乙酰肝素酶与多配体蛋白聚糖-1在恶性肿瘤中的研究进展

闻 波, 陈佳伟, 王郑林, 周少波

(蚌埠医学院第二附属医院 普外科, 安徽 蚌埠, 233000)

硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)是细胞外基质(ECM)的重要组成部分，主要功能是结合配体并调节其与细胞表面信号复合物之间的作用，从而微调细胞信号[1]。多配体蛋白聚糖-1(SDC1)是最关键的HSPG, 主要表达于细胞表面、细胞外基质及基底膜，具有调节代谢、转运和信息传递等功能。乙酰肝素酶(HPSE)是人体内目前已知的唯一能够降解HSPG链的糖苷酶，通过上调基质金属蛋白酶(MMP)和缩短SDC1的硫酸乙酰肝素(HS)链，导致SDC1从细胞表面脱落。HPSE诱导SDC1的脱落形成HPSE/SDC1轴驱动生长因子信号传导和调节细胞行为，促进了恶性肿瘤的生长、转移和血管生成。临床[2-4]表明, HPSE在乳腺癌、多发性骨髓瘤、肉瘤等肿瘤中表达升高。现将目前已经报道的HPSE、SDC1在恶性肿瘤中的研究进展进行综述，包括HPSE和SDC1对恶性肿瘤的作用、HPSE/SDC1轴的形成以及针对该轴的抑制剂在肿瘤治疗中的应用情况，从而为抗肿瘤治疗提供新的方向。

1 HPSE和SDC1调节肿瘤的进展

肿瘤的治疗因其复杂性使得各种手段受阻，这种复杂性包括肿瘤细胞本身及其所在微环境内的分子变化。肿瘤的侵袭、血管生成的特性以及其与ECM的相互作用促进了肿瘤细胞的增殖和转移，这些恶性行为能力是恶性肿瘤难以通过手术和放化疗等方法根除的主要原因。因此，寻找并调节肿瘤微环境中的分子尤为重要。研究表明, HPSE和SDC1均能影响肿瘤的发生发展。

1.1 HPSE在恶性肿瘤中的表达及作用

HPSE在正常人组织中主要分布在胎盘、淋巴器官等免疫组织，而在肿瘤尤其是恶性肿瘤组织中却广泛分布[5]。HPSE切断SDC1的HS链的作用，已被认为是重构ECM结构的基础，其与肿瘤形成的所有步骤包括肿瘤的发生、生长、转移和化疗耐药等有关[6]。虽然HPSE的促转移能力是其酶活性与上皮细胞和内皮细胞ECM重塑的结果，但HPSE促进肿瘤发生、生长和抗药性的分子机制仍未完全阐明。

临床研究[7]表明, HPSE的活性和非活性形式都能促进AKT、STAT、SRC、Erk等信号传导，这些信号传导反过来激活参与肿瘤发生的基因转录。在头颈部癌中，已经证实HPSE的过度表达或外源性添加导致SRC的EGFR磷酸化增加，从而促进细胞增殖。HPSE靶向乳腺上皮，通过增强Akt、Src和Stat5介导的磷酸化及信号传导，促进了乳腺肿瘤的生长、转移。这种信号功能是由HPSE的C端结构域作用导致的，在癌细胞中该结构域的表达增加，可加速信号级联和肿瘤生长。

肿瘤的生长和发展与其所处的微环境密切相关，而HPSE对肿瘤微环境也有重要的调节作用。GUTTER-KAPON L等[8]研究结果显示，当HPSE基因失活时，与对照组相比，转基因小鼠的肿瘤发生明显减少，如Lewis肺癌细胞接种所示，后者几乎完全抑制了肿瘤的生长。此外，HPSE中和抗体抑制不表达HPSE的淋巴瘤细胞生长的实验[9]进一步验证了HPSE在微环境中的关键作用。因此，可以得出以下结论: 中和肿瘤微环境中的HPSE能减缓肿瘤生长。HPSE过表达的肿瘤患者的术后生存时间明显短于HPSE低表达的肿瘤患者，进一步证实HPSE是肿瘤进展和转移的主要调节因子[10]。实验研究[11]表明HPSE过度表达促进肿瘤生长、转移扩散和血管生成。其中，最先显示HPSE过度表达的是上皮来源的实体瘤，包括结肠癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、膀胱癌、前列腺癌、乳腺癌和甲状腺癌。例如，HPSE在人膀胱的尿道上皮癌中过表达，并且HPSE的表达水平与膀胱癌的复发相关。在VORNICOVA O等[12]研究中发现, HPSE可以作为乳腺癌早期诊断的指标。相关研究[13]证明HPSE过度表达提示乳腺癌预后不良。在结直肠癌中，其表达升高伴有较高的TNM分期，进一步促进了血液和淋巴血管的浸润，并且降低了患者的生存期。研究[14]表明, HPSE在黑色素瘤等恶性肿瘤中的转录高于正常组织，其通过促进肿瘤组织的血管生成，与患者的预后呈负相关。特别是在实体肿瘤中，免疫组织化学分析显示, HPSE在肿瘤侵袭区域的阳性率最高，而邻近的健康组织却没有检测到信号，证实HPSE是肿瘤侵袭的启动子。总而言之，患有恶性肿瘤及肿瘤愈后的患者体内HPSE的表达升高，促进了肿瘤的生长和转移，而HPSE表达的下调可以抑制肿瘤细胞的转移。

1.2 SDC1与恶性肿瘤

SDC1是研究最广泛的HSPG, 在发育过程中由间充质细胞瞬时表达，也存在于淋巴细胞分化的不同阶段。SDC1介导了细胞的粘附、迁移，并调节细胞对生长因子和血管生成因子的反应。因此, SDC1在增殖、分化、肿瘤发生和转移中起着重要作用。细胞表面的SDC1被认为能够增强细胞与ECM的结合力，限制细胞迁移，提示上皮细胞SDC1的缺失增加了肿瘤细胞的迁移能力[15]。SDC1胞外区可与多种信号蛋白及转化生长因子、成纤维细胞生长因子等生长因子结合，影响肿瘤的进展。故外域的脱落可以破坏SDC1信号蛋白的连接，释放生长因子，从而促进肿瘤细胞的增殖。

上皮细胞向间充质细胞的转化，即浸润性癌细胞从上皮细胞向分化程度较低的间充质细胞转化，是肿瘤进展的关键过程。SDC1上皮表达缺失是上皮向间充质转化的标志, SDC1在许多肿瘤中表达失调，例如, SDC1缺失时肺癌的致瘤性更强, SDC1调控肺癌细胞释放外显子miRNA的表达，以及SDC1表达的缺失使外显体中的miRNA增强了促肿瘤途径的信号传导，促进了肿瘤细胞的大量增殖和浸润，证明肺癌细胞表达SDC1是一个积极的预后指标[16]。一项关于乳腺癌的研究[17]发现SDC1过度表达与其侵袭性表型密切相关，其表达与激素受体ER、PR表达呈负相关，与Her2表达呈正相关, SDC1表达增加患者预后不良，是总生存率和无复发/无转移生存率的良好预测指标。SDC1是最关键的膜蛋白多糖，在被HPSE脱落后，会积聚在某些肿瘤如骨髓瘤、前列腺癌和肺癌的细胞外基质中，脱落后的SDC1与肿瘤细胞的恶性行为呈正相关。例如，脱落的SDC1在骨髓环境中的表达是多发性骨髓瘤的不良预后因素[18]。在前列腺癌中, SDC1表达越高的前列腺癌患者的Gleason分级越低，可溶性SDC1的血清水平可作为其生存率的独立手术前预测指标[19]。在不同的肿瘤中, SDC1具有不同的表达特性。例如，在大多数上皮性肿瘤中，如间皮瘤、胶质瘤、口腔癌、肺癌、肝细胞癌、胆囊癌和膀胱癌等，发现上皮SDC1表达的丧失与高恶性肿瘤和不良预后有关[20-26]。然而，在其他实体肿瘤如乳腺癌和子宫内膜癌中, SDC1在肿瘤进展阶段高表达，并且与不良预后相关。综上, SDC1在不同肿瘤类型中的不同表达提示其作用可能受到潜在肿瘤类型的影响，这也解释了在不同肿瘤中SDC1表达和预后的差异。

2 HPSE/SDC1轴形成的调控机制和功能

2.1 HPSE对SDC1表达和脱落的调控

HPSE是具有特异性识别和剪切特异位点功能的一种糖苷内切酶，通过切断ECM细胞表面的HS侧链，使附着在SDC1上的相关生物活性分子被释放出来，形成HPSE/SDC1轴，可以调节细胞信号传导并重塑ECM。MMP-9和尿激酶型纤溶酶原激活物是SDC1的2种脱落酶, SDC1从细胞表面的切割是通过MMP、膜型MMP等各种金属蛋白酶完成的。RANGARAJAN S等[1]对人类骨髓瘤细胞的研究发现，HPSE诱导SDC1的脱落是由以下2种不同的机制导致的: HPSE通过刺激肿瘤细胞中的细胞外调节蛋白激酶(ERK)信号传导，导致SDC1的脱落酶MMP的表达上调; HPSE通过其酶活性缩短了SDC1的HS链，使SDC1核心蛋白更易于被蛋白酶切割。脱落后的SDC1可以与各种效应分子(生长因子、胰岛素受体等)局部/远端发挥作用，或在细胞表面形成核复合物，从而促进生长因子信号传导影响肿瘤的进展。

2.2 HPSE/SDC1轴在细胞核中的功能

HPSE和SDC1不仅在细胞外表达，在细胞核中也发挥了重要的作用。KUMAR-SINGH A等[27]在间皮瘤细胞系中通过对SDC1的共免疫沉淀和核蛋白的蛋白质组学分析，揭示了SDC1在细胞增殖、RNA合成和运输过程中起作用。有学者[28]认为HPSE改变了核SDC1的水平，当HPSE表达上调或向骨髓瘤细胞中添加重组HPSE后，SDC1的核定位急剧下降。HPSE调节SDC1核水平的机制可能是HPSE通过使SDC1易位至细胞核的能力丧失，以此来修饰SDC1。

2.3 HPSE/SDC1轴对生长因子信号传导的影响

HPSE/SDC1轴主要通过影响驱动肿瘤进展的蛋白质，如肝细胞生长因子(HGF)、血管内皮生长因子(VEGF)和成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)等因子表达或活化，从而促进肿瘤生长，进而产生易于肿瘤生长和转移的微环境。HPSE和SDC1协同发挥作用以驱动生长因子信号传导，主要机制是HPSE切割SDC1的HS链，从而促进HS链螯合的生长因子的释放和激活[29]。

HGF是由间充质细胞表达的一种结合肝素的细胞因子，其与酪氨酸激酶受体c-met相互作用发出信号，调节血管生成、细胞迁移和存活等关键的生物学过程。HPSE会随着SDC1脱落的增加而显著增强HGF表达，可溶性HGF和脱落的SDC1结合在一起形成复合物，该复合物比单独的HGF更能有效激活c-met信号传导。RAMANI V C等[30]认为HPSE被肿瘤细胞吸收，并诱导HGF、VEGF和MMP-9的表达以及激活ERK和Akt信号通路。

VEGF是由大多数实质细胞产生的一类蛋白质，可调节血管的生成发育和细胞存活，并在自分泌和旁分泌信号传导中起关键性作用。HPSE能够内切β-d-葡萄糖醛酸苷酶活性，还可上调VEGF-A和VEGF-C。HPSE上调VEGF的机制与其酶活性无关，而是由Src家族酪氨酸激酶的激活介导的。HPSE通过调控脱落的SDC1介导内皮细胞的增殖和侵袭，当SDC1从膜上脱落时，可以将整联蛋白α4β1和血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)偶联在一起，形成3种蛋白质的复合物[31], 该复合物激活VEGFR2后能增强细胞侵袭、内皮管形成和其他致瘤反应。因此, HPSE通过调控HSPG, 如SDC1的结构和功能，可以影响HGF和VEGF的信号传导和细胞行为。

3 抑制HPSE/SDC1与肿瘤治疗

HPSE/SDC1轴在肿瘤细胞的生长、转移、血管生成等过程中发挥着重要的作用。目前，已经开发了几种HPSE抑制剂，包括天然产物衍生物、小分子和抗体等。由于与HPSE底物结构的亲和性，肝素及其衍生物抑制HPSE的研究受到了关注，但进一步的研究发现，肝素作为抗肿瘤治疗受到其强大的抗凝作用限制，影响了抗肿瘤作用，低分子量肝素可在抑制HPSE的同时又不表现出抗凝活性。但各研究结论对使用低分子量肝素能否改善患者的存活率存在较大差异。

肝素模拟物可抑制肝素酶活性，其比肝素具有更低的抗凝活性和对HPSE的更高选择性。第一代肝素模拟物PI-88, 是一种高度磺化的寡糖，具有强效的抗转移和抗血管生成活性。PI-88已经进入了Ⅲ期临床研究[32], 并且作为与肝炎病毒相关的肝癌术后患者的抗癌治疗药物。目前, PG545为最强大的肝素模拟物之一，其已在Ⅰ期临床试验中用于不同类型实体瘤的抗癌治疗。PG545及其类似物主要是通过抑制肿瘤相关巨噬细胞的浸润，发挥免疫刺激，抑制HPSE活性，其与VEGF、FGF结合，在体外能有效减少血管生成，并影响体内肿瘤的发展。另一种化学修饰的非抗凝肝素SST0001通过下调HGF、VEGF和MMP-9, 以及破坏HPSE/SDC1轴抑制骨髓瘤的生长和血管生成。除骨髓瘤外, SST0001还能有效治疗小儿肉瘤和胰腺癌等肿瘤[33]。此外，据报道[34-35]λ角叉菜胶(一种HS模仿物)以及M402也可在体内抑制肿瘤血管的生成。

随着对HPSE和SDC1在肿瘤侵袭转移中的进一步研究，功能性阻断抗体作为抑制HPSE活性的另一种方法，也在一些肿瘤治疗方面取得了显著效果。WEISSMANN M等[9]研究证明中和HPSE酶活性的单克隆抗体9E8和H1023, 可通过抑制细胞侵袭和肿瘤转移过程，治疗弥漫性非霍奇金氏B细胞和滤泡性淋巴瘤。相关研究[36]发现, HPSE的一种小分子抑制剂也被证明可以降低肝细胞癌模型的转移特性。然而，大部分小分子抑制剂是高通量筛选的结果，由于缺乏HPSE晶体结构，其发展受到了阻碍。此外，在抗肿瘤治疗中应用RNA干扰技术干扰HPSE/SDC1轴上关键信号通路或分子表达也取得了进展，例如miRNA-1258可以通过降低HPSE的表达，从而减少乳腺癌细胞的转移[37]。

尽管蛋白聚糖比HPSE更难靶向治疗，但以下几种方法表明其抗肿瘤的可行性。使用疏水性糖苷配基干扰蛋白聚糖核心蛋白上糖胺聚糖链的正常组装，形成抗增殖糖胺聚糖，减少肿瘤的生长和血管生成; 在黑色素瘤和骨髓瘤的鼠模型中，产生具有抗肿瘤活性的硫酸乙酰肝素片段可以导致肿瘤生长受到抑制; 一种抗整合素抑制剂SSTN 92-119, 通过下调整联蛋白αvβ3受体，从而降低VEGF和FGF-2的活化，可抑制肝癌细胞的血管生成和增殖[38]。此外，miRNA-143在多种癌症类型中显著减少，并起着抑癌作用，已证明其可通过靶向SDC1来抑制黑色素瘤细胞的生长[39]。

4 总结与展望

综上所述, HPSE和SDC1在肿瘤生长和转移中起关键性作用，可成为有效的抗肿瘤靶点。但是，目前许多HPSE抑制剂由于结构不确定、过度硫酸化和生物利用度差，存在着不同的毒副作用。因此抗肿瘤药物需进一步筛选, HPSE底物类似物抑制剂已经进入了临床研究。单克隆抗体和HPSE晶体结构的研究以及如何调节肿瘤微环境可能成为未来HPSE抑制剂开发的主要方向。但开发有效且毒副作用低的HPSE抑制剂仍有待进一步深入研究，相信在不久的将来会发现活性更高、特异性更强的HPSE抑制剂，以更好地应用于医疗领域。