Galectin-4與腫瘤相關性的研究進展*

王李秦，魏緒倉

(1.西安醫學院，西安 710068；2.陜西省人民醫院血液病研究室，西安 710068)

目前發現的半乳凝集素(galectins)共有15個家族成員，廣泛存在于各種生物體內，包括脊椎動物、無脊椎動物，甚至原生生物中[1]。每個galectin都含有1個或2個糖識別結構域(CRD)，根據CRD組成的不同可將galectins分為3個亞家族：①原型galectin：含有一個CRD，包括galectin-1，2，5，7，10，11，13，14，15；②串聯重復型galectin：含兩個不同但同源的CRDs，包括galectin-4，6，8，9，12；③嵌合型galectin：只有Galectin-3，它含有一個C末端的單一CRD結構域和一個長的N末端結構域。其中，galectin-4廣泛表達于各種正常組織和腫瘤組織中，參與多種生理和病理過程，如細胞增殖、凋亡、黏附、信號轉導、免疫應答、炎癥反應的激活及前體mRNA剪接作用的調節[2-5]。本文將從galectin-4的生物學特性開始探討，闡明它與各系統腫瘤之間的關系。

1 galectin-4的生物學特性

galectin-4屬于串聯重復型galectin，是一個32KDa的糖蛋白，隸屬于動物外源凝集素家族。galectin-4由β-半乳糖苷與2個保守的結構域組成，這也是第一個發現的在一個多肽鏈中有兩個糖識別域的半乳凝集素亞家族成員。正如串聯重復型galectin的特點，這2個識別域不同但卻同源的結構域分別為：CRD1(N端)和CRD2(C端)，每個CRD大約有130個氨基酸殘基，它們的平均分子量在16-17kDa，這些殘基富含脯氨酸和甘氨酸，并且對組織蛋白酶敏感[6]。但是所有的氨基酸序列只有40%一致[7]，這導致兩個CRD的黏連特異性完全不同，因此可以結合不同的配體。在基因層面，galectin-4是由單基因LGALS4編碼的，與蛋白質一致[8-9]。

galectin-4這個難溶的細胞成分穩定存在于細胞膜的微絨毛上，幫助細胞進行脂質轉運及在低蛋白環境中生存。因其在細胞間及細胞膜上的這種穩定性，它的表達一直被當作上皮細胞分化的標記[10-11]。盡管galectin大部分成員均經過非經典途徑向胞外分泌，但體外研究表明galectin-4可能參與了頂端膜泡運輸[12]，因此，即使它不像其它絕大多數galectin成員一樣具有特異的定位序列，但也可在細胞質及細胞核中發現它的蹤影[13]。

在健康的個體中，galectin-4主要表達于胃腸道的上皮細胞腔內，其作為一種先天性免疫介質，具有殺菌活性[14]。但目前發現其只能殺死可表達血型抗原的大腸埃希菌(E.Coli)，對其他不表達血型抗原的細菌并沒有殺傷作用。這種殺傷作用是通過CRD2結構域介導的，反應迅速，同時沒有補體依賴性，E.Coli可能會產生針對這些抗原的自身特異性抗體，最終導致免疫紊亂。眾所周知，ABO血型的形成是一種自然免疫抑制的過程，而E.Coli的表面抗原與人血型B抗原相同，我們已經知道galectin-4上的CRD2可以與B血型的碳水化合物緊密結合[15]，因此推測galectin-4可能是通過與E.Coli表面的碳水化合物結合來破壞膜的完整性和細菌的運動，從而直接將其殺死[16]。然而，galectin-4的殺菌效力并不是特異針對血型B抗原，還對另一種大腸埃希菌表達的表面碳水化合物α-1，3-半乳糖有殺菌作用[14]，這倒提示我們對其病原體的免疫作用可能都是以識別表明碳水化合物為前提的。

而galectin-4在腸道炎癥中的作用卻存在很大爭議。目前的實驗性結腸炎模型研究大致分為兩組[17]：體細胞突變型結腸炎與野生型結腸炎。galectin-4一方面可通過直接刺激體細胞突變型結腸炎模型中的CD4+T細胞產生白介素-6(IL-6)[18]，另一方面可以通過與免疫突觸的結合來與CD4+T細胞相互作用，通過激活蛋白激酶C(PKC)相關途徑來刺激IL-6的產生。IL-6是眾所周知的炎性細胞因子，在黏膜屏障受損或黏膜損傷的情況下可加劇腸道炎癥。此外，IL-6還可通過激活STAT3信號通路來增加B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)和B細胞淋巴瘤(Bcl-xl)的表達，從而抑制CD4+T細胞的凋亡，進而加快炎癥進展[19-21]。但PACLIK等[22]卻發現在野生型結腸炎模型中galectin-4可以與T細胞表面的CD3抗原表位結合，通過鈣蛋白酶依賴的方式促進T細胞的凋亡并減少包括IL-6，IL-8，IL-10和IL-17細胞因子的分泌，從而改善炎癥。最近發現一種可誘導的腸炎相關的糖蛋白(CAG)可能是腸道發生炎癥時galectin-4的配體[23]。然而，具體哪些配體與galectin-4有特異性的結合，以及galectin-4在腸道炎癥中的作用還需要進一步的研究來確定。

2 galectin-4在人體不同腫瘤組織中的表達

免疫組化實驗研究發現galectin-4在不同惡性腫瘤組織中均有表達。但不同惡性腫瘤中的galectin-4表達情況不一。結腸癌(colorectal cancer，CRC)是galectin-4在腫瘤方面研究最多的腫瘤。RECHRECHE等[10，24-25]發現與正常的結腸組織相比，galectin-4在CRC的表達顯著降低，并且這種降低可能會促進細胞增殖、遷移和運動，從而影響腫瘤的進展和轉移。之后DELACOUR等[26]又進一步發現galectin-4在原位癌中的表達要比轉移性腫瘤高。這些都提示galectin-4可能具有結腸腫瘤抑制作用。細胞內的galectin-4被證實具有調節細胞增殖、凋亡、分化的作用，而胞外的galectin-4則具有介導細胞間的黏附作用[7，27]。有觀點認為galectin-4對腫瘤的抑制作用可能是因為癌細胞之間以及癌細胞與鄰近基質之間的黏附力減弱從而延緩了腫瘤的進展[28]，但具體機制仍需進一步的研究證實。也有研究者認為galectin-4是通過促進血管新生及免疫逃逸等途徑控制腫瘤進展的[13，26，29]。目前認同度較高的兩種通路學說分別為Wnt/β-連環蛋白信號通路和IL-6/NF-kB/STAT3信號通路。SATELLI等[24，30]發現galectin-4作為CRC抑制因子參與了WNT信號通路，在CRC細胞中，galectin-4通過交聯Wnt信號通路蛋白(APC，軸蛋白和β-連環蛋白)，促進細胞質中β-連環蛋白的退化從而導致β-連環蛋白無法進入細胞核去激活Wnt目標基因，從而下調并抑制細胞增殖、遷移。而IL-6/NF-kB/STAT3信號通路提出，galectin-4是通過下調IL-6，同時反過來抑制CRC中的核因子κB(NF-κB)的活化和轉錄激活因子(STAT3)的激活[10，31]，使得血管內皮生長因子(VEGF)水平、環氧化酶-2(cox-2)和其他參與腫瘤發生相關基因下調，從而抑制腫瘤的發展[32]?？偟膩碚f，galectin-4與CRC呈負相關性，具體是哪種通路學說抑制了腫瘤的進展還有待進一步研究。

而在胰腺癌患者的組織中，BAUER等[33]發現與正常胰腺組織相比，胰腺囊性腫瘤和胰腺導管腺癌中的galectin-4明顯高表達，提示其可能參與了促進胰腺腫瘤的發生、發展過程。而MAFTOUH等[34]卻發現，在有galectin-4存在的胰腺癌細胞中β-連環蛋白水平在減少，這一結果也耦合了Wnt/β-連環蛋白信號通路機制。但具體在胰腺癌患者中，galectin-4的表達情況如何還需要大樣本多中心的實驗支持。

在肝癌患者中，CAI等[35]發現與初發型肝細胞癌患者相比，galectin-4在早期復發型/轉移型肝癌患者中水平明顯下降。galectin-4的低表達與腫瘤大小、微血管的浸潤、惡性分化程度、晚期TNM分期和預后不良均有關。此外還發現，血清galectin-4水平可能會因為感染乙型肝炎病毒而顯著升高。因此提出galectin-4表達與肝癌進展密切相關并可能成為判斷肝癌患者預后的生物標志物。

在肺癌的研究中，LEMJABBAR-ALAOUI等[36]在2006年已提出吸煙誘發的腫瘤與Wnt通路發生有關，但關于galectin-4與吸煙誘發的腫瘤這兩者之間是否存在關系，目前還未有定論。2013年HAYASHT等[37]通過對148例肺腺癌標本進行實驗認為galectin-4可能成為肺腺癌淋巴結轉移的獨立預測因子之一，并與不良的臨床結果相關[38-39]，但具體機制還不清楚。

在對尿路上皮癌(urothelial carcinoma，UC)患者組織研究中，WU等[39]分析了LGALS4的甲基化和基因表達及其在UC中的臨床相關性和生物學功能。他們使用定量甲基化-特異性PCR法測定了79例UC患者的腫瘤樣本中LGALS4的甲基化水平，得到啟動子甲基化的LGALS4表達與高水平的腫瘤組織學分級和伴有淋巴結轉移的T分期之間具有正相關(P≤0.001)。此外，LGALS4超甲基化是UC患者生存質量低下的獨立預測因子(P<0.05)。這表明galectin-4抑制了UC的生長、遷移和侵襲。因此，galectin-4可以作為腫瘤抑制基因在UC進展中發揮作用。

3 結語

galectin-4作為半乳凝集素家族成員，近幾年對其分子結構及生理功能的研究大大增加了對其在某些疾病中潛在角色的理解。雖然目前發現了它的低表達與多種腫瘤的預后不良有關，但具體機制仍不清楚。隨著對其作用及機制的進一步研究，發現其與腫瘤發生發展之間的相關性，讓galectin-4成為某些腫瘤診斷及判斷預后的標志物是我們研究的方向。