半乳糖凝集素3與乳腺癌的研究進展

陳雨秋綜述，周國華，顧 軍審校

0 引 言

半乳糖凝集素3(galectin-3，Gal-3)，是糖粘合蛋白家族的一員，在腫瘤細胞、巨噬細胞、上皮細胞、成纖維細胞、激活的T細胞表面等表達。Gal-3基因位于染色體14q21～22，由6個外顯子、5個內(nèi)含子組成，Gal-3可以在細胞表面表達，也可以被分泌到細胞外。Gal-3結構主要包括：①含有絲氨酸磷酸化位點的NH2末端結構域；②可被基質(zhì)金屬蛋白酶切割的膠原蛋白樣序列；③COOH末端，含有一個碳水化合物識別結構域和B淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)家族的NWGR抗死亡序列[1]。其在胞質(zhì)中由游離的核糖體合成，能被轉(zhuǎn)運到細胞核、線粒體等細胞器中，并通過小泡分泌到細胞外。細胞外的Gal-3可以通過與細胞表面結合或內(nèi)吞的作用再次進入細胞發(fā)揮作用。

1 Gal-3與腫瘤

Gal-3通過細胞內(nèi)外的多種途徑影響腫瘤的發(fā)生，進展和轉(zhuǎn)移[2-3]。Gal-3在多種腫瘤中都是高表達的，如膠質(zhì)母細胞瘤、甲狀腺乳頭狀癌、腎癌、肝癌、胰腺癌、前列腺癌等。眾多學者認為Gal-3在癌癥的診斷和治療方面存在很大的研究價值。

1.1 Gal-3在腫瘤組織中定位在腫瘤組織中，Gal-3可以在腫瘤細胞核、細胞質(zhì)、細胞外基質(zhì)以及循環(huán)中被檢測到，不同定位的Gal-3具有不同的功能[4-5]。如在巨噬細胞中，位于T 細胞內(nèi)的Gal-3可以明顯抑制T細胞的凋亡, 從而增強T 細胞的免疫功能, T細胞外的Gal-3 有明顯的促凋亡作用。并且不同的細胞表達Gal-3的意義也是具有特異性的，如腫瘤細胞、巨噬細胞、單核細胞等過表達Gal-3所表示出的效應均是不同的[6-8]，腫瘤細胞過表達Gal-3通常表現(xiàn)為增強的細胞侵襲性和抗凋亡性，過表達Gal-3可以增強單核細胞衍生的纖維細胞分化。巨噬細胞大量表達的Gal-3 可增強下游中性粒細胞的胞吞作用從而起到促炎作用，還可增強巨噬細胞的胞吞能力, 清理中性粒細胞以防止過度炎癥反應[9]。巨噬細胞通常分為M1或M2類型，并且大多數(shù)腫瘤相關巨噬細胞在腫瘤微環(huán)境中已顯示出M2樣表型。通常，M1巨噬細胞被認為具有炎癥和細胞毒性功能，而M2巨噬細胞具有抗炎和促進傷口愈合的作用，Gal-3可以調(diào)節(jié)巨噬細胞向M2型分化[10]。這意味著想要簡化Gal-3在腫瘤中的作用是很困難的，Gal-3在細胞定位的不同或者所處細胞種類的不同可以產(chǎn)生不同甚至完全相反的效應。

1.2 Gal-3與腫瘤細胞的凋亡Gal-3的主要功能包括調(diào)節(jié)細胞的生長和凋亡，使得細胞在G1期停滯，下調(diào)細胞周期蛋白E、細胞周期蛋白A的表達，同時上調(diào)抑制蛋白的水平，增加G1早期的細胞周期蛋白D1的表達并且激活相關激酶。不同類型的DNA損傷可以觸發(fā)同源結構域相互作用蛋白激酶2(home domain interacting protein kinase 2,HIPK2)活化并誘導p53介導的Gal-3表達抑制[11]，p53以及HIPK2的異常表達就會導致Gal-3的活化，抑制細胞凋亡。并且Gal-3還可以影響許多其他信號通路，包括一些重要的癌基因如RAS，BCL2和MYC等[12-13]。

1.3 Gal-3與腫瘤組織血管生成與免疫Gal-3可以通過與巨噬細胞、單核細胞等表面特定受體結合，控制免疫細胞的活化、分化和存活，降低腫瘤組織中活化T細胞的數(shù)量與功能，并且抑制NK細胞的作用。并且Gal-3在腫瘤微環(huán)境中形成晶格，與細胞基質(zhì)相互作用，捕獲干擾素γ、白介素12、白介素2、白介素10等細胞因子，進而抑制相關趨化因子的表達，如趨化因子CXCL9/10等，進一步促使腫瘤的免疫逃逸[14-15]。Gal-3也可以通過與其配體的結合激活下游通路或維持相關巨噬細胞促血管生成能力來調(diào)節(jié)血管生成能力。

1.4 Gal-3在腫瘤中的相互作用蛋白Gal-3可以與腫瘤中多種蛋白質(zhì)相互作用，包括細胞外基質(zhì)中蛋白以及腫瘤細胞表面蛋白。細胞外基質(zhì)中蛋白主要包括層粘連蛋白、纖維連接蛋白等，Gal-3與細胞外基質(zhì)中的蛋白相互作用增強了細胞的粘附性，有利于癌栓的形成。腫瘤細胞表面蛋白包括糖黏連蛋白1(mucin1，MUC1)、整合素1、整合素β4、半乳糖凝集素3結合蛋白(galectin-3 binding protein，Gal-3BP)等。在乳腺癌細胞中，Gal-3與MUC1結合可以促進人類表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)通路的激活，并進一步促進細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶、SP1基因的表達，促進血管生成并增強腫瘤細胞的侵襲性[16]。胰腺癌中胰腺星狀細胞自分泌Gal-3[17]，通過Gal-3與整合素1的相互作用，激活整聯(lián)蛋白相關激酶-核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)-白介素8軸促進胰腺癌的原位腫瘤生長和轉(zhuǎn)移[18]。在人皮膚鱗狀細胞癌中，Gal-3與整合素β4相互作用激活磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositide 3-kinase, PI3K)/ 蛋白激酶B通路，促進腫瘤的發(fā)生與進展[19]。Gal-3BP是Gal-3的天然配體，可以誘導腫瘤細胞的聚集增強轉(zhuǎn)移性，但具體的機制尚沒有明確的研究指出。

1.5 Gal-3與腫瘤轉(zhuǎn)移Gal-3的過表達導致了腫瘤細胞侵襲性增加，其與層粘連蛋白等的結合增加了癌栓形成的風險，增大了腫瘤轉(zhuǎn)移負荷。同時細胞外晶格的形成能夠調(diào)節(jié)腫瘤細胞的整聯(lián)蛋白和受體酪氨酸激酶信號傳導，促進腫瘤細胞遷移[20]。大多數(shù)學者認可Gal-3過表達會增加轉(zhuǎn)移風險，但也有少數(shù)研究表明Gal-3可以誘導單核細胞衍生纖維化，從而抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移[21]。

1.6 Gal-3在不同腫瘤中的研究Gal-3與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展有很大的相關性，如肺癌、乳腺癌、甲狀腺癌、胰腺癌等[22]。許多研究表明Gal-3可以作為預測癌癥的診斷、預后的一個指標。Gal-3與腫瘤的相關性一直是研究的熱點。Gal-3在甲狀腺癌中的表達高于甲狀腺良性結節(jié)，可以用于甲狀腺癌不確定細胞學檢查的指標[23]，并且已經(jīng)經(jīng)過臨床驗證，并在多個國家和地區(qū)使用[24]。Gal-3的高表達也是肺癌不良預后的預測因子，與癌栓形成、定植能力增強相關[25]。Gal-3的高表達還與KRAS基因的激活相關，Gal-3可以作為KRAS高表達的肺癌、胰腺癌的治療靶標[26]。Gal-3還可以通過激活Notch通路抑制骨轉(zhuǎn)移癌細胞的成骨細胞分化，并且作為腫瘤骨轉(zhuǎn)移的標志物[27]。

2 乳腺癌與Gal-3

乳腺癌是世界范圍內(nèi)女性最常見的惡性腫瘤，在我國的發(fā)病率也日益提升，已經(jīng)成為女性死亡率最高的腫瘤之一，嚴重威脅著中國女性的生命[28]。Gal-3與乳腺癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移也有著很重要的關系。在此我們著重介紹近期相關的文獻，探索Gal-3在乳腺癌治療、預測方面的意義及可行性。

2.1 Gal-3與乳腺癌診斷多項研究均表明，對比健康人群乳腺癌患者的腫瘤組織及血清中Gal-3均是過表達的，為了證實其與乳腺癌的相關性，有學者篩選了一組復雜的自身抗原包括Gal-3，MUC1，線粒體內(nèi)膜自噬受體，甘油激酶2和CA153進行造模，并通過這組抗原對乳腺癌患者及正常人進行模型的驗證，發(fā)現(xiàn)該模型在早期BC診斷中的敏感性為87%，特異性為76%[29]。這提示Gal-3的檢測或許可以作為乳腺癌診斷的指標之一。

2.2 Gal-3與乳腺癌預后三陰性乳腺癌預后較差、死亡率更高[30-31]，研究發(fā)現(xiàn)Gal-3在三陰性乳腺癌中具有相對較高的表達水平，并且是該疾病的潛在標志物，Gal-3的過表達預示著預后較差，通過Cox回歸分析未發(fā)現(xiàn)Gal-3過表達是乳腺癌的獨立預后因素，但與化療耐藥相關[32]。其他研究也證實了乳腺癌組織中的Gal-3水平較高，且Gal-3的高表達水平與較短的中位生存時間和總體生存時間呈正相關，通過siRNA干擾使Gal-3沉默顯著降低了MDA-MB-231的細胞活力，并增加了凋亡細胞的數(shù)量[33]。

但也有學者提出不同的觀點，2016年有學者發(fā)現(xiàn)在接受基于阿霉素化療的87例淋巴結陽性乳腺癌患者隊列中，乳腺癌腫瘤組織Gal-3的低表達與晚期局部區(qū)域浸潤和不良生存相關，Gal-3高表達的無復發(fā)生存率、疾病特異性生存率更好，并且發(fā)現(xiàn)Gal-3的缺失會增加乳腺癌的功能性癌癥干細胞特性，主要包括自我更新能力、乙醛脫氫酶活性以及耐藥性，上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)相關蛋白也會呈現(xiàn)低表達，并且低表達的乳腺癌癌癥干細胞在體內(nèi)具有更高的致瘤性[34]。

但是由于目前已知的臨床實驗例數(shù)都較少，缺乏很好的可信度。并且這些研究缺乏深層次的分層分析，如分子分型、年齡等，不同的分子分型很有可能會導致產(chǎn)生的結果不同甚至相反。

2.3 Gal-3與乳腺癌轉(zhuǎn)移Gal-3BP是一種大型的超糖基化蛋白，是Gal-3的天然配體，可以誘導Gal-3介導的腫瘤細胞聚集，從而在轉(zhuǎn)移過程中增加血液中癌細胞的存活率，乳腺癌患者血清Gal-3BP超過11μg /毫升提示轉(zhuǎn)移和預后不良[35]。同時Gal-3的過表達誘導了EMT，促進了癌栓的形成，增強了乳腺癌腫瘤細胞的侵襲性，增加乳腺癌轉(zhuǎn)移的風險[36]。Gal-3在三陰性乳腺癌細胞系MDA-MB-231中被證實可以通過Gal-3/磷酸化小窩蛋白-1/RhoA信號軸，介導生長因子激活下游的整合素信號傳導，導致轉(zhuǎn)移癌細胞肌動蛋白和基質(zhì)重塑以及腫瘤細胞遷移[37]，但有趣的是這個通路在最常用來研究的宮頸癌Hela細胞系中并不存在，這說明Gal-3在不同類型的腫瘤細胞中可能起到的功能是不同的。而對于非腫瘤細胞，Gal-3的表達起到的作用也是不一樣的，它可以增強單核細胞衍生的纖維細胞分化，抑制乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移[38]，但是它與血小板糖蛋白的相互作用，可以促進免疫受體酪氨酸激活基序信號觸發(fā)血小板活化，有利于腫瘤細胞的外滲，促進乳腺癌以及結腸癌的轉(zhuǎn)移[39]。單純的通過研究細胞模型來確認Gal-3與轉(zhuǎn)移的關系可能由于細胞種類不同產(chǎn)生全然相反的結果，這意味著可能在動物模型的研究或者臨床實驗的展開是必要的。

一項臨床實驗對Gal-3與轉(zhuǎn)移進行了研究，通過招募52名乳腺癌患者和35名年齡匹配的健康對照，ELISA法檢測血清中Gal-3濃度，乳腺癌患者血清Gal-3水平顯著高于對照組，用于預測乳腺癌的Gal-3的臨界值確定為≥3.17 ng/mL，但是有和沒有轉(zhuǎn)移性疾病的乳腺癌患者之間的Gal-3水平?jīng)]有顯著差異。Gal-3水平與患者淋巴結情況，激素受體，淋巴血管侵犯情況，E鈣黏蛋白水平，月經(jīng)情況，病理分期，血清凝血標志物均沒有顯著相關性，Gal-3可能并不能作為轉(zhuǎn)移的預測指標[40]。但由于例數(shù)過少，其準確性有待考證。

有學者發(fā)現(xiàn)重組人ST6唾液酸轉(zhuǎn)移酶2(ST6GalNAc2)的沉默可改變腫瘤細胞表面O-聚糖(蛋白聚糖中O鏈接的寡糖鏈)的分布，促進腫瘤細胞與Gal-3的結合，增強腫瘤細胞在轉(zhuǎn)移部位的保留和栓子的形成，從而導致轉(zhuǎn)移負擔增加，而這種事件可以被Gal-3抑制劑完全阻斷，通過監(jiān)測ST6GalNAc2表達可以將乳腺癌患者分層，篩選出適合Gal-3抑制劑治療的患者[41]。這意味著Gal-3抑制劑可以用于乳腺癌患者的治療，但是受益人群需要特殊的鑒別。

2.4 Gal-3與乳腺癌治療乳腺癌的治療主要包括局部治療(手術、放療)以及全身治療(化療、內(nèi)分泌治療等)，目前尚沒有證據(jù)表明Gal-3與手術以及放療存在相關性，但是Gal-3的過表達會影響乳腺癌的化療。2019年發(fā)表的一篇系統(tǒng)評價中指出Gal-3的高表達與乳腺癌化療藥物耐藥相關，包括順二氨二氯鉑、三氧化二砷、4羥苯基視黃酰胺，而有趣的是，缺乏Gal-3表達的乳腺癌細胞均表現(xiàn)出對依托泊苷，卡鉑和絲裂霉素的耐藥性增加，這有可能是與Gal-3對DNA損傷及修復的作用相關[42]。不同化療藥物療效與Gal-3表達存在特異性關系。

Gal-3的過表達在乳腺癌中主要顯示出了增強的增殖性、侵襲性以及內(nèi)皮轉(zhuǎn)移性。其在乳腺癌中促血管生成的作用主要是由于Gal-3的N端中可被金屬基質(zhì)蛋白酶9切割，隨后在腫瘤微環(huán)境中釋放，與腫瘤細胞表面MUC1結合，增加EGFR同源或異源二聚體的形成，延長了EGFR的激活與轉(zhuǎn)導和促進了Sp1的激活，同時Gal-3與MUC1的相互作用觸發(fā)β鈣黏蛋白的募集促進血管的生成，并且促進癌細胞與血管內(nèi)皮細胞的粘附增加轉(zhuǎn)移[43]。EGFR的激活下調(diào)了mirRNA322的表達從而增強了Gal-3的轉(zhuǎn)錄穩(wěn)定性并且促進BCL-2、胰島素樣生長因子1受體的表達，抑制腫瘤細胞的凋亡并增強了侵襲性[44]。Gal-3抑制劑以及EGFR抑制劑吉非替尼的使用可以逆轉(zhuǎn)這些作用[45]。

但是除了EGFR相關靶向治療藥物，沒有研究表明Gal-3與其他靶向治療的關系，如PI3K、人表皮生長因子受體-2、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白、乳腺癌易感基因等靶向治療的相關性，由于Gal-3在其他許多腫瘤中都被證實可以激活多種信號通路(Notch、p53、NF-κB等)，這些通路的異常激活就很有可能會導致靶向藥物的耐藥。已有研究證實Gal-3與Na / K -ATPase相互作用并誘導P糖蛋白磷酸化，可能導致多種藥物的敏感性下降，Gal-3抑制劑與多種藥物聯(lián)合使用的效果可能會優(yōu)于單一藥物，如阿霉素[46]。目前Gal-3的抑制劑小分子果膠已經(jīng)在國內(nèi)上市，未作為藥用，有研究證實小分子果膠對腫瘤的治療存在一定療效，在卵巢癌細胞中Gal-3通過抑制Toll樣受體4與小窩蛋白-1相互作用從而誘導紫杉醇耐藥，Gal-3抑制劑與紫杉醇聯(lián)用療效優(yōu)于紫杉醇單藥并且降低紫杉醇用量[47]。而在乳腺癌中尚沒有很好的報道。

Gal-3抑制劑或許也可以作為乳腺癌輔助治療的輔助項目，這或許可以成為后續(xù)研究的一大熱點。

3 結 語

通過文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，近5年來Gal-3與乳腺癌相關的文獻較少，臨床性研究通常由于其納入樣本例數(shù)太少而有一定的局限性，但不可否認的是Gal-3在乳腺癌患者中是高表達的，并且與預后存在一定的關系，但具體是哪一部分的患者與Gal-3關系最密切仍舊沒有一個很好的定論，大多數(shù)基礎實驗都證實Gal-3通過各種方式(包括抑制細胞凋亡、DNA修復、EMT等)來增乳腺癌細胞的活性與侵襲性，Gal-3的抑制劑的使用或許可以作為一種輔助治療，但究竟哪一部分患者適合這種輔助治療還需要進一步的研究。