APSB长篇综述（四）： N-糖基化在血管生成和癌症代谢中的作用

前面我们发布了长篇综述《The role of N-glycosylation in cancer》的1. 引言和2. 癌症中的糖基化和糖链变化、3. N-糖基化在癌症信号传导中的作用及4. N-糖基化在肿瘤转移中的作用，以下为综述的第五节和第六节的内容：

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血管内皮细胞（ECs）覆盖血管的内表面，并释放控制血管功能的细胞因子。癌症的进展与血管内皮细胞密切相关。为了维持快速的细胞增殖和高代谢率，实体肿瘤通过血管生成形成血管网络，以满足肿瘤对营养的需求和帮助清除代谢废物。生长中的肿瘤的血管生成开关通常由低氧诱导的血管内皮生长因子（VEGF）表达触发，导致原本静息的血管内皮细胞增殖。一些血管生成信号诱导剂，如血管内皮生长因子受体-2（VEGFR-2）和Notch受体是高度糖基化的。这些受体的异常糖基化可能对其生物活性产生广泛影响。

VEGF和VEGFR2的相互作用在生理和病理血管生成中起着核心作用。VEGF可以分为六个主要类别：VEGF-A、-B、-C、-D、-E和胎盘生长因子（PlGF），其中VEGF-A是参与血管生成的最重要成员。VEGF-A有六个不同的异构体，由121、165、189和206个氨基酸组成，而VEGF-A165具有与VEGFR结合的最佳活性。一旦被VEGF激活，VEGFR会发生二聚体化、酪氨酸发生磷酸化，进而转导信号。这一过程与EGFR激活非常相似，因为它们都与RTK（受体酪氨酸激酶）信号相关。

在VEGFR家族中，VEGFR2是由血管内皮细胞表达的主要促血管生成受体，其外细胞区域有17个N-糖基化位点，这对其稳定性和VEGF-A165结合后的激活至关重要。因此，VEGFR2是VEGF-A血管生成活性的最重要介导因子。然而，糖链调节VEGFR2血管生成活性的机制尚未完全揭示。

Chiodelli等人通过使用能与糖链相互作用的多种类型凝集素鉴定了VEGFR2上带有外臂岩藻糖（α1-3/4岩藻糖）和末端α2,6-连接唾液酸的VEGFR2，而只有末端α2,6-连接唾液酸对VEGF与VEGFR2的结合是必需的。基于此，他们发现结合凝集素sambucus nigra（SNA）的α2,6-连接唾液酸可以抑制VEGF依赖的VEGFR2激活和EC运动性，因此阻止了血管生成。这表明VEGFR2的唾液酸化在调节VEGF与VEGFR2相互作用、EC促血管生成激活和新生血管形成中起着至关重要的作用。在这种情况下，通过干扰VEGFR2的唾液酸化来抑制VEGF与EGFR2的相互作用应该是治疗与血管生成相关癌症的合理策略。

然而，Chandler等人报道，VEGFR2在N247位点的N-糖基化阻碍了VEGF配体和受体的相互作用及随后的激活和信号传导。通过N247Q突变和用α2,3-神经氨酸酶处理细胞从VEGFR2上去除唾液酸，该团队证明了VEGF2的N247末端α2,6而不是α2,3-唾液酸化可以抑制VEGF2的激活，而无唾液酸-糖链则有利于VEGF2的激活。

上述研究结果可能看起来相互矛盾，这也许是VEGFR2不同Asn（天冬酰胺）残基的糖基化对其活性的影响不同。Chandler等人还指出，Asn145、Asn160和Asn320在VEGFR2激活中没有结构特异性作用。

这些发现表明，VEGFR2的N-糖基化对其活性有多样和复杂的影响。然而，无论复杂性如何，VEGFR2的N-糖基化可以调节配体介导的激活和内皮细胞中的信号传导。

越来越多的证据表明，分泌型的galectin-1（半乳糖凝集素-1）和galectin-3（半乳糖凝集素-3）参与血管生成和肿瘤进展。动物凝集素具有由大约130个共识氨基酸组成的碳水化合物识别域（CRD），形成两个反平行的β-折叠层，可以结合含有β-半乳糖苷的糖链，这些糖链通常可以出现在细胞外糖蛋白上，如VEGFR2。Hsieh等人证明galectin-1可以与VEGFR共受体neuropilin-1结合以激活VEGFR2，从而导致内皮细胞的迁移和粘附增加。Thijssen等人报道，在小鼠中，分泌galectin-1的肿瘤细胞可以促进肿瘤血管生成。此外，Croci等人指出，a2,6-连接唾液酸可以阻止galectin-1与VEGFR2的结合，而从VEGFR2中去除a2,6-连接唾液酸则提供了对anti-VEGF的抵抗性，因此它们破坏了galectin-1-N-糖链轴，这对于anti-VEGF治疗应该是有效的。

同样，galectin-3也通过与VEGFR2结合并诱导VEGFR2的磷酸化参与血管生成，从而激活其在内皮细胞中的信号。此外，可以在细胞膜上观察到galectin-3和VEGFR2之间的相互作用，这依赖于GnT-V的表达。galectin-3和GnT-V的敲低可以减少体外VEGF-A介导的血管生成。这是因为GnT-V可以为galectin-3提供高亲和力的糖链。同时，这两个基因的同时敲低导致内部化的VEGFR2增加，这表明galectin-3有助于VEGFR2延迟从细胞膜内吞，从而促进血管生成。

癌细胞代谢的主要特征是需要大量摄取葡萄糖以满足肿瘤生长的高能量需求。癌细胞中大量葡萄糖的获取增加了糖酵解和其他代谢途径，如己糖胺途径。己糖胺途径的最终产物UDP-GlcNAc是N-糖基化过程中必需的底物，N-糖基化对癌细胞中UDP-GlcNAc的量非常敏感。产生N-糖基化蛋白的高尔基体中的受体具有不同数量的N-糖基化位点，而N-糖链结构的类型对己糖胺代谢流（hexosamine flux）极为敏感。

普遍认为，生长抑制受体具有较少的N-糖基化位点，如TGF-β受体，而具有大量N-糖链的受体与肿瘤生长相关，如各种“生长因子受体”。Lau等人提出了一种机制，N-糖基化和分支数量的组合代谢调节细胞从停滞转变为生长。因此，通过己糖胺途径的代谢流可以通过前述提到的调节受体与分支糖链和凝集素的相互作用影响受体在细胞表面的稳定性。因此，更多分支糖基化的受体可以与凝集素结合，防止内吞作用，从而增加信号传导。此外，在用GlcNAc培养的MGAT5^-/-细胞中，TGF-β受体复合体增加，并且可以观察到细胞表面EGFR与凝集素结合。尽管在MGAT5^-/-细胞中galectin-3减少，但可以通过GlcNAc挽救。这表明癌细胞表面的N-糖链重塑对代谢高度敏感。总之，调节复杂N-糖链生物合成的营养物质流（nutrient flux）协调癌细胞的细胞响应，决定癌细胞的行为。

后续综述内容，将持续发布，敬请期待。