高 璐,牟蘭蘭,朱 蓉,趙 逵
黏蛋白(mucin)為大分子糖蛋白,包括分泌型及膜結(jié)合型兩大類,主要由上皮細(xì)胞合成,少部分存在于造血細(xì)胞上。目前已有大量研究表明,黏蛋白對(duì)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展至關(guān)重要。黏蛋白1(mucin 1,MUC1)為膜結(jié)合型黏蛋白,在胃腸道、肝臟、胰腺、肺及乳腺等重要器官惡性腫瘤中異常表達(dá)和糖基化,參與信號(hào)傳導(dǎo)及免疫調(diào)節(jié)等細(xì)胞生物活動(dòng),在腫瘤浸潤、轉(zhuǎn)移、增殖、凋亡及炎癥等多方面起關(guān)鍵作用。本文闡述了MUC1發(fā)生糖基化改變后對(duì)腫瘤發(fā)生、發(fā)展的影響以及其在激活腫瘤相關(guān)經(jīng)典信號(hào)通路中的作用,現(xiàn)綜述如下。
MUC1表達(dá)于上皮細(xì)胞的頂膜上,由1q21基因編碼,包含MUC1 N末端(MUC1-N)及MUC1跨膜C末端(MUC1-C)兩個(gè)亞基。
MUC1-N包括可變數(shù)目的串聯(lián)重復(fù)序列區(qū)域(VNTR)和海膽精子蛋白腸激酶、集聚蛋白結(jié)構(gòu)域。VNTR由富含脯氨酸、蘇氨酸和絲氨酸殘基(PTS結(jié)構(gòu)域)的氨基酸肽序列(PDTRPAPGSTAPPAHGVTSA)組成。MUC1-C由58個(gè)氨基酸的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域、28個(gè)氨基酸的跨膜結(jié)構(gòu)域和72個(gè)氨基酸的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域組成,可將MUC1-N錨定至細(xì)胞表面。
在正常條件下,MUC1在串聯(lián)重復(fù)序列內(nèi)的SEA模塊內(nèi)經(jīng)歷自身蛋白水解切割,由此產(chǎn)生MUC1-N與MUC1-C 2個(gè)亞基,通過穩(wěn)定的氫鍵形成異源二聚體復(fù)合物存在于質(zhì)膜上;在脫落酶催化作用下復(fù)合物解離,MUC1-C及MUC1-N釋放,同時(shí)也催化MUC1-C細(xì)胞外結(jié)構(gòu)裂解[1],解離后的MUC1-C進(jìn)入腫瘤細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長、增殖、侵襲及遷移等惡性行為的作用[2]。
糖基化是蛋白質(zhì)重要的翻譯后修飾之一,糖基化的變化是腫瘤生長和進(jìn)展所必需的。MUC1-N的可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列區(qū)域(VNTR序列)中絲氨酸及蘇氨酸殘基上有豐富的O-糖基化位點(diǎn),而MUC1-N簡并序列中含有N-糖基化位點(diǎn),分別在高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進(jìn)行O-糖基化、N-糖基化。O-糖基化與MUC1的生物學(xué)特性相關(guān),而N-糖基化在蛋白質(zhì)折疊、分泌和頂端表達(dá)中扮演著重要角色。
2.1MUC1糖基化作用與腫瘤細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo) 在完全糖基化的狀態(tài)下,豐富的糖鏈可覆蓋配體結(jié)合位點(diǎn),也可隔離信號(hào)因子,阻止其激活受體。而在腫瘤細(xì)胞上,分支聚糖丟失,配體結(jié)合位點(diǎn)暴露,各種蛋白質(zhì)間相互作用激活信號(hào)通路;或失去特異性分支糖鏈(某些蛋白結(jié)合位點(diǎn)),而阻礙信號(hào)傳導(dǎo)[3]。有研究發(fā)現(xiàn),腫瘤相關(guān)的MUC1異常糖基化作用促進(jìn)形成Tn抗原和其唾液酸化形式STn抗原,通過轉(zhuǎn)染ST6GalNAc1體外誘導(dǎo)STn-MUC1形式的過表達(dá)顯著增強(qiáng)了MUC1和CIN85的結(jié)合,CIN85參與激活的酪氨酸激酶受體(如EGFR)的內(nèi)吞轉(zhuǎn)運(yùn),MUC1與激活的酪氨酸激酶受體相互作用后激活ERK和AKT等通路,進(jìn)一步激活及調(diào)控信號(hào)通路下游分子的表達(dá),有利于腫瘤的進(jìn)展[4-5]。
參與MUC1糖基化過程的酶亦與腫瘤細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)有著重要聯(lián)系。N-乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶6(GALNT6)是參與O-糖基化的酶之一,在乳腺癌中,GALNT6與MUC1-N相互作用,并可作為促進(jìn)β-catenin/MUC1-C復(fù)合物形成和易位進(jìn)入細(xì)胞核的激活劑,激活Wnt信號(hào)通路,導(dǎo)致細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移;敲除GALNT6的乳腺癌細(xì)胞MUC1-C的表達(dá)顯著降低,導(dǎo)致Wnt信號(hào)通路靶基因如細(xì)胞周期蛋白D1、C-myc的表達(dá)降低[6]。N-乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶3(GALNT3)參與激活PI3K/AKT信號(hào)級(jí)聯(lián),Liu等[7]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)染shGALNT3的HCT-8和HCT-8/5-fu細(xì)胞中,特異性抗體會(huì)阻斷MUC1的表達(dá),進(jìn)而滅活PI3K/AKT信號(hào)通路。
2.2MUC1糖基化作用與腫瘤免疫調(diào)節(jié) 正常細(xì)胞中的MUC1經(jīng)歷高糖基化,故VNTR區(qū)域的免疫原性表位被廣泛分支的糖鏈覆蓋,使其免受細(xì)胞外環(huán)境的影響。而在腫瘤細(xì)胞中,MUC1蛋白往往是異常低糖基化的,允許這些免疫原性表位暴露于免疫系統(tǒng)[8]。目前,這些表位已成為腫瘤免疫治療的潛在靶點(diǎn)。
腫瘤相關(guān)黏蛋白糖基化也在免疫逃逸中發(fā)揮作用。當(dāng)Tn和STn抗原形成后,與巨噬細(xì)胞表達(dá)的巨噬細(xì)胞半乳糖特異性凝集素結(jié)合,驅(qū)動(dòng)免疫抑制程序,誘導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞凋亡,促進(jìn)腫瘤免疫逃逸[9-10]。
MUC1的糖基化作用誘導(dǎo)免疫細(xì)胞的分化及腫瘤進(jìn)展相關(guān)因子的產(chǎn)生。MUC1上的O-連接糖唾液酸化形成的ST抗原具有與單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上表達(dá)的唾液酸結(jié)合免疫球蛋白樣凝集素(Siglecs)家族中Siglec-9結(jié)合的潛力,ST抗原與單核細(xì)胞結(jié)合后誘導(dǎo)促炎表型,其可以將免疫細(xì)胞募集到腫瘤中,誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞,并以Siglec-9依賴性方式誘導(dǎo)分泌與腫瘤進(jìn)展相關(guān)的因子[11]。
2.3MUC1糖基化作用與腫瘤細(xì)胞失巢凋亡 失巢凋亡是一種特殊形式凋亡過程,通過去除移位上皮或內(nèi)皮細(xì)胞并防止它們接種到不適當(dāng)部位以維持組織穩(wěn)態(tài)。在腫瘤細(xì)胞中,MUC1過表達(dá),其細(xì)胞外結(jié)構(gòu)上O-糖基化修飾防止細(xì)胞表面失巢啟動(dòng)分子(如整聯(lián)蛋白、E-鈣黏蛋白和Fas)與配體的相互作用,導(dǎo)致對(duì)失巢凋亡的抗性。有學(xué)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),通過抑制核心-1糖基轉(zhuǎn)移酶(C1GT)表達(dá)抑制MUC1 O-糖基化可增加MUC1陽性腫瘤細(xì)胞的失巢調(diào)亡[12]。
2.4MUC1糖基化作用與致病微生物侵襲 在大量癌癥及癌前病變研究中發(fā)現(xiàn),MUC1上豐富的糖鏈常被唾液酸、半乳糖、巖藻糖、N-乙酰葡糖胺和N-乙酰半乳糖胺等修飾,形成復(fù)雜的分支糖鏈可作為致病微生物附著位點(diǎn)和作為潛在營養(yǎng)來源[13]。
沙門氏菌穿過黏液層入侵腸上皮細(xì)胞而引起感染,MUC1作為腸道頂端跨膜黏蛋白及黏液層的組成成分,促進(jìn)了沙門氏菌的侵襲。沙門氏菌黏附素SiiE蛋白被鑒定為參與MUC1介導(dǎo)的頂端入侵胃腸道上皮細(xì)胞,含有一系列串聯(lián)重復(fù)序列,以類似拉鏈的方式與MUC1的串聯(lián)重復(fù)序列相互作用。這種SiiE-MUC1相互作用是破壞黏蛋白屏障所必需的,促進(jìn)沙門氏菌進(jìn)入腸上皮細(xì)胞。MUC1的串聯(lián)重復(fù)序列上O-連接的聚糖發(fā)生唾液酸修飾,可成為沙門氏菌巨黏附素SiiE的主要靶標(biāo),并促進(jìn)MUC1與SiiE蛋白的相互作用[14]。幽門螺桿菌參與胃腸道腫瘤形成。有研究發(fā)現(xiàn),MUC1上的巖藻糖基化Leb和H1型結(jié)構(gòu)與幽門螺桿菌BabA黏附素結(jié)合抑制幽門螺桿菌與胃腸道上皮細(xì)胞的結(jié)合,從而削弱其對(duì)黏膜表面的定植,阻礙了胃腸道病變的發(fā)生[15]。
MUC1-C細(xì)胞質(zhì)尾部具有多個(gè)磷酸化位點(diǎn),與各種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)蛋白相互作用而激活或介導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo),參與腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移、增殖及凋亡。
3.1MUC1與表皮生長因子受體(EGFR) EGFR為表皮生長因子受體酪氨酸激酶(ErbB)家族,包括EGFR/ErbB1(Her1)、ErbB2(Her2/c-Neu)、ErbB3(Her3)和ErbB4(Her4),有調(diào)控細(xì)胞生長及分化的功能,當(dāng)原癌基因突變后EGFR過表達(dá),使得細(xì)胞增殖失控[16]。MUC1在上皮細(xì)胞的頂膜上表達(dá),而EGFR表達(dá)于上皮細(xì)胞的基底外側(cè)膜。在惡性腫瘤細(xì)胞中及發(fā)生上皮應(yīng)激反應(yīng)時(shí)細(xì)胞極性喪失,MUC1-C和EGFR在整個(gè)細(xì)胞膜上重新定位表達(dá)并形成復(fù)合物,促進(jìn)下游信號(hào)傳導(dǎo)的激活和MUC1-C表達(dá)的上調(diào)[17];當(dāng)MUC1-C細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域被磷酸化后,可作為半乳糖凝集素-3的結(jié)合位點(diǎn),在EGFR配體存在情況下,半乳糖凝集素-3與MUC1細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域的結(jié)合可誘導(dǎo)MUC1細(xì)胞表面極化并增加MUC1-EGFR相互作用,導(dǎo)致EGFR同源/異二聚化和活化增加[18]。另外,MUC1可增加EGFR啟動(dòng)子活性及EGFRmRNA和蛋白質(zhì)水平[19],抑制EGFR降解并介導(dǎo)EGFR定位于胞核,影響EGFR與轉(zhuǎn)錄活性啟動(dòng)子區(qū)域的相互作用[20]。目前,用EGFR抑制劑處理乳腺癌細(xì)胞可導(dǎo)致血漿中循環(huán)MUC1蛋白表達(dá)上調(diào),故MUC1已被當(dāng)作監(jiān)測EGFR靶向治療腫瘤評(píng)估效果的傳感器[21]。
3.2MUC1與磷酸肌苷3-激酶類(PI3Ks) PI3Ks屬于脂質(zhì)激酶家族。MUC1可調(diào)控由磷酸肌苷3-激酶(PI3K)通路傳遞信號(hào)的多種酪氨酸激酶受體的表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo),包括EGFR和STAT3等,在驅(qū)動(dòng)細(xì)胞增殖、遷移和存活等過程中起到重要作用[19,22]。MUC1-C胞質(zhì)尾含YHPM序列,該序列在磷酸化后可作為PI3K的直接結(jié)合位點(diǎn),與PI3Kp85亞基的Src同源區(qū)2(SH2)結(jié)構(gòu)域相互作用,可以使p85的構(gòu)象發(fā)生改變,從而激活PI3K p110催化亞基,進(jìn)而激活PI3K-AKT通路;利用細(xì)胞穿透肽GO-203可阻斷MUC1-C與PI3K p85的相互作用并抑制Akt及其下游效應(yīng)子mTOR構(gòu)成的復(fù)合物的磷酸化[23]?;|(zhì)金屬蛋白酶2/9(MMP-2/9)是腫瘤中PI3K-Akt信號(hào)通路的重要下游靶標(biāo),參與腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲。研究發(fā)現(xiàn),沉默MUC1基因降低了腫瘤細(xì)胞中PI3K、Akt及下游靶標(biāo)MMP-2/9的蛋白質(zhì)水平,阻斷或抑制了腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移[23]。
3.3MUC1與Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號(hào)通路 β-catenin是Wnt信號(hào)級(jí)聯(lián)的下游分子,通常與E-鈣黏蛋白等細(xì)胞表面黏附分子形成復(fù)合物,從而導(dǎo)致上皮細(xì)胞之間穩(wěn)定的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用。正常情況下,細(xì)胞內(nèi)β-catenin由糖原合成酶激酶3b(GSK3b)磷酸化。磷酸化的MUC1-C與β-catenin直接結(jié)合,穩(wěn)定β-catenin/TCF4復(fù)合物,促進(jìn)Wnt目標(biāo)基因如細(xì)胞周期蛋白D1、MYC激活,從而影響這些目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄與致癌作用[24-25]。另外,MUC1增強(qiáng)了β-catenin和p120catenin的激活并影響p120 catenin的亞細(xì)胞定位,三者可共同調(diào)節(jié)WNT信號(hào)通路的傳導(dǎo)。Liu等[26]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在胰腺癌S2-013細(xì)胞系中,MUC1未起到激活cyclin D1的作用,但在Panc1細(xì)胞系中可見MUC1顯著增加了Cyclin D1啟動(dòng)子活性,而這兩類細(xì)胞一個(gè)主要區(qū)別在于S2-013細(xì)胞中缺少可檢測到的P120 catenin,由此可見,MUC1對(duì)細(xì)胞周期蛋白D1基因表達(dá)的影響因細(xì)胞類型的不同而不同,且P120 catenin是Wnt通路中完全激活cyclin D1啟動(dòng)子活性所必需的。有研究表明,經(jīng)典Wnt/b-catenin通路是間充質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化(EMT)過程所涉及的通路之一,MUC1通過激活β-catenin并使之與SNAIL(一種與EMT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子)的啟動(dòng)子WRE結(jié)合導(dǎo)致SNAIL轉(zhuǎn)錄因子核易位的增加,進(jìn)而調(diào)控EMT[27]。
3.4MUC1與NF-κB通路 NF-κB通路為常見的炎癥通路,激活該通路可誘發(fā)炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。MUC1-C被導(dǎo)入核中后,胞質(zhì)尾通過GGSSLSY基序直接與NF-κB p65綁定形成復(fù)合物并增加NF-κB在目標(biāo)基因的啟動(dòng)子上占據(jù)的比例,從而激活NF-κB通路[28];炎癥通路激活后,炎癥及腫瘤細(xì)胞中如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細(xì)胞介素6(IL-6)等炎性因子表達(dá)上調(diào),同時(shí),TNF-α反過來激活NF-κB p65與MUC1 κB啟動(dòng)子位點(diǎn)的結(jié)合,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中MUC1基因的表達(dá),二者相互影響的正反饋回路,加速腫瘤發(fā)展[29]。MUC1-C亦可通過促進(jìn)由NF-κB介導(dǎo)的TAK1啟動(dòng)子的激活,誘導(dǎo)TAK1表達(dá)并與MUC1-C形成復(fù)合物,進(jìn)一步促進(jìn)TAK1和TRAF6的結(jié)合,而與NF-κB通路相關(guān)聯(lián)[30]。ZEB1可驅(qū)動(dòng)潛伏期腫瘤免疫逃逸,為癌細(xì)胞穩(wěn)定地進(jìn)入轉(zhuǎn)移狀態(tài)提供有利條件[31]。Rajabi等[32]研究發(fā)現(xiàn)MUC1-C/NF-κB p65復(fù)合物激活ZEB1啟動(dòng)子并增加ZEB1表達(dá)。此外,MUC1-C可直接與ZEB1結(jié)合抑制miR-200c基因,該基因可編碼具有逆轉(zhuǎn)EMT功能的腫瘤抑制因子。尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)是一種絲氨酸蛋白酶,參與腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移,uPA因其啟動(dòng)子中含有兩個(gè)NF-κB結(jié)合位點(diǎn),故其轉(zhuǎn)錄受NF-κB與啟動(dòng)子結(jié)合的調(diào)控。Mori等[33]發(fā)現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞中,uPA與MUC1表達(dá)水平平行,并通過質(zhì)?;蛲蛔兒筠D(zhuǎn)染細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MUC1-C/NF-κB復(fù)合物與uPA啟動(dòng)子的結(jié)合誘導(dǎo)了uPA的轉(zhuǎn)錄,證實(shí)了腫瘤細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移受MUC1-C/NF-κB-uPA信號(hào)通路調(diào)控。程序性死亡配體1(PD-L1)參與腫瘤免疫逃逸,故可作為三陰性乳腺癌(TNBC)免疫治療的靶點(diǎn)。MUC1通過NF-κB p65途徑誘導(dǎo)PD-L1表達(dá),且增強(qiáng)NF-κB p65占據(jù)PD-L1啟動(dòng)子(PD-L1啟動(dòng)子中E-box序列含有NF-κB p65結(jié)合位點(diǎn)),驅(qū)動(dòng)PD-L1轉(zhuǎn)錄,引發(fā)腫瘤免疫逃逸,為腫瘤轉(zhuǎn)移提供條件[34]。
3.5MUC1與JNK JNK為絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成員,可介入致癌基因轉(zhuǎn)化、細(xì)胞凋亡及細(xì)胞增殖等參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。JNK包含JNK1、JNK2和JNK3 3種類型。MUC1-C可直接結(jié)合JNK1,在順鉑等化學(xué)治療藥物所致的基因毒性應(yīng)激下增強(qiáng)JNK1和c-Jun活化,阻斷結(jié)腸腫瘤HCT116細(xì)胞對(duì)DNA損傷的凋亡[35]。在肝細(xì)胞癌中,MUC1激活JNK/AP-1途徑,進(jìn)而介導(dǎo)自分泌轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)信號(hào)傳導(dǎo),進(jìn)一步導(dǎo)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增強(qiáng)MMP-9表達(dá),介導(dǎo)肝癌細(xì)胞遷移和侵襲[36]。
3.6MUC1與雌激素受體(ER) ER包括ER-α和ER-β兩大類。ER-α大量存在于乳腺組織,ER-β主要在腸道中表達(dá)。MUC1-C可與ER-α DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合,二者相互作用后存在于ER-α轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中,誘導(dǎo)ER-α介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄并促進(jìn)雌激素介導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞生長。另外,ER-α還參與到其他細(xì)胞信號(hào)通路中,其相關(guān)的非轉(zhuǎn)錄機(jī)制觸發(fā)PI3K/AKT信號(hào)通路,該信號(hào)通路的持續(xù)激活阻斷細(xì)胞凋亡[37]。ER-β被發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸中發(fā)揮抗炎和抗腫瘤作用,ER-β缺乏所導(dǎo)致的結(jié)腸炎疾病活動(dòng)顯著增加,保護(hù)性黏液層的減少和相關(guān)結(jié)腸組織的去分化與MUC1的上調(diào)有關(guān)[38]。
MUC1作為常見的黏蛋白之一,保護(hù)上皮屏障,維持細(xì)胞生物功能平衡,其過表達(dá)及異常糖基化貫穿于各種惡性腫瘤起始至轉(zhuǎn)移。MUC1特殊的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),決定了其在腫瘤信號(hào)傳導(dǎo)及發(fā)生腫瘤相關(guān)糖基化改變等方面的重要地位。通過對(duì)其在腫瘤中作用的深入研究,將為了解腫瘤進(jìn)展,腫瘤篩查、診斷、治療及預(yù)后判斷等提供有力依據(jù)。