘤,發(fā)病沒(méi)有任何檢測(cè)信號(hào),因此需要早期診斷。80%～90%的晚期卵巢癌患者，MUC16 (CA125)增加80%～90%，已用于卵巢癌診斷〔12〕。然而,檢測(cè)MUC16作為診斷指標(biāo)有一定限制性，因?yàn)樵谧訉m內(nèi)膜異位,盆腔炎和懷孕時(shí)，MUC16也會(huì)升高。其他研究認(rèn)為，I期卵巢癌檢測(cè)包括MUC16(CA125)、MUC1(CA15-3)以及腫瘤相關(guān)糖蛋白72(CA72-4)〔12〕。

3黏蛋白在免疫治療中的作用

黏蛋白作為癌癥治療的靶標(biāo)已經(jīng)評(píng)價(jià)了30多年。大多數(shù)方法都涉及免疫系統(tǒng)識(shí)別這些存在于腫瘤細(xì)胞表面的糖蛋白并消除他們。一旦黏蛋白的表位成為結(jié)合抗體的靶點(diǎn)，癌細(xì)胞將選擇性被抗體鏈接的同位素或細(xì)胞毒性藥物破壞。

3.1乳腺癌乳腺癌是黏蛋白療法研究中關(guān)注最多的腫瘤。從30多年前，最早研究重點(diǎn)在乳腺癌和胰腺癌黏蛋白的免疫原性。研究發(fā)現(xiàn)CTL細(xì)胞僅對(duì)乳腺癌和胰腺癌細(xì)胞系有細(xì)胞毒性，對(duì)正常細(xì)胞不作用，提示正常細(xì)胞沒(méi)有抗原表位。接著進(jìn)行了MUC1抗體介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用；MUC1疫苗(黏蛋白交聯(lián)幾種蛋白)；重組痘苗病毒表達(dá)MUC1和白細(xì)胞介素(IL)-2基因的免疫治療等〔13〕。

3.2結(jié)腸癌表達(dá)癌胚抗原(CEA)和MUC1的病毒疫苗(PANVAC-VF)被Therion生物制品公司研發(fā)， PANVAC-VF包括牛痘或禽痘病毒載體表達(dá)CEA與MUC1和三個(gè)T細(xì)胞共刺激分子細(xì)胞間黏附分子(B7.1,ICAM-1)、淋巴細(xì)胞活化因子(LAF-3)結(jié)合在一起。在美國(guó)國(guó)家癌癥研究所資助研究中，25個(gè)來(lái)源結(jié)腸癌并轉(zhuǎn)移患者，注射PANVAC-VF，超過(guò)一半病人發(fā)生CD4和CD8細(xì)胞針對(duì)CEA和MUC1免疫應(yīng)答，而卵巢癌患者的免疫應(yīng)答維持了18個(gè)月，乳腺癌患者明顯降低了肝臟的轉(zhuǎn)移〔14〕。

3.3肺癌腫瘤黏蛋白是治療肺癌有潛力的生物分子。抗原特異性疫苗接種主要有MUC1脂質(zhì)體疫苗。疫苗的成分有BLP25脂肽，作用于MUC1，免疫佐劑是單磷酰脂質(zhì)A、膽固醇等，目前已進(jìn)入二期臨床試驗(yàn)〔15〕。

3.4胰腺癌MUC1和MUC4是治療胰腺癌的靶標(biāo)。最早的治療方法有胰腺癌患者淋巴結(jié)分離的CTL細(xì)胞，能夠誘導(dǎo)MHC非限制性識(shí)別MUC1；接種包含五個(gè)免疫抗原的MUC1疫苗，能夠誘導(dǎo)大量T細(xì)胞浸潤(rùn)；接種重組痘苗病毒包括雞痘病毒載體表達(dá)CEA和MUC1并結(jié)合共刺激分子B7.1,ICAM-1,和 LFA-3 (TRICOM)，能通過(guò)T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫應(yīng)答明顯提高患者生存率(延長(zhǎng)15.1個(gè)月)；近年來(lái)，通過(guò)接種樹突狀細(xì)胞疫苗，增強(qiáng)CD4+輔助性T細(xì)胞 和CD8+細(xì)胞毒性T細(xì)胞的功能〔16〕。

3.5卵巢癌卵巢癌是另一種隱匿腫瘤，目前很難早期診斷。研究表明晚期卵巢癌患者M(jìn)UC16(CA125)濃度提高80%～90%。Fritsche等〔17〕表明MUC4(92%),MUC1(92%)和MUC16(79%)顯著在卵巢腫瘤過(guò)表達(dá)。在早期卵巢腫瘤患者，與MUC1和MUC16相比，MUC4的表達(dá)明顯提高。

為了確定黏蛋白在癌癥發(fā)生時(shí)的直接作用并理解它們對(duì)癌細(xì)胞生物學(xué)性質(zhì)的影響，進(jìn)一步了解其分子結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制也是很重要。研究信號(hào)通路，將識(shí)別出潛在的治療靶標(biāo)，最終目標(biāo)將恢復(fù)細(xì)胞表面正常的黏蛋白表達(dá)。利用黏蛋白激活物啟動(dòng)基因?yàn)榛A(chǔ)的治療正在研究中。動(dòng)物模型將幫助確定體內(nèi)膜結(jié)合黏蛋白的病理生理的位置，幫助判定黏蛋白表達(dá)改變，是否是上皮細(xì)胞改變的結(jié)果或者是對(duì)組織學(xué)的改變促進(jìn)癌變起到重要作用。因此，黏蛋白進(jìn)一步的深入研究將在腫瘤的篩查、診斷和了解腫瘤進(jìn)展和治療中發(fā)揮重要作用。

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〔2015-09-22修回〕

(編輯袁左鳴)

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.81402063)；陜西省教育廳項(xiàng)目(15JK1636)；西安醫(yī)學(xué)院校級(jí)課題(2015DOC09)

通訊作者：彌曼(1960-)，女，教授，主要從事腫瘤藥理學(xué)方面的研究

〔中圖分類號(hào)〕R651.1

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2016)09-2275-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.09.108

1西安醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)教研室

第一作者：張典(1976-)，女，博士，副教授，主要從事腫瘤免疫藥理學(xué)方面的研究