N-乙酰氨基葡萄糖转移酶V在恶性肿瘤中的作用

N-乙酰氨基葡萄糖转移酶V在恶性肿瘤中的作用 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶V在恶性肿瘤中 的作用 662 泸州医学院学报2008年第31卷第6期 JournalofLuzhouMedicalCo~egeVo1.31No.62008 _ N一乙酰氨基葡萄糖转移酶V在恶性肿瘤中的作用 李波,徐松波综述,夏先明审校 (泸I,H医学院附属医院肝胆外科,四川I泸州646000) 中图分类号R730.2文献标识码A文章编号1000—2669(2008)6—0662-03 细胞膜表面的糖链在细胞识别中具有介导作用,糖链参 与了细胞间相互识别,粘着,信息交换的过程.细胞的恶性转 化常伴有细胞膜N一糖链的改变,其中主要包括唾液酸和 131,6分支结构含量的增多,众多研究已经证实N,乙酰氨基 葡萄糖转移酶V(N—acecy1ucosaInlinyltr挪feraSeV,GnT—v) 活性增加引起131,6分支结构增多与肿瘤细胞发生发展有密 切关系11. 1GnT—V基因结构 GnT—V主要分布在高尔基体中,催化UDP-GlcNAc中 的GlcNAc以131,6连接的方式转移到GlcNAc131,2Manor1,6 ManB1,4GIcNAc中ot连接的Man残基的6-OH位上,是 将聚一N一乙酰葡萄糖胺加到N一糖链的一个限速酶.起着决 定N一糖链类型及复杂型糖链结构的重要作用.人GnT—V (EC4.1.155)编码其基因的是MGAT5,位于染色体2q21,有 17个外显子.开放阅读框从外显子2到17,共155kb,5端 上游区含有TATAbox,Ap一1,Ets一1位点(一266,一565,一 728).人的GnT—V产物有740个氨基酸,多肽段$213一$740 是催化域,对酶的活性很重要,跨膜区由17个氨基酸组成,胞 质区由12个氨基酸组成?. 2GnV在细胞恶性化中的作用 在正常体内GnT—V是参与N一糖链生物合成的酶类, 具有决定N一糖链类型及复杂型糖链结构的重要作用,在高 尔基体内催化形成N,糖链的131,6分支,将核糖体合成的蛋 白进行糖基化修饰,在多数肿瘤细胞中,细胞表面出现分子 量更大的糖链,其中N一糖链的增加主要是GnT,V高表达 引起N,糖链131,6分支增加. 在胰腺癌和原发性肝癌中,GnT-V的活性较癌旁组织 和正常组织明显升高,癌旁组织GnT—V的活性较正常组织 为高.GnT—v的活性变化程度与肿瘤的恶性程度呈正相关, 证明GriT—V与胰腺癌和原发性肝癌的发生和进程密切相 关.用表达谱芯片研究肝癌SMMC7721细胞GnT—V表达 受阻后基因表达的差异,发现基因表达的变化与细胞发生未 折叠蛋白质反应时的胞内变化相一致.GnT—V并不直接参 与N糖链在内质网中的合成及糖蛋白在内质网中的折叠,但 直接参与内质网中N糖链合成的酶和辅助蛋白质折叠的伴 作者简介:李波(1971一),男,副主任医师,博士 侣蛋白大多数是含N糖链的糖蛋白,只有在GnT—V作用 下.这些糖蛋白才能正确糖基化并具备正常的生物学功能. 用反义核酸抑制肝癌SMMC7721细胞GnT—V表达发现, GnT—V表达受阻后将改变胞内相关糖蛋白N糖链结构,导 致糖蛋白肽链的折叠及构象错误,进而影响糖蛋白的分拣,投 送,分泌及识别功能.主要机制为GnT—V表达受阻使细胞表 面转运糖蛋白N糖链上的131.6分支减少,糖链上三枝和四 枝形天线明显减少,结构的改变导致细胞表面的葡萄糖转运 蛋白1(Glut1)糖基化及转运能力的下降,细胞对葡萄糖的摄 取明显下降,引起细胞内葡萄糖的缺乏,进而引发内质网应 激【引.其次,参与内质网中N糖链合成的酶和辅助蛋白质折叠 的伴侣蛋白大多数是糖蛋白,GnT—V表达受阻也可能影响 它们的N糖链结构和功能,进而导致细胞内糖蛋白的稳定 性.导致未折叠蛋白质反应16,71. 3GnT—V在肿瘤转移,侵袭性中的作用 在恶性肿瘤中GnT-V活性增高,糖链B1,6分支也增 加.肿瘤细胞侵袭转移能力增加,131,6分支增加已成为乳腺 癌和结肠癌肿瘤恶化的标志.通过转染GnT-V人人结肠癌 细胞系DLD一1和WiDr,发现两种细胞系都显示与纤连蛋白 的粘附能力减弱,GnT—V高表达引起E一选择素配体唾液酸 Lewisx的表达.增强人结肠癌细胞粘附到血管内皮的活性, 抑制GnT—V活性可以抑制结肠癌病人癌转移嘲.在人纤维肉 瘤HT1080和鼠NIH3T3细胞中,GnT-V过表达,不引起细 胞表面钙粘蛋白(cadherin)的表达,而是明显增加131,6分支, 使得钙粘蛋白聚集下降,减少细胞粘附,增加迁移性和侵袭 性.在体外过表达GnT-V,通过刺激细胞骨架蛋白连环蛋白 fcatenin)酪氨酸磷酸化,迁移性明显增强191.为了研究GnT—V 缺失抑制肿瘤表达增殖的机理,GnT-V敲出的裸鼠小鼠胚 胎成纤维细胞(mouseembryonicfibroblasts,MEF)粘附明显增 强.迁移明显下降.在纤连蛋白刺激下,GnT-V敲出的裸鼠 MEF能增加粘着斑激酶(f0ca1adhesionkinase,FAK)磷酸化, 这与细胞迁移性下降一致.机制为缺失GnT-V导致抑制整 合素成簇,同时经蛋白激酶c信号途径激活a5131转录,上调 细胞和细胞表面纤连蛋白受体~5131水平,纤连蛋白调节细 胞基质粘附增加,迁移下降1ol.上皮衍生的细胞表面丝氨酸蛋 白酶matriptase也是GnT-V的靶蛋白,GnT—V高表达促使 matriptase的Asn772上增加B1,6分支,稳定该酶的活性,而 第6期李波等:N一乙酰氨基葡萄糖转移酶V在恶性肿瘤中的作用663 matriptase能直接激活两个重要的肿瘤侵袭因子:肝细胞生长 因子(hepatocytegrowthfactor,HGF)和尿型纤溶酶原激活物 (urinetypeplasminogenactivator,uPA),因此GnT—V通过增 加matriptase的B1,6分支,促进肿瘤的侵袭过程ll】】. 有研究表明GnT—V在肿瘤细胞外基质中可以引起肿瘤 血管生成的功能,而且与糖基转移酶催化活性无关.从肿瘤 细胞分泌出来的GnT—V在基质中竞争结合内皮细胞表面的 硫酸肝素(HSPG),使原与硫酸肝素结合的成纤维细胞生长因 子(如FGF一2)释放出来,引起肿瘤细胞外FGF一2局部浓度增 加.释放的FGF-2可结合内皮细胞表面的FGF-2受体 (FGFR),再结合硫酸肝素(HSPG),形成一个三元复合物 (HSPG—FGF一2-FGFR).在一些受体与配体的相互作用中, 经常有其他分子的参与,这些分子(如肝素)被称为共受体 (coreceptor),肝素分子中,段六糖参与了成纤维细胞生长因 子0~GF)与其受体的结合.该三元复合物产生一种信号促使血 管生成,而血管生成是肿瘤发展及转移过程极其关键的一 步.此外,实验同样表明分泌型GnT—V可引起VEGF从 HSPG中释放,提示GnT—v没有直接引起肿瘤血管生成,但 间接引起FGF和VEGF的释放,从而形成血管生成的信号. GnT—V与血管生成相关的结构区域是234-436之间的肽段, 具体是第254"-'269个氨基酸残基(KSLAEKQNLEKRKRKK). 与VEGF189中的142-157氨基酸序列极其相似,是肝素结合 模体,其中碱性的KRKRKK与肝素的亲和力最强?. 研究发现与低转移性肝癌模型比较,高转移性肝癌模型 的GnT-V活性明显升高,N一糖链的B1,6分支结构也明显 增多.而在高转移性肝癌模型的筛选建立过程中GnT—V的 活性随着肿瘤转移性的增高而增高,说明GnT—v不仅与肝 癌的发生进程有关,而且与肝癌转移侵袭能力有密切关系. 此外,GnT-V转染的人肝癌细胞H7721,FAK磷酸化程度升 高,迁移能力增强.研究细胞表面N一糖链类型和分支与细胞 粘附迁移和整合素表达的关系,发现在人肝癌细胞H7721,复 合型N一糖链对细胞粘附起主要作用,无B1,6分支的N,糖 链,细胞与基质纤连蛋白粘附增强,有B1,6分支N一糖链则 促进与人脐带静脉内皮细胞HUVEC的粘附,促进细胞迁 移.在决定细胞与纤连蛋白粘附时,细胞表面N一糖链结构的 改变和整合素的表达水平是两个重要因素.GnT—V的表达 可调控细胞整合素的聚集及相关信号转导过程,降低癌细胞 的接触抑制作用而促进细胞的入侵与转移,其表达也受到相 V修饰 关信息因子的调控.研究发现T细胞受体上的GnT—的糖链与动物凝集素剥ectin一3结合,这种多价的凝集素,糖 蛋白交叉结构阻止了T细胞抗原依赖性受体的聚集与信号 转导,而且整合素受体的聚集与细胞的流动性对GnT—V缺 失引起糖链的改变也非常敏感J.分泌型GnT—V刺激纤维 生长因子一2(FGF,2)分泌,GnT—V蛋白序列中264~269位 氨基酸残基可以刺激内皮细胞增生,在具有高转移性和侵袭 性人乳腺癌细胞株MDA-MB231用siRNA选择性抑制 GnT—V的表达,发现对上皮生长因子受体表达没有影响,但 减少了上皮生长因子(EGF一1)受体131,6分支,与对照组细胞 比较,GnT—V表达抑制导致明显的形态学改变和基质分离, GnT—V表达下降导致明显的EGF-1介导FAK去磷酸化,细 胞缺乏形态学改变,但是EGF-1介导酪氨酸磷酸酶SHP一2 的磷酸化和活化增加,GnT—V重新转导入细胞后效应可以 逆转,意味SHP一2的活化与GnT-V相关,GnT-V导致EGF 介导的ERK信号和肿瘤细胞侵袭性现象,肌动蛋白的重排 和细胞死亡.表明siR_NA抑制GnT—V表达可以抑制EGF刺 激SHP一2活化,进而导致FAK磷酸化程度下降,抑制EGF 介导的下游信号和侵袭性现象.此外,转染GnT—VcDNA 至人肝癌细胞H7721,引起GnT-V表达和表皮生长因子受 体(EGFR)形成i,6分支增加,促进EGF与EGFR结合,酪 氨酸自动磷酸化,并不影响EGFR蛋白的表达.转录因子 LBP一1,核因子白介素一6(IL-6),c—myb及Ets-1都将影响 GnT基因的表达.Ets作为转录因子能够与GnT—V基因调控 区结合.从而调控GnT—V基因的表达.将GnT-V转染到肺 上皮细胞中,经皮下注射裸鼠届明显表现出癌变倾向,这些细 胞具有了致癌基因转化后细胞的形态学特征,而且由于 GnT—V的过表达细胞的接触抑制能力下降,迁徙转移能力 增强.研究发现GnT,v与Ets一1的mRNA表达模式相似, 当细胞被转染了Ets-1阴性显示基因后.Ets一1基因的表达量 减少,GnT-V基因表达也随之降低,提示GnT—V基因都是 由Ets-1所调控的,二者表达呈正相关. 4GnT—V在肿瘤多药耐药性中的作用 目前,N一聚糖与肿瘤耐药性关系的研究甚少,近来有研 究发现作为免疫调节剂苦马豆素(swainsonine)为N一聚糖的 生物合成抑制使N一聚糖的复杂类型从80%降低到20%,同 时降低结肠癌耐药细胞株对5一Fu耐药性,表明N一聚糖参 与了结肠癌细胞株的耐药机制I151.此外.在观察抗癌药物衣霉 素对人耐药卵巢癌细胞株UWOV2耐药性影响的研究中,发 现衣霉素作为在蛋白质翻译抑制剂,可以在内质网合成糖蛋 白时减少N一聚糖连接到特定的天冬酰胺酰残基形成多肽. 并阻碍成熟的糖蛋白定位于细胞膜,衣霉素影响P—gP蛋白 的结构稳定和功能,加速P—gp的降解,即增加P—gp的泛素 化(ubiquitinylation),从而增加卵巢癌细胞株UWOV2对化疗 药物的敏感性【】61.肝癌在化疗过程中常常诱导继发性耐药,其 中一个重要因素是细胞膜上存在ATP依赖性转运蛋白的表 达,如多药耐药性蛋白(P—glycoprotein),属于结构中含有N一 聚糖的膜糖蛋白,利用人肝细胞肝癌HLE细胞已经建立对表 阿霉素(EPI)耐药表达多药耐药基因(mdr1)的细胞HLE— EPI,发现与父本的HLE细胞相比较,耐药细胞中GnT—V表 达下降,N一聚糖中三支天线增加,这与肝癌中GnT—V的活 性明显增高的现象不一致,其机理尚不清楚. 5展望 GnT—V是众多的糖基转移酶中分子量最大的一个. GnT—V在肿瘤的形成及发展过程中起着重要的作用,尚还 有其它未知功能,利用定点突变,基因敲除或过表达等分子生 物学技术在研究GnT-V表达和调控中的应用.将更加有利 泸州医学院学报2008年第31卷第6期 JournalofLuzhouMedicalCoHegeVo1.31No.62008 于揭示GnT—V在肿瘤发展和转移过程中的作用.以期为人 类癌症的防治提供新途径. 参考文献 1.MurataK,MiyoshiE,KameyamaM,eta1.Expressionof N——acetylglucosaminyl——transferaseVincolorectalcancer correlateswithmetastasisandpoorprognosis?].ClinCan— cerRes,2000;6(5):1772 2.ChakrabortyAK,PawelekJM.GnT—V,macrophageand cancermetastasis:acommonlink卟ClinExpMetastasis, 2003;20(4):365 3.KorczakB,LeT,EloweS,eta1.Minimalcatalyticdomains ofN—acetylglucosaminyltransferasesV[31.Glycobiology. 2000;10(6):595 4.ItoY,AkinagaA,YamanakaK,eta1.Co—expressionof matriptaseandN——acetylglucosaminyltransferaseVinthy— roidcancerTissues——itspossibleroleinprolongedstability invivobyaberrantglycosylation[]].Glycobiology,2006;16 (5):368 5.LiJ,WangXM,Wangq,eta1.Down—regulationofN— acetylglucosaminyltransferase——VinducesERstressby changingg/ycosylationandfunctionofGLUT/UJ.Arch BiochemBiophys,2007;463(1):102 6.XuYY,LuY,FanKY,eta1.Apoptosisinducedbyall— transretinoicacidinN——acetylglucosaminyltransferaseVre— pressedhumanhepatocarcinomacellsismediatedthrough endoplasmicreticulumstressU】_JCellBiochem,2007;100 (3):773 7.FangH,HuangW,XuYY,eta1.BlockingofN—acetyl— glucosaminyltransferaseVinducescellularendoplasmic reticulumstressinhumanhepatocarcinoma7,721cellsD】. 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