唾液酸Tn抗原与半乳糖凝集素-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR信号通路中的研究进展

张 涛 柯昌兴

膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一，近年来其发生率呈上升趋势，其中男性的发生率和病死率较女性高，且多见于老年男性。淋巴结转移是其最常见的转移途径，且最常转移至盆腔淋巴结，当合并淋巴结转移时，患者5年生存率可明显降低，故了解其发生、发展机制十分重要。研究表明，唾液酸Tn(sialyl Tn,sTn)抗原与半乳糖凝集素-3(Galectin-3)在膀胱癌中高表达，且与不良预后等相关，sTn抗原与Galectin-3可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路在膀胱癌的发生、发展中发挥作用。本文就sTn抗原与Galectin-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR信号通路中的进展做一综述。

一、sTn抗原与膀胱癌

翻译后修饰是调节细胞蛋白质组的重要机制，对于广泛的生物学功能至关重要[1]。糖基化是蛋白质翻译后修饰的方式之一，根据氨基酸链接情况，可分为N-糖基化和O-糖基化，其中O-糖基化为丝氨酸/苏氨酸链接。目前认为异常糖基化在肿瘤发生、发展中起着重要作用，尤以O-糖基化最常见。正常细胞发展为成熟的O-聚糖，其第一步为形成Tn抗原，而sTn抗原由Tn抗原过早发生2，6唾液酸化形成，是不完全糖基化过程的产物[2～5]。

使用单克隆抗体对sTn抗原进行研究，发现sTn抗原虽可见于正常人体组织及消化道炎症部位，但仍较常见于肿瘤组织中，sTn抗原可在多种上皮类型肿瘤中呈现过表达，而在相应的正常组织中则呈低表达或无表达[2～4]。既往研究指出，sTn抗原在膀胱癌中呈现阳性表达，且主要是在肿瘤侵袭区，也可见于临近侵袭区的癌旁组织中，与未发生转移的肿瘤比较，sTn抗原过表达在伴有淋巴结转移的原发肿瘤患者中更常见[6]。

表达sTn抗原的细胞对细胞外基质成分黏附性降低，并表现出较高的迁移率，从而促进转移[7]。sTn抗原还可通过免疫系统影响细胞识别、细胞周期、凋亡及肌动蛋白细胞骨架动力学等过程，从而减少细胞聚集并增加细胞外迁移、侵袭和转移等[8]。sTn抗原同时还与耐药及免疫逃逸相关，此外体外研究表明，sTn抗原会增加细胞的侵袭性[9]。研究发现，通过小干扰RNA(small interference RNA，siRNA)干扰肿瘤细胞，sTn抗原表达下调，转染后的肿瘤细胞生长、迁移及侵袭受到明显抑制，且动物实验研究表明肿瘤sTn抗原的表达有效下调后，小鼠的存活时间明显延长[10]。相关研究指出，sTn抗原在膀胱癌细胞中增强了肿瘤细胞的迁移和侵袭能力[2]。sTn抗原主要与高级别病变和生存率降低有关，而与疾病的分级和分期无关[6]。另有研究指出，sTn抗原与膀胱癌的分期、分级相关[8]。考虑可能与检测的标本不同而导致研究结果存在一定的差异。sTn抗原在膀胱癌和癌前病变中高度表达且可在尿液或血清中检测，在今后临床工作中，sTn抗原有望作为广大膀胱癌患者非侵入性检查的一种选择，在膀胱癌患者的诊疗及预后发挥重要作用[8]。

二、Galectin-3在膀胱癌中的作用

Galectin-3是一种相对分子质量为(29～35)kDa的β-半乳糖苷结合蛋白，由人类14号染色体上的LGALS3基因编码[11,12]。Galectin-3是唯一具有3个结构域的嵌合体半乳糖凝集素，结构域由以下结构构成：①12个氨基酸构成的短N末端独特区域，含有一个丝氨酸磷酸化位点；②包含脯氨酸、甘氨酸和酪氨酸串联重复序列的胶原蛋白样序列，是基质金属蛋白酶的作用位点；③一个球形C端碳水化合物结构域[11]。Galectin-3存在于细胞质和细胞核中，也可被分泌到细胞外，胞外Galectin-3介导细胞黏附和细胞信号转导[1，13]。

研究表明，Galectin-3在肿瘤进展及细胞生长、侵袭和转移中起着重要作用，其过表达与肿瘤细胞的增殖、侵袭和恶性程度等密切相关[14]。Galectin-3可调节肿瘤微环境中的免疫细胞(如使T淋巴细胞凋亡和干扰NK细胞的功能)，帮助肿瘤细胞适应代谢应激，从而促进肿瘤进展[11,14]；通过细胞与细胞或细胞与基质的黏附过程来防止细胞凋亡，也可影响DNA损伤修复反应而使肿瘤进展及阻止细胞凋亡[15]。Galectin-3可通过血管内皮生长因子C诱导肿瘤细胞侵袭，还可与细胞外基质蛋白相互作用而触发转移[16，17]。Galectin-3在多种肿瘤中过表达，如甲状腺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、前列腺癌、膀胱癌等[14,17～19]。Galectin-3过表达可能促进肿瘤细胞代谢从氧化磷酸化向糖酵解转化，从而帮助肿瘤细胞适应代谢应激；也可通过促进血管生成而增强肿瘤对缺氧微环境的适应，进一步增加缺氧和营养缺乏组织微环境的稳态[11]。

Song等[19]研究指出，Galectin-3参与了肝癌细胞转移的多种相关过程，如血管生成和上皮间质转化，Galectin-3过表达可促进肝癌细胞上皮间质转化，抑制肝癌细胞黏附，使癌细胞丧失细胞间的相互作用，从而使癌细胞的运动性、侵袭性及细胞外基质降解能力增加，进一步促进癌细胞发生转移。Galectin-3在肿瘤分期、淋巴结转移状态及分化程度差异均有统计学意义，且分期、淋巴结转移状态差异有统计学意义[17]。而与肿瘤分级无关，这些结果的差异可能与肿瘤类型及使用的技术等相关[16]。

多项研究表明，Galectin-3可作为肿瘤的预后指标，用于评估患者预后[14]。在多种肿瘤的体内外实验中已证实，通过抑制Galectin-3的表达，可抑制肿瘤细胞生长，促进肿瘤细胞凋亡，减少细胞黏附，增加放化疗敏感度[12]。罗乐等[18]研究膀胱癌组织显示，Galectin-3在膀胱癌组织中表达明显高于癌旁组织，且与组织学分级、浸润程度及淋巴结是否转移等相关，通过转染siRNA干扰膀胱癌T24细胞Galectin-3的表达，显示转染后膀胱癌细胞的增殖、侵袭能力降低，细胞凋亡增加；同样，Fang等[14]通过转染siRNA干扰膀胱癌T24细胞，也发现膀胱癌细胞活力降低，且使细胞周期阻滞和凋亡，将不同浓度的修饰柑橘果胶(Galectin-3抑制剂)处理注射有膀胱肿瘤细胞的裸鼠，发现对肿瘤细胞的生长有抑制作用，移植瘤的体积缩小、重量减轻。因此Galectin-3可能成为膀胱癌潜在的治疗靶点，在今后的膀胱癌靶向治疗中具有重要意义。

三、PI3K/Akt/mTOR信号通路在膀胱癌中的作用

PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，同时具有磷脂酰肌醇激酶和丝氨酸/苏氨酸激酶双重活性，能磷酸化3′-OH的肌醇磷脂中的肌醇环，是生长因子受体酪氨酸激酶下游的主要信号转导成分，此外，激素、细胞因子和细胞外信号也可激活此通路[20]。根据序列同源性和脂质底物偏好的差异，可将其分为3类PI3K(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型)[21]。目前研究最多的为Ⅰ型PI3K，Ⅰ型均具有P110催化亚基，而催化亚基具有多种亚型，如P110α、P110β、P110γ和P110δ[22]。Ⅰ型又分为ⅠA和ⅠB，ⅠA类PI3Ks具有一个P85调节亚基(相对分子质量为85kDa)和一个P110催化亚基(相对分子质量为110kDa)，ⅠA类PI3Ks的P110催化亚基有α、β、γ和δ 4种亚型，分别由PIK3CA、PIK3CB、PIK3CG和PIK3CD基因编码[23]。ⅠB类PI3Ks催化亚基为P110δ，但不能与P85调节亚基结合。血小板衍生生长因子、表皮生长因子、胰岛素样生长因子等多种配体与受体酪氨酸激酶结合而使PI3K激活[23]，此外，Ras与P110催化亚基识别并结合也可使PI3K激活。激活的PI3K参与了多种细胞过程，如增殖、生长、代谢、转运及免疫等。异常的PI3K信号通路通过异常调节细胞凋亡、增殖、生长、代谢及细胞骨架重排等多种细胞过程，在驱动肿瘤的发生和发展中发挥了关键作用[20]。在肌层浸润性或转移性膀胱癌中，研究发现PI3K信号通路频繁过度激活[22]。

Akt根据其丝氨酸/苏氨酸残基不同可分为3种亚型，包括Akt1、Akt2和Akt3[23]。Akt1广泛存在于组织中，参与细胞生长和存活；Akt2主要存在于肌肉和脂肪细胞中，有助于葡萄糖稳态，而Akt3则存在于大脑和睾丸中[21]。三磷酸磷脂酰肌醇充当第二信使，募集诸如Akt和3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1之类的分子，导致其易位至细胞膜并随后激活[22]。Akt激活由两个磷酸化过程组成，第1个磷酸化过程为3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1磷酸化Akt1苏氨酸308位点，而第2个磷酸化发生在丝氨酸473位点，随后Akt被激活，激活的Akt转移至细胞膜或细胞质中，继续进行调控下游信号分子[21]。该通路在多种细胞过程中参与并发挥重要作用，包括增殖、凋亡、代谢、迁移、侵袭和分化上皮间质转化等，该通路激活可增强细胞的转移能力、促进血管生成及引起治疗抵抗[24]。

mTOR是一种相对分子质量为289kDa的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于PI3K激酶家族，参与调控蛋白质合成、细胞生长、代谢、增殖及分化等多种细胞过程[21,24]。mTOR由mTOR复合物1和mTOR复合物2构成，是细胞代谢和生长的主要调节因子，在许多病理过程中被激活，如胰岛素抵抗、血管生成及肿瘤形成等[21]。mTOR信号通路调控异常可为肿瘤细胞的生长提供能量[24]。

PI3K/Akt/mTOR通路是目前研究最多的肿瘤靶向治疗的信号通路之一，该通路参与细胞衰老、血管生成、能量代谢、葡萄糖代谢等复杂调控，且与多种信号通路密切相关[25]。PIK3CA基因突变或扩增常发生在如胃癌、胰腺癌、肝癌、肺癌、妇科肿瘤、头颈部癌症、多形性胶质母细胞瘤及血液系统肿瘤等多种实体肿瘤中[20]。21%～25%的肌层浸润性转移性膀胱癌中存在PIK3CA基因突变，PIK3CA基因突变最终会导致mTOR信号增强及膀胱癌细胞对凋亡的抵抗[24,25]。PI3K/Akt信号通路调节下游信号传导和蛋白质合成，当被上游信号激活时，PI3K会激活Akt和PDK1，随后引起mTOR磷酸化，信号级联开始于细胞膜上的PI3K激活，然后是丝氨酸/苏氨酸激酶Akt细胞膜移位和激活。此外，抑癌基因PTEN功能的丧失同样导致膀胱肿瘤中mTOR通路激活[24,25]。

四、sTn抗原与Galectin-3在膀胱癌PI3K/Akt/mTOR通路中的相关性

PI3K/Akt/mTOR通路对膀胱癌细胞生长和存活至关重要，膀胱癌的转移、血管生成及治疗耐药性等均被认为与细胞内PI3K/Akt/mTOR信号通路的激活有关[24,25]。李德江等[26]在研究甲状腺癌时发现Galectin-3通过PI3K/Akt通路发生作用。吴雪艳等[27]研究肝癌细胞时，通过转入Galectin-3的siRNA，显示Galectin-3低表达抑制了肿瘤细胞的增殖，且抑制磷酸化Akt和磷酸化mTOR的表达，提示Galectin-3通过PI3K/Akt/mTOR发挥作用。根据以上研究猜测该通路在膀胱癌的发生、发展中仍然发挥着重要作用，该通路发生改变时会导致膀胱癌细胞对细胞凋亡产生抵抗。Oka等[28]在膀胱癌细胞研究时，通过转入含有Galectin-3 cDNA的载体，使其表达升高，升高的Galectin-3进一步增强了PI3K/Akt活性，提示Galectin-3通过该通路发挥作用，这些结果均表明，Galectin-3与PI3K/Akt信号通路具有相关性。此外，sTn抗原与PI3K/Akt/mTOR通路也存在一定联系，且相关研究进一步指出在膀胱癌中Galectin-3可协同sTn抗原在PI3K/Akt通路中发挥作用[24,28,29]。

五、展 望

sTn抗原与Galectin-3广泛分布于人体组织中，在免疫、炎症和纤维化中发挥着重要作用，另有研究指出当其失活时，可提高肿瘤对化疗的敏感度，但目前对于sTn抗原与Galectin-3协同作用于PI3K/Akt/mTOR信号通路在膀胱癌中的研究仍不清楚，需要更多的研究加以证实[30]。随着研究的进一步深入，sTn抗原与Galectin-3可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路成为治疗膀胱癌的新靶点。