C1GALT1在恶性肿瘤中的相关研究进展*

王明珠 综述 陈勇 审校

糖基化是蛋白质翻译后修饰的一种重要方式，异常的糖基化在肿瘤发生发展的过程中起重要作用［1］，直接影响肿瘤细胞的黏附、迁移、识别、免疫逃避和血管生成等恶性行为［2-4］。核心1β1 3-半乳糖基转移酶1（core 1 β1-3 galactosyltransferase 1，C1GALT1）又称为T-合酶（T-synthase），是O-聚糖修饰过程中核心1（core1）结构合成的必需酶［5］。C1GALT1的异常表达与肿瘤的发生发展密切相关，针对C1GALT1 的研究将为寻找肿瘤治疗的新靶点提供新的思路。本文就C1GALT1在恶性肿瘤中的研究进展及其作用机制进行综述。

1 C1GALT1在蛋白质糖基化修饰中的作用

蛋白糖基化主要包括O-糖基化和N-糖基化，两者的改变与癌症的发生发展有关［6-8］。由于黏蛋白中＞80%成分由O-聚糖组成［9］，因此O-糖基化也称黏蛋白型O-糖基化。O-糖基化始于N-乙酰氨基半乳糖与丝氨酸或苏氨酸之间以α 连接形成GalNAcαSer/Thr 基本结构（Tn 抗原）。与N-糖基化相比，O-糖基化能催化生成更多的糖链，因而在结构和功能上更加复杂。参与黏蛋白型O-聚糖的起始合成和延伸的糖基转移酶包括：多肽-GalNAc-转移酶（GALNT）、C1GALT1、核心2β1，6-N-乙酰葡糖胺基转移酶（C2GnT-M）和β1，4-半乳糖基转移酶（β4Gal-TIV）。同时还有α2-6唾液酸转移酶（ST6GalNAc）和α2-3 唾液酸转移酶（ST3Gal）参与唾液酸末端与O-聚糖链的连接。O-糖基化修饰主要有两种核心亚型，即以core1为基础的core 1、2亚型和以core 3为基础的core3、4 亚型［5］。其中，O-糖基化修饰主要以core1型O-聚糖为基础，其合成主要受C1GALT1的调控。C1GALT1基因定位于染色体7p22.1-p21.3，是定位于高尔基体中的关键黏蛋白型O-糖基转移酶。C1GALT1 的作用是将半乳糖（Gal）转移至Tn 抗原上形成Galβ1-3GalNAcαSer/Thr 结构（T 抗原，core1 结构）［1，10-12］，以作为进一步复杂的O-聚糖形成的基础，如core2结构、唾液酸T抗原等（图1）［13］。

图1 黏蛋白型O-聚糖生物合成途径［13］

2 C1GALT1参与肿瘤的发生

蛋白质异常的O-糖基化被认为是疾病的潜在标志物，C1GALT1在呼吸系统、胃肠系统和泌尿生殖系统等多种实体瘤的发生发展中发挥重要作用，调控着多种肿瘤相关蛋白的O-糖基化修饰，进而影响肿瘤的恶性表型及预后。

在消化系统肿瘤的研究中，发现C1GALT1 在食管癌组织中的表达显著高于正常食管组织，同时肿瘤组织中MUC1蛋白O-糖基化水平也显著高于癌旁组织。C1GALT1的表达水平不仅与MUC1蛋白的O-糖基化之间呈显著正相关，还与食管鳞癌的淋巴结转移、分期及预后显著相关［14］。在结直肠癌中，有研究发现C1GALT1在癌组织中的表达显著高于癌旁正常组织，同时C1GALT1 高表达的患者预后显著差于C1GALT1低表达患者［15］。在肝细胞癌中，Wu等［16］研究发现C1GALT1 在肝癌组织中高表达，C1GALT1 高表达与肿瘤T分期晚、肿瘤发生转移以及预后不佳密切相关。然而，C1GALT1 在胰腺癌中的表达可能与其他消化系统肿瘤不同。Chugh 等［17］研究发现，C1GALT1在分化较差的癌组织中的表达显著低于分化较好的癌组织，并且癌组织中T抗原的表达显著低于Tn抗原的表达，提示C1GALT1可能在胰腺癌中发挥不同的生物学作用。同样在胃癌中，Liu 等［18］研究发现特异性敲除胃黏膜上皮细胞C1GALT1的小鼠可出现自发性胃窦炎，进而发展成为胃窦腺癌，表明C1GALT1 介导的O-糖基化在胃稳态及胃黏膜保护方面发挥关键作用。

在生殖、内分泌系统肿瘤的研究中，Chou等［19］报道了C1GALT1在乳腺癌组织中表达显著高于正常乳腺组织，C1GALT1表达越高，肿瘤组织学分级越高，分期越晚。此外，研究还发现C1GALT1是乳腺癌预后不良的独立影响因素［20］。在前列腺癌的研究中，Tzeng等［21］研究发现在前列腺癌转移病灶或去势抵抗型前列腺癌转移病灶中，黏蛋白型O-聚糖生物合成活性显著高于原发肿瘤，C1GALT1在去势抵抗型前列腺癌转移病灶中的表达显著高于原发灶中的表达。70%前列腺癌组织高表达C1GALT1，其与肿瘤的分期呈正相关，提示C1GALT1可能不仅参与前列腺癌的发生发展，还可能影响前列腺癌内分泌治疗的疗效。

在头颈部肿瘤的研究中，Lin等［22］研究发现C1GALT1在头颈部鳞癌组织中的表达显著高于正常口腔黏膜的表达，C1GALT1表达与淋巴结转移、远处转移、肿瘤高分级及淋巴血管侵犯密切相关。此外，高表达C1GALT1的患者预后显著劣于低表达的患者。

3 C1GALT1在实体肿瘤中的作用及其分子调控机制

C1GALT1 在多种肿瘤中出现异常的表达，参与肿瘤的演进过程，涉及肿瘤侵袭转移、放疗抵抗、耐药等生物学行为。然而，C1GALT1 在胰腺癌中的功能与其他实体瘤完全不同。因此，研究C1GALT1 在实体瘤中生物学效应及其机制将有利于进一步探索针对C1GALT1的肿瘤治疗策略。

3.1 C1GALT1调控肿瘤的增殖与侵袭转移

在消化系统肿瘤的研究中，研究发现C1GALT1的表达与大肠癌细胞的恶性表型呈显著正相关，过表达C1GALT1促进了大肠癌HCT116和SW480细胞侵袭转移、干细胞球形成及干细胞标志物（NANOG和OCT4）的表达，C1GALT1能够提高FGFR2的O-糖基化水平以及bFGF介导的FGFR2和ERK1/2的磷酸化水平，进而促进大肠癌细胞的恶性行为［15］。C1GALT1可以增加肝癌细胞的黏蛋白型O-聚糖表达并选择性激活HGF/MET信号通路来促进细胞的增殖，C1GALT1通过提高肝癌细胞中MET蛋白的O-糖基化水平和促进HGF介导的MET蛋白的二聚体化来激活MET信号通路而发挥作用［16］。同时，C1GALT1还可促进肝癌细胞与细胞外基质蛋白的黏附以及癌细胞的侵袭转移，C1GALT1通过改变β1-整合素（β1-integrin）蛋白的O-糖基化水平来调控肝癌细胞膜上β1-integrin蛋白的激活，而β1-integrin蛋白水平并未改变［23］。与之相反，在胰腺癌中敲除胰腺癌T3M4细胞C1GALT1基因后肿瘤的增殖、侵袭及成瘤能力明显增加。在动物实验中，特异性敲除胰腺组织C1GALT1的KPCC小鼠胰腺组织发生癌变及肿瘤进展速度显著加快，C1GALT1表达缺失的KPCC小鼠，胰腺肿瘤组织分化更差，细胞增殖加快，有丝分裂增加，肿瘤基质成分减少，肿瘤早期转移发生率高，肿瘤细胞的间质标志物（Snail1、Slug、Vimentin）表达增加，而上皮性标志物（E-cadherin和Claudin-1）表达下降［17］。上述研究结果提示，C1GALT1在胰腺癌中可能呈现抑癌基因作用，缺失C1GALT1的表达可促进胰腺癌的发展与转移。

在生殖、内分泌系统肿瘤中，Chou 等［19］报道了C1GALT1能够促进乳腺癌MCF-7细胞的增殖和侵袭转移。C1GALT1不仅能够促进乳腺癌细胞膜上MUC1蛋白O-糖基化修饰，同时还可促进细胞膜上MUC1-N亚基的释放和跨膜蛋白MUC1-C亚基与β-连环蛋白同时发生核转位，激活ERK信号通路，进而促进肿瘤的恶性表型。此外，研究发现C1GALT1能够改变卵巢癌细胞（ES-2、OVTW59-p4及SKOV3）糖蛋白的O-糖基化水平，并且C1GALT1能够促进肿瘤细胞的侵袭和增殖，甚至还能提高肿瘤细胞的干细胞潜能［24］。

在头颈部肿瘤中，抑制HNSCC细胞（OEC-M1和FaDu）C1GALT1的表达后，细胞的增殖、侵袭及转移能力明显降低，进一步的机制研究显示C1GALT1能够调控细胞EGFR蛋白的O-糖基化修饰，抑制C1GALT1的表达阻断了EGFR上的O-聚糖延伸继而抑制EGFR信号转导发挥抑制肿瘤恶性表型的作用［22］。

3.2 C1GALT1促进肿瘤的放疗抵抗

放疗为实体瘤治疗的重要手段之一。研究发现，C1GALT1可以增加食管癌和头颈部肿瘤细胞对放疗的抵抗性。放疗能诱导食管癌ECa109、KYSE150及TE-1细胞C1GALT1的表达并且增加细胞O-糖基化水平。采用siRNA抑制食管癌ECa109细胞C1GALT1的表达后，细胞对放疗的敏感度显著增加，同时细胞的侵袭迁移能力明显受到抑制［25］。在头颈部肿瘤的研究中，Dong等［26］研究发现在喉癌细胞系中O-糖基化修饰参与肿瘤细胞对放疗敏感度，放疗抵抗的喉癌Hep-2max细胞较放疗敏感度的喉癌Hep-2min细胞表达更高的core1型O-聚糖，抑制细胞的O-糖基化修饰，细胞的放疗敏感度显著增加。C1GALT1的表达与肿瘤细胞的放疗敏感度呈显著负相关。在机制研究方面发现，C1GALT1通过调控细胞β1-integrin蛋白的O-糖基化水平来参与食管癌、喉癌细胞的放疗抵抗［25-26］。

3.3 C1GALT1促进肿瘤内分泌治疗抵抗

内分泌治疗是前列腺癌的一种重要治疗方法，有研究发现［21］前列腺癌细胞LNCaP在发生激素抵抗的过程中，C1GALT1和T抗原的表达显著增加，O-糖基化信号通路的激活能够促进前列腺癌细胞的去势抵抗和转移，而抑制C1GALT1的表达可提高去势抵抗型LNCaP细胞对恩杂鲁胺的敏感度。该研究还发现，原癌基因MYC通过结合到C1GALT1的启动子区促进C1GALT1的表达并提高细胞表面的O-糖基化修饰水平，进而引发细胞与半乳糖凝集素-4结合和下游信号通路的激活。上述研究结果提示，C1GALT1介导的O-糖基化修饰在前列腺癌的去势抵抗中发挥重要作用，改变细胞的O-糖基化可能是改变肿瘤内分泌治疗敏感度的一个治疗策略。

4 结语

综上所述，肿瘤细胞中存在O-聚糖结构和数目的改变，异常糖基化在癌症进展的过程中发挥重要作用。C1GALT1异常表达不仅改变了肿瘤细胞中O-聚糖修饰水平，还促进了多种实体瘤的增殖、侵袭转移和放疗抵抗等恶性行为，最终导致患者预后不良。但在胰腺癌中C1GALT1 可能发挥完全相反的作用。随着对C1GALT1及其调控的O-糖基化修饰研究的不断深入，明确C1GALT1及其相关分子在肿瘤进展中的作用，将为治疗恶性肿瘤提供新的思路。