异常糖基化参与甲状腺癌

抽象

糖基化是最常见的翻译后修饰反应之一，真核生物中近一半的已知蛋白质是糖基化的。事实上，寡糖结构的变化与细胞生长、迁移分化、肿瘤侵袭等许多生理和病理事件有关。因此，对多糖结构和功能的全面研究，正日益受到生命科学各个领域科学家的重视。在甲状腺癌的病例中，各组织病理学类型的生物学特征和预后完全不同，其寡糖结构和糖基转移酶的表达也不同。本文综述了寡糖与甲状腺癌的研究进展，并对寡糖在甲状腺癌中的作用进行了探讨。

1.介绍

低聚糖主要存在于细胞表面和细胞外基质(ECM)，也存在于各种细胞器如高尔基体、ER、溶酶体、细胞质和细胞核中。相对于DNA、RNA、蛋白质的研究，糖链的研究比较困难，长期被忽视，糖链的研究相对于蛋白质组的研究也是如此。为了表征糖链的结构，糖生物学包括糖链是理解蛋白质的结构和功能所必需的。在过去的几年里，大部分的糖基转移酶(超过180个糖基转移酶基因)已经被鉴定，基于基因组序列数据和生物信息学方法。糖基化反应是由糖基转移酶催化的;糖链被添加到各种复杂的碳水化合物中。修饰的寡糖能够干扰碳水化合物-蛋白质或蛋白质/糖蛋白-糖蛋白的相互作用，从而调节许多生理和病理事件，包括细胞生长、迁移和分化，以及肿瘤转移。由于细胞表面碳水化合物位于细胞的最外层，细胞表面碳水化合物有助于细胞与其细胞外环境之间的各种相互作用。碳水化合物是其他细胞、抗体、入侵病毒和细菌遇到和识别的第一个分子。许多分泌的分子，如激素和毒素也被报道与细胞表面的碳水化合物受体结合。 Most receptors on the cell surface areN-glycosylated，包括上皮生长因子受体（EGFR），整合素，和转化生长因子受体(转化生长因子R）。越来越多的证据表明，在糖蛋白上糖链参与细胞 - 细胞通讯，信号转导，和蛋白质折叠和稳定性[调控2-五]。在甲状腺癌的癌变过程中，肿瘤细胞的生物学特性发生了显著变化，恶性转化为未分化的甲状腺癌。在此期间，糖基转移酶及其靶蛋白的表达也会发生改变。细胞表面寡糖结构的改变可以控制细胞分化和生物学特性。此外，糖相关基因的异常表达可能是甲状腺癌的一个标志。在这篇综述中，我们主要就低聚糖在甲状腺癌中的重要性，根据我们之前的报道。

2.我们为什么要开始Glycomics的项目?

糖生物学是生命科学中最困难的研究领域之一，因为低聚糖表现出各种方面和它们的功能往往与器官，物种或类型的癌症不同。在癌症方面，糖蛋白中的寡糖结构显着的改变是依赖于唾液酸化，岩藻糖基，和分支形成。两个唾液酸化和岩藻糖基修饰细胞表面上的总的寡糖结构的电荷，从而控制研究受体和粘附分子。IgG的寡糖可以调节过敏反应和这个小的IgG组的唾液酸化抑制autoimmuno反应[6，7]。岩藻糖基是最重要的寡糖修饰之一，被与癌症和炎症[8]。许多报道都暗示的分支形成的参与N-glycans和N-acetylglucosaminyltransferase V（的GnT-V），它是产生分支[关键酶9]。关于许多生物现象，谷口博士的研究小组已经成功地纯化和糖基转移酶的表征，其涉及分支形成为N-聚糖[10]。许多研究揭示了这些糖基转移酶的cDNAs或抗体与癌变和/或肿瘤转移的关系。数字1显示在本次审查糖相关蛋白的三个目标。基本上，和的Fut8的GnT-V的表达相对较低，并且与恶性转化增加。增加在癌变的早期阶段的Fut8的表达，但是在转移阶段而减小。相反，在的GnT-V表达两步增加某些种类的癌症中观察到。的酰肌醇蛋白聚糖3的表达，这是一种蛋白多糖属于酰肌醇蛋白聚糖家族，增加/在器官特异性方式而减小。

3.的Fut8和甲状腺癌

岩藻糖基化是癌症中最重要的糖基化模式之一。Fucosylation调控多种focusyltransferases, GDP-focuse合成途径和GDP-focuse转运蛋白。在这些复杂的聚焦机制被阐明之前，聚焦的靶蛋白被发现并用作肿瘤标记物。Breborowicz等人报道了聚焦甲胎蛋白(AFP)的增加[11和Taketa博士等人[12]。他们首先在几种肝脏条件下发现AFP的微异质性，然后发现在1-6岩藻糖基AFP上凝集素affino电泳（核心岩藻糖基）。AFP是公知的肿瘤标记物肝细胞癌（肝癌），但是它有时也在良性肝病增加如慢性肝炎和肝硬化。相比之下，AFP具有核心岩藻糖基是肝癌的一个非常特殊的标记[13，14]。具有核聚焦作用的AFP被称为AFP-L3，因为它在LCA(晶状体culinaris凝集素)凝集素-电单车的L3部分被检测到。核心聚焦包括聚焦到最内层的附着N乙酰氨基葡萄糖N聚糖。1-6 focusyltransferase (Fut8)催化这个核心-focusylation反应。Uozumi博士等。成功纯化猪脑Fut8基因并克隆[15]。有研究对癌症和岩藻糖转移到自那时以来，第二阶段。FUT8敲除小鼠显示肺气肿样在肺部病变，因为核心岩藻糖为如EGF-R和TGF反应的功能重要- r (五，16]。当我们建立了单克隆抗体的Fut8，我们对甲状腺癌进行第一次免疫组织化学研究[17]。这是因为有各种类型的甲状腺癌和每个病理状况预后不同。由于免疫组化研究，涉及133箱子甲状腺癌的结果的Fut8的表达被认为是正常的卵泡相当低。如图2，乳头状癌中可见Fut8染色阳性。这种染色模式可称为高尔基定位。卵泡性癌中fut8阳性的病例数目相对较低。我们认为Fut8的表达可能是甲状腺乳头状癌发展的关键因素，而不是滤泡状癌的关键因素。Fut8在33.3%的乳头状癌中高表达，其发生率与肿瘤大小及淋巴结转移直接相关。相反，这种现象在滤泡性癌和间变性(未分化)癌中比较少见。此外，乳头状癌中Fut8表达的降低可能与间变性转化有关。这些结果似乎与结肠癌变的结果相似，即“聚焦和去聚焦”[18]。进一步的研究应该确定核心病灶在甲状腺癌中的生物学功能。

4.GnT-V和甲状腺癌

N-Acetylglucosaminyltransferase V（的GnT-V）是在肿瘤转移中最重要的糖基转移酶之一[9]。到目前为止，论文80余篇上的GnT-V和肿瘤转移已经出现，以相对于其他糖基转移酶这个数字是相当高的。一个机构的GnT-V和肿瘤进展底层是beta1-6的GlcNAc分支形成，的GnT-V的产物，上调细胞表面生长因子受体例如EGF-R [19]。另一种机制是抑制糖蛋白的降解，导致蛋白酶表达增加[20]。基质酶是一种肿瘤相关的II型跨膜丝氨酸蛋白酶，通过激活潜在形式的肝细胞生长因子(HGF)和尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)，正向调节癌转移[21]。胃癌细胞中过表达GnT-V可促进胃病小鼠中基质酶的降解，加速这些癌细胞在腹膜内的扩散[20]。从的GnT-V转染的胃癌细胞蛋白裂解酶纯化是耐胰蛋白酶和该电阻取决于连接至蛋白裂解酶的772 Asn残基寡糖[22]。这些结果表明，的GnT-V修改蛋白裂解酶的寡糖结构，从而改变蛋白酶的功能。根据这些结果体外在GnT-V和基质酶的研究中，我们对132例甲状腺癌进行了免疫组化研究[23]。正常甲状腺组织中没有GnT-V和基质酶的表达，但基质酶和GnT-V分别在52/68和66/68例乳头状癌、3/23和10/23例滤泡状癌、5/13和9/13例滤泡状腺瘤、11/28和6/28例间变性癌中呈阳性染色。免疫组织化学和Western blotting显示基质酶的表达与GnT-V的表达平行。然而，基质酶mRNA的表达与蛋白水平无相关性，提示基质酶表达的增强可能是通过gnt - v介导的糖基化等翻译后修饰引起的。在乳头状癌的情况下，GnT-V和基质酶的表达水平在1cm或更小的肿瘤(微癌)和无低分化病变的情况下显著升高，并且这两种蛋白显著相关。而甲状腺癌术后的预后与GnT-V和基质酶的表达无关，因为在间变性(未分化)癌中，它们的表达水平很低。这些结果表明，基质酶的长期稳定是通过gnt - v介导的糖基化来稳定的在活的有机体内，从而延长了其中场休息时间，使其能够在乳头状癌的早期阶段发挥作用，但不能在其发展的后期发挥作用。虽然GnT-V和Fut8是位于高尔基体上的糖基转移酶，但GnT-V与Fut8的染色模式不同。GnT-V被分泌酶裂解，从而分泌到血清或条件培养基中[24]。分泌型的GnT-V的充当血管生成辅因子[25]。

5.Glypican 3和甲状腺癌

酰肌醇蛋白聚糖3（GPC3）是通过糖基（GPI）锚附着于细胞表面上的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（聚糖）中的一个[26]。GPC3在胎儿器官中高表达，在成人组织中很少检测到。有趣的是，40岁时HCC患者血清GPC3水平通过酶联免疫吸附试验检测升高53%。由于GPC3和alpha-feto蛋白水平之间没有相关性，82%的HCC患者在这两种肿瘤标志物中至少有一种呈阳性。GPC3也被确定为黑色素瘤的肿瘤标记物[27]。GPC3参与多种细胞信号通路，如Wnt/Wingless、Hedgehog、TGF-等β和成纤维细胞生长因子，导致HCC生长刺激[28]。当我们对甲状腺癌的GPC3进行免疫组化分析时[29， GPC3在正常甲状腺中很少表达，但在某些类型的癌症中显著增强，包括100%的滤泡状癌(20/20例)和70%的乳头状癌(48/69例)。GPC3在滤泡性癌中的表达明显高于滤泡性腺瘤(P .0019)。gpc3在20例间变性癌中未见表达。根据临床背景对69例乳头状癌的GPC3表达进行研究，发现GPC3在早期表达。这些数据促使我们进行GPC3转染到甲状腺癌细胞系的实验，以确定GPC3的生物学功能。将GPC3基因转染到人甲状腺癌细胞株TAD2中，野生型GPC3转染物显著抑制了细胞生长，而GPC3寡糖突变体不显著抑制细胞生长(图)3)。GPC3的这个寡糖是硫酸乙酰肝素和GPC3的表达载体的氨基酸序列的点突变，建立突变体。细胞形态明显与GPC3与低聚糖转染改变，但不是没有GPC3低聚糖。在肝癌的情况下，GPC3的寡糖不与细胞信号传导或细胞生长[28]。我们需要进一步研究gpc3介导的甲状腺癌细胞信号传导的特性。

6.的角度来看

滤泡腺癌与滤泡腺瘤的鉴别诊断是最重要的问题。在某些情况下，甚至病理检查也不完善。Galectin 3已在鉴别诊断的候选病理标记之一中被报道[30.]。最近，我们建立了定量ELISA分析GPC3并研究其临床应用甲状腺癌的诊断[31]。半乳糖蛋白3与n -聚糖上的多乳糖胺结构结合，控制细胞表面受体的功能。聚乳糖胺结构是通过GnT-V反应合成的，GnT-V相关细胞信号转导的分子机制可能是由于galectin 3 [19]。确定半乳糖蛋白-3在甲状腺癌中的生物学功能具有重要意义。基本上，甲状腺是一个分泌甲状腺激素的内分泌器官。许多因素通过受体配体介导的信号通路控制甲状腺激素的释放(图)4)。在这一系统中，低聚糖似乎深入参与其中，因此通过低聚糖控制甲状腺功能将是一个很有前途的研究目标。包括甲状腺激素在内的许多激素都可以通过糖基化来调节[32]。在这篇综述中，我们没有描述涎酸在甲状腺癌中的作用。唾液酸是末端的寡糖N - / O-聚糖，具有多种生物学功能[33]。而唾液酸甲状腺癌的生物学意义仍然未知，在蜂窝唾液酸化的变化已经在恶性形成改变[34]。转基因或敲除小鼠的糖基转移酶，包括唾液酸转移酶，将是一个强有力的工具，以直接确定寡糖功能在甲状腺癌变。这样的小鼠应该与甲状腺癌的模型小鼠配对，如果有的话。

缩略语

FUT8：	α1 - 6 focusyltransferase
egf - r:	表皮生长因子受体
TGFβR：	转化生长因子β受体
法新社:	α胎蛋白
肝细胞癌:	肝细胞癌
(GnT-V):	N-acetylglucosaminyltransferase V
GPC3:	Glypican 3。

致谢

作者要感谢Jorge Filmus教授(多伦多大学生物医学物理系)提供了GPC3和GPC3突变载体。他们还感谢山中加奈子和Akinaga Ayumi提供的技术支持。

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