李勛勝，史婉婉，邢寶瑞，周 玨，李春義，孫紅梅

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，長春 130022；2.長春科技學(xué)院，長春 130600)

半乳糖凝集素(galectins,GALs)是一類通過碳水化合物識(shí)別域(carbohydrate recognition domain,CRD)結(jié)合β-半乳糖苷的動(dòng)物凝集素[1]。目前，發(fā)現(xiàn)的半乳糖凝集素已達(dá)15種，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，將其分為三大類：①原型，含有1個(gè)可以二聚的CRD；②串聯(lián)重復(fù)型，包含由2個(gè)短肽連接的CRD；③嵌合型，1個(gè)CRD和1個(gè)膠原蛋白樣重復(fù)結(jié)構(gòu)域[2-4]。半乳糖凝集素在動(dòng)物體內(nèi)廣泛分布，不僅存在于細(xì)胞內(nèi)的各種部位(細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜)，也可通過非經(jīng)典途徑在細(xì)胞外分泌，沉積于細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)中或與細(xì)胞膜結(jié)合[5-7]，它們沒有特定的個(gè)體受體，但每一種都能與含有適當(dāng)寡糖的細(xì)胞表面或細(xì)胞外基質(zhì)糖蛋白結(jié)合。1975年在電鰻的電器官中發(fā)現(xiàn)動(dòng)物體內(nèi)的第一種半乳糖凝集素，最初被稱為電凝集素(electrolectin)，即如今的半乳糖凝集素1(galectin-1，GAL-1)[8]。GAL-1屬于半乳糖凝集素家族的原型成員，是發(fā)現(xiàn)最早、研究最深入的半乳糖凝集素。以下主要介紹了GAL-1的蛋白結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能，闡述了其在鹿茸再生過程中的作用，并進(jìn)行了總結(jié)和展望，以期為更深入研究GAL-1蛋白的功能及其在鹿茸再生過程中的調(diào)節(jié)機(jī)制提供參考。

1 GAL-1的生物學(xué)功能

1.1 GAL-1的基本特征

GAL-1是由位于染色體22q13.1上的GAL-1基因編碼，4個(gè)外顯子通過剪切組裝成600 bp的轉(zhuǎn)錄本編碼135個(gè)氨基酸[9]。GAL-1的折疊由2個(gè)反向平行的β-片組成，2個(gè)β片分別由5和6個(gè)相鄰的β-鏈構(gòu)成。GAL-1在溶液中通常以二聚體的形式存在，每個(gè)單體的N-端和C-端位于二聚體界面，而聚糖結(jié)合位點(diǎn)位于二聚體的相對(duì)兩端。二聚體的完整性主要是通過疏水核心的相互作用來維持，疏水核心是由2個(gè)亞基的Leu4、Ala6、Ile128、Val131和Phe133疏水側(cè)鏈組成。另外，2個(gè)亞基的Val5、Ser7、Val131、Lys129和Phe133殘基骨架建立起了氫鍵網(wǎng)絡(luò)[10]。GAL-1序列中6個(gè)半胱氨酸殘基的存在使其進(jìn)入細(xì)胞后快速氧化形成二硫鍵限制了GAL-1的聚糖結(jié)合活性。然而，一旦與膜表面受體結(jié)合后，即可保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)繼續(xù)發(fā)揮作用。所以，根據(jù)氧化還原條件的不同，GAL-1可以為單體(氧化狀態(tài))或同源二聚體(還原狀態(tài))的形式存在[11]。半乳糖凝集素的CRD識(shí)別來自細(xì)胞表面受體和細(xì)胞外蛋白聚糖上的N-乙酰乳糖胺殘基，如整合素、白細(xì)胞唾液素(leukosialin，CD43)、白細(xì)胞共同抗原(leukocyte common antigen，CD45)、纖連蛋白、黏蛋白和層黏連蛋白，因此，GAL-1與細(xì)胞增殖、黏附、遷移、存活和信號(hào)傳導(dǎo)等關(guān)鍵細(xì)胞過程有關(guān)[12]。二聚的GAL-1可以與細(xì)胞膜上多種糖蛋白建立細(xì)胞表面的微型區(qū)域，這些微型區(qū)域在細(xì)胞表面起到介導(dǎo)信號(hào)的作用，并通過控制內(nèi)吞作用決定受體的穩(wěn)定性[13]。例如，二聚GAL-1能夠通過與整合素受體相互作用來控制同型腫瘤細(xì)胞的黏附，或者通過識(shí)別細(xì)胞外基質(zhì)蛋白上的多糖(如層黏連蛋白或纖連蛋白)來控制細(xì)胞的遷移和侵襲[14]。所以，GAL-1的表達(dá)或功能失調(diào)通常與疾病有關(guān)，最明顯的是炎癥性疾病和癌癥，另外GAL-1表達(dá)的增加與許多癌癥的低存活率相關(guān)，這是由于GAL-1能夠抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)腫瘤內(nèi)血管生成和促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[15-17]。

1.2 GAL-1在細(xì)胞增殖中的雙向調(diào)節(jié)作用

Wells等[18]純化了小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(mouse embryo fibroblasts，MEFs)分泌的具有細(xì)胞抑制活性的蛋白，隨后根據(jù)胰蛋白酶消化多肽后的氨基酸序列克隆了該蛋白的cDNA，并將這種蛋白命名為小鼠β半乳糖苷結(jié)合蛋白(mouse β-galactoside binding protein,mGBP)，即如今的小鼠GAL-1蛋白。Wells等[18]在不同細(xì)胞周期的MEFs中添加重組GAL-1蛋白會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞阻滯在G2期，而在G0期MEFs中添加GAL-1重組蛋白會(huì)抑制血清對(duì)細(xì)胞的刺激作用，阻止其重新進(jìn)入細(xì)胞周期。中和單克隆抗體進(jìn)一步證實(shí)了內(nèi)源性GAL-1蛋白的細(xì)胞抑制活性，在處于G0期的細(xì)胞中添加這種抗體可以恢復(fù)血清的刺激作用，細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期[18]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，用GAL-1處理3種致癌潛能不同的人乳腺細(xì)胞系發(fā)現(xiàn)，在所有細(xì)胞系中GAL-1在細(xì)胞進(jìn)入G2期之前誘導(dǎo)了細(xì)胞周期阻滯[19]。GAL-1還可以通過調(diào)節(jié)T細(xì)胞受體(T cell receptor，TCR)信號(hào)通路和抑制白介素2(interleukin-2,IL-2)的產(chǎn)生來抑制新鮮分離的小鼠胸腺細(xì)胞的增殖[20]。然而，GAL-1不直接作用于細(xì)胞周期的調(diào)控，有證據(jù)顯示，GAL-1需要與α5β1整合素相互作用，進(jìn)而抑制RAS-MEK-ERK信號(hào)通路和細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制因子(cyclin-dependent kinase inhibitor 1B，p27)的連續(xù)轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)以達(dá)到抑制細(xì)胞增殖的作用[21]。Fischer等[21]確定了p27蛋白啟動(dòng)子中的2個(gè)特異蛋白1(specificity protein 1，SP1)的結(jié)合位點(diǎn)，它們是GAL-1反應(yīng)的關(guān)鍵位點(diǎn)，RAS-MEK-ERK信號(hào)通路被抑制后，SP1的蘇氨酸磷酸化減少，增加SP1的活化及其與特異性序列的DNA結(jié)合，從而導(dǎo)致p27的轉(zhuǎn)錄上調(diào)。此外，GAL-1誘導(dǎo)細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制因子1A(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，p21)轉(zhuǎn)錄，選擇性地提高p27蛋白的穩(wěn)定性，GAL-1介導(dǎo)的p27和p21的積累抑制了細(xì)胞周期蛋白依賴激酶2(cyclin-dependent kinase,CDK2)的活性，最終導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯和生長抑制[21]。Lee等[22]在小鼠胚胎干細(xì)胞(mouse embryonic stem cells,MESCs)的研究中卻得出不同的結(jié)論，GAL-1誘導(dǎo)蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)磷酸化從而抑制p27蛋白，促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)從而誘導(dǎo)MESCs的DNA合成。在胰腺星狀細(xì)胞(pancreatic stellate cells,PSCs)中，GAL-1通過核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)通路的激活協(xié)同促進(jìn)趨化因子的產(chǎn)生和誘導(dǎo)細(xì)胞增殖[23]。此外，GAL-1還可以促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells,NSCs)的增殖[24]。由此可見，GAL-1在細(xì)胞增殖中可以起到積極和消極的作用，這種看似矛盾的促進(jìn)和抑制，高度依賴于細(xì)胞類型和細(xì)胞激活狀態(tài)，也可能受到單體與二聚體不同形式或細(xì)胞內(nèi)與細(xì)胞外形式相對(duì)分布的影響。GAL-1對(duì)細(xì)胞生長的調(diào)節(jié)還表現(xiàn)出2種特性：雙向調(diào)節(jié)作用和細(xì)胞類型特異性。Adams等[25]研究顯示，高劑量的GAL-1具有獨(dú)立于自身的糖結(jié)合活性，抑制細(xì)胞的增殖；低劑量的GAL-1具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖的作用，但易受乳糖抑制。在早期造血細(xì)胞中同樣證明了這一點(diǎn)，高劑量的GAL-1(10 μg/mL)顯著降低造血祖細(xì)胞的生長，這種抑制作用并不會(huì)被乳糖阻斷，因此，在很大程度上獨(dú)立于凝集素的β-半乳糖苷結(jié)合位點(diǎn)；相比之下，低濃度的GAL-1(10 ng/mL)增加了粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞和紅細(xì)胞集落的形成[26]。上述數(shù)據(jù)表明，GAL-1具有獨(dú)立于自身糖結(jié)合活性的生長抑制位點(diǎn)，為確認(rèn)β-半乳糖苷結(jié)合和生長抑制位點(diǎn)的獨(dú)立存在。Hirabayashi等[27]通過創(chuàng)建β-半乳糖苷結(jié)合活性缺失或降低的GAL-1突變體，并驗(yàn)證它們的生長抑制作用，三級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定和誘變研究結(jié)果表明，His45、Asn47、Arg49、Trp69、Glu72和Arg74參與或影響糖的結(jié)合。Zhang等[28]通過定點(diǎn)突變對(duì)GAL-1負(fù)責(zé)生長抑制活性的位點(diǎn)進(jìn)行定位，其中包括1個(gè)表面環(huán)(殘基25～30)和2個(gè)內(nèi)部β-鏈，與糖結(jié)合位點(diǎn)明顯不同。Yasumitsu等[29]從美國牛蛙中分離得到高純度的GAL-1，其對(duì)人早幼粒急性白血病細(xì)胞(HL-60)、單核細(xì)胞人白血病細(xì)胞(U937)和人慢性髓原白血病細(xì)胞(K562)等均有明顯抑制作用，但對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞(Colo 201)和小鼠乳腺腫瘤細(xì)胞(FM3A)均無抑制作用。重組人GAL-1蛋白抑制肝細(xì)胞瘤和骨肉瘤細(xì)胞的生長效果顯著，而抑制HeLa細(xì)胞的生長則不明顯[30]。然而，GAL-1具體如何實(shí)現(xiàn)細(xì)胞增殖的雙向調(diào)節(jié)和細(xì)胞類型的選擇機(jī)制還需要進(jìn)一步探索。

1.3 GAL-1與血管生成

GAL-1在誘導(dǎo)血管生成過程中發(fā)揮重要的作用。GAL-1缺失的妊娠小鼠中，由于胎盤的血管化不足而造成胎兒生長延遲[31]。最近的研究顯示，GAL-1也是腫瘤內(nèi)血管生成的關(guān)鍵參與者，如在小鼠模型中，腫瘤細(xì)胞可以通過分泌GAL-1刺激腫瘤內(nèi)血管的生成，與之相反，GAL-1敲除小鼠中，不同腫瘤模型中的血管生成均受到阻礙[32]，且腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞還可以攝取外源的GAL-1，刺激其增殖和遷移[32]。用GAL-1抗體可以抑制小鼠體內(nèi)異常血管生成，促進(jìn)腫瘤消退[33]。此外，在肝癌、高級(jí)別漿液性癌、胃癌、膠質(zhì)母瘤和多發(fā)性骨髓瘤中，GAL-1表達(dá)都與微血管面積呈正相關(guān)[32,34-37]。

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)結(jié)合酪氨酸激酶細(xì)胞受體(receptor protein tyrosine kinase,RPTKs)調(diào)控了大部分內(nèi)皮反應(yīng)，如內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cellls,ECs)的增殖、遷移和成管[38]。血管內(nèi)皮生長因子受體-2(vascular endothelial growth factor receptor-2,VEGFR2)作為VEGF的主要受體，具有更強(qiáng)的促血管生成活性，比血管內(nèi)皮生長因子受體-1(vascular endothelial growth factor receptors-1,VEGFR-1)具有更高的酪氨酸激酶活性[39]。在視網(wǎng)膜病變中，GAL-1直接或間接地導(dǎo)致VEGFR2的磷酸化上調(diào)，缺失GAL-1可抑制脈絡(luò)膜新生血管生成，同時(shí)抑制VEGFR2及下游分子的表達(dá)[40]。嵌合于VEGFR1/2中充當(dāng)誘餌受體的阻斷劑—阿普西柏(aflibercept)，利用與GAL-1更高的親和力，與GAL-1的受體競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，可抑制GAL-1誘導(dǎo)的血管生成作用[41]。Hsieh等[42]指出，在口腔鱗狀細(xì)胞癌相關(guān)內(nèi)皮細(xì)胞中，GAL-1并不直接與VEGFRs結(jié)合，而是通過識(shí)別ECs上的糖基化受體神經(jīng)氈蛋白-1(neuropilin-1,NRP1)促使VEGFR2的磷酸化上調(diào)，NRP1/VEGFR2介導(dǎo)的MAPK/SAPK1/JNK信號(hào)通路被激活，以增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移。GAL-1似乎是獨(dú)立于VEGF誘導(dǎo)血管生成的信號(hào)。腫瘤中VEGF的靶向治療，包括封鎖VEGF-A信號(hào)、抗VEGF人源化單克隆抗體或受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)抑制劑都取得了一定的進(jìn)展[43]。但抗VEGF難愈性腫瘤會(huì)釋放替代VEGF的血管生成信號(hào)，具有VEGF抗性的腫瘤中的GAL-1處于高表達(dá)狀態(tài)，最終腫瘤會(huì)重新生長。腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面糖基選擇性調(diào)節(jié)GAL-1的結(jié)合，GAL-1在識(shí)別VEFGR2上的N-聚糖后激活VEGF樣信號(hào)[44-45]。因此，抗GAL-1與抗VEGF治療聯(lián)合使用可作為一種抑制腫瘤血管生成的策略。

1.4 GAL-1與免疫抑制

活化的T細(xì)胞分泌GAL-1(靜息期的CD8+T細(xì)胞幾乎不表達(dá)，活化的CD4+、CD8+T細(xì)胞均表達(dá))，重組GAL-1蛋白可以將細(xì)胞周期阻滯在S期和G2/M期，抑制抗原誘導(dǎo)的T細(xì)胞增殖[46]。另外，GAL-1上調(diào)活化的T細(xì)胞膜Ⅱ型干擾素受體(IFN-γR)α和β鏈的表達(dá)，這使活化的T細(xì)胞對(duì)IFN-γ誘導(dǎo)的凋亡敏感[47]。研究證明，GAL-1通過識(shí)別末端半乳糖殘基β-1,4連接到N-乙酰乳糖胺(LacNAc)，LacNAc存在于不同的細(xì)胞受體中，包括CD43、CD45、早期激活抗原(early activation antigen CD69，CD69)和前B細(xì)胞受體(pre-B cell receptor，pre-BCR)等，誘導(dǎo)活化的T細(xì)胞凋亡[48-50]。GAL-1有作為CD8+T細(xì)胞的自分泌負(fù)生長因子的作用，可能是效應(yīng)T細(xì)胞通過分泌GAL-1抑制自身增殖或阻止幼稚T細(xì)胞進(jìn)一步誘導(dǎo)，確保在抗原被清除后免疫反應(yīng)適當(dāng)下降。如在過敏性接觸性皮炎中，CD8+T細(xì)胞則表達(dá)GAL-1抑制炎癥反應(yīng)[51]。大鼠在約束應(yīng)力的刺激下，GAL-1在脾臟和胸腺中累積，通過調(diào)節(jié)CD45免疫反應(yīng)性淋巴細(xì)胞影響脾臟和胸腺的免疫耐受，代表預(yù)防心理或生理應(yīng)激的新機(jī)制[52]。提示GAL-1在超敏反應(yīng)的控制治療中可以起到一定的作用。

多種類型的腫瘤細(xì)胞通過分泌GAL-1抑制免疫反應(yīng)，創(chuàng)造免疫逃逸的腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)。黑色素瘤共培養(yǎng)體系上清中的GAL-1分泌水平與小鼠和人類黑素瘤細(xì)胞系中腫瘤誘導(dǎo)的T細(xì)胞死亡程度相關(guān)，將GAL-1抑制后，共培養(yǎng)的T淋巴細(xì)胞的活性則得到恢復(fù)[53]。在小鼠黑色素瘤模型中，靶向抑制GAL-1可增強(qiáng)輔助性T細(xì)胞1(helper T cell-1,Th1)和細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)以獲得腫瘤排斥反應(yīng)[54]。在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中，GAL-1過表達(dá)與浸潤的T細(xì)胞數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，并且GAL-1高表達(dá)也標(biāo)志著預(yù)后不良[55]。此外，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，GAL-1作為免疫抑制因子直接誘導(dǎo)T細(xì)胞的凋亡和抑制樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)的成熟[56]。人胰腺星狀細(xì)胞分泌的GAL-1誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡，促進(jìn)Th2細(xì)胞因子極化，有利于胰腺腫瘤的發(fā)展與轉(zhuǎn)移。在惡性外周神經(jīng)鞘腫瘤中，敲除GAL-1抑制趨化因子受體4(chemokine C-X-C receptor 4,CXCR4)和Ras通路，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡[57]。在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中阻斷GAL-1的表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤中聚集Gr-1+、CD11b+骨髓細(xì)胞和NK1.1+自然殺傷性細(xì)胞(natural killer cell，NK)，從而損害腫瘤的生長，表明GAL-1對(duì)不同的先天免疫細(xì)胞和適應(yīng)性免疫細(xì)胞具有多重抑制作用[58]。

2 GAL-1在鹿茸再生過程中的作用

2.1 GAL-1與鹿茸再生

鹿茸是迄今為止在自然界中發(fā)現(xiàn)的唯一可以周期性完全再生的哺乳動(dòng)物附屬器官，它已經(jīng)成為再生醫(yī)學(xué)研究的理想生物醫(yī)學(xué)模型[59-60]。鹿茸的再生是指包括軟骨、皮膚、血管以及神經(jīng)等組織在幾個(gè)月內(nèi)以遠(yuǎn)超普通細(xì)胞甚至癌細(xì)胞的生長速度下實(shí)現(xiàn)完全再生[61]。鹿茸再生是基于鹿茸干細(xì)胞增殖的過程。近年來，對(duì)鹿茸干細(xì)胞的定性研究也取得了一定的進(jìn)展。生茸區(qū)骨膜干細(xì)胞(antlerogenic periosteum cells,APCs)和角柄骨膜干細(xì)胞(pedicle periosteum cells,PPCs)被鑒定為一種特殊的間充質(zhì)干細(xì)胞，鹿茸干細(xì)胞APC、PPC不僅具有間充質(zhì)干細(xì)胞的特性，還具有一定的胚胎干細(xì)胞特性，可被誘導(dǎo)成為多種不同類型的細(xì)胞[62]。胚胎干細(xì)胞關(guān)鍵標(biāo)記物CD9抗原(CD9 antigen，CD9)、八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4(octamer-binding transcription factor 4，Oct-4)、同源盒蛋白NANOG(homeobox protein NANOG，NANOG)、myc-原癌基因蛋白(myc proto-oncogene protein，myc)和SRY相關(guān)高遷移率族盒蛋白2(SRY-related high mobility group box protein 2，SOX2)等多能基因均可在鹿茸干細(xì)胞中檢測(cè)到，證明鹿茸干細(xì)胞具有強(qiáng)大的分化潛力[63]。

研究顯示，GAL-1在鹿茸干細(xì)胞中的過表達(dá)，與多能基因相互作用，可能參與了鹿茸的再生過程。與鹿臉部骨膜細(xì)胞(face periosteum cells,FPCs)相比，GAL-1在APC和PPC中分別上調(diào)15和20倍[64]。此外，GAL-1在APC、PPC中通過14-3-3信號(hào)通路與多能基因NANOG、N-myc原癌基因蛋白(N-myc proto-oncogene protein，MYCN)和SMAD同源物4(mothers against decapentaplegic homolog 4，SMAD4)相互作用共同調(diào)控了鹿茸干細(xì)胞的分化[64]。

在脊椎動(dòng)物中，激活先天免疫是對(duì)損傷的早期應(yīng)答，這一過程很可能與再生程序相關(guān)。然而，免疫過程中瘢痕的形成中斷了再生程序，在阻止再生過程中起關(guān)鍵作用，如何抑制瘢痕的產(chǎn)生以激發(fā)再生的潛力一直是免疫與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。鹿角脫落后，傷口暴露，血液流出，在正常機(jī)體中，免疫細(xì)胞會(huì)被大量激活，促使瘢痕產(chǎn)生。然而，事實(shí)卻是鹿角脫落后的傷口快速愈合，并沒有感染發(fā)炎。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所鹿茸干細(xì)胞課題組提取鹿茸生長期(二杠茸)與鹿角脫落后的血液進(jìn)行GAL-1含量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)相較于鹿茸生長期，在鹿角脫落后，血液中GAL-1含量更高，初步推測(cè)血液中高濃度的GAL-1抑制了免疫細(xì)胞的活化與增殖，促使機(jī)體免疫響應(yīng)降低(尚未發(fā)表)。趙志峰[65]通過RNAi技術(shù)抑制APC中GAL-1的表達(dá)，與外周血淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)可以促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖，說明GAL-1是梅花鹿免疫調(diào)控中的關(guān)鍵因子。鹿茸中GAL-1可能與多能基因共同調(diào)控鹿茸干細(xì)胞的增殖和分化，并通過調(diào)節(jié)不同時(shí)期GAL-1的表達(dá)，抑制機(jī)體免疫水平，參與鹿茸再生過程，具體的調(diào)節(jié)機(jī)制值得進(jìn)一步探索。

2.2 GAL-1與鹿茸神經(jīng)再生

鹿茸中含有豐富的神經(jīng)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的空間位置感，對(duì)痛覺和不連續(xù)的觸摸非常敏感。神經(jīng)對(duì)于鹿茸的發(fā)生與再生并非必需的，如切斷生茸區(qū)的感覺神經(jīng)并未終止角柄的發(fā)育與初角茸的生長，但被切斷神經(jīng)的鹿茸均出現(xiàn)發(fā)育不良與形態(tài)畸形[66]。說明神經(jīng)在鹿茸再生過程起到了關(guān)鍵作用，比如營養(yǎng)作用與塑形。目前，較為主流的觀點(diǎn)認(rèn)為鹿茸神經(jīng)的再生除了鹿茸快速生長延長帶來的機(jī)械牽拉，其旁分泌因子可能對(duì)鹿茸神經(jīng)生長起主要調(diào)節(jié)作用[67]。GAL-1可以通過旁分泌的形式促進(jìn)軸突再生活性[68]。在小鼠生長過程中，GAL-1表達(dá)于背根神經(jīng)節(jié)的感覺神經(jīng)元以及一些脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。當(dāng)感覺神經(jīng)元達(dá)到生長目標(biāo)時(shí)，GAL-1會(huì)相對(duì)降低，但仍保持在較高的水平，說明GAL-1可能有助于神經(jīng)的生長[69-71]。GAL-1的碳水化合物結(jié)合活性也是促進(jìn)成年小鼠神經(jīng)祖細(xì)胞增殖所必需的[24]。Horie等[72]從非洲綠猴腎成纖維細(xì)胞(CSO1)中分離出一種能增強(qiáng)軸突再生的因子，后來被鑒定為GAL-1。因?yàn)镚AL-1在坐骨神經(jīng)、感覺神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元再生過程中都有表達(dá)，它可能調(diào)節(jié)軸索斷裂后周圍神經(jīng)的初始軸突生長。GAL-1抗體應(yīng)用于體內(nèi)和體外均強(qiáng)烈抑制軸突再生[72]，提示GAL-1可能在鹿茸神經(jīng)的快速延伸及鹿角脫落后斷端再生過程中起到積極作用。

2.3 GAL-1與鹿茸軟骨內(nèi)血管形成

GAL-1在生理或病理狀態(tài)都具有促進(jìn)血管生成的特性。同樣，在鹿茸中也需要大量血管生長，鹿茸血管的發(fā)生主要是為滿足角柄發(fā)育及鹿茸快速生長所需的營養(yǎng)代謝需求。來源于淺層顳颥動(dòng)脈的血管上行并分支至鹿茸頂部構(gòu)成鹿茸頂部生長點(diǎn)的血管網(wǎng)，在這期間，皮下血管層動(dòng)脈經(jīng)過分支并深入鹿茸內(nèi)部組織，并在上行至鹿茸頂部過程中分支逐漸增多[73]。這些分支在鹿茸內(nèi)部逐漸變成靜脈，將血液經(jīng)前軟骨層、軟骨層和骨層導(dǎo)入鹿茸基部，其密集的血管分布滿足了鹿茸快速生長期(2 cm/d)的營養(yǎng)物質(zhì)需要[73-75]。這也造就了鹿茸的一個(gè)獨(dú)特之處——能夠快速自我修復(fù)和再生血管化軟骨。與之相比，普通軟骨具有很強(qiáng)的的抗壓和抗撞擊的能力，但內(nèi)部并沒有血管分布，因此幾乎喪失了自我修復(fù)能力[76]。研究發(fā)現(xiàn)，血管化軟骨并非鹿茸組織的固有特性，異種移植后并未產(chǎn)生含血管的軟骨[77]。Li等[78]通過在皮膚和角柄骨膜之間插入不通透膜阻止了鹿茸血管的再生。為確定是細(xì)胞間相互接觸還是通過游離小分子物質(zhì)誘導(dǎo)的再生，在皮膚與骨膜之間插入半通透性薄膜(0.45 μm孔徑)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血管和神經(jīng)均實(shí)現(xiàn)部分再生，明確了游離小分子物質(zhì)參與角柄骨膜誘導(dǎo)血管的再生，同時(shí)也說明了游離小分子物質(zhì)誘導(dǎo)軟骨內(nèi)血管生成的可能性，而GAL-1在其中可能發(fā)揮了調(diào)節(jié)作用。

如前所述，在小鼠妊娠期發(fā)育過程中缺乏GAL-1會(huì)因血管化不足而導(dǎo)致發(fā)育延遲[31]。敲除小鼠GAL-1或其抗體的應(yīng)用，可以抑制體內(nèi)病理血管生成[32-33]。在多種腫瘤中，GAL-1的表達(dá)也與腫瘤內(nèi)血管的表面積呈正相關(guān)。在鹿茸中，不僅鹿茸干細(xì)胞過表達(dá)GAL-1，在鹿茸的前軟骨區(qū)和軟骨區(qū)也廣泛表達(dá)GAL-1，而這也是鹿茸血管生成的區(qū)域。GAL-1作用受體VEGFR2，在鹿茸皮膚及軟骨區(qū)大量表達(dá)，GAL-1使VEGFR2磷酸化上調(diào)，激活VEGFRs下游通路，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的成血管作用[79]。在過度增殖的組織中需要大量耗氧，如腫瘤組織，缺氧是其重要的生物學(xué)特征。在鹿茸快速生長過程中，GAL-1則可能是其內(nèi)部缺氧與血管生成的偶聯(lián)因子。缺氧誘導(dǎo)因子1a(hypoxia inducible factor-1,HIF-1a)可以直接結(jié)合到GAL-1啟動(dòng)子區(qū)域的缺氧反應(yīng)元件，誘導(dǎo)其表達(dá)[80]。缺氧狀態(tài)下也可以通過非HIF-1a依賴機(jī)制促進(jìn)GAL-1的表達(dá)。在視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)細(xì)胞中，缺氧誘導(dǎo)VEGFR1的配體胎盤生長因子(placental growth factor,PlGF)激活A(yù)kt/p38/MAPK通路，上調(diào)GAL-1增強(qiáng)子區(qū)域的激活蛋白1(acvator protein-1,AP-1)亞基磷酸化，上調(diào)GAL-1的轉(zhuǎn)錄水平[80]。缺氧還可激活活性氧(reactive oxygen species,ROS)依賴性NF-κB通路，誘導(dǎo)內(nèi)源性GAL-1與ECs表面的N-聚糖直接相互作用，促進(jìn)血管生成[81]。總之，GAL-1在鹿茸干細(xì)胞中高表達(dá)，包括在鹿茸內(nèi)部組織的廣泛分布，可能通過分泌作用與血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合，在誘導(dǎo)血管快速延伸及軟骨內(nèi)血管生成等方面起到關(guān)鍵的促進(jìn)作用。

3 小 結(jié)

作者探討了GAL-1生物學(xué)功能以及與鹿茸再生過程相關(guān)的最新進(jìn)展。GAL-1在血管生成、免疫抑制、細(xì)胞增殖和凋亡等方面具有重要調(diào)節(jié)作用，凸顯了GAL-1在機(jī)體發(fā)育和維持正常生理功能中的重要性。此外，GAL-1通過促進(jìn)腫瘤內(nèi)異常血管生成和抑制免疫細(xì)胞的增殖和活化，以促進(jìn)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移已得到多方面證實(shí)。但就目前而言，仍有很多問題沒有解決。如在增殖試驗(yàn)中，添加相同生物類型的GAL-1蛋白對(duì)細(xì)胞的增殖可能是促進(jìn)或是抑制，也取決于劑量和細(xì)胞類型，但具體的分子機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。GAL-1參與調(diào)節(jié)的生物學(xué)功能與鹿茸再生過程高度相關(guān)，而GAL-1在多種組織類型中的過表達(dá)被視為惡性腫瘤進(jìn)展的標(biāo)志物。與腫瘤組織相比，在生長更迅速的鹿茸中，GAL-1高表達(dá)但鹿茸組織卻并未癌變，其中的調(diào)控機(jī)制仍不清楚。GAL-1在鹿茸中的功能研究以及鹿茸在高表達(dá)癌癥標(biāo)志物并維持極速生長的條件下卻不發(fā)生組織癌變的調(diào)控機(jī)制值得研究人員進(jìn)一步探究，這可能是癌癥治療、破解鹿茸再生機(jī)制和再生醫(yī)學(xué)難題的關(guān)鍵突破點(diǎn)之一。