黏蛋白1在肿瘤中的研究进展

高 璐，牟兰兰，朱 蓉，赵 逵

黏蛋白(mucin)为大分子糖蛋白，包括分泌型及膜结合型两大类，主要由上皮细胞合成，少部分存在于造血细胞上。目前已有大量研究表明，黏蛋白对肿瘤的发生和发展至关重要。黏蛋白1(mucin 1，MUC1)为膜结合型黏蛋白，在胃肠道、肝脏、胰腺、肺及乳腺等重要器官恶性肿瘤中异常表达和糖基化，参与信号传导及免疫调节等细胞生物活动，在肿瘤浸润、转移、增殖、凋亡及炎症等多方面起关键作用。本文阐述了MUC1发生糖基化改变后对肿瘤发生、发展的影响以及其在激活肿瘤相关经典信号通路中的作用，现综述如下。

1 MUC1概述

MUC1表达于上皮细胞的顶膜上，由1q21基因编码，包含MUC1 N末端(MUC1-N)及MUC1跨膜C末端(MUC1-C)两个亚基。

MUC1-N包括可变数目的串联重复序列区域(VNTR)和海胆精子蛋白肠激酶、集聚蛋白结构域。VNTR由富含脯氨酸、苏氨酸和丝氨酸残基(PTS结构域)的氨基酸肽序列(PDTRPAPGSTAPPAHGVTSA)组成。MUC1-C由58个氨基酸的细胞外结构域、28个氨基酸的跨膜结构域和72个氨基酸的细胞质结构域组成,可将MUC1-N锚定至细胞表面。

在正常条件下，MUC1在串联重复序列内的SEA模块内经历自身蛋白水解切割，由此产生MUC1-N与MUC1-C 2个亚基，通过稳定的氢键形成异源二聚体复合物存在于质膜上；在脱落酶催化作用下复合物解离，MUC1-C及MUC1-N释放，同时也催化MUC1-C细胞外结构裂解[1]，解离后的MUC1-C进入肿瘤细胞核内发挥促进肿瘤细胞生长、增殖、侵袭及迁移等恶性行为的作用[2]。

2 MUC1糖基化作用与肿瘤

糖基化是蛋白质重要的翻译后修饰之一，糖基化的变化是肿瘤生长和进展所必需的。MUC1-N的可变数目串联重复序列区域(VNTR序列)中丝氨酸及苏氨酸残基上有丰富的O-糖基化位点，而MUC1-N简并序列中含有N-糖基化位点，分别在高尔基体和内质网中进行O-糖基化、N-糖基化。O-糖基化与MUC1的生物学特性相关，而N-糖基化在蛋白质折叠、分泌和顶端表达中扮演着重要角色。

2.1MUC1糖基化作用与肿瘤细胞信号传导 在完全糖基化的状态下，丰富的糖链可覆盖配体结合位点，也可隔离信号因子，阻止其激活受体。而在肿瘤细胞上，分支聚糖丢失，配体结合位点暴露，各种蛋白质间相互作用激活信号通路；或失去特异性分支糖链(某些蛋白结合位点)，而阻碍信号传导[3]。有研究发现，肿瘤相关的MUC1异常糖基化作用促进形成Tn抗原和其唾液酸化形式STn抗原，通过转染ST6GalNAc1体外诱导STn-MUC1形式的过表达显著增强了MUC1和CIN85的结合，CIN85参与激活的酪氨酸激酶受体(如EGFR)的内吞转运，MUC1与激活的酪氨酸激酶受体相互作用后激活ERK和AKT等通路，进一步激活及调控信号通路下游分子的表达，有利于肿瘤的进展[4-5]。

参与MUC1糖基化过程的酶亦与肿瘤细胞信号传导有着重要联系。N-乙酰半乳糖胺转移酶6(GALNT6)是参与O-糖基化的酶之一，在乳腺癌中，GALNT6与MUC1-N相互作用，并可作为促进β-catenin/MUC1-C复合物形成和易位进入细胞核的激活剂，激活Wnt信号通路，导致细胞增殖和转移；敲除GALNT6的乳腺癌细胞MUC1-C的表达显著降低，导致Wnt信号通路靶基因如细胞周期蛋白D1、C-myc的表达降低[6]。N-乙酰半乳糖胺转移酶3(GALNT3)参与激活PI3K/AKT信号级联，Liu等[7]实验发现，转染shGALNT3的HCT-8和HCT-8/5-fu细胞中，特异性抗体会阻断MUC1的表达，进而灭活PI3K/AKT信号通路。

2.2MUC1糖基化作用与肿瘤免疫调节 正常细胞中的MUC1经历高糖基化，故VNTR区域的免疫原性表位被广泛分支的糖链覆盖，使其免受细胞外环境的影响。而在肿瘤细胞中，MUC1蛋白往往是异常低糖基化的，允许这些免疫原性表位暴露于免疫系统[8]。目前，这些表位已成为肿瘤免疫治疗的潜在靶点。

肿瘤相关黏蛋白糖基化也在免疫逃逸中发挥作用。当Tn和STn抗原形成后，与巨噬细胞表达的巨噬细胞半乳糖特异性凝集素结合，驱动免疫抑制程序，诱导效应T细胞凋亡，促进肿瘤免疫逃逸[9-10]。

MUC1的糖基化作用诱导免疫细胞的分化及肿瘤进展相关因子的产生。MUC1上的O-连接糖唾液酸化形成的ST抗原具有与单核细胞和巨噬细胞上表达的唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素(Siglecs)家族中Siglec-9结合的潜力，ST抗原与单核细胞结合后诱导促炎表型，其可以将免疫细胞募集到肿瘤中，诱导单核细胞分化成巨噬细胞、树突细胞，并以Siglec-9依赖性方式诱导分泌与肿瘤进展相关的因子[11]。

2.3MUC1糖基化作用与肿瘤细胞失巢凋亡 失巢凋亡是一种特殊形式凋亡过程，通过去除移位上皮或内皮细胞并防止它们接种到不适当部位以维持组织稳态。在肿瘤细胞中，MUC1过表达，其细胞外结构上O-糖基化修饰防止细胞表面失巢启动分子(如整联蛋白、E-钙黏蛋白和Fas)与配体的相互作用，导致对失巢凋亡的抗性。有学者进行实验研究发现，通过抑制核心-1糖基转移酶(C1GT)表达抑制MUC1 O-糖基化可增加MUC1阳性肿瘤细胞的失巢调亡[12]。

2.4MUC1糖基化作用与致病微生物侵袭 在大量癌症及癌前病变研究中发现，MUC1上丰富的糖链常被唾液酸、半乳糖、岩藻糖、N-乙酰葡糖胺和N-乙酰半乳糖胺等修饰，形成复杂的分支糖链可作为致病微生物附着位点和作为潜在营养来源[13]。

沙门氏菌穿过黏液层入侵肠上皮细胞而引起感染，MUC1作为肠道顶端跨膜黏蛋白及黏液层的组成成分，促进了沙门氏菌的侵袭。沙门氏菌黏附素SiiE蛋白被鉴定为参与MUC1介导的顶端入侵胃肠道上皮细胞，含有一系列串联重复序列，以类似拉链的方式与MUC1的串联重复序列相互作用。这种SiiE-MUC1相互作用是破坏黏蛋白屏障所必需的，促进沙门氏菌进入肠上皮细胞。MUC1的串联重复序列上O-连接的聚糖发生唾液酸修饰，可成为沙门氏菌巨黏附素SiiE的主要靶标，并促进MUC1与SiiE蛋白的相互作用[14]。幽门螺杆菌参与胃肠道肿瘤形成。有研究发现，MUC1上的岩藻糖基化Leb和H1型结构与幽门螺杆菌BabA黏附素结合抑制幽门螺杆菌与胃肠道上皮细胞的结合，从而削弱其对黏膜表面的定植，阻碍了胃肠道病变的发生[15]。

3 MUC1参与肿瘤细胞信号传导

MUC1-C细胞质尾部具有多个磷酸化位点，与各种细胞内信号蛋白相互作用而激活或介导细胞信号传导，参与肿瘤的浸润、转移、增殖及凋亡。

3.1MUC1与表皮生长因子受体(EGFR) EGFR为表皮生长因子受体酪氨酸激酶(ErbB)家族，包括EGFR/ErbB1(Her1)、ErbB2(Her2/c-Neu)、ErbB3(Her3)和ErbB4(Her4),有调控细胞生长及分化的功能，当原癌基因突变后EGFR过表达，使得细胞增殖失控[16]。MUC1在上皮细胞的顶膜上表达，而EGFR表达于上皮细胞的基底外侧膜。在恶性肿瘤细胞中及发生上皮应激反应时细胞极性丧失，MUC1-C和EGFR在整个细胞膜上重新定位表达并形成复合物，促进下游信号传导的激活和MUC1-C表达的上调[17]；当MUC1-C细胞外结构域被磷酸化后，可作为半乳糖凝集素-3的结合位点，在EGFR配体存在情况下，半乳糖凝集素-3与MUC1细胞外结构域的结合可诱导MUC1细胞表面极化并增加MUC1-EGFR相互作用，导致EGFR同源/异二聚化和活化增加[18]。另外，MUC1可增加EGFR启动子活性及EGFRmRNA和蛋白质水平[19]，抑制EGFR降解并介导EGFR定位于胞核，影响EGFR与转录活性启动子区域的相互作用[20]。目前，用EGFR抑制剂处理乳腺癌细胞可导致血浆中循环MUC1蛋白表达上调，故MUC1已被当作监测EGFR靶向治疗肿瘤评估效果的传感器[21]。

3.2MUC1与磷酸肌苷3-激酶类(PI3Ks) PI3Ks属于脂质激酶家族。MUC1可调控由磷酸肌苷3-激酶(PI3K)通路传递信号的多种酪氨酸激酶受体的表达和信号传导，包括EGFR和STAT3等，在驱动细胞增殖、迁移和存活等过程中起到重要作用[19，22]。MUC1-C胞质尾含YHPM序列，该序列在磷酸化后可作为PI3K的直接结合位点，与PI3Kp85亚基的Src同源区2(SH2)结构域相互作用，可以使p85的构象发生改变，从而激活PI3K p110催化亚基，进而激活PI3K-AKT通路；利用细胞穿透肽GO-203可阻断MUC1-C与PI3K p85的相互作用并抑制Akt及其下游效应子mTOR构成的复合物的磷酸化[23]。基质金属蛋白酶2/9(MMP-2/9)是肿瘤中PI3K-Akt信号通路的重要下游靶标，参与肿瘤细胞迁移和侵袭。研究发现，沉默MUC1基因降低了肿瘤细胞中PI3K、Akt及下游靶标MMP-2/9的蛋白质水平，阻断或抑制了肿瘤侵袭、转移[23]。

3.3MUC1与Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路 β-catenin是Wnt信号级联的下游分子，通常与E-钙黏蛋白等细胞表面黏附分子形成复合物，从而导致上皮细胞之间稳定的细胞-细胞相互作用。正常情况下，细胞内β-catenin由糖原合成酶激酶3b(GSK3b)磷酸化。磷酸化的MUC1-C与β-catenin直接结合,稳定β-catenin/TCF4复合物,促进Wnt目标基因如细胞周期蛋白D1、MYC激活，从而影响这些目标基因的转录与致癌作用[24-25]。另外，MUC1增强了β-catenin和p120catenin的激活并影响p120 catenin的亚细胞定位，三者可共同调节WNT信号通路的传导。Liu等[26]实验发现在胰腺癌S2-013细胞系中，MUC1未起到激活cyclin D1的作用，但在Panc1细胞系中可见MUC1显著增加了Cyclin D1启动子活性，而这两类细胞一个主要区别在于S2-013细胞中缺少可检测到的P120 catenin，由此可见，MUC1对细胞周期蛋白D1基因表达的影响因细胞类型的不同而不同，且P120 catenin是Wnt通路中完全激活cyclin D1启动子活性所必需的。有研究表明，经典Wnt/b-catenin通路是间充质上皮转化(EMT)过程所涉及的通路之一，MUC1通过激活β-catenin并使之与SNAIL(一种与EMT相关的转录因子)的启动子WRE结合导致SNAIL转录因子核易位的增加，进而调控EMT[27]。

3.4MUC1与NF-κB通路 NF-κB通路为常见的炎症通路，激活该通路可诱发炎性细胞因子的表达。MUC1-C被导入核中后，胞质尾通过GGSSLSY基序直接与NF-κB p65绑定形成复合物并增加NF-κB在目标基因的启动子上占据的比例，从而激活NF-κB通路[28]；炎症通路激活后，炎症及肿瘤细胞中如肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白细胞介素6(IL-6)等炎性因子表达上调，同时，TNF-α反过来激活NF-κB p65与MUC1 κB启动子位点的结合，诱导肿瘤细胞中MUC1基因的表达，二者相互影响的正反馈回路，加速肿瘤发展[29]。MUC1-C亦可通过促进由NF-κB介导的TAK1启动子的激活，诱导TAK1表达并与MUC1-C形成复合物，进一步促进TAK1和TRAF6的结合，而与NF-κB通路相关联[30]。ZEB1可驱动潜伏期肿瘤免疫逃逸，为癌细胞稳定地进入转移状态提供有利条件[31]。Rajabi等[32]研究发现MUC1-C/NF-κB p65复合物激活ZEB1启动子并增加ZEB1表达。此外，MUC1-C可直接与ZEB1结合抑制miR-200c基因，该基因可编码具有逆转EMT功能的肿瘤抑制因子。尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)是一种丝氨酸蛋白酶，参与肿瘤细胞的侵袭和转移，uPA因其启动子中含有两个NF-κB结合位点，故其转录受NF-κB与启动子结合的调控。Mori等[33]发现在肿瘤细胞中，uPA与MUC1表达水平平行，并通过质粒基因突变后转染细胞实验发现MUC1-C/NF-κB复合物与uPA启动子的结合诱导了uPA的转录，证实了肿瘤细胞侵袭及转移受MUC1-C/NF-κB-uPA信号通路调控。程序性死亡配体1(PD-L1)参与肿瘤免疫逃逸，故可作为三阴性乳腺癌(TNBC)免疫治疗的靶点。MUC1通过NF-κB p65途径诱导PD-L1表达，且增强NF-κB p65占据PD-L1启动子(PD-L1启动子中E-box序列含有NF-κB p65结合位点)，驱动PD-L1转录，引发肿瘤免疫逃逸，为肿瘤转移提供条件[34]。

3.5MUC1与JNK JNK为丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成员，可介入致癌基因转化、细胞凋亡及细胞增殖等参与肿瘤的发生发展。JNK包含JNK1、JNK2和JNK3 3种类型。MUC1-C可直接结合JNK1，在顺铂等化学治疗药物所致的基因毒性应激下增强JNK1和c-Jun活化，阻断结肠肿瘤HCT116细胞对DNA损伤的凋亡[35]。在肝细胞癌中，MUC1激活JNK/AP-1途径，进而介导自分泌转化生长因子β(TGF-β)信号传导，进一步导致Smad 2C的磷酸化。此外，JNK活化后直接磷酸化Smad 2L，磷酸化Smad 2L和Smad 2C增强MMP-9表达，介导肝癌细胞迁移和侵袭[36]。

3.6MUC1与雌激素受体(ER) ER包括ER-α和ER-β两大类。ER-α大量存在于乳腺组织，ER-β主要在肠道中表达。MUC1-C可与ER-α DNA结合结构域直接结合，二者相互作用后存在于ER-α转录复合物中，诱导ER-α介导的基因转录并促进雌激素介导的乳腺癌细胞生长。另外，ER-α还参与到其他细胞信号通路中，其相关的非转录机制触发PI3K/AKT信号通路，该信号通路的持续激活阻断细胞凋亡[37]。ER-β被发现在结肠中发挥抗炎和抗肿瘤作用，ER-β缺乏所导致的结肠炎疾病活动显著增加，保护性黏液层的减少和相关结肠组织的去分化与MUC1的上调有关[38]。

4 小结

MUC1作为常见的黏蛋白之一，保护上皮屏障，维持细胞生物功能平衡，其过表达及异常糖基化贯穿于各种恶性肿瘤起始至转移。MUC1特殊的蛋白质结构，决定了其在肿瘤信号传导及发生肿瘤相关糖基化改变等方面的重要地位。通过对其在肿瘤中作用的深入研究，将为了解肿瘤进展，肿瘤筛查、诊断、治疗及预后判断等提供有力依据。