MUC16在卵巢癌发生发展中的研究进展

陈昕，汪希鹏

MUC16在卵巢癌发生发展中的研究进展

陈昕，汪希鹏△

MUC16，又名CA125，是一种表达于各类上皮细胞表面的高分子量糖蛋白，主要发挥保护和修复上皮的作用。MUC16是早期诊断上皮性卵巢癌的重要肿瘤指标，广泛应用于临床。近来研究发现，MUC16的异常表达与卵巢癌的不良预后和发生发展密切相关。MUC16可以通过与间皮素结合促进卵巢癌远处转移，可以通过抑制肿瘤细胞和免疫细胞形成免疫突触帮助卵巢癌细胞实现免疫逃逸。MUC16还可以通过在卵巢癌中的过表达来影响肿瘤细胞的上皮间质转化（EMT）、增殖、迁移和转移，促进卵巢癌的发生发展。尽管有关MUC16与卵巢癌的研究逐渐取得进展，但MUC16的生化结构及其在卵巢癌中具体作用机制仍处于研究阶段。综述MUC16的生化结构及其在卵巢癌细胞的免疫逃逸和卵巢癌增殖、迁移、侵袭和转移中的研究进展，旨在为卵巢癌的治疗提供新的靶点。

卵巢肿瘤；CA-125抗原；黏蛋白类；肿瘤逃逸；肿瘤转移；MUC16

卵巢癌（ovarian cancer）是死亡率最高、预后最差的妇科恶性肿瘤［1］，严重威胁着妇女的生命。90%的卵巢癌为上皮性卵巢癌（epithelialovarian cancer，EOC）［2］。目前，CA125是临床上应用最为广泛的早期诊断EOC的重要血清标志物。CA125自1981年被发现以来［3］，其临床应用方面的研究很多，但迄今为止，CA125的具体生化结构和生物学作用尚未明了，一定程度上限制了其在临床应用上的进一步发展。直至2001年研究者们才发现，黏蛋白16基因（Mucin16，MUC16）是编码CA125的基因［4］。MUC是一种由各类上皮细胞表达的高分子量糖蛋白，其在上皮细胞表面发挥保护和修复上皮的作用［5］。根据结构和细胞表面分布位置的不同，MUC家族可分为分泌型MUC和跨膜型MUC，其中MUC16属MUC家族中的跨膜型MUC［5］。研究发现，80%的EOC患者血清MUC16水平升高［6］。此外，肿瘤基因组计划（The Cancer Genome Atlas，TCGA）中针对卵巢癌的项目研究也发现，无论是编码MUC16的基因扩增还是MUC16 mRNA的过表达都与卵巢癌患者的不良预后密切相关［7］，这表明异常升高的肿瘤标记物MUC16可能在卵巢癌的发生发展中发挥了重要作用。

1 MUC16/CA125的结构特征

MUC16作为MUC家族中最大的糖蛋白，其基因位于人染色体19p13.2，由179 kb基因组DNA编码，共编码了22 152个氨基酸［8］。通过对MUC16分子克隆发现，MUC16是一种分子质量3 000～5 000ku的黏蛋白样糖蛋白［4，9-10］，属于Ⅰ型跨膜型MUC。与MUC家族中其他跨膜型MUC类似，MUC16由三部分结构组成，由内向外依次为羧基端（C端）结构域、串联重复段结构域以及氨基端（N端）结构域［4，9］。C端结构域，也就是跨膜结构域，是最小的一部分，由284个氨基酸组成，可继续细分为胞外段、跨膜段和胞质尾端（cytoplasmic tail，CT）。CT是由32个氨基酸所组成，这些氨基酸为磷酸化提供了潜在位点。目前认为在特定条件下CT可被磷酸化，从而促进MUC16从胞膜上脱落［9，11］，但这一观点还有待进一步研究证实。N端结构域则是由12 068个氨基酸组成［10］，该结构域含有若干丝氨酸和（或）苏氨酸以及天门冬氨酸，其中天门冬氨酸可能是O-连接和N-连接糖基化的潜在位点［8，10］。串联重复段结构域是MUC家族中所有MUC共同具有的特征性结构，MUC16的串联重复段结构域可由18～60个重复序列构成，每个重复序列包含156个氨基酸，这些重复序列富含丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸。重复序列的重复数量不同导致了MUC16具有多种不同亚型，这可能是导致MUC16功能异质性的原因所在［12］。串联重复段结构域也有着广泛的糖基化位点，有研究认为，该结构域可与其他糖蛋白相互作用而激活各种不同的信号通路［13］，从而在肿瘤中发挥不同的生物学作用。另外串联重复段结构域的重复序列之间还会穿插有富含海胆精子蛋白、肠激酶和聚集蛋白的（seaurchin sperm，enterokinase，and agrin，SEA）结构域。SEA结构域可能在糖蛋白的识别和相互作用中发挥了重要作用。目前已证实人MUC16携带有16个SEA结构域［14］，相对于MUC家族中一些其他只含有1个或几个SEA结构域的MUC而言，含有如此多数量SEA结构域是MUC16独有的特征［15］。另外从C端起第2个SEA结构域与其他只含有1个SEA结构域的黏蛋白亚型的SEA结构具有相同的序列，因此认为该SEA结构域是潜在的蛋白酶切割位点，蛋白水解酶可能通过该位点使MUC16的胞外部分从细胞膜上脱落游离至血清中，从而在血清中检测到，但这一观点还有待进一步研究证实。对于能与OC125抗体特异性结合的CA125抗原决定簇，Maeda等［15］推测CA125抗原决定簇位于SEA结构域的第58～77个氨基酸间，并且每一个SEA结构域可携带一个CA125抗原决定簇。此外也有研究认为，相对于连续性抗原结构，CA125抗原决定簇可能是一种更倾向于非连续性、依赖于蛋白二级构象的抗原［12］。由于MUC16结构复杂，目前对其认识有限，MUC16的完整结构仍需进一步探索。

2 MUC16在卵巢癌中发挥的生物学作用

作为分子质量最大的跨膜型MUC，MUC16可在角结膜上皮、上呼吸道上皮、人体腔上皮（胸膜腔、腹膜腔和盆腔）、内脏上皮（胰腺、膀胱、肾脏、唾液腺等）以及人生殖器官上皮表达，发挥润滑、保护和修复上皮的作用［16-17］。随着研究的深入，研究者们发现MUC16除了可以作为肿瘤标志物，其在EOC细胞免疫逃逸和EOC发生发展中也发挥了重要作用。

2.1 MUC16与间皮素研究发现，MUC16可以与表达于人体腔间皮细胞表面的间皮素相互作用［18］。间皮素作为早期胰腺癌的生物标志物，高表达于间皮瘤、胰腺癌和卵巢癌等多种肿瘤［19］。目前认为MUC16与间皮素的相互作用与卵巢癌的远处转移密切相关，尤其在卵巢癌的腹腔转移，间皮素可通过识别MUC16表面的糖类配体使卵巢癌细胞黏附于表达有间皮素的潜在远处转移部位，从而有利于卵巢癌远处转移灶的形成［20］。MUC16上N-连接型糖侧链以及间皮素的N端结构域是两者结合的关键部位，当这两个结构被阻断或去除后，MUC16和间皮素的结合能力就被减弱［21］。这些发现为MUC16与间皮素结合抑制剂的研发提供了理论基础，对抑制卵巢癌远处转移药物的研发有着深远的意义。目前，已有1种可以与间皮素特异性结合，阻断MUC16-间皮素依赖的细胞黏附作用的单克隆抗体MORAb-009正处在Ⅱ期临床试验阶段［22］。除了间皮素，MUC16还可能通过与E-选择素和L-选择素结合来影响EOC的远处转移［23］，但该部分研究较少，仍有待深入研究。

2.2 MUC16与卵巢癌细胞的免疫逃逸大量研究发现卵巢癌可以利用各种机制逃避机体对肿瘤细胞的免疫监视和杀伤，其中有效的免疫监视和杀伤有赖于免疫细胞与肿瘤细胞之间的密切接触所形成的免疫突触［24］。MUC16作为表达于卵巢癌细胞表面的高分子量糖蛋白，是卵巢癌发生免疫逃逸相关分子机制之一。研究发现，MUC16可通过抑制自然杀伤（natural killer，NK）细胞、B细胞和单核细胞的活性，抑制免疫突触形成，实现肿瘤细胞的免疫逃逸［25］。唾液酸结合性免疫球蛋白样凝集素家族（Sialic acidbinding Ig-like lectin，Siglec）是一种特异性表达于各种免疫细胞表面的一类黏附分子，通过与含有唾液酸的糖链结构相识别促进细胞间黏附和相互作用，在介导细胞信号转导和免疫细胞功能方面发挥了重要作用［26］。研究发现MUC16上被唾液酸修饰的低聚糖与抑制性Siglec-9受体结合，使Siglec-9受体磷酸化，继而引发下游抑制性信号通路的激活，发生抑制信号级联反应，最终影响NK细胞的细胞杀伤作用，使卵巢癌细胞免受NK细胞的攻击［10］。Belisle等［26］发现MUC16也可与同样表达Siglec-9受体的B细胞和单核细胞结合，从而抑制免疫细胞活性，参与卵巢癌细胞的免疫逃逸。此外，MUC16还可通过下调激活性受体CD16的表达抑制NK细胞的细胞毒作用，在卵巢癌细胞抗机体免疫反应中发挥作用［26］。MUC16除了与免疫细胞表面的受体作用外，还可以直接抑制NK细胞与卵巢癌细胞的物理接触。研究认为，分子质量为5 000 ku的MUC16作为长约1～5 μm的大分子，可在NK细胞和肿瘤细胞之间形成一道物理屏障，使NK细胞无法与肿瘤细胞进行直接物理接触，抑制免疫突触形成，避免免疫细胞识别肿瘤细胞，从而使NK细胞无法发挥向肿瘤细胞释放溶酶体诱发肿瘤细胞凋亡的作用，实现肿瘤细胞的免疫逃逸［10，24］。

MUC16除了在细胞表面发挥免疫抑制作用外，经过蛋白酶水解从细胞表面脱落至外周循环中的MUC16分子也可以同样与Siglec-9受体结合抑制外周循环中NK细胞、B细胞和单核细胞的活性，参与腹水、血清等肿瘤外环境中卵巢癌细胞的免疫逃逸，有利于卵巢癌的远处转移［26］。目前针对MUC16与肿瘤免疫的研究十分有限，仍有广泛领域值得深入探索。

2.3 MUC16在卵巢癌增殖、迁移、侵袭和转移中的作用研究表明，异常升高的MUC16可能在EOC的发生发展中发挥了重要作用［7］。Comamala等［27］将卵巢癌细胞系OVCAR3细胞中MUC16的表达抑制后发现，MUC16表达量的降低减少了肿瘤细胞表面上皮性标志物E-钙黏附蛋白（E-Cadherin）和细胞角蛋白8（Cytokeratin-8）的表达，而间充质性标志物N-钙黏附蛋白（N-Cadherin）和波形蛋白（Vimentin）的表达量升高，说明MUC16与EOC细胞上皮间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）有关。同时MUC16的减少还伴随着表皮生长因子受体（EGFR）及其下游的丝/苏氨酸激酶（AKT）和细胞外调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）信号通路的激活，下游信号分子基质金属蛋白酶2（MMP-2）和MMP-9的表达增加，从而促进EOC细胞的迁移侵袭。此外，该研究者还发现，MUC16可与E-Cadherin/β-catenin复合体结合。E-Cadherin作为一种膜糖蛋白在细胞黏着连接处发挥钙离子依赖性的细胞与细胞间黏附的作用，其与其下游的β-catenin形成复合体，βcatenin再通过α-catenin与细胞骨架蛋白结合，介导细胞间黏附。β-catenin作为一种多功能蛋白质除了介导细胞间黏附外，还介导调节肿瘤相关基因的表达，如细胞周期蛋白D1（cyclin D1）、C-MYB和MMP-7等。Comamala等［27］认为，MUC16表达量的降低可能诱导E-Cadherin由细胞膜向细胞质的移位，减少肿瘤细胞之间的黏附，从而促进肿瘤细胞的迁移、侵袭和转移。但Comamala等的部分研究结果与TCGA的结果相矛盾，并且也与之后其他研究者的研究结果相反，这可能是由体外实验的局限性和实验方法的不同所导致。

随后，Thériault等［28］研究发现，抑制MUC16基因表达后卵巢癌细胞克隆形成能力明显降低。反之，让几乎不表达MUC16的SKOV3细胞稳定表达MUC16的CT段结构（MUC16CTD）后发现，MUC16CTD的过表达促进了SKOV3细胞的肿瘤生长和克隆形成，同时也增强了细胞的运动、侵袭和转移能力。此外表达MUC16CTD的肿瘤细胞上皮性标志物E-Cadherin和Cytokeratin-8的表达量降低，间充质性标志物N-Cadherin和Vimentin的表达量升高，说明过表达的MUC16CTD可以促进肿瘤细胞EMT。虽然MUC16可以增强EOC细胞增殖能力，但其具体机制尚不清楚。在胰腺癌中，MUC16CTD通过促进Janus激酶2（JAK2）向细胞核中移位，增强胰腺癌癌细胞的增殖抗凋亡和远处转移能力，该机制是否也在卵巢癌中存在有待深入研究［29］。

随着对卵巢癌研究的不断深入，研究者们发现，腹水中卵巢癌细胞以多细胞聚集体的形式存在，这种聚集体使从原发灶脱落下来的肿瘤细胞避免失巢凋亡，使游离的肿瘤细胞得以在腹水中存活，从而有利于腹腔转移灶的形成。而E-Cadherin/β-catenin信号通路在多细胞聚集体形成中发挥重要作用。既然MUC16可与E-Cadherin/β-catenin复合体结合，那么MUC16在多细胞聚集体形成中是否也发挥了作用？Giannakouros等［30］发现，MUC16的表达减少抑制了从原发灶脱落的肿瘤细胞形成多细胞聚集体。MUC16的减少还诱导β-catenin由胞膜移位至细胞质，形成游离的β-catenin。此外，MUC16水平的下调还通过促进β-catenin的降解减少细胞中β-catenin的表达水平，进一步减少了β-catenin对其下游基因的调控作用。反之，当MUC16C端结构域过表达后，C端结构域可以通过抑制糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）介导的对β-catenin的降解作用，提高β-catenin的表达水平，促进多细胞聚集体的形成，并最终促进卵巢癌的转移。对MUC16 C端结构域的另一研究还发现，MUC16C端结构域的表达参与激活AKT与ERK信号通路，并且上调转移和侵袭基因：白细胞介素1β（IL-1β）、MMP-2和MMP-9的转录，影响卵巢癌的侵袭转移［31］。以上结果均表明，MUC16与EOC细胞的EMT，以及EOC的肿瘤形成和转移存在着密切联系，且MUC16CTD在其中发挥了至关重要的作用。

总而言之，MUC16在EOC发生发展中发挥了重要作用，但对其具体机制的研究仍十分有限，对于MUC16如何帮助卵巢癌细胞逃避机体免疫反应，如何具体影响卵巢癌细胞的增殖、迁移、侵袭和转移，以及如何具体参与调节肿瘤信号通路，仍需更多更深入的探索研究。

3 展望

MUC16在卵巢癌逃避机体免疫反应，卵巢癌细胞增殖、迁移、侵袭、转移和多细胞聚集体形成等过程中都发挥重要作用。深入研究MUC16的生物学特征及其在卵巢癌发生发展中的具体作用机制，有助于为卵巢癌提供新的治疗靶点和治疗手段。MUC16同时也为研究者全面探索卵巢癌发病机制开拓了新的方向和思路。但对MUC16的研究仍处在起步阶段，MUC16为什么会在卵巢癌中出现异常表达，位于膜表面的MUC16为什么会游离至血清中，是否被蛋白水解以及如何水解，血清中大量游离的MUC16是否也有助于肿瘤的发生发展等，这些问题都值得研究者深入探索。相信随着对MUC16研究的不断深入，其在卵巢癌治疗中也将发挥越来越重要的生物学价值。

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Research Progressof MUC16 in Ovarian Cancer Tumorigenesis

CH EN Xin，WANGXi-peng.Departmentof Obstetricsand

Gynecology，ShanghaiFirstMaternity InfantHospital，Shanghai200040，China

WANGXi-peng，E-mail：xipengwang@hotmail.com

MUC16，also named CA125，is a kind of highmolecular weight glycoprotein expressed by various epithelial cells.Itparticipates in protecting and repairing epithelium.MUC16 is one of themost importantdiagnostic biomarkers for early stage epithelial ovarian cancer.Recent studies have found that the abnormal expression ofMUC16 in ovarian cancer is closely related to tumorigenesisand poor prognosis ofovarian cancer.MUC16 can bind tomesothelin to promote ovarian cancer distant metastasis.It can inhibit immune synapse formation between immune cells and tumor cells to help ovarian cancer cells evade immune attack.The overexpression of MUC16 can also affect EMT，proliferation，migration and metastasis of tumor cells to enhance ovarian cancer progression.Althoughmuch progress is beingmade in understanding the relationship between MUC16 and ovarian cancer，the biochemical structure of MUC16 and its specific mechanismin ovarian cancer are still unclear.This review makes a summary on the biochemical structure of MUC16 and its role in immuno-escape，proliferation，migration，invasion andmetastasisofovarian cancer，to providenew targets for the treatmentofovarian cancer.

Ovarian neoplasms；CA-125 antigen；Mucins；Tumorescape；Neoplasmmetastasis；MUC16（J Int Obstet Gynecol，2016，43：506-509，514）

2016-04-12）

［本文编辑王琳］

200040上海，同济大学附属上海市第一妇婴保健院

汪希鹏，E-mail：xipengwang@hotmail.com

△审校者