文摘
结直肠癌是全世界第三大常见的癌症,占每年超过610000人死亡率。患者的预后高度依赖在诊断疾病阶段。至关重要。因此,研究分子参与了大肠癌肿瘤发生,有可能作为肿瘤标志物。硫酸乙酰肝素蛋白聚糖是复杂的分子存在于细胞膜和细胞外基质,扮演重要的角色在细胞粘附、迁移、增殖和信号通路。在结直肠癌细胞表面蛋白聚糖syndecan-2调节,增加细胞迁移。此外,表达syndecan-1 syndecan-4,一般抗肿瘤的分子,是减少。glypicans水平在结肠直肠癌和perlecan也改变;然而,它们在肿瘤进展中的作用并不完全了解。此外,研究报告,硫酸乙酰肝素重组酶增加了内。因此,硫酸乙酰肝素蛋白聚糖是候选分子阐明大肠癌肿瘤发生,以及治疗和诊断的重要目标。
1。背景
结肠直肠癌(CRC)源自结肠或直肠上皮衬里。在女性和男性,第三和第四个最常见的癌症,分别。负责610000年这种类型的癌症死亡率全球年度(1]。CRC的发病率会增加考虑老龄化和人口增长2]。CRC患者的存活率非常依赖于疾病阶段,预计5年生存率;I期肿瘤患者显示范围从85到90%,小于5%为四期患者疾病(3]。主要危险因素有:年龄超过50年;结肠癌和直肠癌家族史,包括一些遗传条件(家族性腺瘤息肉病(FAP)和遗传性非息肉病性大肠癌(HNPCC));高脂肪含量的饮食,肉类消费和低钙含量;缺乏身体活动和肥胖;和结肠炎症性疾病,如慢性溃疡性结肠炎和克罗恩病(4,5]。
CRC通常被诊断出晚期两性和55岁后提出了一个更高的发病率。CRC筛选方法提高早期诊断病理学和允许识别的癌变前的病变,如腺瘤息肉(6,7]。除了结肠镜检查,rectosigmoidoscopy和隐血CRC死亡率减少筛查方法。因此,当人们已经五十多岁的筛选和息肉切除,随后结直肠癌发病率通常很低(8,9]。
因此,CRC近90%的情况下是可以治愈的,如果检测到处于初期阶段。此外,筛选方法检测粘膜变化减少这种疾病的发病率和死亡率(10]。最准确的诊断方法是结肠镜检查,其次是组织病理学活检。粪便隐血试验(FOBT)是最的无创性筛查程序使用,能够降低CRC-related死亡率20%,执行时每隔一年(11]。尽管提高灵敏度,FOBT检出率很低,对于早期肿瘤和癌前病变,如息肉(1,12]。虽然结肠镜检查和rectosigmoidoscopy更有效地检测CRC,它们非常昂贵,需要广泛的肠道准备和涉及病人隐私的侵犯和镇静13]。通常,手术是主要的治疗,消除肠道的影响部分和该地区附近的淋巴结。手术后化疗或放疗可以建议为了减少肿瘤复发(14]。
1990年,Fearon和福格斯坦建议结直肠癌肿瘤发生的模型,它描述了基因改变参与转换从正常肠粘膜大肠癌癌(15]。此后,CRC关键基因已经很成熟,40%的病例在喀斯特CRC有一个特定的点突变,60%有灭活突变或缺失的p53, 60%以上在APC突变(腺瘤息肉病杆菌)的肿瘤抑制基因。额外的研究揭示了这些基因如何导致不受控制的细胞分裂和转移(16,17]。
APC基因的失活似乎是一个早期介入CRC大部分情况下,因为它可以检测到已经在小良性息肉在恶性肿瘤的高频率一样。APC的损失函数似乎是负责增加细胞增殖的18]。涉及KRAS突变致癌基因似乎发生后比在APC罕见的小息肉但在更大的未分化细胞(19]。最后,p53的突变在癌是罕见的息肉,但常见,表明他们可能经常发生在序列。p53功能损失导致异常细胞避免凋亡,分裂,促进额外的突变的积累(20.]。
不仅基因突变和染色体不稳定,而且另一个频繁的基因组不稳定性CRC是微卫星不稳定性在核苷酸水平,通常导致删除或插入几个核苷酸(21,22]。此外,全球总DNA hypomethylation和消耗在CRC 5-methylcytosine内容组织在1983年首次观察到,范伯格和福格斯坦(23]。这个全球hypomethylation与基因组不稳定性和超表达增加有关的基因与CRC发病机理(24]。此外,这种hypomethylation被认为是与特定的启动子区域的甲基化相关基因参与细胞周期调控、DNA修复、细胞凋亡、血管生成、粘附和入侵1,25]。
已经知道了几十年,蛋白聚糖(PG)参与癌症的发展在不同的阶段。硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPGs)肿瘤发生中扮演至关重要的角色,允许癌细胞增殖,逃避免疫反应,侵犯邻近组织,离原发肿瘤和转移至远端网站(26]。在CRC, syndecan-1 syndecan-4下调而syndecan-2调节(27- - - - - -29日)(图1)。此外,研究报告,6-OST增加了heparanase [30.,31日],SULFs [32,33]。值得注意的是,CRC的几个关键基因与HSPGs显示关系。例如,p53被描述规范SULF2或heparanase的表达。许多生长因子,包括鉴定及VEGF,结合硫酸乙酰肝素链;WNT /β-连环蛋白通路是由glypicans和SULFs34,35]。
2。硫酸乙酰肝素蛋白聚糖
HSPGs复杂分子提供一个或多个硫酸乙酰肝素(HS)链共价结合蛋白质骨架(36),呈现在细胞表面和细胞外基质(ECM)的所有动物组织组织(37- - - - - -41]。它们可以被分成三组,这取决于他们的细胞定位:膜HSPGs (syndecans和glypicans) HSPGs分泌到ECM (perlecan型胶原十八)和HSPG serglycin位于细胞囊泡(42,43]。
HSPGs非常多样的生物学功能,没有共同点。他们的许多功能取决于蛋白质骨架的相互作用,而其他依赖糖链(44,45]。在许多角色,HSPGs存在于基底膜,他们与其他矩阵组件定义结构和协助细胞迁移(46]。他们还发现在分泌囊泡(serglycin)参与颗粒内容包装、蛋白酶的激活和调节活动后分泌等凝血和伤口愈合47]。
在细胞表面,HSPGs可能与细胞因子,趋化因子,生长因子;通过这种方式,这些后卫保护自己免受蛋白质水解或充当coreceptors [48]。这些交互提供一个存款监管因素,可以发布的商品的选择性降解链。作为受体蛋白酶或蛋白酶抑制剂,HSPGs调节他们的空间分布和活动49]。膜HSPGs可能配合不同的细胞粘附受体整合蛋白和促进cell-ECM粘连等,信息交互,和细胞活性(50,51]。
因此,一些细胞机制受HSPG极度参与癌症。有大量的证据有关HSPG精细结构,肿瘤生长,入侵和转移。通过HS生物合成的酶的异常的调制,具体商品精细结构使癌细胞扩散的ECM的分解,获得营养物质通过血管生成,通过信号通路中断增殖,逃脱免疫细胞。此外,不同级别的HSPG核心蛋白参与多个肿瘤促进流程(26,52]。
2.1。细胞表面HSPG
2.1.1。Syndecans
syndecans是一个四口之家跨膜蛋白聚糖,主要是硫酸乙酰肝素糖胺聚糖链(28]。核心蛋白胞内域由一个短,一个高度保守的跨膜域和一个ectodomain发散的氨基酸序列在四个syndecan家庭成员(41]。
syndecans调节细胞粘附、迁移、细胞骨架组织,并通过绑定ECM分子和基因表达可溶性配体(40]。因为癌症细胞表现出更少的胶粘剂和更多的迁移特性与正常细胞相比,syndecans候选分子有不同的监管癌细胞。因此,它可能syndecans可能影响细胞形态学、附着力ECM,肿瘤发生的活动。
根据文献,参与CRC syndecan-2是最。Syndecan-2调节细胞粘附在几种细胞系包括上皮细胞(53),神经细胞(54),和间充质细胞55]。此外,不同的报告表明,syndecan-2积极调节细胞迁移,因为它是高表达的细胞迁移条件下(56]。公园等。57]表明syndecan-2 mRNA水平增加了CRC细胞系相比,一个正常的结肠癌细胞株。我们的结果证实,这些数据(图2)。纯化的重组细胞外的领域syndecan-2细胞介质完全阻塞在ECM结肠癌细胞的粘附。此外,它诱导G0 / G1细胞周期阻滞和随之而来的p21, p27和p53表达。因此,在CRC, syndecan-2中扮演着一个关键的角色在结肠癌细胞的粘附到ECM,调节结肠癌细胞的增殖和肿瘤发生的活动(57]。
完善,syndecan-2与纤连蛋白相互作用的细胞外的领域(58]。CRC,癌细胞之间的联系与纤连蛋白增强syndecan-2表达,促进迁移行为的高转移性肿瘤细胞(29日]。此外,HCT116 syndecan-2提出增加细胞迁移,由整合素的可拆卸的减少alpha2使用特定核(59]。因此,该动态交互,包括syndecan-2,纤连蛋白,和整合素,可能是一个可能的机制转移性结肠癌细胞的特征。此外,崔et al。60)报道,过度syndecan-2增强迁移和入侵Caco-2 HCT116细胞通过Tiam1-mediated激活Rac, GTPase家人参与调节细胞接触。
最后,它最近报道,在HT29细胞,syndecan-2超表达促进上皮脱落的条件培养基(61年]。持续的过度syndecan-2 HT29细胞表达和分泌的增加MMP-7而siRNA-mediated MMP-7击倒的这些细胞显著增加钙粘蛋白的水平。脱落的上皮破坏信息粘附和诱发细胞发生形态变化呈显性,在CRC细胞诱导epithelial-mesenchymal过渡。
另一方面,syndecan-1一直与肿瘤抑制功能(62年]。同样,syndecan-4,主要参与细胞骨架和膜重组和焦粘连的形成,抑制肿瘤细胞迁移和活动(63年]。一致,mRNA的表达syndecan-1 syndecan-4是显著降低结肠癌细胞(40]。然而,在不同类型的癌症,syndecan-1 syndecan-4可能出现相反的效果,促进肿瘤进展(64年,65年]。此外,它已被证明的棚syndecan-1 castration-resistant与化疗耐药性前列腺癌(66年]。这些数据表明,细胞表面的功能可以改变HSPGs细胞外蛋白酶ectodomain脱落,将它们转化为可溶性旁分泌效应分子。值得一提的是,HSPGs的脱落是一种控制机制,可以发生结构上,可以大大提高外源刺激或致病状态,包括癌症(67年]。
2.1.2。Glypicans
Glypicans (gpc)构成的家庭HSPGs外部链接到质膜由glycosylphosphatidylinositol (GPI)锚68年]。在哺乳动物中,glypican家庭由六名成员,GPC1 GPC6。gpc可以修改细胞包括实际上wnt信号通路,刺猬,纤维母细胞生长因子,和骨形成蛋白,主要参与细胞增殖和组织生长68年]。GPC功能可以通过这些不同的刺激或抑制途径。
GPC1已经涉及到肿瘤恶化的事件,如生长、血管生成和转移,并特别研究了胰腺癌,神经胶质瘤、乳腺癌(69年]。De roberti et al。70年)发现GPC1基因显著调节azoxymethane /葡聚糖硫酸钠(急性中耳炎/ DSS)小鼠模型,模拟人类CRC。结果证实了免疫组织化学分析在人类肿瘤10例和10个正常匹配粘膜标本,揭示膜/胞质染色GPC1的强劲增长在80%的肿瘤。
几项研究已经证明GPC3表达水平之间的相关性和各种类型的癌症。卵巢中GPC3 Downregulation已经发现了癌,乳腺癌,和间皮瘤,这表明它可能作为肿瘤抑制基因在这些组织67年]。相比之下,GPC3调节肝细胞癌,生殖细胞肿瘤,和肺鳞状细胞癌,这表明GPC3也可能像一个瘤胎蛋白(68年]。
GPC3的差别在CRC,对这些基因的mRNA水平在所有10个肿瘤样本,与正常粘膜(相比70年]。此外,涉及150个CRC病例回顾性研究报道,nonmucinous癌(NMA)显示GPC3的表达高于粘液癌(MA),这是与预后差相关(71年]。有趣的是,GPC3免疫组织化学分析证明了一个强大的染色在正常粘膜和肿瘤细胞的胞质染色。
2.2。矩阵HSPG
2.2.1。Perlecan
拥有一个大型多区的,perlecan五域分泌细胞外基质蛋白多糖。有同源性生长因子、免疫球蛋白和粘附分子(69年]。Perlecan不仅可以绑定,而且许多ECM组件和细胞表面分子交联。通过与其他矩阵的协作组件,perlecan定义了基底膜结构,为细胞提供一个矩阵迁移(72年]。此外,它发现perlecan展品的高亲和性结合纤维母细胞生长因子(FGF) 2, proangiogenic因子,细胞缺乏硫酸乙酰肝素和FGF受体(69年]。
血管ECM Perlecan是一个重要的组成部分。不同的研究表明,perlecan可以作为一个初始脚手架的内皮细胞迁移和存款一个适当的血管基底膜(38,39]。一些独立的研究使用反义RNA策略在各种肿瘤细胞已经证实中央perlecan在血管生成的作用,与在体外和在活的有机体内模型(38]。
Perlecan抑制引起显著的减少和抑制肿瘤血管生成在人类肿瘤异种移植CRC (73年]。HCT116人类CRC细胞增殖显著降低在消灭perlecan反义基因表达的cDNA、和这些影响与降低FGF-7响应能力。
有趣的是,perlecan银2结肠癌起始细胞系中表达,细胞癌相比HCT116。然而,perlecan的基因表达下调2倍在结肠肿瘤12例,使用周围组织控制(74年]。因此,在CRC perlecan的功能需要更好的澄清。
3所示。HSPG生物合成的酶
概括地说,最初的商品链合成了不同糖基转移酶的交替作用,添加D-glucuronic酸(GlcA)和N-acetyl-D-glucosamine (GlcNAc)残留。随后,聚合物的链经历一系列的反应修改:具有/ N-sulfation差向异构化作用β-D-glucuronic酸渣α-L-iduronic酸,O-sulfation在不同位置75年]。每个产品下一个反应底物的酶(76年),和3-phosphoadenosine-5-phosphosulfate (PAPS)硫酸作为捐赠者sulfotransferases [77年]。商品链的长度以及硫酸盐化作用的程度,可能取决于蛋白质骨架和细胞类型(76年]。
在细胞表面或ECM,两个内(SULF1和SULF2)可以进一步修改商品链通过移除特定C6-located从氨基葡萄糖硫酸盐团体单位或细胞外heparanase或蛋白酶的作用77年]。
3.1。SULFs
位于细胞表面或释放到ECM, SULFs代表一个家庭的分泌酶选择性地去除6-O-sulfate从HS组,偏爱那些出现在trisulfated双糖(78年]。
人类SULF cDNA克隆后,分析SAGE数据库提供的第一个迹象表明这些基因相关的癌症。SULF1和SULF2出现更高频率的三种类型的人类肿瘤(乳腺癌、中枢神经系统、和结肠癌)与正常组织相比,(79年,80年]。
在最近的研究中,SULFs在各种肿瘤的过度报道通过定量PCR和基因微阵列:SULF1是调节在肝细胞癌(81年),胃癌82年),头颈癌(83年[],胰腺癌84年),肺腺癌(85年],SULF2在肝细胞癌中表达的高度86年和肺癌85年),等等。
稳定的超表达的SULFs CRC细胞,Caco-2, hct - 116诱导细胞生存能力的增加和扩散和增强细胞迁移33]。被抵消这些影响shRNA-mediated击倒SULF1或SULF2和依诺肝素钠的加入到细胞中。此外,CRC细胞系overexpressing SULFs提出增加Wnt信号,由细胞活跃nonphosphorylatedβ-连环蛋白的积累。人工智能等。87年)提出了一个模型,SULFs可以促进Wnt信号。模型表明,Wnt SULFs削弱了协会的作用与HSPGs配体在细胞表面,使配体激活信号转导受体(使卷曲)。
此外,人类CRC SULFs组织样本的基因表达显示显著增加硫酸酯酶,它认为可能失真的HS硫酸盐化作用模式在结肠肿瘤(74年)(图3)。因此,这些研究表明,在CRC SULFs有致癌作用,建议对这些酶在癌症的发展过程中一个重要的角色。
4所示。结论和临床意义
特异表达的表达HSPGs以及酶的生物合成和降解,据报道影响肿瘤发生的所有阶段(88年]。细胞外蛋白质、HSPGs和修改它们的胞外酶,如SULFs,适合治疗目标(89年]。硫酸乙酰肝素模仿、高硫酸寡糖,抑制SULF函数和隔离HS-binding配体,使他们有吸引力的候选人癌症治疗(90年,91年]。值得注意的是SULFs已经确定的抑制剂,名叫π- 88 (92年]。这个代理由化学硫酸的混合酵母低聚糖的分子量范围1400 - 3100哒。这种化合物在临床试验中测试了先进的黑色素瘤(二期),肝癌,肺癌,前列腺癌。然而,这些研究证明反复出现的问题相关的免疫介导的血小板减少相当数量的患者使用pi - 88 (93年]。因此,检测和抑制SULFs能为CRC治疗目前的临床价值。
作为演示,syndecan-2 CRC的候选诊断。流或分泌蛋白聚糖及其胞外酶在血液中常常可以发现修改(94年]。随着这些癌症中经常改变,血液水平的变化可能是有用的作为疾病的生物标记物。此外,抑制syndecan-2可以降低肿瘤细胞迁移,防止CRC患者转移。
除了潜在的直接抗肿瘤作用,治疗目标的HSPGs CRC也可以调节血管生成。早期阶段的抑制perlecan CRC可能有助于预防肿瘤发展。因此,这些研究说明HSPGs至关重要的CRC的所有阶段和加强的相关性进行临床前研究,以测试潜在目标的治疗效果和安全代理。
基于这些重要功能,问题是是否HSPGs可以作为潜在的候选分子利用CRC诊断和治疗。首先,主要是细胞外的分子,他们可以很容易地通过不同的机制,在癌症治疗的目标,其中可能包括特定的抗体针对HSPGs的使用。此外,检测HSPG ectodomain SULF水平血清或粪便样本成为有前途的CRC患者诊断工具。
此外,HSPGs参与所有肿瘤阶段,包括细胞增殖和迁移、转移和血管生成。因此,它仍然是值得探索未知的复杂的分子事件涉及HSPGs。然而,适当的研究是至关重要的破译的悖论不同亚型的HSPGs CRC的参与。最后,一个非常有前途的下一步是精确的发展为特定类型的HSPG抑制剂,这将有助于更好的理解在CRC HSPGs的角色。这可能代表HSPGs以来最大的挑战有不同的亚型,具有模糊的角色。然而,这些分子的发展可能是一个重要的一步HSPGs在临床试验中的应用。
缩写
| PAPS: | 3-Phosphoadenosine-5-phosphosulfate |
| APC: | 腺瘤息肉病杆菌 |
| 儿童权利公约: | 结肠直肠癌 |
| GlcA: | D-Glucuronic酸 |
| ECM: | 细胞外基质 |
| FAP: | 家族性腺瘤息肉病 |
| FOBT: | 粪便隐血试验 |
| (FGF) 2: | 纤维母细胞生长因子 |
| 谷歌价格指数: | Glycosylphosphatidylinositol |
| gpc: | Glypicans |
| 海关: | 硫酸乙酰肝素 |
| HNPCC: | 遗传性非息肉病性大肠癌 |
| MMP的: | 金属蛋白酶 |
| 马: | 粘液癌 |
| GlcNAc: | N-Acetyl-D-glucosamine |
| NMA: | Nonmucinous癌 |
| 聚合酶链反应: | 聚合酶链反应 |
| 答: | 蛋白聚糖 |
| SULF: | Endosulfatase |
| 及: | 转化生长因子 |
| VEGF: | 血管内皮生长因子。 |
伦理批准
程序进行指导方针的基础上,美国国立卫生研究院(NIH)关于使用人体组织和机构伦理委员会的批准的联邦大学的圣保罗,巴西(协议号34986214.1.0000.5505)。
同意
同意条款后被从成人患者中获得研究的简要说明。作者给出了同意出版。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
诺拉Manoukian福隆和托马Leny提供方向和指导整个准备的手稿。卡梅洛尼韦森特进行了文献综述和起草了手稿。海伦娜Bonciani纳德和Daiana Aparecida da Silva回顾了手稿,取得了重大修订草案。巴西Veronica Sartorio Daiana Aparecida da Silva,蒂亚戈席尔瓦缇,Sarhan悉尼Saad导致了数据。所有作者阅读和批准最终的手稿。
确认
这项工作是支持由FAPESP(项目必须占州政府2016/18066-6和2015/03964-6)。