神经节苷脂 GD2和GD3在黑素瘤治疗作用的研究进展

焦 迁，周 婧

黑素瘤是皮肤肿瘤中恶性程度最高的一种，全球每年新发皮肤恶性黑素瘤约 20 余万例，而中国每年新发病例达 2万余例[1]。黑素瘤具有易远处转移、增长快、病死率高、预后差的特点。因此，从黑素瘤的分子机制着手，发现新的黑素瘤治疗靶标及基于这些靶标的新药研发，对于黑素瘤的治疗具有重要的意义[2]。癌症相关的糖脂被认为是肿瘤标志物，并被用作癌症治疗的诊断标志和靶标，如神经节苷脂。不同的神经节苷脂结构在癌细胞中发挥着不同的作用，导致细胞表型的不同方向。基于二唾液酸酯的表达和作用，GD3和GD2被确认为黑素瘤相关神经节苷脂。神经节苷脂GD3被认为是黑素瘤特异性的糖脂抗原，并被用作抗肿瘤治疗和免疫细胞介导的恶性黑素瘤治疗的靶点[3]。在神经外胚层来源的人类癌症（如神经母细胞瘤、黑素瘤等）中的高表达水平的二唾液酸苷GD2也被用作抗体免疫治疗的靶点[4]。本文对GD2和GD3的生物学特性及其在黑素瘤免疫治疗和靶向治疗中的作用予以综述。

1 神经节苷脂GD2和GD3的生物学特性

神经节苷脂是一种含唾液酸的鞘糖脂，自然存在于细胞的质膜中，在正常细胞和肿瘤细胞的数量和质量上存在差异。神经节苷脂通过碳水化合物与蛋白质的特定相互作用而发挥重要作用。例如，作为细胞识别的受体的TH蛋白，信号调节蛋白如EGFR和VEGFR，它们通过横向相互作用在膜中发挥作用。包括黑素瘤、胶质瘤、神经母细胞瘤、视网膜母细胞瘤和肝癌在内的肿瘤均显示神经节苷脂的过表达，并逐步释放到血液中[5]。根据神经节苷脂所含的唾液酸残基数目的不同，可分为GM、GD、GT和 GQ等。GD是含有2个唾液酸的神经节苷脂，根据含糖基数目不同，可再成为GD1、GD2、GD3等。GM3在GD3合成酶（GD3 synthase，GD3S）作用下合成GD3，GD3在GD2合 成 酶（GD2 synthase，GD2S）催化下转化为GD2， GD3S是细胞中神经节苷脂 GD3和神经节苷脂 GD2 生物合成的唯一关键酶[6]。已有文献报道，GD3S在肿瘤中高表达。Takashima等[7]研究了GD3S在不同肿瘤细胞株的表达水平，发现GD3S在黑素瘤细胞、成神经细胞瘤和胶质瘤中高表达，还可以刺激黑素瘤细胞增殖。在黑素瘤细胞 SK-MEL-2中，NF-κB 可以调控 GD3S 的转录活性，进而影响GD3 的表达，起到肿瘤抑制的作用[8]。

GD2是小分子神经节糖苷类，占神经节苷脂总量的1%～2%，其表达水平比其他肿瘤相关神经节苷如GD3低3～8倍。在肿瘤中GD2在几乎所有类型的原发性神经母细胞瘤的细胞表面均有表达[9]。GD2介导黑素瘤细胞的黏附作用可作为免疫治疗的靶点，抗GD2抗体与GD2有特异性的相互作用，直接诱导线粒体依赖的细胞死亡，且GD2的表达水平与这些细胞的易感性直接相关[13]。

GD3为结构简单的神经节苷脂，在众多肿瘤组织中被发现高表达，其中主要为外胚层来源的组织和内皮组织，它的高表达可通过激活磷脂酰肌醇三激酶等信号转导通路，在一定程度上加速肿瘤细胞增殖。Torres Demichelis 等[10]将公认的GD3特异性抗体作用于GD3肥皂草素阳性表达的肿瘤细胞（B16 鼠黑色瘤细胞，人类SK-Mel-28 细胞系等），发现对肿瘤细胞具有明显的杀伤效应，但在 GD3阴性表达的细胞中则未出现杀伤作用，以此推断GD3是该复合物的作用靶点。说明GD3有望成为新的抗肿瘤药物的特异性靶点之一。

GD2和GD3均表达于黑色素细胞胞膜表面，具有调节细胞膜内蛋白质的功能，是神经系统细胞膜的重要组成部分。

2 神经节苷脂GD2在黑素瘤免疫治疗中的作用

神经节苷脂GD2在各种类型的恶性细胞的质膜上表达，一些研究表明抗GD2抗体能够直接诱导许多肿瘤细胞系的细胞死亡。Navid等[11]通过GD2特异性单克隆抗体研究了神经节苷脂GD2在诱导多种肿瘤细胞系的细胞死亡中的功能作用。研究的结果表明，抗GD2抗体不仅被动地结合到肿瘤细胞的表面，而且在与GD2阳性肿瘤细胞一起恒温孵育后也直接诱导快速细胞死亡。神经节苷脂GD2作为一种受体，在诱导不同来源的GD2阳性肿瘤细胞凋亡和坏死方面发挥作用[12]。Kowalczyk等[13]研究发现抗GD2抗体与GD2有特异性的相互作用，直接诱导线粒体依赖的细胞死亡。抗GD2抗体诱导的细胞死亡与GD2在细胞表面的表达水平直接相关。还发现GD2的表达水平与这些细胞的易感性直接相关，抗GD2抗体诱导并增强细胞毒性。研究者们认为GD2能够作为一个功能活跃的生物标志物用于抗癌治疗，GD2神经节苷脂作为细胞死亡信号受体的功能为此提供了证据。肿瘤相关神经节苷脂GD2是一种有深入研究和应用价值的抗癌药物靶标分子，目前研究所观察到的效应特性GD2作为死亡信号的受体和传感器，可用于新型抗癌药物的研制。GD2在75%的原发性和转移性黑素瘤中可以检测到[14]。由于其在神经外胚层来源的人类癌症（如神经母细胞瘤、黑素瘤等）中的高表达水平，故而二唾液酸苷GD2已被用作抗体免疫治疗的靶点。并且小细胞肺癌（SCLC）4 GD2特异性单克隆抗体的I/II期临床试验已在神经母细胞瘤5-9和黑素瘤中实施，并取得了很好的抗肿瘤效果。GD2特异性单克隆抗体mAbs介导细胞（ADCC）和补体（CDC）依赖的人黑素瘤细胞的细胞毒性，并诱导caspase依赖的GD2（C）人小细胞肺癌细胞凋亡[15]。Chun-Yen等研究表明GD2特异性单抗3F8对GD2表达阳性的人和小鼠黑素瘤细胞具有抑制生长和诱导凋亡的作用。通过对人神经母细胞瘤和小鼠神经母细胞瘤细胞株的生长抑制作用及诱导凋亡的研究，发现无论肿瘤类型如何，它们均能在体外经历细胞死亡。单克隆抗体3F8的抗原结合位点与细胞膜上表达的GD2相互作用，发挥抑制细胞生长和诱导细胞凋亡的作用，可能与其Fc片段对细胞内化和细胞内化的影响有关。mAb3F8抑制黑素瘤细胞的生长抑制和诱导细胞凋亡是剂量依赖性和时间依赖性的，受抗原密度的影响[16]。GD2在黑素瘤中的表达，可能会诱导癌症转移[17]。

3 神经节苷脂GD3在黑素瘤靶向治疗中的作用

神经节苷脂结构已被确认为癌症相关抗原，因为它们在神经嵴源性癌症和一些白血病细胞中的癌组织中有特异性表达，所以被用作肿瘤标志物，并作为黑素瘤和神经母细胞瘤的抗体治疗的靶点[18]。不同的神经节苷脂结构在癌细胞中发挥着不同的作用，从而影响细胞表型的方向构成导致在不同类型癌症中的表达。在黑素瘤细胞的表型上，利用不同的转染细胞在相同的遗传背景下进行糖脂重塑，会对黑素瘤细胞的不同特征表现出不同的影响[19]。神经节苷脂GD3在人恶性黑素瘤中广泛表达，并且参与细胞增殖和侵袭[20]。Furukawa等[21]研究表明，GD3高表达于人黑素瘤中，并增强肿瘤细胞的增殖和侵袭能力。研究者们通过分析 GD3表达对细胞信号因子 HGF和 CL-I的影响，发现 GD3在恶性黑色瘤中与多个细胞信号因子具有协同效应，促进肿瘤的复发、转移。Furukawa等[22]报道 GD3在人黑素瘤中的过表达，证实了GD3基因表达的启动调控区，而且还发现 NF-κB信号通路在黑素瘤细胞中表达 GD3的基因转录激活方面起重要作用。在黑素瘤细胞表达神经节苷脂GD3的基础上，Furukawa等[23]证明焦点粘附激酶（FAK）、p130Cas和帕西林在黑素瘤细胞中的表达与其增强的恶性特性密切相关，因此GD3介导的信号通路中存在的分子可能被认为是治疗恶性黑素瘤的合适靶点。学者们通过研究发现适当剂量的siRNA（40 μmol/L siRNA，25 μ1/肿瘤）可抑制nu/nu小鼠异种移植物中的p130Cas，基于此发现，通过药物给药系统作用于人肿瘤细胞，发现抗人p130Cas的siRNA以剂量依赖性的方式抑制异种移植物的肿瘤生长，而针对人帕西林的siRNA则轻微地抑制肿瘤的生长。因此作者推断，抗人p130Cas（500或1 000 pmol/瘤）的siRNA与抗人帕西林的siRNA联合使用可显著抑制肿瘤的生长，同时，免疫组化与肿瘤抑制效果一致，显示抗p130Cas siRNA中Ki-67阳性细胞数减少，p130Cas表达减少。这些结果提示siRNAs阻断gd3介导的生长信号通路可能是治疗恶性黑素瘤的一种新的、有前景的治疗策略，通过提供信号分子来实现[24]。与其他肿瘤细胞类型相比，黑素瘤细胞体内自发凋亡水平较低，在体外对药物诱导的细胞凋亡具有较强的抵抗性，因此，对凋亡的抗性似乎是黑素瘤耐药的主要原因，这种对化疗、放疗和免疫治疗的耐药性是黑素瘤成功治疗的主要障碍。而信号通路的识别为黑素瘤治疗开辟了一个令人兴奋的新领域。几种新的靶向剂，包括siRNAs aND单克隆抗体（MAb）目前正在单独开发和测试，与常规化疗联合使用，可有效减少耐药性[25]。Kaneko等[26]研究表明抗GD3单克隆抗体可诱导转移性黑素瘤的减少。Kwon等[27]研究表明雷公藤内酯可下调GD3在黑素瘤中的表达水平。GD3在黑素瘤中的表达，主要影响细胞增殖和侵袭能力，各种治疗方法的探究大多是围绕增加细胞对凋亡的抵抗力和促进细胞增殖展开。

4 展望

肿瘤相关糖脂已被用作恶性肿瘤的诊断指标和免疫治疗的靶点，癌症相关糖脂的新时代已经开始。恶性肿瘤影响分析的最新进展表明，肿瘤相关的鞘糖脂不仅是肿瘤的标志，也是调节膜微区所引入的各种信号的功能分子。二唾液醇糖脂在各种癌症系统中具有恶性特性，特别是含有串联重复的唾液酸结构的神经节苷脂GD3和GD2，通过细胞增殖、侵袭和迁移、黏附和转移增强癌细胞的恶性特性。黑素瘤具有潜在的致命疾病的潜力。由于转移性疾病的治疗进展，黑素瘤在过去几年中是十分值得关注的肿瘤，与黑素瘤生物学相关的免疫治疗方面的突破在即。目前在中国，已批准正式上市的只有靶向药物佐博伏（维莫非尼，vemurafenib），所以黑素瘤的靶向治疗和免疫治疗在中国的发展还任重而道远。在许多客观条件下，黑素瘤的靶向和免疫治疗效果虽然不持久，但因其能够专一破坏癌细胞和患者可以根据肿瘤独特的基因谱进行不同的治疗方案所以治疗针对性及可行性较佳。现在正在研究的联合药物治疗方案除延长患者的生存期外，也能增加疗效以及减少不良事件，新药物的研究及生产能为不同类型患者的治疗带来更多的选择，期待未来更多的新型治疗药物及方案能尽快运用于临床。