半乳糖凝集素3與乳腺癌的研究進(jìn)展

陳雨秋綜述，周國華，顧 軍審校

0 引 言

半乳糖凝集素3(galectin-3，Gal-3)，是糖粘合蛋白家族的一員，在腫瘤細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、激活的T細(xì)胞表面等表達(dá)。Gal-3基因位于染色體14q21～22，由6個外顯子、5個內(nèi)含子組成，Gal-3可以在細(xì)胞表面表達(dá)，也可以被分泌到細(xì)胞外。Gal-3結(jié)構(gòu)主要包括：①含有絲氨酸磷酸化位點的NH2末端結(jié)構(gòu)域；②可被基質(zhì)金屬蛋白酶切割的膠原蛋白樣序列；③COOH末端，含有一個碳水化合物識別結(jié)構(gòu)域和B淋巴細(xì)胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)家族的NWGR抗死亡序列[1]。其在胞質(zhì)中由游離的核糖體合成，能被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核、線粒體等細(xì)胞器中，并通過小泡分泌到細(xì)胞外。細(xì)胞外的Gal-3可以通過與細(xì)胞表面結(jié)合或內(nèi)吞的作用再次進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用。

1 Gal-3與腫瘤

Gal-3通過細(xì)胞內(nèi)外的多種途徑影響腫瘤的發(fā)生，進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[2-3]。Gal-3在多種腫瘤中都是高表達(dá)的，如膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、甲狀腺乳頭狀癌、腎癌、肝癌、胰腺癌、前列腺癌等。眾多學(xué)者認(rèn)為Gal-3在癌癥的診斷和治療方面存在很大的研究價值。

1.1 Gal-3在腫瘤組織中定位在腫瘤組織中，Gal-3可以在腫瘤細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞外基質(zhì)以及循環(huán)中被檢測到，不同定位的Gal-3具有不同的功能[4-5]。如在巨噬細(xì)胞中，位于T 細(xì)胞內(nèi)的Gal-3可以明顯抑制T細(xì)胞的凋亡, 從而增強(qiáng)T 細(xì)胞的免疫功能, T細(xì)胞外的Gal-3 有明顯的促凋亡作用。并且不同的細(xì)胞表達(dá)Gal-3的意義也是具有特異性的，如腫瘤細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞等過表達(dá)Gal-3所表示出的效應(yīng)均是不同的[6-8]，腫瘤細(xì)胞過表達(dá)Gal-3通常表現(xiàn)為增強(qiáng)的細(xì)胞侵襲性和抗凋亡性，過表達(dá)Gal-3可以增強(qiáng)單核細(xì)胞衍生的纖維細(xì)胞分化。巨噬細(xì)胞大量表達(dá)的Gal-3 可增強(qiáng)下游中性粒細(xì)胞的胞吞作用從而起到促炎作用，還可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的胞吞能力, 清理中性粒細(xì)胞以防止過度炎癥反應(yīng)[9]。巨噬細(xì)胞通常分為M1或M2類型，并且大多數(shù)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中已顯示出M2樣表型。通常，M1巨噬細(xì)胞被認(rèn)為具有炎癥和細(xì)胞毒性功能，而M2巨噬細(xì)胞具有抗炎和促進(jìn)傷口愈合的作用，Gal-3可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞向M2型分化[10]。這意味著想要簡化Gal-3在腫瘤中的作用是很困難的，Gal-3在細(xì)胞定位的不同或者所處細(xì)胞種類的不同可以產(chǎn)生不同甚至完全相反的效應(yīng)。

1.2 Gal-3與腫瘤細(xì)胞的凋亡Gal-3的主要功能包括調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長和凋亡，使得細(xì)胞在G1期停滯，下調(diào)細(xì)胞周期蛋白E、細(xì)胞周期蛋白A的表達(dá)，同時上調(diào)抑制蛋白的水平，增加G1早期的細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)并且激活相關(guān)激酶。不同類型的DNA損傷可以觸發(fā)同源結(jié)構(gòu)域相互作用蛋白激酶2(home domain interacting protein kinase 2,HIPK2)活化并誘導(dǎo)p53介導(dǎo)的Gal-3表達(dá)抑制[11]，p53以及HIPK2的異常表達(dá)就會導(dǎo)致Gal-3的活化，抑制細(xì)胞凋亡。并且Gal-3還可以影響許多其他信號通路，包括一些重要的癌基因如RAS，BCL2和MYC等[12-13]。

1.3 Gal-3與腫瘤組織血管生成與免疫Gal-3可以通過與巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞等表面特定受體結(jié)合，控制免疫細(xì)胞的活化、分化和存活，降低腫瘤組織中活化T細(xì)胞的數(shù)量與功能，并且抑制NK細(xì)胞的作用。并且Gal-3在腫瘤微環(huán)境中形成晶格，與細(xì)胞基質(zhì)相互作用，捕獲干擾素γ、白介素12、白介素2、白介素10等細(xì)胞因子，進(jìn)而抑制相關(guān)趨化因子的表達(dá)，如趨化因子CXCL9/10等，進(jìn)一步促使腫瘤的免疫逃逸[14-15]。Gal-3也可以通過與其配體的結(jié)合激活下游通路或維持相關(guān)巨噬細(xì)胞促血管生成能力來調(diào)節(jié)血管生成能力。

1.4 Gal-3在腫瘤中的相互作用蛋白Gal-3可以與腫瘤中多種蛋白質(zhì)相互作用，包括細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白以及腫瘤細(xì)胞表面蛋白。細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白主要包括層粘連蛋白、纖維連接蛋白等，Gal-3與細(xì)胞外基質(zhì)中的蛋白相互作用增強(qiáng)了細(xì)胞的粘附性，有利于癌栓的形成。腫瘤細(xì)胞表面蛋白包括糖黏連蛋白1(mucin1，MUC1)、整合素1、整合素β4、半乳糖凝集素3結(jié)合蛋白(galectin-3 binding protein，Gal-3BP)等。在乳腺癌細(xì)胞中，Gal-3與MUC1結(jié)合可以促進(jìn)人類表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)通路的激活，并進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶、SP1基因的表達(dá)，促進(jìn)血管生成并增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲性[16]。胰腺癌中胰腺星狀細(xì)胞自分泌Gal-3[17]，通過Gal-3與整合素1的相互作用，激活整聯(lián)蛋白相關(guān)激酶-核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)-白介素8軸促進(jìn)胰腺癌的原位腫瘤生長和轉(zhuǎn)移[18]。在人皮膚鱗狀細(xì)胞癌中，Gal-3與整合素β4相互作用激活磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositide 3-kinase, PI3K)/ 蛋白激酶B通路，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生與進(jìn)展[19]。Gal-3BP是Gal-3的天然配體，可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的聚集增強(qiáng)轉(zhuǎn)移性，但具體的機(jī)制尚沒有明確的研究指出。

1.5 Gal-3與腫瘤轉(zhuǎn)移Gal-3的過表達(dá)導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞侵襲性增加，其與層粘連蛋白等的結(jié)合增加了癌栓形成的風(fēng)險，增大了腫瘤轉(zhuǎn)移負(fù)荷。同時細(xì)胞外晶格的形成能夠調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的整聯(lián)蛋白和受體酪氨酸激酶信號傳導(dǎo)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移[20]。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)可Gal-3過表達(dá)會增加轉(zhuǎn)移風(fēng)險，但也有少數(shù)研究表明Gal-3可以誘導(dǎo)單核細(xì)胞衍生纖維化，從而抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移[21]。

1.6 Gal-3在不同腫瘤中的研究Gal-3與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展有很大的相關(guān)性，如肺癌、乳腺癌、甲狀腺癌、胰腺癌等[22]。許多研究表明Gal-3可以作為預(yù)測癌癥的診斷、預(yù)后的一個指標(biāo)。Gal-3與腫瘤的相關(guān)性一直是研究的熱點。Gal-3在甲狀腺癌中的表達(dá)高于甲狀腺良性結(jié)節(jié)，可以用于甲狀腺癌不確定細(xì)胞學(xué)檢查的指標(biāo)[23]，并且已經(jīng)經(jīng)過臨床驗證，并在多個國家和地區(qū)使用[24]。Gal-3的高表達(dá)也是肺癌不良預(yù)后的預(yù)測因子，與癌栓形成、定植能力增強(qiáng)相關(guān)[25]。Gal-3的高表達(dá)還與KRAS基因的激活相關(guān)，Gal-3可以作為KRAS高表達(dá)的肺癌、胰腺癌的治療靶標(biāo)[26]。Gal-3還可以通過激活Notch通路抑制骨轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞的成骨細(xì)胞分化，并且作為腫瘤骨轉(zhuǎn)移的標(biāo)志物[27]。

2 乳腺癌與Gal-3

乳腺癌是世界范圍內(nèi)女性最常見的惡性腫瘤，在我國的發(fā)病率也日益提升，已經(jīng)成為女性死亡率最高的腫瘤之一，嚴(yán)重威脅著中國女性的生命[28]。Gal-3與乳腺癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移也有著很重要的關(guān)系。在此我們著重介紹近期相關(guān)的文獻(xiàn)，探索Gal-3在乳腺癌治療、預(yù)測方面的意義及可行性。

2.1 Gal-3與乳腺癌診斷多項研究均表明，對比健康人群乳腺癌患者的腫瘤組織及血清中Gal-3均是過表達(dá)的，為了證實其與乳腺癌的相關(guān)性，有學(xué)者篩選了一組復(fù)雜的自身抗原包括Gal-3，MUC1，線粒體內(nèi)膜自噬受體，甘油激酶2和CA153進(jìn)行造模，并通過這組抗原對乳腺癌患者及正常人進(jìn)行模型的驗證，發(fā)現(xiàn)該模型在早期BC診斷中的敏感性為87%，特異性為76%[29]。這提示Gal-3的檢測或許可以作為乳腺癌診斷的指標(biāo)之一。

2.2 Gal-3與乳腺癌預(yù)后三陰性乳腺癌預(yù)后較差、死亡率更高[30-31]，研究發(fā)現(xiàn)Gal-3在三陰性乳腺癌中具有相對較高的表達(dá)水平，并且是該疾病的潛在標(biāo)志物，Gal-3的過表達(dá)預(yù)示著預(yù)后較差，通過Cox回歸分析未發(fā)現(xiàn)Gal-3過表達(dá)是乳腺癌的獨立預(yù)后因素，但與化療耐藥相關(guān)[32]。其他研究也證實了乳腺癌組織中的Gal-3水平較高，且Gal-3的高表達(dá)水平與較短的中位生存時間和總體生存時間呈正相關(guān)，通過siRNA干擾使Gal-3沉默顯著降低了MDA-MB-231的細(xì)胞活力，并增加了凋亡細(xì)胞的數(shù)量[33]。

但也有學(xué)者提出不同的觀點，2016年有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在接受基于阿霉素化療的87例淋巴結(jié)陽性乳腺癌患者隊列中，乳腺癌腫瘤組織Gal-3的低表達(dá)與晚期局部區(qū)域浸潤和不良生存相關(guān)，Gal-3高表達(dá)的無復(fù)發(fā)生存率、疾病特異性生存率更好，并且發(fā)現(xiàn)Gal-3的缺失會增加乳腺癌的功能性癌癥干細(xì)胞特性，主要包括自我更新能力、乙醛脫氫酶活性以及耐藥性，上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)相關(guān)蛋白也會呈現(xiàn)低表達(dá)，并且低表達(dá)的乳腺癌癌癥干細(xì)胞在體內(nèi)具有更高的致瘤性[34]。

但是由于目前已知的臨床實驗例數(shù)都較少，缺乏很好的可信度。并且這些研究缺乏深層次的分層分析，如分子分型、年齡等，不同的分子分型很有可能會導(dǎo)致產(chǎn)生的結(jié)果不同甚至相反。

2.3 Gal-3與乳腺癌轉(zhuǎn)移Gal-3BP是一種大型的超糖基化蛋白，是Gal-3的天然配體，可以誘導(dǎo)Gal-3介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞聚集，從而在轉(zhuǎn)移過程中增加血液中癌細(xì)胞的存活率，乳腺癌患者血清Gal-3BP超過11μg /毫升提示轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良[35]。同時Gal-3的過表達(dá)誘導(dǎo)了EMT，促進(jìn)了癌栓的形成，增強(qiáng)了乳腺癌腫瘤細(xì)胞的侵襲性，增加乳腺癌轉(zhuǎn)移的風(fēng)險[36]。Gal-3在三陰性乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231中被證實可以通過Gal-3/磷酸化小窩蛋白-1/RhoA信號軸，介導(dǎo)生長因子激活下游的整合素信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞肌動蛋白和基質(zhì)重塑以及腫瘤細(xì)胞遷移[37]，但有趣的是這個通路在最常用來研究的宮頸癌Hela細(xì)胞系中并不存在，這說明Gal-3在不同類型的腫瘤細(xì)胞中可能起到的功能是不同的。而對于非腫瘤細(xì)胞，Gal-3的表達(dá)起到的作用也是不一樣的，它可以增強(qiáng)單核細(xì)胞衍生的纖維細(xì)胞分化，抑制乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[38]，但是它與血小板糖蛋白的相互作用，可以促進(jìn)免疫受體酪氨酸激活基序信號觸發(fā)血小板活化，有利于腫瘤細(xì)胞的外滲，促進(jìn)乳腺癌以及結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移[39]。單純的通過研究細(xì)胞模型來確認(rèn)Gal-3與轉(zhuǎn)移的關(guān)系可能由于細(xì)胞種類不同產(chǎn)生全然相反的結(jié)果，這意味著可能在動物模型的研究或者臨床實驗的展開是必要的。

一項臨床實驗對Gal-3與轉(zhuǎn)移進(jìn)行了研究，通過招募52名乳腺癌患者和35名年齡匹配的健康對照，ELISA法檢測血清中Gal-3濃度，乳腺癌患者血清Gal-3水平顯著高于對照組，用于預(yù)測乳腺癌的Gal-3的臨界值確定為≥3.17 ng/mL，但是有和沒有轉(zhuǎn)移性疾病的乳腺癌患者之間的Gal-3水平?jīng)]有顯著差異。Gal-3水平與患者淋巴結(jié)情況，激素受體，淋巴血管侵犯情況，E鈣黏蛋白水平，月經(jīng)情況，病理分期，血清凝血標(biāo)志物均沒有顯著相關(guān)性，Gal-3可能并不能作為轉(zhuǎn)移的預(yù)測指標(biāo)[40]。但由于例數(shù)過少，其準(zhǔn)確性有待考證。

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)重組人ST6唾液酸轉(zhuǎn)移酶2(ST6GalNAc2)的沉默可改變腫瘤細(xì)胞表面O-聚糖(蛋白聚糖中O鏈接的寡糖鏈)的分布，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞與Gal-3的結(jié)合，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞在轉(zhuǎn)移部位的保留和栓子的形成，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移負(fù)擔(dān)增加，而這種事件可以被Gal-3抑制劑完全阻斷，通過監(jiān)測ST6GalNAc2表達(dá)可以將乳腺癌患者分層，篩選出適合Gal-3抑制劑治療的患者[41]。這意味著Gal-3抑制劑可以用于乳腺癌患者的治療，但是受益人群需要特殊的鑒別。

2.4 Gal-3與乳腺癌治療乳腺癌的治療主要包括局部治療(手術(shù)、放療)以及全身治療(化療、內(nèi)分泌治療等)，目前尚沒有證據(jù)表明Gal-3與手術(shù)以及放療存在相關(guān)性，但是Gal-3的過表達(dá)會影響乳腺癌的化療。2019年發(fā)表的一篇系統(tǒng)評價中指出Gal-3的高表達(dá)與乳腺癌化療藥物耐藥相關(guān)，包括順二氨二氯鉑、三氧化二砷、4羥苯基視黃酰胺，而有趣的是，缺乏Gal-3表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞均表現(xiàn)出對依托泊苷，卡鉑和絲裂霉素的耐藥性增加，這有可能是與Gal-3對DNA損傷及修復(fù)的作用相關(guān)[42]。不同化療藥物療效與Gal-3表達(dá)存在特異性關(guān)系。

Gal-3的過表達(dá)在乳腺癌中主要顯示出了增強(qiáng)的增殖性、侵襲性以及內(nèi)皮轉(zhuǎn)移性。其在乳腺癌中促血管生成的作用主要是由于Gal-3的N端中可被金屬基質(zhì)蛋白酶9切割，隨后在腫瘤微環(huán)境中釋放，與腫瘤細(xì)胞表面MUC1結(jié)合，增加EGFR同源或異源二聚體的形成，延長了EGFR的激活與轉(zhuǎn)導(dǎo)和促進(jìn)了Sp1的激活，同時Gal-3與MUC1的相互作用觸發(fā)β鈣黏蛋白的募集促進(jìn)血管的生成，并且促進(jìn)癌細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的粘附增加轉(zhuǎn)移[43]。EGFR的激活下調(diào)了mirRNA322的表達(dá)從而增強(qiáng)了Gal-3的轉(zhuǎn)錄穩(wěn)定性并且促進(jìn)BCL-2、胰島素樣生長因子1受體的表達(dá)，抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡并增強(qiáng)了侵襲性[44]。Gal-3抑制劑以及EGFR抑制劑吉非替尼的使用可以逆轉(zhuǎn)這些作用[45]。

但是除了EGFR相關(guān)靶向治療藥物，沒有研究表明Gal-3與其他靶向治療的關(guān)系，如PI3K、人表皮生長因子受體-2、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白、乳腺癌易感基因等靶向治療的相關(guān)性，由于Gal-3在其他許多腫瘤中都被證實可以激活多種信號通路(Notch、p53、NF-κB等)，這些通路的異常激活就很有可能會導(dǎo)致靶向藥物的耐藥。已有研究證實Gal-3與Na / K -ATPase相互作用并誘導(dǎo)P糖蛋白磷酸化，可能導(dǎo)致多種藥物的敏感性下降，Gal-3抑制劑與多種藥物聯(lián)合使用的效果可能會優(yōu)于單一藥物，如阿霉素[46]。目前Gal-3的抑制劑小分子果膠已經(jīng)在國內(nèi)上市，未作為藥用，有研究證實小分子果膠對腫瘤的治療存在一定療效，在卵巢癌細(xì)胞中Gal-3通過抑制Toll樣受體4與小窩蛋白-1相互作用從而誘導(dǎo)紫杉醇耐藥，Gal-3抑制劑與紫杉醇聯(lián)用療效優(yōu)于紫杉醇單藥并且降低紫杉醇用量[47]。而在乳腺癌中尚沒有很好的報道。

Gal-3抑制劑或許也可以作為乳腺癌輔助治療的輔助項目，這或許可以成為后續(xù)研究的一大熱點。

3 結(jié) 語

通過文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，近5年來Gal-3與乳腺癌相關(guān)的文獻(xiàn)較少，臨床性研究通常由于其納入樣本例數(shù)太少而有一定的局限性，但不可否認(rèn)的是Gal-3在乳腺癌患者中是高表達(dá)的，并且與預(yù)后存在一定的關(guān)系，但具體是哪一部分的患者與Gal-3關(guān)系最密切仍舊沒有一個很好的定論，大多數(shù)基礎(chǔ)實驗都證實Gal-3通過各種方式(包括抑制細(xì)胞凋亡、DNA修復(fù)、EMT等)來增乳腺癌細(xì)胞的活性與侵襲性，Gal-3的抑制劑的使用或許可以作為一種輔助治療，但究竟哪一部分患者適合這種輔助治療還需要進(jìn)一步的研究。