硫酸乙酰肝素抗肿瘤生长和转移作用

硫酸乙酰肝素抗肿瘤生长和转移作用 作者：王秀，蒋志文 作者单位：蚌埠医学院 药学系，安徽 蚌埠 233000 【关键词】 硫酸乙酰肝素； 肿瘤增殖； 肿瘤转移； 综述文献 硫酸乙酰肝素（heparin/heparan sulfate,HS)又叫葡糖胺聚糖（glycosaminoglycan）链，是具有电负性的大分子线性聚合物，广泛存在哺乳动物和一些植物体内，在机体内不能游离存在，而是通过共价键结合在核心蛋白的丝氨酸苷氨酸残基上共同组成硫酸乙酰蛋白聚糖（heparan sulphate proteoglycan,HSPG），即分布在细胞外基质的基底膜蛋白聚糖（perlecan），细胞膜表面的黏结蛋白聚糖（syndecan）以及糖基磷脂酰肌醇蛋白聚糖（ylypican）［1］。黏结蛋白聚糖，糖基磷脂酰肌醇蛋白聚糖的亚型的某些成分中除具有HS链外还有CS（chondroitin sulfate）链或DS（dermatan sulfate）链［2］。研究发现许多肿瘤的发生与硫酸乙酰肝素链结构的改变和（或）数量的减少有关。 1 硫酸乙酰肝素链的结构特点 硫酸乙酰肝素链实质是多个部位硫酸化的以D葡萄糖醛酸和N乙酰Ｄ葡糖胺二糖为基本单位的线性聚合物，长度５～７０ ｋＤａ［1，3］。细胞首先合成HS链的前体：G1cAG1cNAc的线性聚合物即乙酰（型）肝素（heparan）［4～5］。而后对前体进行修饰改造，主要包括［3，5］：（Ⅰ）在N硫酸化酶的作用下对整条链的G1cNAc进行广泛而又局部的硫酸化修饰，将G1cNAc转化为G1cNS；（Ⅱ）某些区域的G1cA在其C5异构酶的作用下异构化成ＩｄｏＡ；（Ⅲ）在特异性硫酸化酶的作用下对有些部位葡糖胺C3，C6的0，和艾杜糖醛酸的C２的０进行硫酸化修饰。由于以上的修饰使得成熟的ＨＳ链结构内具有四种二糖的基本结构及G1cAG1cNAc，G1cAG1cNS，ＩｄｏＡG1cNAc和ＩｄｏＡG1cNＳ［3，5］。根据HS链内部硫酸化水平的不同将其结构分为三种区域及S（或NS）区；非硫酸化（或NA）区；混合（或NA/NS）区［6］。S区：一般2～7，8个二糖的长度，该域葡糖胺C２位的Ｎ，Ｃ６的０以及艾杜糖醛酸的Ｃ２的０都被硫酸化修饰，但葡糖胺Ｃ３位０很少被硫酸化修饰；非硫酸化（或ＮＡ）区，在这一区域葡糖胺以乙酰化形式存在，葡糖醛酸或艾杜糖醛酸也不被硫酸化修饰；混合（或ＮＡ／ＮＳ）区，这一区域有部分葡糖胺或艾杜糖醛酸被硫酸化，该区被认为是NS和NA区的过渡区，该区比较短小。Ｓ区比较均一地分布在ＨＳ链内的，大约每隔１５个二糖单位（大部分由非硫酸化（或ＮＡ）区构成）就有一个Ｓ区。由此可见ＨＳ链的结构非常复杂，不同组织，不同的细胞合成的ＨＳ链不同，在一个ＨＳ链内不同部位的Ｓ区或混合区其长度、硫酸化的部位也是不同的［7］，这就赋予了ＨＳ链多样的生物活性。这也是ＨＳ链内存在着许多细胞因子结合的位点以及其能与许多蛋白因子相互作用的原因。硫酸乙酰肝素蛋白聚糖和许多配体结合依赖其具有ＨＳ链的结构。 ２ ＨＳ的表达与肿瘤 在许多转化细胞模型、肺癌及人原发肝癌内均发现ＨＳ结构的改变。遗传性多发性外生骨疣表明ＨＳ结构的改变与肿瘤的发生有着直接联系［8］。在头颈部肿瘤和侵袭性宫颈癌细胞内均发现了细胞膜表面ＨＳ的表达缺失［9］，子宫内膜癌的进行性增殖与基底膜的ＨＳ表达缺失有关［10］。研究发现侵袭性宫颈癌的骨盆淋巴结转移与基地膜的ＨＳ的表达缺失有关［11］。 3 硫酸乙酰肝素的抗肿瘤生长活性 自从１９７７年发现肝素具有抑制平滑肌细胞增殖作用以后，Castellot于1981年在牛主动脉血管内皮细胞的培养液中观察到一种具有抗增殖活性的肝素样物质后来证实为HSPG（硫酸乙酰肝素蛋白聚糖，由核心蛋白与葡糖胺聚糖即硫酸乙酰肝素链构成）。作为ＨＳＰＧ结构一部分的ＨＳ（硫酸乙酰肝素）是许多生长因子的活性调节因子。硫酸乙酰肝素链可以和多种蛋白因子结合如胶原蛋白纤维结合蛋白，粘蛋白，血小板凝血酶敏感蛋白，碱性成纤维细胞生长因子等［12］，从而调节细胞的生命活动。体外研究表明HS可抑制正常成纤维细胞的生长［13～14］。Narita K［15］等人研究发现选择性6０去硫酸化的硫酸乙酰肝素可以抑制卵巢、乳腺和肝脏等肿瘤生长。从动脉组织分离提取的硫酸乙酰肝素能抑制平滑肌细胞的生长［１6］。从小鼠肝脏提取的ＨＳ体外可抑制肝癌细胞生长［１7］。硫酸乙酰肝素的抗肿瘤作用主要有以下几个方面： 　　３.１ ＨＳ抑制细胞增殖 　　Dongfang Liu［18］等人体内外实验研究发现Hep Ⅲ处理的来源于B16BL6细胞的HS链的片断可抑制FGF2介导的肿瘤细胞增殖，同时增加细胞凋亡，从而显著抑制原发肿瘤生长。激素依赖的乳腺癌细胞MDAＭＢ２３１只有在被使用了ＨＳ链合成的抑制剂后才表现出ＦＧＦ引发增殖敏感性［19］。ＨＳ链内具有相互独立的高亲和力和低亲和力两个位点，高亲和力和低亲和力位点同时结合在细胞上是抑制生长活性必需的［２0］。Ｋatrin Mani等［21］人研究认为HS的合成可抑制肿瘤生长，可能是因为合成过程中产生了特异性的具有抗增殖活性的葡聚糖或葡聚糖片段。有研究认为硫酸化的L艾杜糖醛酸是ＨＳ抑制细胞增殖作用所必须的［20］。 　　3.2 HS抑制肿瘤血管生成 　　肿瘤的生长是一个依赖于血管的过程，当肿瘤体积超过1 ｍｍ3～2 ｍｍ2时，维持其生长靠新生血管的生成。目前已发现20多种促肿瘤血管生成因子如VEGF、TGF、ｂFGF、Angiogenin、PDGF等，促进肿瘤血管生成。抑制促血管生长因子，可抑制肿瘤的血管生成。已有许多研究发现细胞膜表面和细胞外基质的HS都可以和ｂFGF结合，使ｂFGF保持在无活状态［22］，但当HS被体内的乙酰肝素酶水解时，ｂFGF会被释放出来，表现出来其生物活性。Dongfang Liu［18］等人研究发现用ＨｅｐⅢ得到的HS链的片断可抑制肿瘤血管生成。另外HS还可与IFN结合并使其钝化，使得IFN必须与HS脱离才能与其受体结合从而引发相应的信号通路［23］。 　　3.3 HS抑制DNA合成 　　试验发现HS是体外培养的黑色素瘤细胞和肝细胞核酸的成分，许多细胞合成的HS在体外试验中具有抑制DNA多聚酶的作用，从离体的肝细胞核内发现外源性HS可抑制内源性DNA的合成［17］。外源性的HS可以抑制外源性多氨的摄入，从而抑制肿瘤细胞核酸的合成，进而抑制肿瘤的增殖生长［24］。 4 硫酸乙酰肝素的抗肿瘤转移作用 肿瘤转移（tumor metastasis）即肿瘤细胞借助血道、淋巴道等途径，在远离肿瘤原发生长部位的器官内形成继发瘤的过程。ECM中的HS是肿瘤侵袭的生理屏障，它们可以储存不同种类的蛋白因子。近来研究表明，细胞对多胺的摄取部分依赖细胞表面的蛋白聚糖的表达。HS因含有解离的羧基和硫酸基阴离子能与含阳离子的多胺结合，从而协助细胞对外源多胺的摄取。因此，抑制细胞表面的HS表达或者加入外源性HS作为竞争性抑制剂不但可以抑制细胞的增生，还能降低肿瘤的浸润性［25］。最近肿瘤肝素酶基因研究表明肿瘤内降解HSGAG酶的表达是原发性肿瘤向远处转移的关键。Dongfang Liu［18］等人研究发现用Hep Ⅲ处理的来源于B16BL6细胞的HS链的片断可抑制C57BL6小鼠移植性路易士肺癌的转移。 5 HS与乙酰肝素酶 肝素酶是裂解硫酸乙酰肝素链的唯一酶类，乙酰肝素酶(heparanase,HPR１)则可以降解ECM中的HS从而促进肿瘤细胞的侵袭，转移扩散，同时释放HS存储的生长因子（ｂFGF和VEGF）促进血管生成。Hasengaowa等人发现肝素酶表达明显增加的子宫内膜癌病的人淋巴结转移增加［26～27］。肝素酶可促进胃癌的增殖，可促进血管生成以及转移，肝素酶ｍRNA的表达增加是胃癌的前期预兆［28］。肝素酶ｍRNA的表达是原发性肝癌生长，转移和血管生成的重要因素［29］。近来研究发现HPR1在肝癌、结肠癌、胰腺癌、乳腺癌内的表达增加［30～33］。HPR1表达与胰腺癌病人的存活时间短，和肝癌、乳腺癌高侵袭性和强转移活性有关［30～33］。Xiulong Xu等人发现基底膜内储存HS多少和HPR1表达高低与甲状腺瘤的恶性程度和侵袭转移性有关，并且甲状腺恶性乳头状癌内HPR1的表达与HS呈负相关。这表明在HS和HPR1之间存在负反馈作用，可相互调节，加入外源性的HS能抑制HPR1的表达，从而抑制肿瘤的转移和血管生成。 【参考文献】 　［1］Iozzo RV.Heparan sulfate proteoglycans:intricate molecules with intriguing functions［J］.Clin Invest,2001,108(2):165167. 　［2］Bao X,Pavao MS,Dos Santos JC,et al.A functional dermatan sulfate epitope containing iduronate(2Osulfate)alphal3 GalNAc(6Osulfate)disaccharide in the mouse brain:demonstration using a novel monoclonal antibody raised against dermatan sulfate of ascidian Ascidia nigra［J］.Biol Chem,2005,280(24):2318423193. 　［3］Simon L,Bullock,Judy M.Beddington RS,et al.Renal agenesis in mice homozygous for a gene trap mutation in the gene encoding heparan sulfate 2sulfotransferase［J］.Gene develop,1998,12(12):18941906. 　［4］Nakato H,Kimata K.Heparan sulfate fine structure and specificity of proteoglycan functions［J］.Biochim Biophy Acta,2002,1573(3):312318. 　［5］John T.Gallagher,Heparan sulfate:growth control with a restricted sequence 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