余勇，張玉勝

(廣東醫(yī)學(xué)院，廣東湛江523808)

GD3 synthase與肝癌的研究進(jìn)展

余勇，張玉勝

(廣東醫(yī)學(xué)院，廣東湛江523808)

GD3是含唾液酸的神經(jīng)節(jié)糖脂分子，與細(xì)胞的多種功能密切相關(guān)，在這個(gè)過程中包含了細(xì)胞凋亡與增殖、細(xì)胞分化、信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞遷徙等一系列生物行為。本文主要綜述了GD3的分子結(jié)構(gòu)，生物學(xué)作用，尤其是在肝癌的發(fā)生與發(fā)展過程的作用及臨床研究成果。

GD3；肝癌；NF-KB

脂質(zhì)和糖脂類介質(zhì)是細(xì)胞凋亡過程中重要的信號(hào)分子。神經(jīng)節(jié)苷脂類是唾液酸糖苷神經(jīng)鞘脂類的一個(gè)家族，是脊椎動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜外葉的組成部分，在生物多樣性的進(jìn)程中有著不可或缺的作用，如細(xì)胞間的相互作用、粘附、細(xì)胞分化、生長(zhǎng)調(diào)控、受體的功能等等[1-2]。在腫瘤的形成和進(jìn)展中也是很重要的[3]，在神經(jīng)外胚葉性腫瘤細(xì)胞、黑色素瘤細(xì)胞、成神經(jīng)瘤細(xì)胞中都有表達(dá)[4-6]。GD3是屬于神經(jīng)節(jié)苷脂類，即唾液酸糖苷神經(jīng)鞘脂類，又稱α-2,8-唾液酸基轉(zhuǎn)移酶。其是B族神經(jīng)苷脂類合成的關(guān)鍵酶，表達(dá)是在細(xì)胞內(nèi)ST8Sia I基因水平調(diào)節(jié)的[7]。GD3不僅是重要的腫瘤標(biāo)記物，也是腫瘤靶向治療的一個(gè)靶點(diǎn)。盡管GD3未定義為癌基因，但是GD3蛋白的表達(dá)量增高在多種組織起源的腫瘤中都有報(bào)道。近年來發(fā)現(xiàn)GD3與肝癌關(guān)系密切，其與肝癌關(guān)系是促進(jìn)還是抑制頗具爭(zhēng)議。GD3與腫瘤關(guān)系的報(bào)道較少，其與肝癌的進(jìn)展及預(yù)后的關(guān)系已經(jīng)吸引了學(xué)術(shù)界的眼球。

1 GD3的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能

GD3是一種含唾液酸的神經(jīng)鞘糖脂。神經(jīng)節(jié)苷脂(Ganglioside，Gg)按唾液酸的殘疾數(shù)目有GM、GD、GT、GQ和GP五個(gè)家族。Gg是兩性分子，既有脂溶性又有水溶性，分子量在1～3 kD。在水溶液里，由許多Gg分子組成球形聚合體，其糖鏈部分朝外，烴鏈部分朝內(nèi)，每個(gè)聚合體的分子量約為300 kD。其是脊椎動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜外葉的組成部分，在大腦灰質(zhì)中含量最高，此外高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體中也含有。Gg有兩個(gè)基本功能：(1)介導(dǎo)細(xì)胞—細(xì)胞，細(xì)胞—微生物以及細(xì)胞與基質(zhì)間的相互作用。(2)調(diào)控細(xì)胞質(zhì)膜中蛋白質(zhì)的功能，如生長(zhǎng)因子受體、離子通道等的功能。外源性的Gg可以通過與細(xì)胞表面的Gg結(jié)合蛋白結(jié)合，來改變與Gg相連的激酶活性從而增高或減低細(xì)胞生長(zhǎng)速率[8]。而且Gg可以作為細(xì)胞的特定標(biāo)志而被識(shí)別，對(duì)細(xì)胞的粘附也起著重要的作用。粘附分子ELAM-1在急性炎癥時(shí)可以介導(dǎo)白細(xì)胞對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的粘附。在這一過程中Gg的唾液酸殘基是必需的，ELAM-1只有識(shí)別細(xì)胞上的Gg唾液酸殘基才能發(fā)揮其粘附作用。

眾所周知，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體等亞細(xì)胞器參與了細(xì)胞程序性凋亡，近年的研究揭示了FAS相關(guān)蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡是通過改變線粒體等細(xì)胞器的膜通透性，從而引起線粒體功能紊亂，而這些是通過調(diào)節(jié)Caspases來實(shí)現(xiàn)的。脂筏是由鞘脂類組成，包括神經(jīng)節(jié)苷脂、神經(jīng)鞘磷脂、膽固醇和信號(hào)蛋白，這就提示它們參與了介導(dǎo)線粒體的功能紊亂并且參與了細(xì)胞的重塑，引起細(xì)胞程序性凋亡[9]。目前國內(nèi)外對(duì)細(xì)胞程序性凋亡的研究主要在通過介導(dǎo)CD95/Fas的T細(xì)胞性凋亡。氧自由基、p53及Bax等產(chǎn)物的增加激活T細(xì)胞，Sa等[10]研究闡述了GD3調(diào)解活性T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。改變線粒體通透性，刺激細(xì)胞色素C釋放以及激活Caspase-9都與GD3有關(guān)聯(lián)。有文獻(xiàn)報(bào)道稱GD3能夠介導(dǎo)細(xì)胞增殖和分化等生物行為，通過改變細(xì)胞水平GD3的定位及結(jié)構(gòu)來影響細(xì)胞的生物學(xué)行為[11]。在線粒體內(nèi)，細(xì)胞凋亡前體蛋白間的相互作用激活了凋亡途徑，GD3作為一種新出現(xiàn)的細(xì)胞凋亡脂質(zhì)充當(dāng)介質(zhì)，在線粒體內(nèi)負(fù)責(zé)凋亡信號(hào)的發(fā)出，García-Ruiz等[12]用激光掃描共焦顯微鏡及免疫電子技術(shù)證明了在鼠肝細(xì)胞中TNF-α能將GD3轉(zhuǎn)移至線粒體內(nèi)，GD3通過唾液酸糖蛋白受體共區(qū)域化在肝細(xì)胞的高爾基復(fù)合體和質(zhì)膜中有明顯的定位。

2 GD3與腫瘤的關(guān)系

神經(jīng)節(jié)苷脂類的研究在國內(nèi)主要局限于神經(jīng)系統(tǒng)，在神經(jīng)傳遞和神經(jīng)受體功能方面其重要作用，對(duì)體外培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞有營養(yǎng)和促進(jìn)作用，有研究指出神經(jīng)節(jié)苷脂類能減輕實(shí)驗(yàn)動(dòng)物神經(jīng)損傷和缺血后發(fā)生的腦水腫，并加速神經(jīng)功能的回復(fù)。神經(jīng)節(jié)普脂廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)，其濃度及組成因腦、脊柱、末梢神經(jīng)等部位及細(xì)胞種類之不同而異。從動(dòng)物發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)節(jié)普脂變化的研究中，作為分化抗原標(biāo)志的神經(jīng)節(jié)普脂已被重視起來。乳糖系神經(jīng)節(jié)苷脂中的唾液酸—Le(CA-19-9)的單克隆抗體(N-19-9)在結(jié)腸癌，胰腺癌，胃癌的患者血清中均出現(xiàn)，診斷價(jià)值較高。另一種叫做SSEA-3(Stage-Specific embryonic antigen)的神經(jīng)節(jié)苷脂已經(jīng)在畸胎瘤中發(fā)現(xiàn)。GD3作為一種小分子神經(jīng)節(jié)苷脂，在一些病理學(xué)條件下都有過表達(dá)，比如癌癥及神經(jīng)性紊亂。GD3在人類腫瘤，如黑色素瘤、腦癌、前列腺癌、乳腺癌、白血病、肝癌中都有表達(dá)，其在這些組織中的表達(dá)呈現(xiàn)的作用不盡相同。目前國內(nèi)外報(bào)道最多的就是GD3在黑色素瘤細(xì)胞中的表達(dá)，Kang等[13]闡述了GD3在人黑色素瘤細(xì)胞中的過表達(dá)，并證實(shí)了GD3基因表達(dá)的啟動(dòng)區(qū)，而且通過實(shí)驗(yàn)提示了NF-KB在黑色素瘤細(xì)胞中表達(dá)GD3的基因轉(zhuǎn)錄激活方面有很重要的作用。且Kwon等[14]研究表明雷公藤內(nèi)酯能夠下調(diào)GD3在黑色素瘤細(xì)胞中的表達(dá)。

目前對(duì)GD3的研究主要是在神經(jīng)損傷方面，有關(guān)GD3在腫瘤發(fā)生過程中的作用相關(guān)報(bào)道較少。Fabbri等[15]發(fā)現(xiàn)用蒽環(huán)類藥物作用的前列腺癌細(xì)胞中有GD3的表達(dá)，并進(jìn)一步證明了GD3發(fā)揮抗癌的作用是通過高爾基體而發(fā)揮作用的。2009年Cazet等[16]發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中有GD3的過表達(dá)，在浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌中大約50%有過表達(dá)，并通過GD3、GD2、GT3的對(duì)照研究指出GD3可能與癌細(xì)胞的惡性程度有關(guān)，但是其與乳腺癌的進(jìn)展關(guān)系不大。2008年Mandal等[17]發(fā)現(xiàn)在早期急性淋巴細(xì)胞白血病中GD3的表達(dá)水平較高。

3 GD3與肝癌的關(guān)系

GD3作為一種腫瘤標(biāo)記物，近年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)GD3在肝癌組織中的表達(dá)進(jìn)行了一些研究。研究中有實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示GD3在肝癌細(xì)胞中的表達(dá)要高于癌旁組織和正常肝癌組織，有的則持相反論斷，但有一點(diǎn)是肯定的，那就是GD3與肝癌有著密切的聯(lián)系。2002年P(guān)aris等[18]對(duì)GD3在肝癌中的作用做了一些研究，研究證明GD3能夠通過阻斷核因子KB (NF-KB)途徑進(jìn)而達(dá)到肝癌治療的目的，但是在組織表達(dá)方面卻存在不確定性。國內(nèi)的一些學(xué)者研究闡述了GD3在肝癌組織中的過表達(dá)，并提出了GD3的過表達(dá)可能與GD3合成酶活性增高有關(guān)，還與其水解酶唾液酸酶活性的降低有關(guān)[19]。GD3是細(xì)胞凋亡的影響因子，有報(bào)道稱CD95和N-脂酰鞘氨醇誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡，這些細(xì)胞中的GD3有過表達(dá)[20]。有報(bào)道指出了GD3與肝癌發(fā)生與發(fā)展的關(guān)系，2007年Chu等[21]的研究指出肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子是重要的細(xì)胞因子，能引起多種癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲，且能導(dǎo)致血管再生。人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的GD3能刺激人類生長(zhǎng)因子(HGF)的分泌，這種作用與轉(zhuǎn)移性生長(zhǎng)因子(TGF)-β相似。這說明GD3可能是一種間接的血管生成因子。

Mesari?等[22]闡述了GD3的激活與肝癌有關(guān)聯(lián)，并通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明了在小鼠的肝細(xì)胞中GD3的激活有賴于性激素，但是目前臨床報(bào)道較少。但是也有些文獻(xiàn)指出活性氧介導(dǎo)的GD3能夠抑制細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-9)的分泌，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了GD3改變血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的表型的過程中氧自由基起著重要的作用[23]，這就說明GD3能夠影響細(xì)胞間的粘附作用，減少腫瘤血管的生成。如圖1所示，GD3生物作用發(fā)揮與NF-KB/cScr通道有關(guān)[24]。組織缺氧誘導(dǎo)分泌低氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)和NF-KB的激活在癌癥發(fā)生和進(jìn)展，血管發(fā)生及腫瘤侵襲方面都有影響[24]。缺氧為環(huán)境能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這可能與GD3誘導(dǎo)HIF-1表達(dá)上調(diào)有關(guān)。這些研究說明了GD3在肝癌的發(fā)生發(fā)展中有抑制作用。

圖1 GD3生物作用途徑

4 GD3與肝癌浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移

浸潤(rùn)與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是腫瘤細(xì)胞重要的生物學(xué)特征之一，肝癌患者的死亡大多與之有關(guān)。臨床上大多數(shù)腫瘤患者不是死于原發(fā)灶，而是死于不同程度的腫瘤轉(zhuǎn)移。在一個(gè)腫瘤細(xì)胞群體中，細(xì)胞不完全相同，其生物學(xué)特性有不完全相同，這就是所謂的異質(zhì)性。據(jù)此認(rèn)為癌的轉(zhuǎn)移并不是所有的癌細(xì)胞具有的特性，而是腫瘤細(xì)胞群體中一些具有轉(zhuǎn)移能力的癌細(xì)胞所致。其轉(zhuǎn)移過程包含一系列連續(xù)的步驟，引起轉(zhuǎn)移性生長(zhǎng)的瘤細(xì)胞，首先必須離開原發(fā)瘤并侵入周圍組織，及瘤細(xì)胞的粘附性降低而活動(dòng)性增高，最后這些細(xì)胞進(jìn)入血液或淋巴系統(tǒng)，并由此播散全身。GD3與VSMC的關(guān)系暗示了GD3在腫瘤侵潤(rùn)方面有一定的抑制作用。但是此類報(bào)道并不多，因此GD3在肝癌組織中的表達(dá)規(guī)律及其在肝癌發(fā)生過程中的作用有待進(jìn)一步的研究證實(shí)。

5 小結(jié)

GD3在許多細(xì)胞生物行為包括細(xì)胞分化，細(xì)胞凋亡和信號(hào)傳導(dǎo)中都起重要作用。在一些腫瘤細(xì)胞中GD3有很重要的臨床作用。在黑色素瘤中，GD3的過表達(dá)可以作為獨(dú)立診斷標(biāo)準(zhǔn)。但是GD3在肝癌中的作用并不是很清晰，有待深入研究。

[1]Svennerholm L.Gangliosides and synaptic transmission[J].Adv Exp Med Biol,1980,125:533-544.

[2]Hakomori S,Igarashi Y.Gangliosides and glycosphingolipids as modulators of cell growth,adhesion,and transmembrane signaling [J].Adv Lipid Res,1993,25:147-162.

[3]Hakomori S.Tumor malignancy defined by aberrant glycosylation and sphingo(glyco)lipid metabolism[J].Cancer Res,1996,56: 5309-5318.

[4]Hakomori S.Glycosphingolipids in cellular interaction,differentiation,and oncogenesis[J].Annu Rev Biochem,1981,50:733-764.

[5]Portoukalian J,Zwingelstein G,Dore JF.Lipid composition of human malignant melanoma tumors at various levels of malignant growth[J].Eur J Biochem,1979,94:19-23.

[6]Cheung NK,Saarinen UM,Neely JE,et al.Monoclonal antibodies to a glycolipid antigen on human neuroblastoma cells[J].Cancer Res,1985,45:2642-2649.

[7]Kim JK,Kim SH,Cho HY,et al.GD3 accumulation in cell surface lipid rafts prior to mitochondrial targeting contributes to amyloid-β-induced apoptosis[J].Korean Med Sci,2010,25(10): 1492-1498.

[8]Schengrund CL.The role(s)of gangliosides in neural differentiation and repair:a perspective[J].Brain Res Bull,1990,24(1):131-141.

[9]Sorice M,Garofalo T,Misasi R,et al.Ganglioside GD3 as a RAFT component in cell death regulation[J].Anticancer Agents Med Chem,2011,[Epub ahead of print]

[10]Sa G,Das T,Moon C,et al.GD3,an overexpressed tumor-derived ganglioside,mediates the apoptosis of activated but not resting T cells[J].Cancer Res.2009,69(7):3095-3104.

[11]Malisan F,Testi R.GD3 ganglioside and apoptosis[J].Biochim BiophysActa,2002,1585(2-3):179-187.

[12]García-Ruiz C,Colell A,Morales A,et al.Trafficking of ganglioside GD3 to mitochondria by tumor necrosis factor-alpha[J].J Biol Chem,2002,277(39):36443-36448.

[13]Kang NY,Kim CH,Kim KS,et al.Expression of the human CMP-NeuAc:GM3 α 2,8 sialyltransferase(GD3 synthase)gene through the NF-κB activation in human melanoma SK-MEL-2 cells [J].Biochim BiophysActa,2007,1769:622-630.

[14]Kwon HY,Kim SJ,Kim CH,et al.Triptolide downregulates human GD3 synthase(hST8Sia I)gene expression in SK-MEL-2 human melanoma cells[J].Exp Mol Med,2010,42(12):849-855.

[15]Fabbri F,Zoli W,Carloni S,et al.Activity of different anthracycline formulations in hormone-refractory prostate cancer cell lines:role of golgi apparatus[J].J Cell Physiol,2011,doi:10.1002/jcp.22654.

[16]Cazet A,Groux-Degroote S,Teylaert B,et al.GD3 synthase overexpression enhances proliferation and migration of MDA-MB-231 breast cancer cells[J].Biol Chem,2009,390(7):601-609.

[17]Mandal C,Srinivasan GV,Chowdhury S,et al.High level of sialate-O-acetyltransferase activity in lymphoblasts of childhood acute lymphoblastic leukaemia(ALL):enzyme characterization and correlation with disease status[J].Glycoconj J,2009,26(1):57-73.

[18]Paris R,Morales A,Coll O,et al.Ganglioside GD3 sensitizes human hepatoma cells to cancer therapy[J].J Biol Chem,2002,277 (51):49870-49876.

[19]謝天培,沈鋒,施樂華.肝癌組織中神經(jīng)節(jié)苷脂譜改變的機(jī)理研究[J].上海醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),1996,17(3):213-215.

[20]Kim JK,Kim SH,Cho HY,et al.GD3 accumulation in cell surface lipid rafts prior to mitochondrial targeting contributes to amyloid-β-induced apoptosis[J].J Korean Med Sci,2010,25(10): 1492-1498.

[21]Chu SH,Ma YB,Zhang H,et al.Hepatocyte growth factor production is stimulated by gangliosides and TGF-beta isoforms in human glioma cells[J].J Neurooncol,2007,85(1):33-38.

[22]Mesari? M,Decker K.Activation of GD3 synthase by sex steroid hormones in cultured rat hepatocytes[J].Biochem Biophys Res Commun,1990,28,171(3):1188-1191.

[23]Moon SK,Kang SK,Kim CH.Reactive oxygen species mediates disialoganglioside GD3-induced inhibition of ERK1/2 and matrix metalloproteinase-9 expression in vascular smooth muscle cells[J]. FASEB J,2006,20(9):1387-1395.

[24]Lluis JM,Llacuna L,von Montfort C,et al.GD3 synthase overexpression sensitizes hepatocarcinoma cells to hypoxia and reduces tumor growth by suppressing the cSrc/NF-kappaB survival pathway [J].PLoS One,2009,4(11):e8059.

[25]Cheng J,Yu H,Lau K,et al.Multifunctionality of Campylobacter jejuni sialyltransferase CstⅡ:characterization of GD3/GT3oligosaccharide synthase,GD3 oligosaccharide sialidase,and trans-sialidase activities[J].Glycobiology,2008,18(9):686-697.

Advances in the research of GD3 synthase and hepatic carcinoma.

YU Yong.Guangdong Medical College, Zhanjiang 523808,Guangdong,CHINA

The α 2,8-sialyl-transferase,called GD3 synthase,sialic acid-containing glycosphingolipids,has been historically considered to be involved in the proliferation,differentiation,signal transduction and migration of biological behavior in vertebrates.This review summarizes the molecular structure and biological function of GD3 synthase,especially its function in the genesis and progress of hepatic carcinoma.

GD3 synthase;Hepatic carcinoma;NF-KB

R735.7

A

1003—6350（2012）02—122—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2012.02.055

2011-08-04)

余勇（1985—），男，湖北省黃岡市人，在讀碩士。