唾液酸Tn抗原與半乳糖凝集素-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR信號通路中的研究進展

張 濤 柯昌興

膀胱癌是泌尿系統最常見的惡性腫瘤之一，近年來其發生率呈上升趨勢，其中男性的發生率和病死率較女性高，且多見于老年男性。淋巴結轉移是其最常見的轉移途徑，且最常轉移至盆腔淋巴結，當合并淋巴結轉移時，患者5年生存率可明顯降低，故了解其發生、發展機制十分重要。研究表明，唾液酸Tn(sialyl Tn,sTn)抗原與半乳糖凝集素-3(Galectin-3)在膀胱癌中高表達，且與不良預后等相關，sTn抗原與Galectin-3可通過PI3K/Akt/mTOR信號通路在膀胱癌的發生、發展中發揮作用。本文就sTn抗原與Galectin-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR信號通路中的進展做一綜述。

一、sTn抗原與膀胱癌

翻譯后修飾是調節細胞蛋白質組的重要機制，對于廣泛的生物學功能至關重要[1]。糖基化是蛋白質翻譯后修飾的方式之一，根據氨基酸鏈接情況，可分為N-糖基化和O-糖基化，其中O-糖基化為絲氨酸/蘇氨酸鏈接。目前認為異常糖基化在腫瘤發生、發展中起著重要作用，尤以O-糖基化最常見。正常細胞發展為成熟的O-聚糖，其第一步為形成Tn抗原，而sTn抗原由Tn抗原過早發生2，6唾液酸化形成，是不完全糖基化過程的產物[2～5]。

使用單克隆抗體對sTn抗原進行研究，發現sTn抗原雖可見于正常人體組織及消化道炎癥部位，但仍較常見于腫瘤組織中，sTn抗原可在多種上皮類型腫瘤中呈現過表達，而在相應的正常組織中則呈低表達或無表達[2～4]。既往研究指出，sTn抗原在膀胱癌中呈現陽性表達，且主要是在腫瘤侵襲區，也可見于臨近侵襲區的癌旁組織中，與未發生轉移的腫瘤比較，sTn抗原過表達在伴有淋巴結轉移的原發腫瘤患者中更常見[6]。

表達sTn抗原的細胞對細胞外基質成分黏附性降低，并表現出較高的遷移率，從而促進轉移[7]。sTn抗原還可通過免疫系統影響細胞識別、細胞周期、凋亡及肌動蛋白細胞骨架動力學等過程，從而減少細胞聚集并增加細胞外遷移、侵襲和轉移等[8]。sTn抗原同時還與耐藥及免疫逃逸相關，此外體外研究表明，sTn抗原會增加細胞的侵襲性[9]。研究發現，通過小干擾RNA(small interference RNA，siRNA)干擾腫瘤細胞，sTn抗原表達下調，轉染后的腫瘤細胞生長、遷移及侵襲受到明顯抑制，且動物實驗研究表明腫瘤sTn抗原的表達有效下調后，小鼠的存活時間明顯延長[10]。相關研究指出，sTn抗原在膀胱癌細胞中增強了腫瘤細胞的遷移和侵襲能力[2]。sTn抗原主要與高級別病變和生存率降低有關，而與疾病的分級和分期無關[6]。另有研究指出，sTn抗原與膀胱癌的分期、分級相關[8]。考慮可能與檢測的標本不同而導致研究結果存在一定的差異。sTn抗原在膀胱癌和癌前病變中高度表達且可在尿液或血清中檢測，在今后臨床工作中，sTn抗原有望作為廣大膀胱癌患者非侵入性檢查的一種選擇，在膀胱癌患者的診療及預后發揮重要作用[8]。

二、Galectin-3在膀胱癌中的作用

Galectin-3是一種相對分子質量為(29～35)kDa的β-半乳糖苷結合蛋白，由人類14號染色體上的LGALS3基因編碼[11,12]。Galectin-3是唯一具有3個結構域的嵌合體半乳糖凝集素，結構域由以下結構構成：①12個氨基酸構成的短N末端獨特區域，含有一個絲氨酸磷酸化位點；②包含脯氨酸、甘氨酸和酪氨酸串聯重復序列的膠原蛋白樣序列，是基質金屬蛋白酶的作用位點；③一個球形C端碳水化合物結構域[11]。Galectin-3存在于細胞質和細胞核中，也可被分泌到細胞外，胞外Galectin-3介導細胞黏附和細胞信號轉導[1，13]。

研究表明，Galectin-3在腫瘤進展及細胞生長、侵襲和轉移中起著重要作用，其過表達與腫瘤細胞的增殖、侵襲和惡性程度等密切相關[14]。Galectin-3可調節腫瘤微環境中的免疫細胞(如使T淋巴細胞凋亡和干擾NK細胞的功能)，幫助腫瘤細胞適應代謝應激，從而促進腫瘤進展[11,14]；通過細胞與細胞或細胞與基質的黏附過程來防止細胞凋亡，也可影響DNA損傷修復反應而使腫瘤進展及阻止細胞凋亡[15]。Galectin-3可通過血管內皮生長因子C誘導腫瘤細胞侵襲，還可與細胞外基質蛋白相互作用而觸發轉移[16，17]。Galectin-3在多種腫瘤中過表達，如甲狀腺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、前列腺癌、膀胱癌等[14,17～19]。Galectin-3過表達可能促進腫瘤細胞代謝從氧化磷酸化向糖酵解轉化，從而幫助腫瘤細胞適應代謝應激；也可通過促進血管生成而增強腫瘤對缺氧微環境的適應，進一步增加缺氧和營養缺乏組織微環境的穩態[11]。

Song等[19]研究指出，Galectin-3參與了肝癌細胞轉移的多種相關過程，如血管生成和上皮間質轉化，Galectin-3過表達可促進肝癌細胞上皮間質轉化，抑制肝癌細胞黏附，使癌細胞喪失細胞間的相互作用，從而使癌細胞的運動性、侵襲性及細胞外基質降解能力增加，進一步促進癌細胞發生轉移。Galectin-3在腫瘤分期、淋巴結轉移狀態及分化程度差異均有統計學意義，且分期、淋巴結轉移狀態差異有統計學意義[17]。而與腫瘤分級無關，這些結果的差異可能與腫瘤類型及使用的技術等相關[16]。

多項研究表明，Galectin-3可作為腫瘤的預后指標，用于評估患者預后[14]。在多種腫瘤的體內外實驗中已證實，通過抑制Galectin-3的表達，可抑制腫瘤細胞生長，促進腫瘤細胞凋亡，減少細胞黏附，增加放化療敏感度[12]。羅樂等[18]研究膀胱癌組織顯示，Galectin-3在膀胱癌組織中表達明顯高于癌旁組織，且與組織學分級、浸潤程度及淋巴結是否轉移等相關，通過轉染siRNA干擾膀胱癌T24細胞Galectin-3的表達，顯示轉染后膀胱癌細胞的增殖、侵襲能力降低，細胞凋亡增加；同樣，Fang等[14]通過轉染siRNA干擾膀胱癌T24細胞，也發現膀胱癌細胞活力降低，且使細胞周期阻滯和凋亡，將不同濃度的修飾柑橘果膠(Galectin-3抑制劑)處理注射有膀胱腫瘤細胞的裸鼠，發現對腫瘤細胞的生長有抑制作用，移植瘤的體積縮小、重量減輕。因此Galectin-3可能成為膀胱癌潛在的治療靶點，在今后的膀胱癌靶向治療中具有重要意義。

三、PI3K/Akt/mTOR信號通路在膀胱癌中的作用

PI3K是一種胞內磷脂酰肌醇激酶，同時具有磷脂酰肌醇激酶和絲氨酸/蘇氨酸激酶雙重活性，能磷酸化3′-OH的肌醇磷脂中的肌醇環，是生長因子受體酪氨酸激酶下游的主要信號轉導成分，此外，激素、細胞因子和細胞外信號也可激活此通路[20]。根據序列同源性和脂質底物偏好的差異，可將其分為3類PI3K(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型)[21]。目前研究最多的為Ⅰ型PI3K，Ⅰ型均具有P110催化亞基，而催化亞基具有多種亞型，如P110α、P110β、P110γ和P110δ[22]。Ⅰ型又分為ⅠA和ⅠB，ⅠA類PI3Ks具有一個P85調節亞基(相對分子質量為85kDa)和一個P110催化亞基(相對分子質量為110kDa)，ⅠA類PI3Ks的P110催化亞基有α、β、γ和δ 4種亞型，分別由PIK3CA、PIK3CB、PIK3CG和PIK3CD基因編碼[23]。ⅠB類PI3Ks催化亞基為P110δ，但不能與P85調節亞基結合。血小板衍生生長因子、表皮生長因子、胰島素樣生長因子等多種配體與受體酪氨酸激酶結合而使PI3K激活[23]，此外，Ras與P110催化亞基識別并結合也可使PI3K激活。激活的PI3K參與了多種細胞過程，如增殖、生長、代謝、轉運及免疫等。異常的PI3K信號通路通過異常調節細胞凋亡、增殖、生長、代謝及細胞骨架重排等多種細胞過程，在驅動腫瘤的發生和發展中發揮了關鍵作用[20]。在肌層浸潤性或轉移性膀胱癌中，研究發現PI3K信號通路頻繁過度激活[22]。

Akt根據其絲氨酸/蘇氨酸殘基不同可分為3種亞型，包括Akt1、Akt2和Akt3[23]。Akt1廣泛存在于組織中，參與細胞生長和存活；Akt2主要存在于肌肉和脂肪細胞中，有助于葡萄糖穩態，而Akt3則存在于大腦和睪丸中[21]。三磷酸磷脂酰肌醇充當第二信使，募集諸如Akt和3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1之類的分子，導致其易位至細胞膜并隨后激活[22]。Akt激活由兩個磷酸化過程組成，第1個磷酸化過程為3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1磷酸化Akt1蘇氨酸308位點，而第2個磷酸化發生在絲氨酸473位點，隨后Akt被激活，激活的Akt轉移至細胞膜或細胞質中，繼續進行調控下游信號分子[21]。該通路在多種細胞過程中參與并發揮重要作用，包括增殖、凋亡、代謝、遷移、侵襲和分化上皮間質轉化等，該通路激活可增強細胞的轉移能力、促進血管生成及引起治療抵抗[24]。

mTOR是一種相對分子質量為289kDa的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于PI3K激酶家族，參與調控蛋白質合成、細胞生長、代謝、增殖及分化等多種細胞過程[21,24]。mTOR由mTOR復合物1和mTOR復合物2構成，是細胞代謝和生長的主要調節因子，在許多病理過程中被激活，如胰島素抵抗、血管生成及腫瘤形成等[21]。mTOR信號通路調控異常可為腫瘤細胞的生長提供能量[24]。

PI3K/Akt/mTOR通路是目前研究最多的腫瘤靶向治療的信號通路之一，該通路參與細胞衰老、血管生成、能量代謝、葡萄糖代謝等復雜調控，且與多種信號通路密切相關[25]。PIK3CA基因突變或擴增常發生在如胃癌、胰腺癌、肝癌、肺癌、婦科腫瘤、頭頸部癌癥、多形性膠質母細胞瘤及血液系統腫瘤等多種實體腫瘤中[20]。21%～25%的肌層浸潤性轉移性膀胱癌中存在PIK3CA基因突變，PIK3CA基因突變最終會導致mTOR信號增強及膀胱癌細胞對凋亡的抵抗[24,25]。PI3K/Akt信號通路調節下游信號傳導和蛋白質合成，當被上游信號激活時，PI3K會激活Akt和PDK1，隨后引起mTOR磷酸化，信號級聯開始于細胞膜上的PI3K激活，然后是絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt細胞膜移位和激活。此外，抑癌基因PTEN功能的喪失同樣導致膀胱腫瘤中mTOR通路激活[24,25]。

四、sTn抗原與Galectin-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR通路中的相關性

PI3K/Akt/mTOR通路對膀胱癌細胞生長和存活至關重要，膀胱癌的轉移、血管生成及治療耐藥性等均被認為與細胞內PI3K/Akt/mTOR信號通路的激活有關[24,25]。李德江等[26]在研究甲狀腺癌時發現Galectin-3通過PI3K/Akt通路發生作用。吳雪艷等[27]研究肝癌細胞時，通過轉入Galectin-3的siRNA，顯示Galectin-3低表達抑制了腫瘤細胞的增殖，且抑制磷酸化Akt和磷酸化mTOR的表達，提示Galectin-3通過PI3K/Akt/mTOR發揮作用。根據以上研究猜測該通路在膀胱癌的發生、發展中仍然發揮著重要作用，該通路發生改變時會導致膀胱癌細胞對細胞凋亡產生抵抗。Oka等[28]在膀胱癌細胞研究時，通過轉入含有Galectin-3 cDNA的載體，使其表達升高，升高的Galectin-3進一步增強了PI3K/Akt活性，提示Galectin-3通過該通路發揮作用，這些結果均表明，Galectin-3與PI3K/Akt信號通路具有相關性。此外，sTn抗原與PI3K/Akt/mTOR通路也存在一定聯系，且相關研究進一步指出在膀胱癌中Galectin-3可協同sTn抗原在PI3K/Akt通路中發揮作用[24,28,29]。

五、展 望

sTn抗原與Galectin-3廣泛分布于人體組織中，在免疫、炎癥和纖維化中發揮著重要作用，另有研究指出當其失活時，可提高腫瘤對化療的敏感度，但目前對于sTn抗原與Galectin-3協同作用于PI3K/Akt/mTOR信號通路在膀胱癌中的研究仍不清楚，需要更多的研究加以證實[30]。隨著研究的進一步深入，sTn抗原與Galectin-3可通過PI3K/Akt/mTOR信號通路成為治療膀胱癌的新靶點。