半乳糖凝集素-8的研究进展

帅 鸣综述，张 涛,马鹏程审校

0 引 言

半乳糖凝集素(Galcetin, Gal)是内源性凝集素家族成员，与含有β-半乳糖苷残基的多糖具有较高的亲和力，是凝集素家族中的动物凝集素。目前发现了15个半乳糖凝集素家族成员，按发现顺序被依次命名为Gal-1至Gal-15[1]。Gal家族广泛存在于各种生物体内，包括脊椎动物、无脊椎动物，甚至原生生物[2]，根据分子结构不同大致可分为三类：①原型Gal：包括Gal-1、Gal-2、Gal-5、Gal-7、Gal-10、 Gal-1l、Gal-13、Gal-14和Gal-15，其结构包含一个碳水识别结构域(carbohydrate recognition domain，CRD)；②嵌合型Gal：此类型仅有Gal-3，其结构是由一个C端的CRD结构域和一个胶原蛋白重复结构域融合而成；③串联重复型Gal：此型包括Gal-4、Gal-6、Gal-8、Gal-9和Gal-12，由两个不同但同源的CRDs串联融合而成[3]。每个Gal均含有1个或2个CRD。在串联重复型的Gal中，Gal-8广泛表达于各种正常组织或病理组织中，参与各种生理和病理的过程，如细胞黏附、生长、凋亡等[4]。不仅如此，Gal-8还具有免疫调节作用，因此也与机体对自身抗原发生免疫反应而导致自身组织损害所引起自身免疫病[5-6]。本文就Gal-8的生物学特性与自身免疫病以及肿瘤的关系及其抑制剂的研究现状作一综述。

1 Gal-8的生物学特性

Gal-8属于串联重复型凝集素家族，含有两个通过接头肽连接的CRD[7]。其组成是由两个CRD以柔性肽段连接而成，其连接肽段长度根据不同的可变剪接而有所改变[8]。Gal-8包含有多个异构体，每个异构体由两种140余个氨基酸残基组成，具有较长的结构域，每个结构域包含一个CRD，这两个结构域由不同长度的连接肽连接，其氨基酸序列包含两个具有保守基序的结构域。N末端CRD决定配体结合特异性，该接头调节整体Gal-8功能，包括多聚化和生物学活性[9]。C端CRD调节其黏附能力。因此，Gal-8可促进细胞黏附。Gal-8的C端一半(包括其两个CRD之一)具有调节细胞黏附的能力，因为研究发现当C端的一半截短时，消除了调节其消除细胞黏附的能力[10]。因此，这两个CRD维持了Gal-8的功能形式。

在动物体内正常组织中，Gal-8广泛分布在肺、肝、肾、脑、心肌等部位[11]。Gal-8在正常和肿瘤相关血管的血管内皮细胞(endothelial cell, EC)以及淋巴内皮细胞的细胞质和细胞核中表达，是血管生成网络的重要组成部分，并且是通过将分子锚定在周围基质上而在细胞外基质中所必需的分子。Troncoso等[7]推测调节Gal-8-聚糖相互作用可用于阻断对转移至关重要的淋巴-血管连接，其功能测定揭示了Gal-8在控制毛细管形成，EC迁移和体内血管生成中起核心作用。

2 Gal-8对免疫的调控及其与自身免疫疾病的关系

Gal-8是一种具有促炎特性的哺乳动物β-半乳糖苷结合凝集素，有增强体内抗原特异性免疫反应的能力。在炎症过程和自身免疫中均有生理和病理学作用[12]。

Gal-8能调控B细胞的活化。在淋巴结内，B细胞受体与临近细胞表面的抗原结合，启动B淋巴细胞的活化，这也是适应反应的开始。在Obino等[13]研究中，通过分析Gal-8在小鼠淋巴组织中的分布，发现了Gal-8在B细胞处理抗原的区域内大量表达。同时经冰冻成像检测，Gal-8在脾、腘窝淋巴结有所分布；结果可证明，在细胞外Gal-8可通过增强抗原特异性B细胞的阻滞期来促进微粒抗原的捕获作用。触发溶酶体向B细胞-抗原接触部位的更快募集和分泌，通过蛋白水解机制可有效提取固定化抗原，从而确定B细胞如何感测和提取束缚抗原，继而在体内调节B细胞反应。

Gal-8还可刺激骨髓来源的树突状细胞产生高水平的白细胞介素-6(IL-6)，Carabelli等[14]研究显示，通过鼠的脾细胞与低剂量的同源卵清蛋白肽结合Gal-8一起温育，发现了单独用Gal-8或Gal-8加同源肽刺激的培养物中IL-6显着增加。从而将IL-6信号传导与Gal-8免疫刺激作用研究又向前推进一步。Gal-8在病毒感染中也起到调节作用，在细胞采取主动措施来限制病原体的感染情况下，选择性自噬在病原体引起的膜破裂后被激活，隔离并传递膜碎片及其病原体内容物，用于溶酶体降解。腺病毒在进入核内体时就会破坏核内体，在自噬体隔离破裂核内体之前，通过穿透细胞质来逃脱这一命运。而Montespan等[15]的研究阐述了病毒诱导的膜损伤是通过Gal-8识别并隔离自噬受体。不仅如此，在免疫活动中，Gal-8还可通过促进用泛素链修饰细菌来抵抗细胞内细菌侵入[16]。

Gal-8不仅参与和调节细胞的免疫活动，而且与多种自身免疫性疾病息息相关,既是调节免疫系统以及其他功能的聚糖结合蛋白家族的成员，也是自身免疫性疾病中抗体的靶标。在支气管哮喘的研究中，通过建立大鼠哮喘模型，证实Gal-8参与了大鼠哮喘气道重塑过程，因此地塞米松干预可抑制气道壁厚度和平滑肌厚度,并显著降低Gal-8表达[17]。Pardo等[18]通过研究Gal-8沉默对淋巴细胞亚群的影响以及实验性自身免疫性脑炎的发展，继而评估了多发性硬化症(multiple sclerosis, MS)患者中Gal-8抗体的存在及其临床意义。而后又在人脑脊髓液中检测到Gal-8，提示其在中枢神经系统免疫监测回路中起作用。最后得出结论，Gal-8对自身免疫性中枢神经系统炎症具有免疫抑制保护作用，即使Gal-8抗体对MS非特异性的，也可能是复发缓解型MS中潜在的早期严重程度生物标志物。对于视网膜自身免疫疾病，Gal-8的免疫调节功能，甚至能够用作候选药物；现已在实验性自身免疫性葡萄膜炎的鼠模型中得到验证，Gal-8治疗增加了引流淋巴结(drainage lymph node, dLN)和发炎的视网膜中调节性T细胞的数量，抑制了视网膜T辅助型TH1和TH17细胞产生炎性细胞因子。但鉴于需要合理的疗法来治疗人的葡萄膜炎，所以可以做为候选药物，给治疗研究提供新的思路[19]。

Gal-8还在许多神经退行性疾病中起作用，如阿尔茨海默症。Tau是一种选择性自噬保护蛋白，组装后的Tau蛋白可在细胞间转移，并将可溶性Tau蛋白的聚集物种子化。这一过程被认为是包括阿尔茨海默氏症在内的神经退行性疾病中Tau内含物在整个大脑中扩增和繁殖的基础。研究发现，Gal-8受体可在受损的内膜检测到，并通过募集受体核蛋白52激活自噬，而抑制Gal-8和该蛋白依赖的自噬会增加Tau聚集。这表明了Gal-8与神经退行性疾病也有相关性[20]。

Gal-8也是软骨病变的一种功能性疾病标志物。Daniela等[21]的研究显示，骨关节炎软骨细胞分泌的Gal-8与这些细胞的聚糖抑制性表面结合增加了基因转录和功能性疾病标志物的分泌，而同型二聚Gal-1和嵌合型Gal-3是骨关节炎进展中的分子开关，三种半乳凝素之间的合作与该疾病的相关性更高，有望继续研究为临床提供可靠的诊断以及判断预后的指标。此外，Gal-8对骨量有潜在的调节作用。骨完整性是通过成骨细胞，成骨细胞和破骨细胞的协调活动来维持的。过表达Gal-8的小鼠表现出加速破骨细胞活性和骨转换，最终导致骨量减少，类似于绝经后骨质疏松和癌性骨溶解的情况。Vinik等[22]发现，确定Gal是破骨细胞生成和骨重塑的新参与者。而Gal-8对内皮细胞的增殖具有促进作用，此作用对组织工程心脏瓣膜种子细胞增殖及黏附有影响，且在细胞种植前预铺蛋白固定后能够显著增加内皮细胞的黏附,而胞内Gal-8过表达则抑制细胞黏附[23]。

3 Gal-8与肿瘤细胞的相互作用

通过学者们的不断研究，已经证实Gal家族与许多肿瘤细胞相关，这也是Gal家族的热门研究方向。分析Gal家族在诊断、鉴别诊断和预后判断方面具有潜在的应用价值。目前的研究已经证实Gal-8和人类的一些癌症关系密切[24]。Gal-8在某些类型的原发性或继发性肿瘤中，如乳头状甲状腺癌，来自远处转移患者的晚期结肠癌或原发性肺癌的转移具有重要价值[25]。如上皮细胞可通过上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)获得侵袭能力和肿瘤发生。Gal-8激活参与EMT的选择性β1整合素，并在某些癌中过表达。Gal-8可以通过部分和可逆的EMT促进上皮细胞的致癌样转化，并具有更高的增殖，迁移/侵袭和致瘤特性[26]。

在喉鳞状上皮细胞癌(laryngeal squamous cell carcinoma,LSCC)组织中，Gal-8的表达异常，并与LSCC组织分化程度呈相关性，组织分化差、恶性程度高的LSCC中Gal-8蛋白的表达要高于组织分化好、恶性程度低的LSCC，表明Gal-8蛋白的表达在诱导喉鳞状上皮肿瘤细胞分化中起重要作用[27]。而二十年前，Gal-8就已被描述为前列腺癌的生物标志物，因为其仅在赘生性前列腺中表达，而在健康组织中不表达。但一直未能将生物学功能归因于Gal-8来解释这种差异表达。近年来，Gentilini等[28]试图解释这个问题，表明了Gal-8在肿瘤细胞中的天然和保守表达是前列腺癌转移进化的原因，此外，Gal-8控制着细胞骨架和E-钙黏着蛋白表达的重排，对肿瘤细胞的无规和同型聚集具有重大影响，两者均是转移过程中循环肿瘤细胞存活的重要过程。提示Gal-8是抗前列腺癌抗转移疗法的潜在靶标。对于大脑中最具侵略性的癌症之一的胶质母细胞瘤，Gal-8在其中也高表达。其作用为一种可溶性刺激物，触发U87胶质母细胞瘤细胞趋化迁移，增强U87细胞的生长。Gal-8在培养基中分泌或外源富集，并通过细胞外聚糖相互作用而起作用，对胶质母细胞瘤U87细胞构成了强烈的定向迁移刺激，并且作为促进癌细胞增殖和阻止其凋亡因子而出现[29]。

通过卵巢癌样本研究Gal-8的存在，发现在评估卵巢癌诊断和治疗的新预后因素中，Gal-8是卵巢癌患者总生存期和无病生存期的新阳性预后因子[30]。同时，Gal-8还可作为胃癌的血清生物标志物，以及与乳腺癌的转移相关[31-32]。

对于Gal-8和肿瘤细胞相互作用的研究，目前尚不明确Gal-8的结构在其中的作用。Ruiz等[33]发现单点核苷酸多态性取代天然氨基酸可成为研究结构活性相关性的一种有价值的工具，尤其是存在与疾病参数相关联的证据的情况下。通过比较野生型和变异蛋白的特性，证明在神经母细胞瘤中，N结构域中的β夹心折叠的F0β链发生了位移的变体具有更强的生长调节作用。

4 Gal-8的抑制剂研究进展

近年来，由于Gal家族与肿瘤细胞的相互作用越来越被重视，Gal家族在多种肿瘤细胞中均有表达，参与肿瘤发生、发展和转移的多个过程。因此，其抑制剂也成为肿瘤治疗的新选择。

在过去的几十年间，已采用多种策略和物质来抑制Gal。由于半乳糖蛋白CRD结合位点具有高序列同一性，因此对其抑制剂的开发多聚焦在多糖的治疗方法上[34]。可大致分为：①小分子糖类抑制剂，如半乳凝集素的经典抑制剂，乳糖，能有效抑制几乎所有Gal的活性；但由于小分子糖类作用不稳地，易在人体内被分解代谢，所以目前大多作为合成糖类抑制剂的反应底物[35]；②合成糖类抑制剂，目前已有合成糖类抑制剂已被用于临床治疗，在生物医学和生物技术中针对Gal-1和-3靶向生成铅糖模拟物成为第一批临床候选药物[36]；③大分子天然复合糖抑制剂，如鳕鱼提取物糖肽TFD100能够有效抑制Gal-3与肿瘤细胞表面的TF二糖的结合[37]。

近年来多项研究与Gal-3相关，如人参果胶中的RG-I-4结构域已被证实是Gal-3的高效抑制剂，同时黄秋葵果胶，改性的橘皮果胶等Gal-3抑制剂也已被研究发现[38-40]。而对于Gal-8的抑制剂，近几年的研究不多。对Gal家族的抑制剂，大致可分为糖类，多肽，抗体，Gal-3C，反义核苷酸以及其他抑制剂[41]。值得一提的是，在A群链球菌(group A streptococci, GAS)感染时，Gal-3可促进GAS复制并减少Gal-8和泛素的募集，Gal-3对Gal-8有抑制作用[16]。对于Gal-8抑制剂的研究，仍有很大的探索空间。

5 结 语

Gal家族自被发现以来，其结构，特性，功能以及抑制剂就一直在被关注和研究。近年来，对于Gal家族的CRD和糖类物质结合的研究很多，很多学者从中发现了一些Gal家族的抑制剂。而Gal-8作为Gal家族一员，其结构含有双CRD较为特殊，是否能够与糖类物质更好的结合有待研究。我们发现Gal-8不仅与肿瘤细胞相关，也与自身免疫性疾病相关，同时，其对抑制剂的研究相对其他家族成员较少。自身免疫病及肿瘤等相关的新标志物研究是此类疾病治疗，辅助诊断的新思路。开展Gal-8与肿瘤细胞，及自身免疫性疾病，及其对抑制剂的研究为新型标志物的探讨提供线索。