羅榮城教授：類肝素酶與腫瘤微環(huán)境
發(fā)布日期：2007-09-21 10:37 文章來(lái)源：丁香園
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關(guān)鍵詞： 羅榮城
類肝素酶
微環(huán)境
CSCO
腫瘤學(xué)大會(huì)
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南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院
羅榮城 楊洋 崔瑤
羅榮城教授
PPT節(jié)選
一、概述
(一) 腫瘤微環(huán)境
腫瘤細(xì)胞周圍的環(huán)境，即微環(huán)境(microenvironment)在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移起著重要的作用，并影響著治療的反應(yīng)。它包含細(xì)胞(如成纖維細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞、上皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、炎癥細(xì)胞、免疫細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等)、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)和細(xì)胞外分子(如 ERF、VEGF、FGF、TGFβ等)。腫瘤細(xì)胞之間以及與微環(huán)境成分的存在著各種形式的交流：向基質(zhì)中分泌表達(dá)特異性蛋白分子，如VEGF 促進(jìn)新生血管的形成；借助基質(zhì)成分進(jìn)行信息物質(zhì)的傳遞；通過(guò)粘附或破壞細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)移等。
ECM 是由大分子構(gòu)成的錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。為細(xì)胞的生存及活動(dòng)提供適宜的場(chǎng)所，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)影響細(xì)胞的形狀、代謝、功能、遷移、增殖和分化。構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)的大分子種類繁多，可大致歸納為四大類：膠原、非膠原糖蛋白、氨基聚糖(glycosaminoglycan，GAG)與蛋白聚糖(proteoglycan)、以及彈性蛋白。GAG 是由重復(fù)二糖單位構(gòu)成的無(wú)分枝長(zhǎng)鏈多糖。其二糖單位通常由氨基已糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)和糖醛酸組成，但硫酸角質(zhì)素中糖醛酸由半乳糖代替。氨基聚糖依組成糖基、連接方式、硫酸化程度及位置的不同可分為六種，即：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角質(zhì)素。除 HA 及肝素外，其他幾種氨基聚糖均不游離存在，而與核心蛋白質(zhì)(coreprotein)共價(jià)結(jié)合構(gòu)成蛋白聚糖。
(二) 硫酸類肝素蛋白多糖
硫酸類肝素蛋白多糖(heparan sulphate proteoglycans，HSPGs)廣泛存在于脊椎和非脊椎動(dòng)物的細(xì)胞膜，它由一個(gè)核心蛋白和一條或多條硫酸類肝素(heparan sulphate ，HS)葡萄糖胺聚糖(glycosaminoglycan，GAG)鏈構(gòu)成，其中后者為 N-乙酰化或硫酸化的葡萄糖胺單位(GlcNAc 或 GlcNS)和糖醛酸(葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸)構(gòu)成的線型多糖。HSPGs 主要有三個(gè)亞家族：跨膜糖蛋白，即 syndecans(多配體蛋白多糖)，betaglycan 和 CD44v3；聯(lián)接于糖磷脂酰肌醇(GPI)的糖蛋白，即磷脂酰肌醇(蛋白)聚糖(glypican，GPC3，帶有 G-PI 錨的蛋白聚糖)；胞外基質(zhì)分泌型糖蛋白，即集聚蛋白，XVIII 型膠原和基底膜蛋白多糖。有些HSPGs 在結(jié)合的糖鏈上有一些改變，如結(jié)合了軟骨素/皮膚素或粘蛋白等。
HS 鏈由高爾基體中的酶利用胞漿中的核苷酸糖裝配而成，期間包含有 N 端的脫乙酰基化、硫酸化、GlcA 到 IdoA 的差向異構(gòu)化、和 O 端硫酸化(形成硫酸化雙糖和非硫酸化糖鏈相間的結(jié)構(gòu))等一系列修飾過(guò)程。這些修飾的程度有著出相當(dāng)大的異質(zhì)性。膜結(jié)合內(nèi)皮硫酸脂酶(SULF1 和 SULF2)可以將 HS 上一些特定的硫酸根去除，細(xì)胞表面的 HSPGs 的核心蛋白可以通過(guò)蛋白裂解作用脫落，其糖苷鍵可以被胞外的內(nèi)切糖苷酶，如類肝素酶(heparanase，HPSE)裂解，這就使得結(jié)合的配基可以被釋放出來(lái)，散布到細(xì)胞以外的地方。還有數(shù)據(jù)顯示 HS 可以定位于胞核，但其作用還有待明確。
由于 HS 帶有大量的負(fù)電荷，HSPGs 可與以下成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)家族的成員及其酪氨酸激酶受體、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor，TGFs)、骨形成蛋白(bonemorphogenetic proteins，BMPs)、Wnt 蛋白、趨化因子、白細(xì)胞介素，以及酶和酶的抑制劑、脂酶、載脂蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)和血漿蛋白，如纖維結(jié)合蛋白、層粘連蛋白、膠原蛋白等種類繁多的蛋白相結(jié)合，從而起到調(diào)節(jié)代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)、傳遞信息、支持和維持集體或細(xì)胞水平的平衡等一系列重要的生理病理作用。
(三) 類肝素酶
一些特殊情況下，改構(gòu)的 HSPGs 參與許多疾病的發(fā)生。內(nèi)切核苷酶類肝素酶由于能夠降解 HS--這一過(guò)程在妊娠、胚胎發(fā)育、炎癥、血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移等方面被證明有著舉足輕重的作用--成為近年來(lái)研究的重點(diǎn)。
上世紀(jì) 80 年代，分別應(yīng)用 B16 骨髓瘤和 T 淋巴瘤細(xì)胞首次研究了 HPSE 在腫瘤中的作用，發(fā)現(xiàn) HS較完整狀態(tài)下縮小了 5－6 倍。隨后的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了其內(nèi)切糖苷酶的作用和肝素可以抑制這一作用。自此，HPSE 與腫瘤關(guān)系的研究如雨后春筍般在世界各地展開。
HPSE 基因(~50kb)定位于人 4q21.3 染色體，編碼一個(gè)含有 543 個(gè)氨基酸的多肽前體。成熟的類肝素酶(50Kd，而關(guān)于其確切的分子量，一直存有爭(zhēng)議)，N 端擁有 157 個(gè)氨基酸。不同于細(xì)菌消除酶肝素酶(heparinases) 和乙酰肝素酶( heparitinase)，HPSE-1 識(shí)別 HS 上一些特殊的結(jié)構(gòu)，有實(shí)驗(yàn)顯示 HPSE-1 識(shí)別O 端硫酸根，N 端硫酸化和艾杜糖醛酸殘基則不一定出現(xiàn)，而 2-O 硫酸根而非 6-O 硫酸根為必需結(jié)構(gòu)。也有實(shí)驗(yàn)顯示無(wú)論是 O 還是 N 端硫酸化在 HPSE 識(shí)別切除的過(guò)程中都并非不可或缺。HPSE-1 降解 HSPGs的 HS 側(cè)鏈，產(chǎn)物含有 10~20 個(gè)糖單位(5~7 kDa)，并顯示較之 HSPGs 更有活性。[與類肝素酶 1 (HPSE-1)約 35%同源的類肝素酶 2(HPSE-2)有 3 種剪接變體，尚未發(fā)現(xiàn)具有酶活性，廣泛分布于正常組織和細(xì)胞。本文所指類肝素酶若不加說(shuō)明均為 HPSE-1。
生理情況下，HPSE-1 在滋養(yǎng)層細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血小板、肥大細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等中表達(dá)。在胚胎發(fā)育時(shí)，HPSE-1 的表達(dá)先于血管和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生步驟。病理過(guò)程中，如腫瘤、炎癥、傷口愈合和糖尿病性腎臟病變等，HPSE-1 表達(dá)上調(diào)。經(jīng)過(guò)觀察不難發(fā)現(xiàn)，表達(dá)HPSE-1 的細(xì)胞有著一個(gè)共同的特征--移動(dòng)性，即突破各種膜結(jié)構(gòu)、細(xì)胞外基質(zhì)向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的能力。雖然 HPSE 的作用機(jī)理尚在研究中，可以確定的是，它通過(guò)降解 HSPGs 而釋放與其結(jié)合的生長(zhǎng)因之等，例如血管生成相關(guān)因子 FGF-2、VEGF 等，從而調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞和效應(yīng)細(xì)胞的行為。HPSE 還發(fā)現(xiàn)可以結(jié)合與除 HSPGs 以外的低密度脂蛋白受體(LDLR)相關(guān)蛋白和 6-磷酸甘露糖受體，提示 HPSE 可能存在其他的作用。
研究發(fā)現(xiàn)，低甲基化、和雌激素促進(jìn) HPSE 基因的表達(dá)，而甲基化、野生型 p53 則抑制其表達(dá)。轉(zhuǎn)錄因子 SP1 和 Ets，調(diào)控 HPSE 基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄，而早期生長(zhǎng)應(yīng)答因子(early growth response 1，EGR1)對(duì)其誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄有關(guān)，生長(zhǎng)因子類、細(xì)胞活素類以及損傷、腫瘤和血管發(fā)生的過(guò)程均能強(qiáng)烈刺激這一誘導(dǎo)作用。同樣的，它也可以上調(diào)一些其他蛋白的表達(dá)，如參與血管生成的 Cox-2 、HIF1a 和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase2，MMP2) 。
利用免疫熒光技術(shù)證明 HPSE 可以位于細(xì)胞核、核周和質(zhì)膜，而前二者可以動(dòng)員和分泌到細(xì)胞表面和其他位置。將 TNFa 和 Il-1b 作用于人血管內(nèi)皮細(xì)胞和外周 T 細(xì)胞時(shí)，這種分泌明顯增強(qiáng) (Chen et al.，2004)，在腫瘤細(xì)胞，腺苷可以經(jīng)由 P2Y G 蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過(guò)蛋白激酶 C，動(dòng)員胞含體和溶酶體內(nèi)的 HPSE 池，許多腫瘤細(xì)胞中的 GPCR 也發(fā)現(xiàn)有過(guò)表達(dá)現(xiàn)象。
編輯: yang 作者:丁香園通訊員
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