羅榮城教授：類肝素酶與腫瘤微環境
發布日期：2007-09-21 10:37 文章來源：丁香園
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關鍵詞： 羅榮城
類肝素酶
微環境
CSCO
腫瘤學大會
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南方醫科大學南方醫院
羅榮城 楊洋 崔瑤
羅榮城教授
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一、概述
(一) 腫瘤微環境
腫瘤細胞周圍的環境，即微環境(microenvironment)在腫瘤的發生、發展、轉移起著重要的作用，并影響著治療的反應。它包含細胞(如成纖維細胞、膠質細胞、上皮細胞、脂肪細胞、炎癥細胞、免疫細胞和血管內皮細胞等)、細胞外基質(extracellular matrix，ECM)和細胞外分子(如 ERF、VEGF、FGF、TGFβ等)。腫瘤細胞之間以及與微環境成分的存在著各種形式的交流：向基質中分泌表達特異性蛋白分子，如VEGF 促進新生血管的形成；借助基質成分進行信息物質的傳遞；通過粘附或破壞細胞外基質的結構發生轉移等。
ECM 是由大分子構成的錯綜復雜的網絡。為細胞的生存及活動提供適宜的場所，并通過信號轉導系統影響細胞的形狀、代謝、功能、遷移、增殖和分化。構成細胞外基質的大分子種類繁多，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 是由重復二糖單位構成的無分枝長鏈多糖。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：透明質酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角質素。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(coreprotein)共價結合構成蛋白聚糖。
(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物的細胞膜，它由一個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)構成的線型多糖。HSPGs 主要有三個亞家族：跨膜糖蛋白，即 syndecans(多配體蛋白多糖)，betaglycan 和 CD44v3；聯接于糖磷脂酰肌醇(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 在結合的糖鏈上有一些改變，如結合了軟骨素/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構)等一系列修飾過程。這些修飾的程度有著出相當大的異質性。膜結合內皮硫酸脂酶(SULF1 和 SULF2)可以將 HS 上一些特定的硫酸根去除，細胞表面的 HSPGs 的核心蛋白可以通過蛋白裂解作用脫落，其糖苷鍵可以被胞外的內切糖苷酶，如類肝素酶(heparanase，HPSE)裂解，這就使得結合的配基可以被釋放出來，散布到細胞以外的地方。還有數據顯示 HS 可以定位于胞核，但其作用還有待明確。
由于 HS 帶有大量的負電荷，HSPGs 可與以下成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，FGF)家族的成員及其酪氨酸激酶受體、轉化生長因子(transforming growth factor，TGFs)、骨形成蛋白(bonemorphogenetic proteins，BMPs)、Wnt 蛋白、趨化因子、白細胞介素，以及酶和酶的抑制劑、脂酶、載脂蛋白、細胞外基質(ECM)和血漿蛋白，如纖維結合蛋白、層粘連蛋白、膠原蛋白等種類繁多的蛋白相結合，從而起到調節代謝、轉運、傳遞信息、支持和維持集體或細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，改構的 HSPGs 參與許多疾病的發生。內切核苷酶類肝素酶由于能夠降解 HS--這一過程在妊娠、胚胎發育、炎癥、血管生成和腫瘤轉移等方面被證明有著舉足輕重的作用--成為近年來研究的重點。
上世紀 80 年代，分別應用 B16 骨髓瘤和 T 淋巴瘤細胞首次研究了 HPSE 在腫瘤中的作用，發現 HS較完整狀態下縮小了 5－6 倍。隨后的實驗發現了其內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，編碼一個含有 543 個氨基酸的多肽前體。成熟的類肝素酶(50Kd，而關于其確切的分子量，一直存有爭議)，N 端擁有 157 個氨基酸。不同于細菌消除酶肝素酶(heparinases) 和乙酰肝素酶( heparitinase)，HPSE-1 識別 HS 上一些特殊的結構，有實驗顯示 HPSE-1 識別O 端硫酸根，N 端硫酸化和艾杜糖醛酸殘基則不一定出現，而 2-O 硫酸根而非 6-O 硫酸根為必需結構。也有實驗顯示無論是 O 還是 N 端硫酸化在 HPSE 識別切除的過程中都并非不可或缺。HPSE-1 降解 HSPGs的 HS 側鏈，產物含有 10~20 個糖單位(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，尚未發現具有酶活性，廣泛分布于正常組織和細胞。本文所指類肝素酶若不加說明均為 HPSE-1。
生理情況下，HPSE-1 在滋養層細胞、內皮細胞、血小板、肥大細胞、角質形成細胞、中性粒細胞、巨噬細胞、淋巴細胞等中表達。在胚胎發育時，HPSE-1 的表達先于血管和神經系統的發生步驟。病理過程中，如腫瘤、炎癥、傷口愈合和糖尿病性腎臟病變等，HPSE-1 表達上調。經過觀察不難發現，表達HPSE-1 的細胞有著一個共同的特征--移動性，即突破各種膜結構、細胞外基質向遠處轉移的能力。雖然 HPSE 的作用機理尚在研究中，可以確定的是，它通過降解 HSPGs 而釋放與其結合的生長因之等，例如血管生成相關因子 FGF-2、VEGF 等，從而調節腫瘤細胞和效應細胞的行為。HPSE 還發現可以結合與除 HSPGs 以外的低密度脂蛋白受體(LDLR)相關蛋白和 6-磷酸甘露糖受體，提示 HPSE 可能存在其他的作用。
研究發現，低甲基化、和雌激素促進 HPSE 基因的表達，而甲基化、野生型 p53 則抑制其表達。轉錄因子 SP1 和 Ets，調控 HPSE 基礎水平的轉錄，而早期生長應答因子(early growth response 1，EGR1)對其誘導轉錄有關，生長因子類、細胞活素類以及損傷、腫瘤和血管發生的過程均能強烈刺激這一誘導作用。同樣的，它也可以上調一些其他蛋白的表達，如參與血管生成的 Cox-2 、HIF1a 和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase2，MMP2) 。
利用免疫熒光技術證明 HPSE 可以位于細胞核、核周和質膜，而前二者可以動員和分泌到細胞表面和其他位置。將 TNFa 和 Il-1b 作用于人血管內皮細胞和外周 T 細胞時，這種分泌明顯增強 (Chen et al.，2004)，在腫瘤細胞，腺苷可以經由 P2Y G 蛋白偶聯受體(GPCR)信號轉導通路通過蛋白激酶 C，動員胞含體和溶酶體內的 HPSE 池，許多腫瘤細胞中的 GPCR 也發現有過表達現象。
編輯: yang 作者:丁香園通訊員
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