彭佳欣，張自輝，劉婧純，洪莉

武漢大學(xué)人民醫(yī)院婦產(chǎn)科，武漢430060

隨著人口老齡化加劇，惡性腫瘤的疾病負(fù)擔(dān)在全球范圍內(nèi)持續(xù)上升，惡性腫瘤的防控形勢非常嚴(yán)峻。因此，深入研究惡性腫瘤的發(fā)病機(jī)制，制定符合衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)要求的預(yù)防和控制策略仍是當(dāng)務(wù)之急［1］。蛋白質(zhì)翻譯后修飾是指翻譯后的蛋白質(zhì)以共價方式在氨基酸殘基上添加或移除特定基團(tuán)，繼而改變蛋白質(zhì)構(gòu)象、定位、功能等的化學(xué)修飾過程。常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾有磷酸化、乙酰化、泛素化、甲基化和糖基化等［2］，這些修飾方式在諸多生命活動調(diào)控中扮演至關(guān)重要的角色。O連接N-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）糖基化修飾是一種動態(tài)可逆的蛋白質(zhì)翻譯后單糖修飾，通過β-糖苷鍵將GlcNAc連接到蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。O-GlcNAc糖基化修飾可在多個水平上調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能，如酶活性、能量代謝、亞細(xì)胞定位、分子間相互作用等，參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)多種重要的生物學(xué)過程［3］。近年研究發(fā)現(xiàn)，O-GlcNAc 糖基化修飾異常與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和免疫系統(tǒng)疾病等［4］。有研究認(rèn)為，O-GlcNAc糖基化修飾異常是腫瘤細(xì)胞的重要特征之一，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移等［5］。本文結(jié)合文獻(xiàn)就O-GlcNAc 糖基化修飾在惡性腫瘤中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 O-GlcNAc糖基化修飾概述

O-GlcNAc 糖基化修飾是將GlcNAc 以β-糖苷鍵形式共價連接到細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上的一種翻譯后修飾方式。正常情況下，細(xì)胞吸收的葡萄糖大部分進(jìn)入糖酵解代謝途徑，但仍有3%～5%葡萄糖從糖酵解途徑分流到己糖胺生物合成途徑（HBP），糖酵解的中間產(chǎn)物果糖-6-磷酸在谷氨酰胺果糖-6-磷酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化下轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖胺，然后在脂肪酸代謝物乙酰輔酶A、核酸代謝物三磷酸尿苷等存在的情況下，合成HBP 的最終產(chǎn)物尿苷二磷酸-N-乙酰葡萄糖胺（UDP-GlcNAc）［6］。UDP-GlcNAc 作為糖基供體在O-GlcNAc 轉(zhuǎn)移酶（OGT）和O-GlcNAc 水解酶（OGA）的催化下參與細(xì)胞內(nèi)O-GlcNAc 糖基化修飾過程。OGT 是一種相對分子質(zhì)量為110 kD 的可溶性蛋白質(zhì)，對調(diào)控細(xì)胞的各種生物學(xué)過程至關(guān)重要。在OGT催化下，O-GlcNAc糖基化修飾以UDP-GlcNAc 為底物，將O-GlcNAc 連接到細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上［7］。OGA 是體內(nèi)唯一一個可從各種糖蛋白底物中水解O-GlcNAc 修飾的糖苷酶。OGA 通過催化O-GlcNAc糖苷鍵的裂解，從蛋白質(zhì)上移除GlcNAc，從而完成去糖基化修飾［8］。OGT 和OGA 共同作用、動態(tài)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)O-GlcNAc糖基化和去糖基化修飾，通過影響轉(zhuǎn)錄翻譯、信號傳導(dǎo)、蛋白質(zhì)相互作用以及蛋白質(zhì)定位等生物學(xué)過程，從而維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性［9］。

2 O-GlcNAc糖基化修飾在惡性腫瘤中的作用

越來越多證據(jù)表明，O-GlcNAc 糖基化修飾異常與腫瘤的惡性生物學(xué)行為和細(xì)胞代謝紊亂密切相關(guān)。O-GlcNAc 糖基化修飾異常不僅能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞惡性增殖、侵襲、遷移以及血管生成和免疫逃逸，增強(qiáng)干細(xì)胞特性和耐藥性，還能干擾細(xì)胞內(nèi)葡萄糖、脂質(zhì)和氨基酸代謝。

2.1 O-GlcNAc糖基化修飾促進(jìn)腫瘤惡性生物學(xué)行為

2.1.1 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞惡性增殖 PI3K/AKT 信號通路是一條與細(xì)胞增殖和存活密切相關(guān)的信號通路。在許多腫瘤中，PI3K/AKT 信號通路被過度激活，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞異常增殖。據(jù)報道，在宮頸癌中，高水平的O-GlcNAc 糖基化修飾可激活PI3K/AKT 信號通路，促進(jìn)AKT 磷酸化，從而驅(qū)動腫瘤細(xì)胞惡性增殖［10］。在卵巢癌中，O-GlcNAc 糖基化和c-Jun蛋白可形成正反饋回路，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞無限增殖，其機(jī)制與O-GlcNAc 糖基化的c-Jun 轉(zhuǎn)錄因子可引起原癌基因MUC1過表達(dá)有關(guān)［11］。O-GlcNAc糖基化修飾還可激活結(jié)腸癌細(xì)胞中PGK1 的Thr255位點，而O-GlcNAc 糖基化修飾的PGK1 可促進(jìn)葡萄糖代謝，加速腫瘤細(xì)胞增殖。此外，PGK1 的Thr255位點O-GlcNAc 糖基化修飾可與PGK1 的Ser203 位點磷酸化協(xié)同作用，促進(jìn)PGK1 易位至線粒體中，加速糖酵解進(jìn)程，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖［12］。O-GlcNAc 糖基化修飾還可通過影響細(xì)胞周期進(jìn)程而調(diào)控細(xì)胞增殖。有研究表明，抑制肝癌細(xì)胞中OGT 表達(dá)和O-GlcNAc 糖基化修飾會導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯，細(xì)胞停滯于G0/G1期，進(jìn)而導(dǎo)致肝癌細(xì)胞增殖抑制［13］。O-GlcNAc 糖基化修飾水平增高亦可減少泛素化細(xì)胞周期蛋白D1（CCND1）積累，延遲其蛋白酶體水解，增強(qiáng)CCND1 穩(wěn)定性，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞惡性增殖［14］。由此可見，O-GlcNAc 糖基化修飾可通過激活增殖相關(guān)的信號通路和阻滯細(xì)胞周期進(jìn)程，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞惡性增殖。

2.1.2 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移 上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移的重要機(jī)制之一，由誘導(dǎo)信號、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子和下游效應(yīng)器驅(qū)動。TGF-β 信號通路可介導(dǎo)EMT 發(fā)生，而SMAD4 是TGF-β 信號通路的主要調(diào)節(jié)因子。有研究報道，O-GlcNAc 糖基化修飾可增強(qiáng)SMAD4 穩(wěn)定性，激活TGF-β 信號通路，誘導(dǎo)EMT 發(fā)生，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移［15］。在結(jié)直腸癌中，轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中OGT和O-GlcNAc糖基化修飾顯著增加，OGT可通過促進(jìn)O-GlcNAc 糖基化修飾，增強(qiáng)EZH2 穩(wěn)定性，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移［16］。在肝癌中，賴氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶5（KAT5）的O-GlcNAc 糖基化修飾對腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移至關(guān)重要，抑制OGT 或降低KAT5 表達(dá)能夠顯著抑制肝癌細(xì)胞的侵襲和遷移［17］。以上研究表明，O-GlcNAc 糖基化修飾可通過促進(jìn)EMT 或激活侵襲、遷移相關(guān)基因的表達(dá)，發(fā)揮促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移的作用。

2.1.3 促進(jìn)腫瘤新生血管生成 O-GlcNAc 糖基化修飾水平升高可促進(jìn)Ang-2分泌，而Ang-2是一種促進(jìn)血管生成的細(xì)胞因子，能夠促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移，刺激新生血管生成［18］。因此，O-GlcNAc糖基化修飾水平升高可刺激腫瘤組織新生血管生成，為腫瘤生長提供適宜的微環(huán)境?；|(zhì)金屬蛋白酶家族（MMPs）在血管生成中亦發(fā)揮著重要作用［19］。有研究表明，O-GlcNAc 糖基化修飾可上調(diào)MMP1、MMP2 和MMP3 表達(dá)，增強(qiáng)血管通透性，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移［20］。另有研究發(fā)現(xiàn)，O-GlcNAc 糖基化修飾還可通過抑制NF-κB p65 特定位點的磷酸化，減少血管內(nèi)皮細(xì)胞中炎癥因子釋放，促進(jìn)損傷血管內(nèi)皮的修復(fù)［21］。

2.1.4 促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞特性 在乳腺癌中，OGT和O-GlcNAc 糖基化修飾水平升高可導(dǎo)致腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞增加，而抑制OGT 和O-GlcNAc 糖基化修飾則可減少腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞并降低參與促進(jìn)自我更新的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)［22］。除了直接調(diào)控腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞特性外，OGT和O-GlcNAc糖基化修飾還可通過調(diào)節(jié)其他因子的表達(dá)和活性，誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞特性。MYBL1 在多種實體腫瘤中扮演原癌基因的角色，腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞受MYBL1 負(fù)性調(diào)控。在結(jié)腸癌中，MYBL1 是O-GlcNAc 調(diào)控的靶標(biāo)，OGT可通過O-GlcNAc 糖基化修飾增強(qiáng)MYBL1 啟動子中CpG 島的甲基化，從而降低MYBL1 活性，限制MYBL1 依賴性基因轉(zhuǎn)錄，抑制MYBL1 蛋白表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控腫瘤生長［23］。此外，許多干細(xì)胞因子可直接被O-GlcNAc 糖基化修飾，這可能有助于O-GlcNAc調(diào)控腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞。SOX2 是一種重要的干細(xì)胞因子，在胰腺癌細(xì)胞中可被OGT 直接修飾，從而保護(hù)SOX2 免于被降解，增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞的自我更新能力［24］。這些研究表明，O-GlcNAc 糖基化修飾在調(diào)控腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞方面具有不可或缺的作用。

2.1.5 介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞耐藥性 在乳腺癌中，叉頭框蛋白A1（FOXA1）的O-GlcNAc 糖基化修飾水平升高可增強(qiáng)FOXA1穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致與促凋亡蛋白Bcl-2相互作用的細(xì)胞死亡介質(zhì)下調(diào)，最終促進(jìn)硼替佐米的耐藥性；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OGT 抑制劑聯(lián)合硼替佐米能夠誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡［25］。此外，有研究證實，O-GlcNAc 糖基化修飾水平升高可誘導(dǎo)異種移植腫瘤對輻射的耐受力，而抑制OGT則會損害DNA雙鏈斷裂修復(fù)并抑制腫瘤生長［26］。另有研究表明，在骨肉瘤中抑制OGT 表達(dá)可減少RAD52 依賴性同源重組介導(dǎo)的DNA 雙鏈斷裂修復(fù)，最終導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞增殖抑制［27］。由此可見，O-GlcNAc 糖基化修飾可通過參與調(diào)控細(xì)胞凋亡和DNA 損傷修復(fù)進(jìn)而介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞耐藥性。

2.1.6 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸 O-GlcNAc 糖基化修飾改變能夠顯著影響腫瘤微環(huán)境（TME）和相關(guān)免疫反應(yīng)［28］。有研究表明，O-GlcNAc 糖基化修飾可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型極化，并修飾STAT3上的Thr717位點。這些變化可促進(jìn)炎癥微環(huán)境形成，同時抑制免疫應(yīng)答，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖加速［29］。O-GlcNAc 糖基化修飾水平升高還可激活I(lǐng)L-6/STAT3 信號通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移，同時抑制樹突狀細(xì)胞抗原呈遞和下調(diào)IFN-γ/CXCR3/CXCL10 反應(yīng)軸，抑制CD8+T 細(xì)胞在腫瘤細(xì)胞中的積累，從而削弱細(xì)胞免疫并幫助腫瘤細(xì)胞免疫逃逸［30］。然而，O-GlcNAc 糖基化修飾在TME 和腫瘤免疫反應(yīng)中作用的研究報道較少，其具體機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

2.2 O-GlcNAc糖基化修飾介導(dǎo)細(xì)胞代謝紊亂

2.2.1 介導(dǎo)糖代謝紊亂 Warburg 效應(yīng)是指腫瘤細(xì)胞即使在氧氣充足的情況下仍然優(yōu)先選擇通過糖酵解而不是三羧酸循環(huán)獲取能量［31］。在乳腺癌中，OGT 和O-GlcNAc 糖基化修飾可抑制腫瘤細(xì)胞糖酵解［32］，表明OGT 和O-GlcNAc 糖基化修飾對糖酵解具有潛在的調(diào)節(jié)作用。有研究報道，O-GlcNAc糖基化修飾可顯著提高缺氧誘導(dǎo)因子1α 的穩(wěn)定性，促進(jìn)細(xì)胞代謝過程向Warburg 效應(yīng)轉(zhuǎn)變，從而促進(jìn)肝細(xì)胞癌進(jìn)展［33］。糖酵解過程中的M2 型丙酮酸激酶（PKM2）是OGT 和O-GlcNAc 的靶標(biāo)。PKM2 的Thr405 和Ser406 處O-GlcNAc 糖基化修飾可增強(qiáng)PKM2 寡聚化及其活性，從而增強(qiáng)糖酵解［34］。O-GlcNAc 糖基化修飾在糖原合成和分解代謝過程中亦可發(fā)揮重要作用。在缺氧環(huán)境中，O-GlcNAc 糖基化修飾可正向調(diào)節(jié)肝糖原磷酸化酶（PYGL）活性，PYGL的Ser430處O-GlcNAc糖基化修飾水平升高可促進(jìn)糖原分解，提高葡萄糖水平，以適應(yīng)缺氧環(huán)境，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長［35］。由此可見，O-GlcNAc 糖基化修飾在糖酵解過程中發(fā)揮重要作用。

2.2.2 介導(dǎo)脂質(zhì)代謝紊亂 在脂質(zhì)代謝中，長鏈?；o酶A 合成酶4（ACSL4）是甘油三酯合成和脂肪酸β 氧化的關(guān)鍵酶。有研究發(fā)現(xiàn)，ACSL4 在多種惡性腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，并可促進(jìn)腫瘤生長［36］。究其原因，ACSL4和O-GlcNAc 糖基化修飾的作用相互促進(jìn)，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖并抑制其凋亡。在宮頸癌中，O-GlcNAc 糖基化修飾可增強(qiáng)脂肪酸合酶（FASN）活性，導(dǎo)致脂肪酸合成增加，而脂肪酸增加有助于饑餓條件下O-GlcNAc 糖基化修飾對腫瘤細(xì)胞的保護(hù)作用；此外，O-GlcNAc 糖基化修飾和FASN的雙重抑制作用在體外可協(xié)同誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡［37］。甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1（SREBP-1）是脂肪酸、膽固醇和磷脂等脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子。雖然SREBP-1 不能被OGT 直接修飾，但OGT 的耗竭可增加SREBP-1 與E3 泛素連接酶FBW7 的相互作用，最終降低SREBP-1 水平及其轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)FASN 水平［38］，提示OGT 和O-GlcNAc 可間接調(diào)控SREBP-1穩(wěn)定性，最終介導(dǎo)脂肪酸代謝紊亂。

2.2.3 介導(dǎo)氨基酸代謝紊亂 谷氨酰胺合成酶（GLUL）是谷氨酰胺合成的關(guān)鍵酶。GLUL 缺失的胰腺癌細(xì)胞O-GlcNAc糖基化修飾水平降低，其增殖速率降低；OGT 抑制劑可抑制GLUL 表達(dá)，并抑制腫瘤細(xì)胞增殖［39］。這表明OGT 和O-GlcNAc 糖基化修飾在谷氨酰胺代謝調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮重要作用。在結(jié)腸癌中，OGT和O-GlcNAc糖基化修飾水平升高會導(dǎo)致谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SLC1A5、SLC38A2表達(dá)升高，進(jìn)而增加對谷氨酰胺的攝?。贿M(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞遷移誘導(dǎo)透明質(zhì)酸結(jié)合蛋白與OGT 和β-catenin 的相互作用，可導(dǎo)致β-catenin 的O-GlcNAc 糖基化修飾水平升高并增強(qiáng)其核易位，從而促進(jìn)SLC1A5 和SLC38A2 過表達(dá)，誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞侵襲和遷移［40］。此外，在前列腺癌中，抑制OGT會增加丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶2 表達(dá)，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖［41］。以上研究表明，O-GlcNAc 糖基化修飾與谷氨酰胺、丙氨酸代謝有著密切聯(lián)系，但其機(jī)制尚不完全清楚，還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，O-GlcNAc 糖基化修飾是一種動態(tài)可逆的蛋白質(zhì)翻譯后單糖修飾，對維持正常的細(xì)胞功能至關(guān)重要，該修飾異常是腫瘤細(xì)胞的重要特征之一，不僅能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞惡性增殖、侵襲、遷移以及血管生成和免疫逃逸，增強(qiáng)干細(xì)胞特性和耐藥性，還能干擾細(xì)胞內(nèi)葡萄糖、脂質(zhì)和氨基酸代謝。但目前O-GlcNAc 糖基化修飾在惡性腫瘤中的確切作用機(jī)制尚不完全清楚，還有待于進(jìn)一步研究。