唾液酸类标志物在肿瘤发生发展中的研究进展

别立翰， 房 萌， 陆志成， 高春芳

（1. 上海东方肝胆外科医院实验诊断科，上海 200438；2. 上海中医药大学附属第七人民医院医学检验科，上海 200137）

糖基化是蛋白质翻译后修饰的主要方式，糖链结构的变化与病理生理过程相关。肿瘤发生时，肿瘤微环境中单糖转运途径改变、肿瘤细胞糖基转移酶与糖苷酶的含量和活性等异常，导致了肿瘤细胞表面或肿瘤细胞分泌蛋白糖基化的异常[1]。在肿瘤相关的异常糖基化改变中，唾液酸化异常修饰是具有重要临床意义的糖链异常之一。唾液酸是有9个碳原子骨架结构的羟基化单糖酰化衍生物的总称，有超过50种化合物[2]。唾液酸在20种不同的唾液酸转移酶的催化下，通过糖苷键（α2，3-、α2，6-或α2，8-）结合在蛋白或脂质中糖链末端结构上。催化形成α2，3结构的酶是β-半乳糖苷-α-2，3-唾液酸转移酶（beta-galactoside alpha-2，3-sialyltransferase，ST3Gal）Ⅰ～ST3GalⅥ；催化形成α2，6结构的酶是β-半乳糖苷-α-2，6-唾液酸转移酶（beta-galactoside alpha-2，6-sialyltransferase，ST6GAL）Ⅰ、ST6GalⅡ和 N-乙酰半乳糖胺-α-2，6-唾液酸转移酶（N-acetylgalactosaminide alpha-2，6-sialyltransferase，ST6GalNAc）Ⅰ～ST6GalNAcⅥ；催化形成α2，8结构的酶是α-N-乙酰神经氨酸-α-2，8-唾液酸转移酶（alpha-N-acetyl-neuraminide alpha-2，8-sialyltransferase，ST8Sia）Ⅰ～ST8SiaⅥ[2]。COHEN等[3]根据唾液酸化学修饰的多样性引入了“唾液酸组学”的概念。对唾液酸生物学功能的研究结果显示，异常唾液酸修饰可促进肿瘤的增殖、转移、免疫逃逸和逃避细胞凋亡[4]。本文综述了血清唾液酸类标志物在肿瘤诊断及预后中的价值，以及肿瘤发生时导致肿瘤分泌异常唾液酸化糖蛋白的唾液酸转移酶的研究进展。

1 唾液酸类标志物在肿瘤诊断及预后评估中的价值

1.1 血清总唾液酸在肿瘤中的价值

血清总唾液酸包含少量的游离唾液酸、糖蛋白结合的唾液酸和糖脂结合的唾液酸三大部分。血清中绝大部分唾液酸是与糖蛋白共价结合存在的，这些蛋白质包括各类酶、免疫球蛋白、载脂蛋白、激素、凝血因子以及很多急性时相反应蛋白[5]。

唾液酸的测定方法早期有高碘酸盐-硫代巴比妥酸测定法及间苯二酚比色法，这2种方法易受样本中不饱和脂肪酸、脱氧核糖及其他糖苷的影响，灵敏度较低，影响因素较多[6]。随着技术的发展，酶法测定血清总唾液酸的方法被建立，提高了唾液酸检测的灵敏度及特异性。TESHIMA等[7]和HORIUCHI等[8]建立了不受丙酮酸干扰的血清唾液酸酶法测定体系，目前依然是临床实验室检测血清总唾液酸的主要方法。

不同类型的癌症，如口腔癌、卵巢癌、宫颈癌、白血病、结直肠癌、乳腺癌、肺癌、胃癌、子宫内膜癌患者的血清总唾液酸水平均明显高于健康人（P＜0.05）[9]。TEWARSON等[10]的研究结果显示，不同肿瘤分期的胃癌、乳腺癌、结直肠癌和胆囊癌患者的血清唾液酸水平均明显高于健康人（P＜0.05），并与肿瘤分期相关。这提示血清总唾液酸具有辅助诊断肿瘤和判断预后的价值。然而，在一些良性和炎性病变中，血清总唾液酸水平也会升高，这说明血清总唾液酸对肿瘤缺乏特异性，从而限制了其在肿瘤筛查和早期诊断中的作用[11]。肿瘤患者血清唾液酸水平升高，原因可能是：（1）肿瘤细胞唾液酸转移酶高表达，导致细胞膜蛋白唾液酸化增高及细胞分泌的蛋白唾液酸含量增高；（2）肿瘤相关性炎症导致白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）升高，而IL-6可刺激肝脏合成并释放唾液酸化的急性时相反应蛋白，如α-酸性糖蛋白、纤维蛋白原、补体和转铁蛋白，从而导致血清总唾液酸水平升高[12-13]。

1.2 唾液酸化特定蛋白作为肿瘤标志物的应用价值

用于肿瘤诊断和预后判断的肿瘤标志物大部分是糖蛋白，由于这些肿瘤标志物的敏感性和特异性不足，因此在肿瘤早期诊断中的应用价值有限。随着对蛋白质糖基化了解的不断深入，临床对新型肿瘤标志物的需求推动了基于蛋白质特定糖型的肿瘤标志物的研究。以甲胎蛋白（alpha-fetoprotein，AFP）为例，约有1/3的肝癌患者AFP水平正常，有部分肝病，如肝硬化患者的AFP也会明显升高。在不同疾病的病变过程中，AFP糖基化修饰存在差异。有学者根据与植物凝集素结合活性的差异，发现与小扁豆凝集素有高结合力的甲胎蛋白异质体（alphafetoprotein heterogeneity，AFP-L3）由肝癌细胞产生，具有核心岩藻糖结构。AFP-L3诊断肝癌的敏感性和特异性分别为65.2%和100%[14]。唾液酸修饰与岩藻糖基化修饰在肿瘤发生、发展过程中常明显升高，因此探索唾液酸化糖蛋白作为肿瘤早期诊断标志物的研究成为热点。

前列腺癌是男性常见肿瘤，用于前列腺癌诊断的前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen，PSA）的敏感性（20%）和特异性（93%）均较差，且良性前列腺增生也会导致PSA水平升高[15]。有研究结果显示，前列腺癌患者血清PSA升高不是由PSA表达增多引起的，而是由导管腔结构被破坏导致的。OHYAMA等[15]使用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱分析了PSA特异性序列（Ile-Arg-Asn-Lys）处的N-聚糖修饰的糖链结构，结果显示前列腺癌患者血清游离PSA的N糖链末端α2，3结构唾液酸修饰高于前列腺良性增生患者，经5种凝集素色谱分析发现，α2，3唾液酸化PSA在前列腺癌与前列腺良性增生患者之间的差异有统计学意义（P＜0.05），提示α2，3唾液酸化PSA有早期诊断前列腺癌的潜力。ISHIKAWA等[16]采用微流控系统同时检测血清α2，3唾液酸化PSA和α2，6唾液酸化PSA，α2，3唾液酸化PSA的最低检测限为0.05 ng/mL，变异系数是3.1%；将α2，3唾液酸化PSA与α2，6唾液酸化PSA比值定义为α2，3唾液酸化PSA比值；受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线分析结果显示，α2，3唾液酸化PSA比值诊断前列腺癌的曲线下面积（95%可信区间）为0.834 0（0.755 5～0.912 5），最佳临界值为42.2%，特异性、敏感性、阳性预测值和阴性预测值分别为72.0%、80.0%、75.5%和78.7%。

对肝细胞肝癌早期诊断标志物的研究结果显示，单唾液酸化甲胎蛋白[17]、α2，6唾液酸化触珠蛋白[18]均有潜在的应用价值。血清IgG的唾液酸化修饰在肿瘤发生时也表现异常，结肠癌、胃癌和卵巢癌患者IgG唾液酸化水平降低，多发性骨髓瘤患者IgG唾液酸化水平升高[19]。

1.3 含唾液酸的糖类抗原（carbohydrate antigen，CA）的价值

与肿瘤相关的含唾液酸的CA主要有：CA19-9[又称唾液酸化路易斯-a抗原（sialyl-Lewis a，sLea）]、唾液酸化路易斯-X抗原（sialyl-Lewisx，sLex）和唾液酸化Tn抗原（sialyl Tn，STn）。sLea和sLex是α2，3唾液酸转移酶的催化合成产物，可以与内皮细胞选择素受体结合介导肿瘤细胞黏附转移，如肿瘤组织中sLea和sLex水平升高提示预后不良。血清CA19-9一般作为胰腺癌的诊断或预后标志物，但在其他肿瘤中也会升高，而且在非癌性疾病中也会升高或降低[20]。有学者认为血清CA19-9水平异常可能是机体特殊状态的一种反应性改变，因此CA19-9作为肿瘤标志物的特异性不高[20]。有研究结果显示，乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、胰腺癌、黑色素瘤、腹膜癌和子宫内膜癌患者的血清中含sLex的三天线N-聚糖水平升高[21]。CA125联合sLex检测可显著提升鉴别诊断良性疾病与卵巢癌的效能，sLex在卵巢癌诊断中有作为补充标志物的潜在用途[22]。STn在80%以上的人类癌症中过度表达，如膀胱癌、卵巢癌、结肠癌、乳腺癌和前列腺癌，但在健康组织中很少见到[23]。术前血清STn水平是结肠癌术后预后的预测指标[24]。

2 肿瘤发生过程中相关唾液酸转移酶的改变

2.1 α2，3唾液酸转移酶

ST3GalⅠ、ST3GalⅢ、ST3GalⅣ是催化形成唾液酸化路易斯抗原（sLex、sLea）的关键酶。sLea和sLex可结合血管内皮细胞的E-选择素，介导肿瘤的黏附转移。有研究结果显示，晚期浆液性上皮性卵巢癌组织高表达ST3GalⅠ，大豆皂苷可以抑制透明细胞型上皮性卵巢癌细胞系的α2，3-唾液酸化，并增加E-钙黏蛋白的表达，从而抑制癌细胞的迁移[25]。WU等[26]的研究结果显示，ST3GalⅠ的表达与癌栓、肿瘤大小、淋巴结转移和巴塞罗那临床肝癌分级（Barcelona clinic liver cancer，BCLC）分期相关，ST3GalⅠ高表达提示预后不良。ST3GalⅢ在人乳腺癌细胞系MDA-MB-231中高表达时，细胞表面sLex表达升高，肿瘤细胞与E-选择素结合能力增强[27]。ST3GalⅢ还参与调节侵袭相关分子的表达，包括β1整合素、基质金属蛋白酶和环氧合酶[27]。肿瘤坏死因子可以上调ST3GalⅠ的活性，促进结肠癌细胞表面sLex和sLea的合成，增强细胞的黏附转移能力[28]。在对胰腺癌、胃癌、非小细胞肺癌的研究中均发现ST3Gal Ⅳ高表达介导的sLea和sLex合成增加，肿瘤细胞黏附能力增强[29-31]。

有学者在对乙型肝炎病毒相关肝细胞肝癌转移的研究中发现，肝细胞肝癌组织中乙型肝炎病毒X蛋白（hepatitis B virus X protein，HBx）表达与sLea的特异性合成有关，HBx转基因小鼠肝脏组织中sLea表达量增加，HBx特异性地提升了ST3GalⅢ的转录和活性，促进了sLea表达，提高了肿瘤细胞与血管内皮之间的黏附作用，介导肿瘤转移[32]。

2.2 α2，6唾液酸转移酶

ST6GalⅠ在许多肿瘤，如卵巢癌、胰腺癌、结肠癌、乳腺癌、肝细胞肝癌中上调，且ST6GalⅠ高表达与肿瘤患者预后不良有关[33]。有研究结果显示，高水平的ST6GalⅠ可催化Fas末端唾液酸化，Fas的α2，6唾液酸化通过阻断Fas相关死亡域蛋白与Fas细胞质尾部的结合来抑制Fas诱导结肠癌细胞凋亡的能力；Fas的α2，6唾液酸化还可抑制凋亡信号传导所需的Fas内化[34]。ST6GalⅠ催化形成的α2，6唾液酸修饰可调节肿瘤的血管生成。动物实验结果显示，ST6GalⅠ缺陷型小鼠肿瘤血管内皮细胞表面血小板内皮细胞黏附分子表达降低，导致血小板内皮细胞黏附分子与血管内皮细胞生长因子受体2、整合素β3之间的协同功能受到干扰，进而导致血管内皮细胞凋亡，影响肿瘤生长[35]。有研究结果显示，微小RNA（microRNA，miRNA）-9可以抑制ST6GalⅠ的表达，降低肝癌细胞系的增殖、侵袭能力，提高对肿瘤药物的敏感性[36]。ST6GalⅠ高表达后可使卵巢癌细胞表面表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）α2，6唾液酸化升高，导致EGFR胞质末端酪氨酸激酶磷酸化，在与配体结合时活性增强[37]，进而引起卵巢癌、结肠癌患者对吉非替尼的耐药[37-38]。胃癌细胞高表达ST6GalⅠ后可诱导人类表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER-2）α2，6唾液酸化水平升高，并增加癌细胞的侵袭力；高水平的ST6GalⅠ会使癌细胞增加对曲妥珠单抗诱导的细胞凋亡的抵抗力，并伴有半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶3（cysteine-containing aspartate-specific protease-3，Caspase-3）水平的降低[39]。

结直肠癌患者过表达的ST6GalNAcⅠ通过与半乳糖凝集素3协同激活蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称Akt）途径维持肿瘤干细胞功能，且ST6GalNAcⅠ可催化STn合成[40]。LIU等[41]的研究结果显示，miRNA-135b 和miRNA-182可抑制ST6GalNAcⅡ的表达，提高结直肠癌细胞对5-氟尿嘧啶的敏感性。MUNKLEY等[42]对前列腺癌的研究结果显示，雄激素受体被激活后可通过提高ST6GalNAcⅠ表达来促进STn的合成和细胞黏附。BOS等[43]对乳腺癌脑转移患者的研究结果显示，乳腺癌细胞中ST6GalNAcⅤ的表达增强了癌细胞对脑血管内皮细胞的黏附和通过血脑屏障的能力，说明肿瘤细胞表面糖基化在器官特异性转移中起重要作用。

2.3 α2，8唾液酸转移酶

α2，8唾液酸转移酶可以催化唾液酸以α2，8糖苷键连接到糖链末端的唾液酸上，是合成多聚唾液酸和神经节苷脂的关键酶。多聚唾液酸在胚胎期呈高表达，但在除神经组织以外的健康成人组织中呈低表达[44]。在黑色素瘤、乳腺癌、胶质瘤、肺癌、结肠癌等肿瘤患者中可以检测到多聚唾液酸及其转移酶的高表达，且多聚唾液酸的表达与肿瘤进展和患者不良预后密切相关[44]。小细胞肺癌中ST8SiaⅡ的高表达可引起神经细胞黏附分子的多聚唾液酸修饰，使细胞的侵袭和迁移能力增强[45]。

神经节苷脂是含有唾液酸的鞘糖脂。在正常生理情况下，神经节苷脂在中枢神经系统中高表达，并促进神经系统的发育。有研究结果显示，神经节苷脂可影响肿瘤的发生、发展，其中双唾液酸神经节苷脂（ganglioside with two glycosyl groups，GD2）和三唾液酸神经节苷脂（ganglioside with three glycosyl groups，GD3）是2种非常重要的神经节苷脂，GD2可作为多种肿瘤干细胞的标志物，GD3可促进肿瘤细胞的黏附和侵袭[46]。ST8SiaⅠ过表达并催化合成的GD2是“三阴性”乳腺癌中乳腺癌干细胞（breast cancer stem cell，BCSC）的标志物[47]。有研究结果显示，ST8SiaⅠ可调节GD2阳性BCSC中黏附斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）-Akt-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路的激活，敲除乳腺癌细胞中的ST8SiaⅠ可以完全阻断细胞的体内生长和转移[47]。雌二醇通过阻止核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）的p50和p65亚基进入细胞核来抑制NF-κB与ST8SiaⅠ核心启动子的结合，进而抑制内源性ST8SiaⅠ mRNA表达；由于缺乏雌二醇的信号传导，雌激素受体阴性乳腺癌细胞中NF-κB途径的激活可导致ST8SiaⅠ过表达[48]。

3 总结与展望

唾液酸转移酶基因的异常表达引起的肿瘤细胞合成蛋白质唾液酸修饰的改变，影响了肿瘤细胞内各信号通路的激活和肿瘤细胞与血管内皮细胞、免疫细胞间的相互作用，赋予了肿瘤细胞的恶性生物学特性。近年来，随着质谱、毛细管电泳、高效液相色谱和微流控等技术在蛋白质糖谱分析领域的发展，基于特征性糖链结构的新型肿瘤标志物不断被发现。进一步探索唾液酸化在肿瘤发生、发展中的作用，将有助于肿瘤的早期诊断和治疗。