糖基化在肿瘤免疫中的作用①

王立萍 陈茜茜 袁庆民 汪淑晶

(大连医科大学生物化学与分子生物学教研室，糖生物学研究所，大连116044)

糖基化在肿瘤免疫中的作用①

王立萍 陈茜茜②袁庆民 汪淑晶

(大连医科大学生物化学与分子生物学教研室，糖生物学研究所，大连116044)

蛋白质的糖基化是糖类在糖基转移酶(Glycosyltransferase,GTs)的催化下以共价键的形式与肽链连接的过程。根据糖肽键的不同，糖基化分为以下四种类型：N-连接糖基化、O-连接糖基化、糖基磷脂酰肌醇(Glycophosphatidylinositol,GPI)锚定糖基化和C-甘露糖化[1]。蛋白质的糖基化通过影响新生肽链的空间结构，定位及稳定性，而参与到细胞识别与黏附、免疫应答、信号转导、受体活化等生物学过程，而异常的糖基化修饰与肿瘤躲避免疫监视有密切关系[2,3]。免疫微环境中免疫细胞和免疫分子上聚糖发生变化后，导致肿瘤血管的生成、肿瘤生物学特性的改变、适应微环境的肿瘤细胞数量的增加进而直接或间接地影响肿瘤的发生发展。

1 糖基化与免疫相关细胞

1.1 糖基化与T细胞 胸腺依赖性淋巴细胞即T细胞是具有迟发型过敏反应和移植免疫等细胞免疫功能的细胞，根据T细胞表面标志物与功能的差异，分为CD4+T细胞和CD8+T细胞，其中CD4+T细胞又可分为Th1和Th2辅助性T细胞。蛋白质糖基化在全身免疫细胞迁移中的重要性已得到广泛认同，而其在先天性免疫和适应性免疫反应方面的基础研究相对较新。研究发现，T细胞不同亚群的分化和功能均受到蛋白糖基化的重要影响[4]。

Kamei等[5]发现去除T细胞内基因编码的乙酰葡糖胺转移酶V(N-Acetylglucosamine transferase V,GIcNAc-Transferase V)，可以减少胞内 N-聚糖与半乳凝素3(Galectin-3)结合的三天线和四天线的分支，提高 T细胞受体(T cell receptor,TCR)介导的信号传导，即促进与抗原呈递细胞间形成免疫突触，从而诱导Th 1反应。Th 1反应是先天性免疫反应中的一种，在免疫应答过程中，Th1细胞主要分泌IL-2和IFN-γ，其中IL-2能促进T细胞增殖和细胞因子分泌，进而引起抗肿瘤免疫反应。Van Dyken等[6]发现O-糖基化在T细胞的活化，凋亡及记忆性T细胞的生成发挥重要作用，ST3Gal-l的活化可诱导core-1型O-聚糖唾液酸化并激活T细胞，而ST3Gal-l的失活导致T细胞0-聚糖逐渐变为core-2型O-聚糖，最终生成记忆性T细胞或者诱导CD8+T细胞发生凋亡。CD8+T细胞的主要功能亚群是细胞毒性T细胞(Cytotoxic lymphocyte,CTL)，若CD8+T细胞发生凋亡将直接影响CTL细胞对肿瘤细胞的杀伤作用，进而影响细胞免疫反应。Toseano等[7]通过研究半乳糖凝集素-1(Galectin-1)缺陷小鼠发现，Th1和Th17分化细胞表面的聚糖与半乳糖凝集素-1诱导细胞发生凋亡的过程密切相关，通过刺激Th1、Th2和Th17细胞的分化差异性调节辅助T细胞的糖基化模式，同时影响它们对半乳糖凝集素-1的敏感性。由此可见，蛋白质糖基化在调控T细胞不同亚群的活化、凋亡和免疫相关功能中发挥重要作用。

1.2 糖基化与树突状细胞 树突状细胞(Dendritic cell,DC) 是功能最显著的专职抗原提呈细胞(Antigen presenting cells,APC)，表面主要含有共刺激分子、主要组织相容性复合物分子(Major histocompatibility complex,MHC)和黏附分子，其分泌的细胞因子如IL-12通过刺激辅助型T细胞而发生Th1反应。DC细胞表面的MHC分子与肿瘤抗原结合后形成肽-MHC分子复合物，通过递呈给T细胞而启动MHCⅠ类限制性的CTL反应和MHCⅡ类限制性的CD4+Th1反应。

糖基化修饰参与到DC细胞表面MHC分子的折叠与包装，从而影响DC细胞的抗原呈递功能。在细胞内质网中，未组装的MHCⅠ重链上的N-糖苷末端残基通过与钙联素(Calnexin,Clx)或钙网素(Calreticulin,Clr)相互作用，帮助MHCⅠα链内二硫键的形成，随后在TAP相关蛋白(Tapasin)和TAP转运蛋白的帮助下，将抗原肽安装至MHCⅠ类分子上，最终形成成熟MHCⅠ[8]。已有文献报道，DC细胞上另一类分子也可呈递抗原从而引发免疫应答，这类分子为主要表达于固有免疫细胞表面的C型凝集素受体(C-type lectin receptors,CLR)，其中甘露糖受体，半乳糖受体以及岩藻糖受体均参与聚糖介导的抗原抗体相互作用，过度糖基化通常会掩盖C型凝集素受体与聚糖的结合位点，进而影响细胞免疫反应[4,9]。 成熟DC细胞表面的聚糖结构涉及DC细胞与免疫系统中其他细胞的相互作用，以及淋巴结中调节性DC细胞向T细胞的迁移。基于以上研究结果，在DC疫苗治疗过程中，分析体外产生的DC细胞在有效迁移时其细胞表面的聚糖结构是十分必要的。因此，糖基化对DC细胞的功能具有重要的影响。

1.3 糖基化与B细胞 骨髓依赖性淋巴细胞即B细胞主要介导体液免疫反应，糖基化因参与到B细胞的活化和抗原处理呈递等过程而在体液免疫反应中起到重要作用。B细胞抗原识别受体(B cell antigen receptor,BCR)的复合体中膜表面免疫球蛋白(surface membrane immunoglobulin,mIg)在免疫反应中起着关键的作用，其立体构象若被破坏则不能有效识别与结合抗原，而糖基化在此过程中发挥重要作用。mIg表面糖基化程度过低导致蛋白失去刚性，而糖基化过度又会封闭抗原结合位点[8]。B细胞表面抑制性受体CD22专门识别唾液酸类抗原，因其对BCR的功能有抑制作用而在B细胞活化中起重要作用。Daniels等[10]研究发现，在B细胞活化过程中去唾液酸化可抑制CD22的功能而激活BCR的功能。B细胞免疫的过程需要T细胞的辅助，而这两种细胞表面分子的糖基化状况又影响着分子间的相互作用。研究发现，HLA-DR α链上的第96位脯氨酸(P)突变成丝氨酸(S)后，一个新的N-糖基化位点在第94位的天冬氨酸中出现，使得B细胞株10.24.6的抗原呈递功能减弱甚至消失[11]。还有研究发现，类风湿性关节炎(Rheumatoid arthritis,RA)患者的IgG分子上的寡糖链存在半乳糖缺失，该研究从糖基化异常的角度分析了自身免疫性疾病的发病机制[12]。可见，糖基化在体液免疫反应中B细胞的活化与抗原呈递等过程发挥至关重要的作用。

2 糖基化与肿瘤免疫

2.1 唾液酸化与肿瘤免疫 唾液酸化修饰是将唾液酸连接于糖蛋白或糖脂的末端，保护细胞及大分子免受酶及免疫系统的攻击，而癌变细胞表面的唾液酸水平的增高，将导致与唾液酸结合的凝集素介导的肿瘤细胞黏附与侵袭能力的提高。

肿瘤细胞表面唾液酸化水平的增加不仅涉及肿瘤细胞的转移，而且与肿瘤免疫逃逸密切相关。唾液酸的异常高表达，在保护癌细胞不被识别和摧毁的同时，还能干预许多肿瘤衍生的免疫调节的性能，主要是抑制免疫细胞感受器的杀伤作用，包括抑制NK细胞的识别和杀伤作用及DC细胞的抗原呈递作用，致密的唾液酸通过阻碍癌细胞与NK细胞的相互作用，以及掩盖肿瘤细胞表面的活化配体如MHCⅠ类分子而抑制杀伤作用[13]。Cohen 等[14]发现唾液酸的识别受体，包括募集H因子或启动抑制类受体Siglecs家族，通过传递抑制信号从而调控免疫激活。Navarro等[15]研究发现人类黑色素瘤细胞表面超唾液酸化，可通过削弱DC细胞从单核细胞中分化进而诱导DC细胞发生凋亡。可见，肿瘤细胞表面糖脂或糖蛋白末端的异常唾液酸化可通过帮助肿瘤细胞躲避免疫细胞的监视，进而引起肿瘤细胞发生免疫逃逸。

2.2 岩藻糖基化与肿瘤免疫 岩藻糖基化修饰是指在岩藻糖基转移酶(Fucosyltransferases,FUTs)的催化下，岩藻糖基由供体GDP-fucose转移至糖蛋白或糖脂的过程。岩藻糖基化普遍存在于细胞表面糖蛋白或糖脂，参与肿瘤的生长、浸润和转移，并且与免疫反应有关。研究发现，血清岩藻糖基化蛋白(如α2巨球蛋白)通过调节肝癌患者体内细胞因子TNF-α、TGF-β和IL-1等的表达水平，进而影响体液免疫，并参与调节机体的肿瘤免疫[16]。

核心岩藻糖基化的修饰是在α 1,6-岩藻糖基转移酶(α-1,6-Fucosyltransferase,FUT8)的催化下完成，越来越多的研究发现FUT8在肝癌、 结肠癌、 卵巢癌、 肺癌中表达增高，而FUT8 在癌症病发中的病理和监管作用至今仍不清楚。研究发现，在非小细胞肺癌 (Non-small cell lung cancer,NSCLC)中，过表达FUT8可增强肿瘤的转移和 复发能力，而下调FUT8 可明显抑制肿瘤细胞的侵袭和扩散，并且FUT8还参与了修复和改善肿瘤细胞表面的抗原受体和黏附分子的过程[17]。Zhao等[18]发现，下调核心藻岩糖基化水平有助于胃癌细胞发生免疫逃避，而上调核心岩藻糖基化能抑制胃癌细胞的增殖。还有研究发现，过表达FUT4可增强前列腺癌细胞与前列腺间质细胞的黏附能力，从而促进前列腺癌细胞的生长[19]。综上所述，岩藻糖基化与肿瘤的生长，侵袭和转移密切相关，并且在肿瘤免疫中发挥着重要作用。

2.3 O-GlcNAc糖基化与肿瘤免疫 O-GlcNAc糖基化是指单个N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylgluco-samine，GlcNAc)以O-糖苷键形式连接到肽链Ser/Thr羟基的氧原子上。细胞胞浆和胞核的蛋白均存在O-GlcNAc糖基化修饰，O-GlcNAc 修饰异常可能导致糖尿病、心血管疾病、肿瘤和阿尔茨海默病等多种疾病的发生。

研究显示，与癌旁组织相比，乳腺癌组织中O-GlcNAc糖基化水平明显升高，体外实验显示，乳腺癌细胞中O-GlcNAc糖基化水平可促进乳腺癌细胞的增殖和迁移，进而协助肿瘤逃离免疫攻击，但具体的逃避机制尚不明确[20]。也有许多研究表明，O-GlcNAc糖基化水平在肺癌、结肠癌和慢性淋巴细胞白血病中升高，如Yehezkel 等[21]研究显示，在结肠癌细胞中O-GlcNAc糖基化能促进其增殖和转移，逃避免疫监视。Mi等[22]发现，降低肺癌细胞蛋白质O-GlcNAc 糖基化的水平能有效减弱肺癌A549细胞的侵袭能力。上述研究结果表明，O-GlcNAc糖基化水平升高可促进肿瘤细胞的增殖和迁移，协助肿瘤细胞躲避机体监视，进而发生肿瘤免疫逃逸。

2.4 GnT糖基化与肿瘤免疫 GnT糖基化基于N-乙酰氨基葡萄糖转移酶(N-acetylglucosaminyltran-sferases,GnTs)，GnTs主要定位于高尔基体，是催化UDP-GlcNAc中的GlcNAc到N-聚糖核心甘露糖残基上的酶。GnTⅢ是N-糖链合成的关键酶，催化形成β1,4键连接的平分型GlcNAc，而GnT-V可催化GlcNAc到N-聚糖核心α-1,6臂的α-甘露糖上，形成β-1,6分支结构。

Ekuni等[23]研究发现，GnTⅢ可抑制肝癌发病率，并引起一系列生物学变化，如改变神经生长因子和表皮生长因子受体表面糖基化的修饰，随后通过改变信号传导通路，参与到肝癌细胞的迁移、侵袭及凋亡的过程中，进而影响肿瘤免疫。Rambaruth等[24]报道，整合素上β-1,6-分支N-连接聚糖的增加能够促进细胞与细胞外基质之间的相互作用，通过增强对纤连蛋白和基底膜层黏连蛋白的黏附促进肿瘤的转移。Fang等[25]研究发现，在肝癌细胞SMMC-7721中下调GnT-V能引起细胞内质网应激，而内质网应激将直接导致肿瘤细胞的适应能力减弱并诱导细胞发生凋亡。Zhang等[26]研究发现，在卵巢腺癌细胞系SKov3的高转移SKov3-ip细胞中检测到GnTⅢ表达下调和GnT-V表达上调，它们通过共同刺激转移细胞的β1,6-分支N-连接聚糖的表达而促进肿瘤的恶化。因此，GnT-V可能在肿瘤免疫中发挥重要功能，抑制GnT-V的功能也为肿瘤免疫治疗提供了新方向。

3 糖基化与免疫分子

免疫分子主要是由T细胞和B细胞在抗原刺激下产生的，主要包括：主要组织相容性复合物抗原、白细胞分化抗原、细胞因子和抗体等。几乎所有参与机体先天免疫与适应性免疫的分子都是糖蛋白，故糖基化在免疫分子的修饰中发挥重要作用，主要是通过影响免疫分子介导的信号传导而参与到机体免疫反应中。白细胞介素(Interleukin,IL)是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子。IL-24是IL-10家族中的一员，能特异性诱导肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤细胞生长，而对正常细胞无影响[27]。Ma等[28]利用小鼠感染沙门氏菌模型发现了IL-24在感染过程中的保护作用，突变IL-24的糖基化位点后保护能力减弱，同时还发现只有N-糖基化的IL-24才能刺激小鼠其他免疫细胞产生IL-12和IFN-γ，进而加强免疫反应。Zhang等[29]发现，只有经过糖基化的生长因子受体(Growth factor receptor,GFR)才能够与生长因子相结合，进而发挥作用。此外，O-糖基化水平减弱会影响IL-2受体的识别功能，进而影响信号传导和免疫反应。Taniguchi等[30]报道，GnT-V通过影响IL-8，血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)及成纤维生长因子2(Fibroblast growth factor,FGF-2)的寡糖链修饰，进而影响肿瘤的形成。这些研究表明免疫分子的糖基化介导了肿瘤免疫反应。

4 展望

细胞表面糖基化分布的改变不仅指示了病理过程，而且可能存在功能性后果并影响疾病包括癌症的发病或进展。实际上，糖基化异常是肿瘤癌变的一个重要特性，它会影响肿瘤免疫，血管生成和肿瘤的发生发展。不同类型糖基化对肿瘤细胞生物学行为的影响是催化肿瘤免疫的重要因素之一。目前使用的大部分血清标记物是能隐藏肿瘤相关糖抗原的糖缀合物，且许多肿瘤相关糖抗原已经被诊断用为肿瘤标志物[31]。虽然肿瘤表面异常糖基化的功能性影响仍有待进一步探讨，但是靶向聚糖，聚糖结合蛋白，或蛋白质-聚糖相互作用的几个有希望的治疗策略已经提出或正在进行临床评估[32,33]。更好地了解蛋白质糖基化在免疫细胞或免疫分子的结构与功能中的作用，有助于揭示肿瘤发生发展过程中的分子机制，并且可能会在抗癌，自身免疫性疾病或移植方面引出新的治疗策略。

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[收稿2016-05-17 修回2016-06-23]

(编辑 许四平)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.02.029

①本文为国家自然科学基金面上项目(31470799)和辽宁省自然科学基金项目(2014023032)。

王立萍(1990年-)，女，在读硕士，主要从事肿瘤糖生物学研究，E-mail：wangliping910205@163.com。

及指导教师：汪淑晶(1982年-)，女，博士，副教授，主要从事肿瘤糖生物学研究，E-mail：wangshujing@dlmedu.edu.cn。

Q53 R730.3

A

1000-484X(2017)02-0297-04

②大连理工大学生命与医药学院，盘锦124221。