透明质酸和蛋白聚糖连接蛋白家族在肿瘤中的研究进展

丁 亿，黄浩轩，熊世达，郭 炬

(南昌大学a.研究生院医学部2019级； b.研究生院医学部2020级;c.第一附属医院泌尿外科,南昌 330006)

细胞外基质(ECM)作为疾病中的参与者发挥多种功能作用，这取决于其各种成分之间的多重相互作用[1]，而维持细胞外基质完整性及支持其功能所需的更重要的相互作用之一就是蛋白聚糖和透明质酸之间的相互结合作用，以形成透明质酸和蛋白聚糖聚集体，而这种聚集体依赖一种额外的蛋白质，即透明质酸和蛋白聚糖连接蛋白(HAPLN)。HAPLN是作为细胞外基质连接蛋白，存在于大多数脊椎动物组织中，目前已发现HAPLN家族存有4种亚型，即HAPLN1、HAPLN2、HAPLN3、HAPLN4[2]。在HAPLN家族中，HAPLN1是最早被发现的，大多数文献报道其在肿瘤的恶性进展中充当促癌基因的角色[3]。而HAPLN2和HAPLN4局限于大脑和中枢神经系统特异性表达，主要参与神经系统疾病的病理过程和稳定特定脑区神经周围网结构完整性，但在脑肿瘤报道较少[4-5]。尽管目前HAPLN3在肿瘤中的作用有待确定，但有相关报道指出HAPLN3在肿瘤中可能是一个促癌基因[6]。本文首先从HAPLN家族蛋白的结构分布、生物学特性等方面简要综述最新研究进展，进而重点阐述其在肿瘤中的重要影响。

1 HAPLN1

1.1 结构分布与生物功能

HAPLN1也称为软骨连接蛋白(CRTL1)，最初是在牛关节软骨中提取的蛋白多糖部分中发现的[7]。它与家族其他成员一样都显示相似的结构，由1个N端信号序列、1个免疫球蛋白(Ig)结构域和2个连续的链接模块或蛋白聚糖串联重复(PTR)构成[2]。

作为软骨细胞外基质的关键成分，HAPLN1沿着透明质酸链以1:1的化学计量结合蛋白聚糖来稳定透明质酸和蛋白聚糖的聚集体[2]。由此产生的聚集体形成一个稳定的大分子结构，有助于关节的抗压性和减震性[8]。URANO等[9]研究指出HAPLN1基因多态性与脊柱退行性病变有关。纯合子小鼠缺失HAPLN1会导致严重的软骨发育不良和围产期致死率[10]。

尽管HALPN1是软骨细胞外基质的主要成分，但它也不同程度的在其他组织中表达，例如小肠和胎盘、胚胎和成人心脏组织[2,11]。WIRRIG等[11]研究表明在小鼠不同发育阶段，HAPLN1在心脏不同结构部位先后表达程度也不同，同时指出HAPLN1缺失后会导致心脏严重畸形。这表明了HAPLN1在心脏发育过程具有重要保护作用。在小鼠和人类卵巢中也检测出了HAPLN1表达[12]，表明了HAPLN1在卵丘-卵母细胞复合体基质中起到稳定作用，同时也有报道指出HAPLN1可能通过与透明质酸或多功能蛋白聚糖的相互作用间接促进颗粒细胞活力的增加，促进它们分化成黄体细胞[13]。这表明了HAPLN1在排卵期具有重要作用。此外，HAPLN1还可以稳定神经元中的神经元周围网络(PNN)，大脑中HAPLN1将缺失导致PNN减弱[14]。

1.2 与肿瘤的关联

HAPLN1的IgV结构域属于免疫球蛋白超家族。该家族的一些成员是免疫球蛋白样细胞黏附分子，它们与细胞间黏附、肿瘤细胞侵袭和转移有关[15-16]。据报道[17]，HAPLN1在间充质瘤组织中的RNA和蛋白质水平均显著升高，被认为是一种致癌基因。在肝癌中，HAPLN1出现在间充质定向的肿瘤祖细胞中，驱动了肿瘤侵袭性，与肝癌患者不良预后相关[18]。在胃癌中，癌症相关成纤维细胞(CAF)来源的HAPLN1可通过ECM重塑促进肿瘤侵袭，与胃癌的疾病进展和不良预后相关[3]。此外，还有研究[19]表明HAPLN1由多发性骨髓瘤(MM)患者的骨髓基质细胞产生，可激活MM细胞中的非典型硼替佐米抗性NF-κB通路。因此，HAPLN1被认为是一种新的致病因子，可促进MM细胞对硼替佐米的耐药性。另外，在对甲氨蝶呤(MTX)耐药的结直肠癌中，HAPLN1蛋白表达明显增高，通过激活IKK/p65信号通路，增强了结直肠癌细胞对MTX的耐药性[20]。由此，表明了HAPLN1可能在维持肿瘤干细胞特性方面发挥重要作用。此外，HAPLN1的过度表达与恶性胸膜间皮瘤的进展时间和总体生存期呈负相关[21]。一项生物信息学研究预测HAPLN1表达位于结直肠癌中下游上调的Wnt/β-连环蛋白信号传导[22]，并且肿瘤细胞外基质的蛋白质组学分析报告了HAPLN1在转移性黑色素瘤中过度表达[23]。然而，KAUR等[24]的最新研究表明HAPLN1在老化的成纤维细胞中丢失，反而导致了ECM促进了黑色素瘤细胞的侵袭和转移。HAPLN1对不同肿瘤患者预后不一致的效果表明，HAPLN1发挥的作用可能是组织依赖性[25-26]。如ZHANG等[3]在胃癌中发现，HAPLN1可以减少ECM中胶原纤维的数量、密度、宽度和长度，并增加纤维排列，而ECM的这些变化与HAPLN1诱导的肿瘤的侵袭性增加有关。与之结论相似的是，接种在低密度胶原基质中的肺癌细胞的迁移能力更明显，这暗示了高密度胶原抑制肿瘤细胞迁移[27]。而PROVENZANO等[28]报道，ECM中胶原密度的增加会增加乳腺癌的肿瘤形成、局部侵袭和转移。因此，在皮肤或乳腺肿瘤等非内脏肿瘤与包括胃癌在内的内脏肿瘤中，ECM重塑对肿瘤进展的差异性影响也可能归因于ECM的器官特异性功能。

2 HAPLN2和HAPLN4

2.1 结构分布与生物功能

有研究[29]表明，HAPLN2和HAPLN4，也可分别称为脑源性连接蛋白1(Bral1)和脑源性连接蛋白2(Bral2)，二者的表达局限于大脑和中枢神经系统。BEKKU等[30]的免疫蛋白印迹分析表明HAPLN2 mRNA在人类海马体、延髓、丘脑和脊髓中高水平表达，但在小脑、大脑皮层、额叶中表达水平较低。而HAPLN4 mRNA在脑干、小脑和丘脑的细胞核中表达。尽管，二者的结构相似，但HAPLN4在第1个PTR内有1个富含10个氨基酸的甘氨酸插入物，并有1个延伸的C端，富含氨基酸甘氨酸、色氨酸、丙氨酸、脯氨酸和天冬氨酸，目前尚不知其C端的功能意义。此外，HAPLN4拥有1个潜在的N-糖基化位点，而HAPLN2和HAPLN3不包含任何共有的N-糖基化位点[2]。

凝集素蛋白聚糖如短链蛋白聚糖和蛋白聚糖主要与透明质酸结合，而透明质酸是大脑中ECM的主要成分[31-32]。连接蛋白的功能就是稳定这些结合的相互作用。先前的研究[33]表明，在连接蛋白存在的情况下，聚集蛋白聚糖的聚集体更密集。此外，在HAPLN2缺乏的小鼠大脑中发现ECM蛋白(如短纤维蛋白聚糖、透明质酸和多糖蛋白V2)的水平变得低下，从而导致ECM在中枢神经系统中的兰氏节点形成的扩散障碍减少，不利于神经元转导性[34]。这些发现表明了HAPLN2对ECM的形成至关重要。在神经系统疾病中HAPLN2也发挥了不小作用。有研究[35]发现，在帕金森病(PD)中，HAPLN2促进α-突触核蛋白的聚集，从而导致神经变性。在阿尔茨海默病(AD)中，有研究[35-36]表明HAPLN2可能存在于AD患者大脑的神经原纤维缠结(NFTs)中并且在海马体中高表达，而海马体作为学习和记忆的参与者其功能障碍就是AD的主要症状[37]。因此，推测HAPLN2可能通过调节海马神经发生参与在AD病变中。

而HAPLN4在小脑中γ-氨基丁酸(GABA)能神经元显著表达，包括浦肯野细胞、星状细胞、篮状细胞和高尔基细胞。免疫蛋白印迹分析检测到了HAPLN4蛋白在GABA能神经元终止的突触前突触周围呈网络表达[30]。然而，BEKKU等[5]发现缺失HAPLN4的小鼠减弱了神经周围网络，改变了短蛋白聚糖的定位，并显示深小脑核神经元中的突触数量略有减少。此外，在敲除HAPLN4小鼠的小脑深部核神经元中，抑制性突触强度降低，而兴奋性突触特性不受影响，表明了HAPLN4可以选择性地有助于小脑中浦肯野细胞和深部核神经元之间突触的形成和传输[38]。这些发现表明了HAPLN4对中枢神经系统ECM的形成和维持起重要作用。

2.2 与肿瘤的关联

由于HAPLN2和HAPLN4的表达局限于大脑中，而有关它们在脑肿瘤中的报道较少。目前仅有1篇文献[39]报道指出，HAPLN2和HAPLN4在恶性胶质瘤中与正常脑组织相比，表达量显著减少，这种现象反映了神经元特异性标志物的减少，其原因可能主要是肿瘤侵入引起的神经元死亡。尽管该研究表明恶性胶质瘤ECM富含与HAPLN无关的凝集素蛋白聚糖，但重新引入HAPLN4后会以短蛋白聚糖部分相加的方式增加恶性胶质瘤的迁移和黏附。因此，关于HAPLN2和HAPLN4在肿瘤中作用还需要今后更深入的研究。

3 HAPLN3

3.1 结构分布与生物功能

人类HAPLN3基因位于第15染色体上，编码分子质量为41 000，在结构上与家族其他成员总体相似。然而，HAPLN3相比家族其他成员分布广泛，包括大脑在内的大多数组织中表达最丰富和广泛，其中在脾脏和胎盘中表达量最高[2]。此外，HAPLN3在透明质酸依赖性细胞外基质的构建和稳定中发挥重要作用。例如，在血小板源性生长因子的协同下可上调HAPLN3与多功能蛋白聚糖的表达，与透明质酸一起参与血管平滑肌细胞的细胞外基质的形成，修复血管的损伤[40]。

3.2 与肿瘤的关联

尽管HAPLN3在癌症中的作用机制尚未详细报道，但有研究[6]表明HAPLN3在乳腺癌中过表达并且可能与其发生和转移有关。另外，多项生物信息学研究预测HAPLN3与黑色瘤的恶性进展有关[41-43]。此外，在转移性前列腺癌中，BJERRE等[44]发现HAPLN3基因的甲基化循环肿瘤DNA显著增高，可作为治疗后的风险预测指标。因此，从目前的研究结果来看，HAPLN3在肿瘤中极可能发挥致癌作用。

4 结语

综上所述，在HAPLN家族中，HAPLN1作为软骨细胞外基质的重要成分，在多个肿瘤组织中高表达，可维持肿瘤干细胞特性，促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移。然而，在一些非内脏肿瘤中却能够阻止肿瘤细胞的迁移和侵袭，这种相反表征的内部机制研究可以作为未来探索的一个研究方向。尽管HAPLN2和HAPLN4在恶性胶质瘤中几乎不存在，但它们在其他脑肿瘤中的表达及临床意义却是未知。而HAPLN3在大部分组织中广泛表达，在多个肿瘤中异常高表达，但其在癌症中的生物学功能尚未明确，因此探究HAPLN3在癌症中生物学功能及临床预后价值将会是一个重要研究方向。因此，进一步探讨HAPLN家族作为肿瘤新型诊断和预后标志物的可行性将是今后的研究热点。