癌癥與炎癥中的聚糖結(jié)構(gòu)改變探析

已有的研究結(jié)果顯示，糖基化改變往往是疾病狀態(tài)的特點(diǎn)。但是這種轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)分子詳細(xì)資料所知甚少。最近10年來，在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)與質(zhì)譜學(xué)方面的研究進(jìn)展使得將特殊的聚糖結(jié)構(gòu)與疾病狀態(tài)聯(lián)系起來成為可能。在一些研究中，已經(jīng)顯示出糖基化與疾病相關(guān)性變化的新功能意義。

日前，美國加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)系與勞倫斯.伯克利國家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部Danielle H.Dube與分子和細(xì)胞生物學(xué)系的Carolyn R.Bertozzi等人在《發(fā)現(xiàn)》在線雜志發(fā)表文章，介紹了癌癥與炎癥中的聚糖物質(zhì)的治療與診斷的潛在應(yīng)用，該論文引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

該論文指出，癌癥和炎癥之類疾病的治療具有極大的挑戰(zhàn)性，因?yàn)椴±韺W(xué)涉及機(jī)體內(nèi)源性（往往是基本的細(xì)胞變化過程）的調(diào)節(jié)障礙。有效的治療通常是利用病變的和健康組織之間的差異，采用靶向藥物來進(jìn)行。新近，信號(hào)途徑已經(jīng)成為新的抗癌藥物研究焦點(diǎn)（例如激酶和磷酸酶），炎癥的治療集中于抑制免疫系統(tǒng)（例如腫瘤壞死因子α拮抗劑TNF和類固醇）。雖然聯(lián)合治療顯示能提高藥物選擇性，但是這些治療仍然可引起因?qū)Σ∽兘M織選擇性缺陷所致的副作用。因此有效地區(qū)分病變與健康細(xì)胞的新的分子靶標(biāo)，以鑒定細(xì)胞生理學(xué)中的其他病變，可促進(jìn)更具選擇性的治療與診斷方法。

糖生物學(xué)家對(duì)于聚糖結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)有數(shù)十年，聚糖修飾所有真核細(xì)胞的表面，隨癌癥和炎癥的發(fā)生而變化。因此細(xì)胞的糖基化類型是細(xì)胞生理學(xué)的代碼。在分子和功能水平了解這種代碼的研究已嶄露頭角。雖然糖生物學(xué)家仍處于譯解這種代碼的早期階段，但是他們的成果已經(jīng)獲得用于檢測疾病狀態(tài)的聚糖特征，防止病變聚糖形成以及破壞這些聚糖細(xì)胞的新方法。

聚糖的生物學(xué)特點(diǎn)

該論文對(duì)于聚糖的生物學(xué)特點(diǎn)作了新的概括。雖然人們長期以來就認(rèn)識(shí)到細(xì)胞狀態(tài)的聚糖表達(dá)變化，但是與蛋白質(zhì)和核酸的比較研究相比，闡明聚糖功能分子基礎(chǔ)的研究則相當(dāng)緩慢。這種緩慢的研究過程部分是由于聚糖的生物合成與其他的生物高聚物不同，不是模板產(chǎn)生的。在動(dòng)物中，聚糖是由9個(gè)單糖構(gòu)建起來的，通過配糖鍵可以無窮的方式互相連接。聚糖是通過糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷酶當(dāng)它們經(jīng)分泌途徑交換時(shí)在其蛋白質(zhì)或脂質(zhì)架構(gòu)上形成的。分泌途徑中這些酶的聯(lián)合作用導(dǎo)致聚糖結(jié)構(gòu)的不同排列。N-鏈聚糖附著到蛋白質(zhì)載體的天冬酰胺酸殘基上，O-鏈聚糖則附著到絲氨酸或蘇氨酸殘基，黏多糖（GAGs）則附著到蛋白聚糖的絲氨酸殘基上。與此相比，糖脂類具有脂質(zhì)載體，例如鞘脂類。聚糖結(jié)構(gòu)各不相同，從分支很高和復(fù)雜的聚糖（例如N-鏈聚糖和O-鏈聚糖與糖脂類）到線性聚糖（例如蛋白聚糖）都有。由于存在大量的結(jié)構(gòu)，因此聚糖的信息內(nèi)容是非常多的。在過去幾十年間，破解與疾病狀態(tài)有關(guān)的“聚糖編碼”一直是糖生物學(xué)家研究的主要重點(diǎn)。

腫瘤相關(guān)性聚糖的結(jié)構(gòu)改變

該論文還對(duì)腫瘤相關(guān)性聚糖的結(jié)構(gòu)做了前瞻性論述。一些最新研究采用特異的單克隆抗體和質(zhì)譜儀直接描述了癌癥相關(guān)細(xì)胞表面的聚糖，進(jìn)一步闡明其在惡變之前發(fā)生的分子變化。

這些研究顯示，糖基化改變包括自然發(fā)生的聚糖表達(dá)過低和過表達(dá)以及正常限制于胚性組織的聚糖的新表達(dá)。這些結(jié)構(gòu)大多數(shù)往往源于癌細(xì)胞高爾基成分中糖基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)水平。糖基轉(zhuǎn)移酶水平的變化可能導(dǎo)致N-鏈聚糖和O-鏈聚糖核心結(jié)構(gòu)的變更。最常見的一種變化是N-鏈聚糖大小和分支的增加。這種增加的分支往往歸因于N-羥乙酰神經(jīng)氨酸轉(zhuǎn)移酶V（GlcNAc-TV，也稱為MGAT5，導(dǎo)致1,6GlcNAc分支的酶）。分支增加產(chǎn)生了用于末端唾液酸殘基另外的位點(diǎn)，與相應(yīng)的唾液酸轉(zhuǎn)移酶上調(diào)協(xié)同，最終導(dǎo)致全面的唾液酸化。

除了聚糖的核心結(jié)構(gòu)改變之外，終端結(jié)構(gòu)改變也與惡變有關(guān)。涉及連接聚糖上的終端殘基的糖基轉(zhuǎn)移酶（例如唾液酸轉(zhuǎn)移酶和墨角藻糖轉(zhuǎn)移酶）在腫瘤組織中往往過表達(dá)。這些糖基轉(zhuǎn)移酶的活性增強(qiáng)轉(zhuǎn)過來導(dǎo)致某些終端聚糖的過表達(dá)。終端聚糖抗原決定簇的例子通常在轉(zhuǎn)變的細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)，包括路易斯寡糖X(sLex)，多價(jià)唾液酸多糖(sTn)，GloboH，路易斯Y(Ley)和抗原聚唾液酸。這些抗原決定簇有許多在惡性腫瘤中發(fā)現(xiàn)，包括大腦，乳房，結(jié)腸和前列腺等腫瘤。

腫瘤的另一個(gè)特征是某些糖蛋白和糖脂類生產(chǎn)過剩。例如，上皮瘤往往生產(chǎn)過剩黏液素糖蛋白，其特點(diǎn)是O-鏈聚糖的致密簇。黏液素不僅用作癌癥的診斷標(biāo)記物，而且還可作為大多數(shù)上述癌癥相關(guān)性抗原決定簇的架構(gòu)。此外，癌癥組織可顯示出神經(jīng)節(jié)苷脂表達(dá)增加。例如，在小細(xì)胞肺癌、成神經(jīng)細(xì)胞瘤和黑色素瘤中發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的神經(jīng)節(jié)苷脂（如GD2，GD3和墨角藻糖GM1）水平升高。雖然腫瘤組織中糖基化總的變化是明顯的，但是看來沒有單一的變化能明顯區(qū)分正常細(xì)胞和惡性細(xì)胞。而每一種類型的惡性組織都有一套明顯的聚糖表達(dá)改變。

炎癥相關(guān)性聚糖

在該論文中，與癌癥相關(guān)性聚糖相比，對(duì)慢性炎癥部位發(fā)現(xiàn)的聚糖功能進(jìn)行了新角度的闡述。炎癥性疾病，例如關(guān)節(jié)炎，銀屑病，哮喘與糖尿病的特點(diǎn)是白細(xì)胞浸潤到病變組織。血液中淋巴細(xì)胞正常進(jìn)入末梢淋巴結(jié)和白細(xì)胞移入炎癥組織的至關(guān)重要的第一步是黏附到血管內(nèi)壁被激活的內(nèi)皮細(xì)胞上。除了在癌癥轉(zhuǎn)移中的作用之外，選擇素（E-，P-和L-選擇素）介導(dǎo)暫時(shí)的初始相互作用，導(dǎo)致白細(xì)胞沿著內(nèi)皮表面旋轉(zhuǎn)。

一系列最新研究顯示，選擇素往往以硫酸鹽的形式與含唾液酸和巖藻糖的抗原決定簇(例如sLex)結(jié)合，這些抗原決定簇組成大多數(shù)白細(xì)胞、淋巴結(jié)的內(nèi)皮細(xì)胞和炎癥組織內(nèi)皮上聚糖上末端成分?？蒲腥藛T已經(jīng)對(duì)這些抗原決定簇采用單克隆抗體(例如MECA-79)進(jìn)行了廣泛研究，并結(jié)合到稱為外周淋巴結(jié)地址素(PNAd)的內(nèi)皮細(xì)胞糖蛋白聚積過程。MECA-79以硫酸鹽依賴方式與聚糖抗原決定簇結(jié)合，并且與L-選擇素共享相似的特異性。MECA-79和L-選擇素配基(例如6-sulpho-sLex)顯示在非炎癥內(nèi)皮組織中缺如，但是主要在慢性炎癥組織的內(nèi)皮組織上表達(dá)。這些聚糖抗原決定簇作用為淋巴細(xì)胞向炎癥組織自導(dǎo)引的內(nèi)皮代碼，這些淋巴細(xì)胞構(gòu)成表達(dá)L-選擇素。

阻滯淋巴細(xì)胞移入炎癥組織是抗炎治療的一個(gè)具有吸引力的靶標(biāo)。但是，像大多數(shù)糖類結(jié)合蛋白抑制劑一樣，選擇素抑制劑面臨著體內(nèi)抑制多價(jià)的、低親和力相互作用的挑戰(zhàn)。阻滯選擇素的治療制劑（例如選擇素抑制劑PS鄄GL-1）或其配基的生物合成制劑（例如合成sLex或6-sulpho-sLex糖基轉(zhuǎn)化酶與磺基轉(zhuǎn)化酶抑制劑）目前正在開發(fā)中。

此外，現(xiàn)在有機(jī)會(huì)開發(fā)可以在疾病癥狀出現(xiàn)之前確定炎癥部位的無創(chuàng)性診斷學(xué)。例如，1型糖尿病的最佳診斷指示劑是存在抗胰腺胰島細(xì)胞的自身抗體。當(dāng)這些抗體能被測定出來時(shí)，已經(jīng)發(fā)生了明顯的自身免疫破壞。Weissleder與合作者最近報(bào)告，靶向病情進(jìn)展早期事件——脈管系統(tǒng)漏，改進(jìn)了炎癥性糖尿病的診斷。炎癥性糖尿病的早期發(fā)現(xiàn)可能涉及顯像L-選擇素配基的表達(dá)，大概在炎癥組織損害之前出現(xiàn)。Sibson等人報(bào)告了通過靶向E-選擇素-sLex相互作用早期發(fā)現(xiàn)大腦炎癥的策略。結(jié)合到類似結(jié)合E-選擇素的sLex的一種MRI造影劑可顯示大腦炎癥的存在，而通過MRI是無法發(fā)現(xiàn)的。早期發(fā)現(xiàn)其他炎癥疾病的策略通過顯示糖基化早期變化同樣可以得到改進(jìn)。