APSB长篇综述（五）： 糖蛋白作为生物标志物的应用前景

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、4. N-糖基化在肿瘤转移中的作用及5糖基化在血管生成中的作用和6. 糖基化在癌症代谢中的作用，以下为综述的第七节关于糖蛋白生物标志物和最后一节总结的内容。

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血清蛋白质和肽段的变化被发现与癌症过程相关。越来越多的证据表明，癌细胞表面异常糖基化的蛋白质或分泌到人体液中的糖蛋白与癌症进展有关。因此，早期癌症检测中监测标志物糖基化的改变可用于癌症发展和治疗期间的疾病监测。例如，在肝细胞癌（HCC）中，蛋白质岩藻糖基化水平在正常人中相对较低，但随着疾病的发展可能会显著增加。AFP-L3，一种携带核心岩藻糖基化（α1,6-岩藻糖基化）糖链结构的血清糖蛋白，已在临床上被广泛用于HCC监测。最近，其他蛋白质的岩藻糖基化水平也被研究，包括α-1-抗胰蛋白酶（A1AT）和血红蛋白（Hp）。这些蛋白质在HCC患者中的岩藻糖基化水平增强，因此它们可能成为有前途的肝癌生物标志物候选物。此外，通过质谱法揭示了卵巢癌和胰腺癌患者血清中差异表达的岩藻糖基化糖蛋白，这些岩藻糖基化糖蛋白/糖肽也可能作为卵巢癌和胰腺癌的潜在癌症生物标志物。唾液酸化通常发生在糖链结构的末端，其增加也被认为与HCC有关。此外，一些研究小组已经报道了糖链结构的分支与HCC的进展有关。

一些当前的血清生物标志物是糖蛋白，它们在临床上用于癌症诊断和监测疾病进展以及治疗。这些糖蛋白包括在HCC患者中广泛使用的生物标志物[AFP、AFPL3和脱-γ-羧基凝血酶原（DCP）]、前列腺癌（PSA）、卵巢癌（CA125）、结肠癌[CA19-9和癌胚抗原（CEA）]、胰腺癌（CA19-9）和乳腺癌（CA15-3）。目前，尽管这些血清生物标志物已在临床上广泛应用，但它们存在严重的局限性，因其在癌症筛查和潜在诊断的相对低特异性。来自人血清的甲胎蛋白（AFP）广泛用作HCC的监测生物标志物。它对晚期HCC具有很高的特异性（约90%），敏感性约为60%，而在早期HCC病例中，敏感性下降到35%。一种凝集素结合的AFP，即含有核心岩藻糖基化糖链结构的AFP-L3，被报道比AFP对HCC更具特异性。AFP-L3与总AFP的比值被用作HCC的标志物，但这种AFP变异形式的AUC值无法超越单独AFP的值。因此，尽管AFP已在临床上广泛应用，但它的一个限制是它可能在肝硬化患者中升高，导致AFP在HCC监测中的可靠性降低。AFP-L3单独不足以检测HCC。另一种糖蛋白DCP被用作东亚地区AFP-L3的补充，但仍不符合早期检测的要求。这些限制激发了研究人员从特异性糖型蛋白质中寻找具有更高灵敏度和特异性的新一代生物标志物。

几个血清中的糖蛋白或位点特异性糖肽已被证明是有前途的癌症生物标志物候选物。例如，高尔基蛋白-73（GP-73）是一种主要在胆管上皮细胞中表达的跨膜糖蛋白，但在健康肝细胞中的很少能检测到。然而，当患者感染病毒或有其他非病毒性肝病时，GP73在肝细胞中的表达增加，这使其成为早期HCC诊断的有前途的生物标志物。

血红蛋白（Hp）是一种主要由肝脏分泌的高丰度血清蛋白，它参与肾脏铁代谢，通过释放铁成分来防止肾脏损伤。它包含4个糖基化位点N184、N207、N211和N241。已有报道，基于这些位点的异常糖基化，Hp可以作为几种癌症早期检测的有前途的标志物，特别是HCC。有趣的是，尽管已经显示核心岩藻糖基化与不同癌症相关，但外臂岩藻糖基化形式的sLe抗原是Hp中主要的糖型。Zhu和同事报告了与HCC发展相关的多分支岩藻糖基化唾液酸化糖肽。

α-1-抗胰蛋白酶（A1AT）是另一种高丰度血清蛋白，其在循环血液中的浓度约为0.75-1.75 mg/mL，并且在感染或炎症时可以提升到4倍的表达量。通过与弹性蛋白酶结合，A1AT的抗胰蛋白酶活性可以在感染期间保护肺泡中的弹性蛋白，而白细胞产生弹性蛋白酶可以攻击弹性蛋白。A1AT有三个糖基化位点，包括N70、N107和N271，并且A1AT的糖基化改变与NASH HCC相关。

纤维连接蛋白（VTNC），一个52.4 kDa、由459个氨基酸组成的糖蛋白，也称为血清扩散因子，属于plexin家族。糖基化的VTNC有明显的、约75 kDa的分子质量。它由肝细胞产生并分泌到血液中，并存在于细胞外基质中。VTNC被认为是一种细胞粘附分子，参与对组织损伤和修复的响应。在VTNC中发现了三个糖基化位点，分别是N86、N169和N242。Lin等人使用Stepped-HCD-PRM-MS/MS评估了HCC中这些位点糖基化的变化，并表明涉及位点169的双分支唾液酸化糖肽N169_A2G2S2，以及涉及位点242的岩藻糖基化唾液酸化三分支糖肽N242_A3G3F1S3可能是早期HCC诊断的有前途的生物标志物。

总之，蛋白质的糖基化在癌症发展过程中扮演着重要角色。理解肿瘤细胞糖基化的异常改变可以为癌症机制提供更深入的理解，从而提高靶向治疗的效果。因此，我们简要描述了肿瘤细胞中异常N-糖基化的形成，然后介绍了N-糖基化在肿瘤细胞信号传导、代谢和血管生成中的作用。这些知识将为未来的癌症疾病提供有希望的新策略，从而改善临床结果。

几个与临床管理相关的策略尤其令人鼓舞。糖基化蛋白质可能为治疗提供新的生物标志物。糖蛋白上的糖链可以提供比蛋白质本身更多的信息，因此这些表位可以影响靶向蛋白的治疗响应，如EGFR。同时，糖蛋白的糖链表位可能用于肿瘤亚型分类，并为患者提供潜在的治疗手段。

考虑到糖型的多样性，靶向癌细胞表面的特定糖型蛋白是糖基化在治疗中的一个重要方面，这可能作为一种替代手段增加抗肿瘤特异性。同时，糖链-凝集素相互作用参与肿瘤发展，包括癌细胞侵袭、转移和血管生成。因此，通过特定化学物质阻断凝集素-糖链识别是一个有前景的方法，目前正在开发抑制剂。最后，新的癌症生物标志物候选物，如Hp、VTNC、A1AT在早期癌症诊断中显示出了令人鼓舞的的结果。总体，肿瘤糖基化的知识对于我们理解癌症疾病进展至关重要，同时它也有望成为癌症诊断的新生物标志物。