黏蛋白 1在肿瘤细胞中的表达及其作为治疗靶点的研究进展

谢龙飞，刘进，王浩

哈尔滨医科大学附属第二医院胆胰外科，哈尔滨 150086

黏蛋白（mucin，MUC）是一类由组织黏膜分泌的高分子量糖蛋白，覆盖于黏膜上皮表面。目前已被确定的MUC有二十余种，包括分泌型和膜结合型两大类，分泌型MUC主要在黏膜表面以黏液的形式存在并表达，膜结合型MUC主要在上皮细胞表层以跨膜形式存在并表达[1]。正常情况下MUC分泌后覆盖于黏膜表面，不仅参与机体的多种生理活动，而且在细胞保护、润滑及细胞粘连等方面也具有十分重要的作用[2]。目前已有研究表明，MUC对肿瘤的发生发展至关重要，并参与信号转导及免疫调节等生理活动，胃癌、肝癌、肺癌、胰腺癌及乳腺癌等的发生发展与MUC的异常表达密切相关[3]。MUC可以作为特异性肿瘤标志物，因此，检测肿瘤组织中MUC的表达水平对诊断恶性肿瘤、判断预后及监测复发具有重要意义[4]。黏蛋白1（mucin 1，MUC1）在多种肿瘤中具有重要作用，且是迄今为止研究较为深入的一类MUC，2009年美国国家癌症研究所在75种肿瘤相关抗原中将MUC1列为肿瘤疫苗研发的第二大靶向治疗性抗原，2017年有关MUC1的临床试验数量也开始急剧增加，这表明MUC1作为肿瘤治疗靶点是近年来的研究热点[5-6]。本文对MUC1的结构特征、生理功能及其在肿瘤细胞中的表达和作为治疗靶点的研究进展进行综述。

1 MUC 1的结构特征与生理功能

MUC1最早在人乳中发现，从乳汁分泌的上皮细胞中脱落而来，是MUC家族中发现最早的一类[7]。MUC1基因位于染色体1q21，最早从乳腺癌等细胞系构建的互补DNA（complementary DNA，cDNA）文库中克隆获得，含有7个外显子，其中第2个外显子含有数目可变的串联重复序列（variable number tandem repeat，VNTR）[8]。MUC1蛋白含有两个亚基，即MUC1的氨基末端区（MUC1-N）和羧基末端区（MUC1-C）。MUC1-N含有20～120个可变数目的VNTR，构成了MUC的核心成分，且每个VNTR包含20个可被高度O-糖基化的氨基酸[9]。在正常生理环境中，MUC1可在多种组织器官的上皮表达，并且能够保护和润滑呼吸道、胃肠道及生殖道的上皮细胞[10]。MUC1还是一类能够参与信号级联反应的蛋白质，通过配体与膜受体之间的相互作用影响细胞生物行为的各个方面[11]。

2 MUC 1在肿瘤细胞中的表达

上皮细胞表达的MUC参与了众多的生物学过程，其中MUC的免疫调节作用与各种肿瘤相关，MUC的异常糖基化可引起肿瘤细胞特异性抗原表位形成，可被免疫系统识别为肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen，TAA），在肿瘤免疫治疗中是一个重要靶点[12-13]。同样MUC1在肿瘤细胞中也表现出表达上调、糖基化异常和非极性分布等特点，并且通过调控肿瘤细胞的增殖、上皮-间充质转化和表观遗传学等过程在肿瘤的发生发展中发挥重要作用[14]。由于肿瘤细胞中MUC1的表达异常升高且细胞极性消失，使MUC1遍布于整个细胞表面，并可通过各种酶水解成小片段从MUC1-C脱落，从而可在血液中检测到MUC1[15]。脱落到血液中的MUC1片段也会影响肿瘤的免疫治疗，如干扰自然杀伤细胞介导的肿瘤细胞裂解，抑制T细胞增殖等，并且能够与注射至体内的抗体相结合，从而降低了未结合抗体的数量[16]。MUC1还与细胞增殖、侵袭、转移和血管生成等生物学过程相关，例如MUC1能够与细胞黏附分子-1、E-选择素和半乳糖凝集素-3相互作用，激活细胞迁移和侵袭等机制；MUC1与缺氧诱导因子-1α的相互作用还可上调血管内皮生长因子的表达，促进肿瘤新生血管生成，因此抑制MUC1的活性可能成为肿瘤治疗的有效途径[17-18]。MUC1在肿瘤中的高表达使其成为一种潜在的肿瘤生物标志物和治疗靶点，并应用于多种肿瘤的诊断与生物学治疗。

3 MUC 1的临床应用

3.1 MUC 1作为肿瘤生物标志物

临床上常用肿瘤生物标志物来辅助评估治疗效果和预后。MUC1中应用较广的一类亚型是糖类抗原153（carbohydrate antigen 153，CA153），对乳腺癌的辅助诊断具有重要作用[14]。研究报道，MUC1是早期检测胃癌的生物标志物，其表达水平与结直肠癌的肿瘤分级显著相关，因此可作为评估患者预后的生物标志物[19-20]。MUC1在不同发展阶段的胰腺癌中均可被检测到，可用于预测胰腺癌的发生发展情况[4]。近年来，为了进一步提高MUC1检测的准确度和灵敏度，出现了新型的传感器，可高效检测和定量MUC1，如MUC1适配体偶联的PtAu纳米颗粒由具有独特物理和化学性质的纳米材料研发而来，可用于精确识别肿瘤细胞表面的MUC1[21]；具有生物学特性的新型放射性标记的靶向分子也已用于靶向肿瘤特异性MUC1以诊断和治疗肿瘤[22]；Rui等[23]设计了一种基于光学和电化学的适配体传感器，可用于检测乳腺癌细胞中的MUC1和外泌体中的MUC1。此外MUC1与免疫检查点基因、新抗原和免疫治疗的某些预后指标如肿瘤突变负荷和微卫星不稳定性显著相关，表明它也可以作为免疫治疗的靶点和预后预测的生物标志物[3]。

3.2 MUC 1作为治疗靶点

3.2.1 基于MUC 1的主动免疫治疗MUC1 TAA能够诱导肿瘤患者产生抗MUC1细胞毒性T淋巴细胞和抗体，主动免疫治疗是通过对TAA的疫苗接种来激发先天性和获得性免疫反应[24]。有研究表明，糖基化MUC1多肽在诱导体液免疫和细胞免疫方面更有效，然而在人类体内并不是所有的糖基化肽都能产生与肿瘤反应的抗体[25]。一种在小鼠中使用的MUC1-Tn糖基化肽可交叉呈递于树突状细胞上，能够对肿瘤诱导出有效的体液和细胞免疫应答[26]。另一种携带甘露糖的MUC1糖基化肽能够被树突状细胞和巨噬细胞上存在的甘露糖受体所摄取，树突状细胞是抗原呈递能力最强的细胞，用树突状细胞进行MUC1免疫治疗已在人体临床试验中取得了一定的进展[27]。有效的抗肿瘤疫苗能够刺激机体发生细胞免疫，产生特异性抗体，并通过识别肿瘤抗原表位与肿瘤细胞相结合，肿瘤细胞上的抗原表位通过蛋白水解可暴露于抗原呈递细胞上，由于MUC1具有可变的糖基化作用和VNTR，因此设计一种能够有效针对MUC1 TAA的疫苗是极其困难的。

3.2.2 基于MUC 1的被动免疫治疗肿瘤的被动免疫治疗依赖于抗体对肿瘤细胞的杀伤作用，有效的被动免疫治疗通过细胞表面结合抗体来募集免疫效应细胞，以产生抗体和补体依赖的细胞毒性作用[28]。尽管被动免疫治疗的相关临床试验取得了一些进展，但应用于临床却效果不佳。由于VNTR区域的糖基化和多态性，MUC1 TAA在结构上是可变的，这也是MUC1被动免疫治疗的难点[14]。在临床研究中还可使用抗体和核酸适配体作为MUC1的载体，将药物靶向传递给异常表达MUC1的细胞[29]。目前针对MUC1的靶向治疗有两类已在临床研究中取得进展：多肽和小分子抑制剂。MUC1蛋白转导结构域抑制肽（protein transduction domain MUC1 inhibitory peptide，PMIP）是一种模拟MUC1与表皮生长因子受体和β-连环蛋白作用域的多肽，通过竞争性抑制MUC1与表皮生长因子受体和β-连环蛋白之间的相互作用，显著影响乳腺癌的进展[30]。PMIP在异种移植小鼠乳腺癌模型中抑制了原发肿瘤的生长、扩散和复发，并在转基因的人类乳腺癌中抑制了肿瘤的生长[31]。然而小分子抑制剂不具有免疫原性，有研究通过筛选小分子文库中能阻断MUC1二聚体化合物形成的物质来分离芹菜素，其在过表达MUC1的乳腺癌细胞中能够抑制肿瘤细胞的生长[32]。TG4010是一种表达MUC1的改良病毒疫苗，对晚期非小细胞肺癌患者具有显著的临床疗效[33]，可与其他免疫调节剂联合使用，使临床效益进一步加大[34]。关于MUC1的被动免疫治疗，目前已有多种抗肿瘤抗体进行临床前试验和临床试验[35]。

3.2.3 嵌合抗原受体 T细胞（chimeric antigen receptor-T cell，CAR-T）免疫疗法用于靶向MUC 1的肿瘤治疗CAR-T免疫疗法是一种不受主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）限制而识别特定表面抗原的新型免疫治疗方法，利用CAR-T进行的过继性T细胞免疫治疗在血液系统恶性肿瘤中已经取得良好的效果[36]。CAR-T细胞可特异性靶向肿瘤细胞并且能够成功抑制肿瘤细胞的生长。近年来基于MUC1的CAR-T免疫治疗也有了相应的进展，可应用携带Tn抗原的MUC1单克隆抗体构建CAR-T细胞从而对肿瘤进行有效的靶向治疗[37]。早期MUC1 CAR-T细胞的构建是利用单克隆抗体SM3，然而其与肿瘤细胞的结合能力差，对肿瘤细胞的杀伤力弱。Wilkie等[38]利用人乳脂肪球蛋白2（human milk fat globule 2，HMFG2）单克隆抗体构建了MUC1 CAR-T细胞，其对肿瘤细胞具有很强的杀伤力，能够明显减缓肿瘤生长，但其带来的不良反应也很明显。Yazdanifar等[39]使用新型单克隆抗体TAB004构建CAR-T细胞，能够特异性结合肿瘤相关MUC1，在小鼠模型中明显表现出对胰腺癌细胞的细胞毒性并抑制原位胰腺癌的生长。抗MUC1单克隆抗体5E5是一种与Tn糖基化的MUC1具有高亲和力的抗体，与人体正常组织几乎没有交叉反应[40]。Posey等[41]应用5E5研制了MUC1-Tn CAR-T细胞，可识别多种表达MUC1-Tn的肿瘤细胞，其先前的研究发现这些CAR-T细胞表现出对肿瘤细胞的细胞毒性作用，并通过恢复内源性免疫系统的功能提高了小鼠的存活率[42]。为了进一步增强抗肿瘤效果，一种新的联合多种类型CAR-T细胞的免疫治疗方法已用于非小细胞肺癌的治疗中，联合MUC1和前列腺干细胞抗原（prostate stem cell antigen，PSCA）的CAR-T细胞显著降低了非小细胞肺癌小鼠模型中肿瘤的生长，凸显了联合不同类型CAR-T细胞免疫治疗的优势[43]。目前靶向MUC1的CAR-T疗法还在进一步研究，其作为一种新型的免疫治疗手段具有广泛的应用前景。

3.2.4 MUC 1适配体用于靶向治疗MUC1适配体是一种单链DNA、RNA寡核苷酸或具有三维结构的多肽，能够与相应的配体进行高亲和力和强特异性结合，适配体比抗体的稳定性好且具备与抗体不同的特性，可成为一种有前景的肿瘤治疗方法[44]。通过药物与MUC1适配体相结合，可有效地将药物靶向传送至目标区域从而发挥药物的功能。Tan等[45]将MUC1适配体与聚乙二醇结合，可携带多柔比星并将其定向传送至目标区域以发挥抗肿瘤效应。MUC1适配体还可与纳米材料结合，发挥更高的靶向传送药物的效率。MUC1适配体与聚乳酸-羟基乙酸结合可用于紫杉醇的靶向传送以治疗不同类型的肿瘤[46]。Chang等[47]成功地将MUC1 DNA适配体连接到DNA-二十面体纳米材料的表面，可携带多柔比星并使其高效率地进行靶向传输。Cerqueira-Coutinho等[48]评估了MUC1适配体与曲妥珠单抗在体内的生物分布情况，发现MUC1适配体与MUC1结合的亲和力显著高于曲妥珠单抗，证实了适配体可能比相应的抗体产生更好的效果。针对MUC1的适配体已被证明在新兴的靶向应用领域治疗肿瘤细胞是有效的[24]。Khan等[49]开发了一种能够特异性识别剪接变异体MUC1/Y的DNA适配体，其在体内对乳腺癌细胞的生长具有抑制作用，并可与多种类型的肿瘤细胞结合从而发挥治疗作用。MUC1适配体作为新型靶向药物在肿瘤治疗中发挥至关重要的作用。

3.3 MUC 1分子通路与化疗耐药

肿瘤细胞通过异常分泌的MUC覆盖于上皮细胞表面，从而降低了靶向药物的治疗效率。Reynolds等[50]的Meta分析表明，MUC1的过表达通过影响不同的信号通路来抑制细胞凋亡，促进细胞增殖和侵袭，并诱导化疗耐药，MUC1参与了重要的信号通路，减少MUC1的表达可以恢复细胞的凋亡功能，促进肿瘤细胞凋亡。MUC1在肿瘤细胞表面高表达后形成了屏障，阻碍了药物进入靶点部位，从而导致了肿瘤化疗的耐药。研究表明，MUC1在肿瘤化疗耐药中具有重要作用，而干扰MUC1生成的分子通路可能成为一种有效的治疗方法，目前一种有前景的方向是针对MUC核心聚糖合成的关键通路[51]。MUC的核心聚糖大多数是由 N-乙酰半乳糖胺（N-acetyl galactosamine，Gal-NAc）、N-乙酰氨基葡萄糖（N-acetyl glucosamine，GlcNAc）等组成的O-连接寡糖，MUC共有8个OGalNAc聚糖核心结构，其中核心2β-1,6-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶（core 2 beta-1,6-N-acetylglucosaminyltransferase，C2GnT2）也被称为葡萄糖氨基转移酶3（glycosyltransferase enzyme 3，GCNT3），是核心聚糖的重要合成酶。研究表明，GCNT3是治疗胰腺癌的一个新靶点，因此使用GCNT3抑制剂可以阻断MUC的合成，并有助于药物的靶向治疗[52]。在肿瘤细胞中似乎有可能用核心酶抑制剂抑制MUC的合成，从而预防肿瘤进展和转移，并且能够帮助化疗药物传送至目标区域。GCNT3抑制剂既可以单独使用以减少MUC的分泌，也可以与其他化疗药物（如吉西他滨）联合应用以协同抑制肿瘤生长。在肿瘤细胞中一种能选择性结合GCNT3的小分子抑制剂他尼氟酯联合应用吉非替尼可下调GCNT3的表达，导致MUC的表达量减少[52]。因此通过GCNT3靶向抑制MUC的合成可以改善药物反应的效率，但需要进一步研究阻断MUC合成并靶向药物进入肿瘤细胞的抑制剂。

4 小结与展望

综上所述，MUC家族在多种组织器官中广泛表达，具有重要的生理功能，并且在肿瘤的发生、发展、侵袭、转移中发挥至关重要的作用。多种MUC在肿瘤细胞中异常表达，引起了越来越多研究者的关注，其中MUC1是MUC家族中研究较为深入的成员。在诊断学方面，MUC1的表达水平能够反映肿瘤的活动状态，并可成为判断肿瘤患者预后的可靠生物学指标；在治疗方面，MUC1有可能成为靶向治疗的新靶点，包括相关的疫苗、抗体和适配体等，目前也有了一定的基础研究，但还需要设计并完成临床试验以确定该治疗方法的疗效。随着基础研究和临床研究的不断深入，MUC1诱导的免疫反应和机制将被进一步挖掘和阐明，并且随着各种肿瘤疫苗、抗体和分子靶向药物的研发，将会对肿瘤的治疗效果及预后产生深远影响，这将为MUC1靶向药物的研究及其在肿瘤治疗中的临床应用奠定基础。