蛋白糖基化修饰在肿瘤生物学行为、能量代谢、免疫及耐药过程中的调控作用研究进展

肖世伟，王海峰，李亚楠，左毅刚，王剑松

1昆明医科大学第二附属医院泌尿外科，昆明650101；2贵州省人民医院泌尿外科；3贵州中医药大学药学院

糖类是生物体中的关键组成部分，在病理生理过程中发挥重要的作用，除参与能量代谢外，还参与细胞黏附、细胞间信号传导和免疫调控等［1-3］。糖类可以与蛋白质、脂类结合形成糖衍生物，如糖蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖和糖脂等。蛋白质糖基化修饰是指在糖基转移酶的作用下，以核苷二磷酸糖为供体，将糖链连接到蛋白质（多肽）特定氨基酸残基（糖基化修饰位点）的过程，起始于内质网，终止于高尔基体［4］。糖基化修饰形式按糖链组成和连接形式可分为N-糖链、O-糖链、C-甘露糖化、糖基磷脂酰肌醇锚定连接等。糖基化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰形式，真核生物中有超过50%的蛋白质都会出现糖基化修饰［3］。生物体内蛋白质分子尤其是细胞膜表面蛋白质及分泌型蛋白质多数为糖基化修饰的蛋白质［5-6］。弄清蛋白质的糖基化修饰与肿瘤的关系对肿瘤的诊治具有重要意义，近年有关二者关系的基础及临床研究已经取得不少研究成果。现就蛋白质糖基化修饰在肿瘤生物学行为、能量代谢、肿瘤免疫及耐药中作用的研究进展进行以下综述。

1 糖基化修饰在肿瘤生物学行为过程中的调控作用

糖基化修饰受多种机制调控，主要包括糖基转移酶和糖苷酶的表达水平、分泌途径（高尔基体和内质网）中糖基转移酶定位的变化、修饰的分子伴侣活性、代谢变化和供体底物的可用性等［1］。糖基转移酶是糖基化修饰中的关键酶之一，可以将其相应供体的单糖部分转移到糖、脂类及蛋白质上，从而对后者进行糖基化加工，实现其生物学功能［7-8］。目前为止，在高尔基体和内质网内，已经发现有100多种糖基转移酶，主要包括岩藻糖基转移酶（FUT）、N-乙酰氨基葡萄糖转移酶、唾液酰基转移酶等［9］。糖苷酶是一种可以将寡糖、糖蛋白等糖基复合物的糖苷键水解的酶［10］。目前发现195种不同类型的糖苷酶，常见的有α-甘露糖苷酶、β-木糖苷酶和硫代糖苷酶等［11-12］。相关研究提示，多肽N-乙酰半乳糖胺转移酶的高尔基体到内质网的重新定位可以导致癌细胞中O-乙酰半乳糖胺Tn水平升高，通过修饰细胞表面蛋白可以增强肿瘤细胞的侵袭和迁移能力［13］。最近研究发现，在乳腺癌肿瘤组织中高表达α-甘露糖苷酶（MAN1A 1）的患者，无复发生存率明显缩短，且与临床分期、淋巴结转移和远处转移显著相关。这主要与糖基化黏附分子有关，敲除MAN1A1可使肿瘤细胞聚集性显著降低［14-15］。越来越多的研究表明，糖基化修饰主要受糖基转移酶和糖苷酶的调控，进而对细胞黏附、细胞增殖、细胞信号转导和肿瘤转移等生物学特征产生重要影响［16-17］，为肿瘤的治疗提供了新的思路。

上皮间充质转化（EMT）是指在多种因子的调控作用下，上皮细胞失去其上皮样特征，并获得间质细胞特性的过程。目前研究提示，EMT参与肿瘤的侵袭和转移，并且与E-钙黏蛋白（E-cadherin）、波形蛋白和β-连环蛋白等相关［18］。大量研究证明，糖基化修饰通过多种机制影响肿瘤细胞在上皮表型和间质表型之间的转化［19］。E-cadherin上N-聚糖的分支增加会损害细胞黏附和下游信号，并促进侵袭和转移［20］。受体酪氨酸激酶（RTK）可以被受体糖基化、神经节苷脂和糖胺多糖的表达改变激活，导致癌细胞迁移、侵袭和增殖增加［21］。糖基化修饰改变能够干扰RTK以及整合素和钙黏附素等细胞黏附分子的功能，从而影响EMT［22］。β-半乳糖苷结合蛋白是一个β-半乳糖苷结合蛋白家族，在肿瘤发生和发展的不同阶段发挥作用，与EMT、基质金属蛋白酶-9和人表皮生长因子受体2等有关［23-24］。此外，已有研究表明，EMT的过程取决于1，4-半乳糖基转移酶介导的糖鞘糖脂的表达［19］。由此可见，糖基化修饰可以改变EMT相关因子的糖基化状态，进一步影响肿瘤的迁移和侵袭能力，明确糖基化修饰的相关作用，有利于肿瘤新治疗靶点的确定。

2 糖基化修饰在肿瘤能量代谢过程中的调控作用

肿瘤细胞能量代谢重排是肿瘤发生进展过程中的一个重要特征［25］。它可以满足肿瘤细胞快速增长对能量和合成物质的需要。相关研究显示，O位N-乙酰葡萄糖胺糖基化修饰可以动态调节糖代谢途径中的关键酶，如葡萄糖转运体（GLUT）、丙酮酸激酶M2和己糖激酶（HK）等［26-27］。低氧诱导因子1α（HIF-1α）是肿瘤细胞在缺氧时而表达的一种转录因子，可以调控100~200个基因，其中参与能量代谢的基因包括GLUT1、GLUT3、HK II、3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1等［28］。相关研究提示，HIF-1α也受O型N-乙酰葡萄糖胺糖基转移酶的调控，导致糖摄取和糖代谢的增加［29］。然而，在缺氧条件下过表达的HIF-1α可以上调岩藻糖基转移酶和唾液酸基转移酶在肿瘤细胞中的表达［30］。负责N-糖链末端α-2，6-唾液酸化的β-半乳糖苷α-2，6-唾液酸基转移酶1也可以影响HIF-1α的表达，增强肿瘤细胞对缺氧的抵抗力，从而促进肿瘤细胞对缺氧环境的适应［31］。此外，一些研究表明，血葡萄糖浓度的升高诱发了蛋白非酶催化的糖基化，并导致了晚期糖基化产物的蓄积［32］。而当这些晚期糖基化产物与各自晚期糖基化终产物受体结合能够激活一系列的错误信号通路，从而导致多种疾病的发生。总之，糖基转移酶与糖代谢关键酶、HIF-1α相互作用，对肿瘤的能量代谢发挥重要作用，从而影响肿瘤的生长。

3 糖基化修饰在抗肿瘤免疫过程中的调控作用

免疫系统主要识别组织损伤和病原体存在的形式。损伤相关分子模式和病原体相关分子模式往往是基于错误定位或外来的多糖和糖复合物，诱导促炎细胞因子的大量释放和免疫细胞的激活［33］。然而，促炎信号通过表达特定的多糖抗原而被宿主细胞上的自相关分子模式所抑制，蛋白质的糖基化修饰可以参与相关调控［34］。除对免疫抑制的直接作用外，糖基化修饰还可以通过增强免疫检查点间接促进免疫逃避能力［35］。一些学者已开展针对肿瘤细胞和免疫细胞表达的特定蛋白RTK或免疫检查点分子创新治疗策略的研究［36］。抗程序性细胞死亡受体配体1（PD-L1）的糖基化已被证明可以稳定和调节其与程序性细胞死亡受体1（PD-1）的结合［37］。此外，免疫细胞通过糖结合蛋白（凝集素）检测靶细胞表面特定的糖链抗原，抑制免疫细胞的激活信号级联，从而减弱免疫细胞的激活状态。C型凝集素树突状细胞特异性细胞间黏附分子3结合非整合素（DC-SIGN）由巨噬细胞和树突状细胞表达，与含有岩藻糖的多糖结合，触发抗炎细胞因子释放并导致免疫抑制环境［38］。半乳糖凝集素（Galectin）是动物凝集素家族重要的成员，参与免疫调节和细胞黏附［39］。有研究提示，过表达α2，3-唾液酸转移酶1能够阻止O-聚糖的延伸，使前列腺癌细胞对Galectin-1产生抗性［40］。表达Galectin-1的前列腺癌细胞会杀死结合的T细胞，有助于前列腺癌细胞的存活并促进肿瘤的免疫逃逸［41］。另一些研究表明，结直肠癌中未成熟的树突状细胞表达DC-SIGN，通过其配体Lewis（X）和Lewis（Y）与大肠癌细胞中特异性的糖基化癌胚抗原（CEA）结合，以抑制树突状细胞功能，使肿瘤细胞逃避免疫监视［42］。因而可知，糖基化修饰能够作用于PD-L1、DC-SIGN等肿瘤免疫的关键因子，从而促进肿瘤的免疫逃避能力。

4 糖基化修饰在肿瘤耐药过程中的调控作用

化疗是实体肿瘤常用的治疗方案，而且对大多数高度的恶性肿瘤具有良好的效果，但化疗耐药是难以避免的问题。越来越多的研究支持蛋白质糖基化在肿瘤耐药中发挥重要作用［43］。NAOOMI等［44］研究发现，抗原分化簇63（CD63）是一种高度N-糖基化的四跨膜蛋白，受核糖体结合蛋白Ⅱ（RPN2）的调节。RPN2是N-寡糖转移酶复合物的重要组成部分，抑制RPN2的表达可以降低CD63的糖基化水平。沉默CD63可以导致多药耐药蛋白1（MDR1）从细胞表面移位，降低了恶性乳腺癌细胞的化疗耐药性和侵袭能力。衣霉素作为一种有效的糖基化抑制剂，在多种癌症中显示出显著的抗肿瘤活性。衣霉素可以通过激发胃癌细胞，特别是MDR细胞的内质网应激，显著增加化疗诱导的凋亡［45］。此外，相关研究发现，UDP-N-乙酰氨基葡萄糖焦磷酸化酶1（UAP1）在前列腺癌中高度表达。在UAP1高表达的前列腺癌细胞中，UDP-N-乙酰氨基葡萄糖（UDP-GlcNAc）表达也显著增加。UDP-GlcNAc是内质网发生的N-连接糖基化所必需的，其与N-连接糖基化抑制剂（衣霉素和2-脱氧葡萄糖）的抗药性存在相关性。糖基化修饰可以调控MDR1，缓解肿瘤的耐药性，糖基化抑制是逆转肿瘤患者化疗耐药的一种可行策略。

综上所述，糖基化修饰主要受糖基转移酶和糖苷酶的调控，通过改变肿瘤相关因子的糖基化状态，进而影响肿瘤的生物学行为。此外，糖基转移酶能够与糖代谢途径的关键因子相互作用，对肿瘤的能量代谢产生重要影响。更重要的是，糖基化修饰能够促进肿瘤的免疫逃避能力，缓解肿瘤的化疗耐药性。相信随着糖基化修饰研究的不断深入，有望实现癌症疫苗的开发、肿瘤靶向治疗和精确医学，为肿瘤的诊治提供新的方向。