阻断癌症转移: 半乳糖凝集素-3拮抗剂

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    癌症转移，细胞由原发肿瘤扩散到远端位点以及它们在那里的生长是癌症最可怕的方面。尽管在早期诊断，外科手术技术，常规患者护理，和局部以及全身辅助治疗中有显著的改善，但对患转移性疾病的患者仅有极少的治疗方法。
    肿瘤细胞的转移过程需要细胞与原发肿瘤分离，侵入基底膜， 自肿癌细胞栓子穿过血流，与靶器官的血管内皮细胞相互作用，渗出且增殖形成继发肿瘤集落。转移过程在图1中详细说明(野崎正子):

                                                    图1 肿瘤细胞的转移过程



     单一的肿瘤细胞不可能形成转移瘤，它们必须通过粘合、聚集，并形成菌落才可能发展。癌症细胞通过粘附分子，将它们聚集在一起。这些粘附分子就像魔术贴一样粘在癌症细胞的表面，任其（癌症细胞）相互附着 (Raz 1987)。
    一般认为转移的级联过程之多个阶段包含由如糖结合蛋白的细胞表面成分介导的细胞间相互作用，所说的糖结合蛋白包括如A.Raz，R.Lotan,癌症转移回顾，6,433 (1987); 和H.J.Gabius，生物化学生物物理学报1071,1(1991)所述的半乳糖苷结合的凝集(galectins)。
    半乳糖凝集素-3(Gal-3)是一种半乳糖结合蛋白,是Glectin家族中唯一具有嵌合结构的成员。半乳糖凝集素-3 (Gal-3)在正常细胞中分布广泛,它主要分布在胞浆，亦可易位于近核膜、胞核，并可通过非经典途径被分泌于细胞表面或细胞间隙。半乳凝素亦广泛分布于肿瘤组织中，如单核细胞和巨噬细胞、正常胃黏膜及胃癌、结肠黏膜及结肠癌、乳腺上皮及乳腺癌、前列腺及前列腺癌、间变型大细胞淋巴瘤、甲状腺癌、卵巢癌及黑色素瘤等。在甲状腺癌、头颈部鳞状上皮癌及胃癌中，半乳凝素-3的表达同其肿瘤的侵袭和转移密切相关。
半乳糖凝集素-3可与细胞表面糖基化的CD98结合促使整合素在细胞表面聚集成簇，间接增强整合素与其配体的亲和力;也能直接结合整合素α1β1和CD11b／18，正性或负性调节整合素的活性，影响整合素与细胞外配体的结合(Hughes R C．2001)。半乳糖凝集素-3还可以增加整合素在细胞表面的表达，并促进胶原在细胞间隔的分泌。由于半乳糖凝集素-3对多聚糖有亲和力，它也可以直接结合糖基化的细胞外基质成分，包括成黏连蛋白、纤维蛋白、黏蛋白和Mac-2结合蛋白等，介导细胞与基质的黏附(Khaldoyanidi S K，Glinsky V V，Sikoral.et al,2003)。
    此外, Gal-3还参与肿瘤介导的血管形成。半乳糖凝集素-3在体外刺激脐静脉内皮细胞形成毛细管，并且对其移动有趋化作用；在体内促进新生血管的形成(Nangia Makker P. Honjo Y,Sarvis R, et al.2000)。
    在肿瘤转移过程中,半乳糖凝集素-3的表达增多，并分布于整个细胞表面，增强肿瘤细胞与基底膜和基质的黏附，促进肿瘤细胞向基底膜和基质浸润。半乳糖凝集素-3表达增强使某些肿瘤的迁徙能力增强。半乳糖凝集素-3介导的肿瘤细胞间的同型聚集有助于肿瘤细胞形成癌栓，抵抗免疫细胞的杀伤作用。外源性的半乳糖凝集素-3与T细胞表面的糖蛋白结合，直接介导T细胞的死亡。半乳糖凝集素-3介导肿瘤细胞与血管内皮的异型黏附，促使转移的肿瘤细胞在靶器官微血管着床。半乳糖凝集素-3介导的新生血管形成则为肿瘤细胞的增殖提供了营养支持。
    血液中循环的肿瘤细胞同样通过附著粘附分子半乳糖凝集素-3吸附在血管内壁 (Yu 2007)。吸附在血管内壁的循环肿瘤细胞（CTC）是肿瘤转移过程中一个重要环节。癌细胞如果不能吸附在血管内壁上，就只能继续徘徊在血流中而无法形成转移。这些无法吸附在血管内壁上的循环肿瘤细胞会变得像“没有港口的船舶，无法停靠，”最终被血液循环中的白血细胞发现并予以摧毁。如果循环肿瘤细胞（CTC）顺利吸附于血管内壁并转入血管基底膜降解，它们将通过半乳糖凝集素-3粘附靶向器官形成新的转移癌(Raz 1987)。
    癌症从原位生长到肝转移形成的过程包括原发肿瘤扩展浸润，肿瘤细胞脱落、黏附、聚集和继发生长侵袭，其中肿瘤细胞间相互聚集形成癌栓及与血管内皮、基底膜的黏附锚定是转移形成的关键环节，该过程主要涉及细胞表面多种糖类复合物调节因子，包括选择素、整合素和凝集素。半乳糖凝集素-3 能直接介导血液中肿瘤细胞再聚集、肿瘤细胞与基质间的识别和黏附。已证实多种高转移性肿瘤细胞均能高表达半乳糖凝集素-3，并在原发肿瘤和转移瘤病灶中均能检测到半乳糖凝集素-3高表达，其表达增加与肿瘤的生长、转移呈正相关:
  •  半乳糖凝集素-3在结直肠癌细胞中的表达较正常结直肠上皮高，其表达的增加与结直肠癌的转移和疾病进展呈正相关。半乳糖凝集素-3可与结直肠癌细胞分泌的结肠癌黏蛋白和Mac-2结合蛋白相互作用，促进肿瘤转移(Ulmer T A, Keeler V.Loh L, et al, 2006)。
•  应用免疫组化检测86例胃癌标本，半乳糖凝集素-3表达阳性  占84%,癌组织半乳糖凝集素-3的表达较癌旁胃组织明显增高(Miyazaki J, Hokari R, Kato S. et al, 2002)。
•  应用RT—PCR检测35例胃癌患者的手术标本，发现肿瘤的原发灶、转移淋巴结、腹膜转移灶半乳糖凝集素-3mRAN的表达较癌旁组织明显增高(Yang Z M, W u X T．He T.et al,.200)。
•  应用Galectiw3启动子结构和HBV—X蛋白表达型载体共转染肝  细胞可诱导半乳糖凝集素-3表达。应用cDNA微点阵列检测人肝癌细胞发现，半乳糖凝集素-3基因表达上调(Chung E J, Sung Y K, Farooq M, et al., 2002)。
•  Matos等应用免疫组化方法检测甲状腺样本半乳糖凝集素-3的表达，发现半乳糖凝集素-3在84例乳头状癌组织和38例滤泡状癌组织中的表达率分别占72.6% 和21%,而在非肿瘤组织中的表达几乎为阴性(de Matos P S．Ferreira A P.de Oliveira Facurl F．et al．2005)
•  半乳糖凝集素-3在非小细胞肺癌中的表达率较小细胞肺癌的高(47例非小细胞肺癌标本中有42例表达半乳糖凝集素-3,而18例小细胞肺癌标本中只有5例呈弱表达(Buttery R．M onaghan H．Salter DM．et al.,2004)。应用免疫组化方法分析165例肺腺癌标本和121例肺鳞癌标本的表达，发现半乳糖凝集素-3在绝大部分标本中表达，腺癌胞质染色强度比鳞癌的明显强(Mathieu A．Saal I．Vuckovic A，et al,.2005)。
    半乳糖凝集素-3在多种高转移性肿瘤细胞的高表达，以及在原发肿瘤和转移瘤病灶中的高表达使其成为肿瘤治疗的靶点-可通过封闭或阻断Gal-3 介导的黏附聚集作用达到治疗和控制肿瘤转移的目。但是,半乳糖凝集素-3的治疗性配体中化学修饰糖类半乳糖凝集素-3的天然内源性配体亲和力很低，极性过强不适合作为药物使用，其结构中对酸敏感的糖苷键降低了其物理稳定性。
Raz的研究组对果胶（Pectin）进行化学处理后得到分子量较低、主要为直线性结构且水溶性良好的低分子柑桔果胶(MCP)，并证明其与半乳糖凝集素-3结合进而抑制肿瘤生长。低分子柑桔果胶(MCP)富含半乳糖残基，能够与半乳糖等结合凝集素- 3 的糖结合功能区结合，阻止癌症细胞之间的相互聚集，使它们不能形成群体。同时MCP阻止正常细胞与癌症细胞之间的粘附侵润。如果癌症细胞被剥夺了它们自己的粘附能力，没有生长的条件, 它们就更容易被免疫系统清除。低分子柑桔果胶(MCP)的发现开创了新的癌症治疗线索，即不杀死肿瘤细胞而是抑制或阻断肿瘤相关分子的功能(图 2) 。

(图 2) MCP阻断肿瘤相关分子的功能



    低分子柑桔果胶（MCP）抑制癌症细胞粘附的机制是通过通过封闭阻断肿瘤细胞表面半乳糖凝集素-3 介导的细胞聚集、黏附作用，从而防止癌细胞从粘在一起并形成一个集群。低分子柑桔果胶也能抑制肿瘤细胞从血管内壁上的闭锁循环。在一个实验中，低分子柑桔果胶(MCP)封锁了惊人的95％的半乳糖凝集素-3的血管内壁的附着力。低分子柑桔果胶也基本上乳腺癌细胞的粘附性下降到血管壁。
    低分子柑桔果胶的复杂寡聚糖单元通过与半乳糖凝集素-3的CRD作用，干预半乳糖凝集素-3与细胞表面特异受体的结合，抑制肿瘤的转移。将低分子柑桔果胶(MCP)处理的鼠黑素瘤细胞B16 F1注射入小鼠，肺转移发生率显著降低。注射前列腺癌细胞系MATLyLu的哥本哈根大鼠El服低分子柑桔果胶(MCP)后，自发性肺转移减少，且二者呈剂量依赖关系。Hsieh和Wu在最近的研究中报道，用低分子柑桔果胶(MCP)处理培养的前列腺JCA-1细胞导致细胞生长减缓，胸(腺嘧啶脱氧核)苷掺入DNA减少，且cyclin B、nm23、p34下调。体外实验证明，低分子柑桔果胶(MCP)具有抑制肿瘤细胞的同型聚集作用，能抑制肿瘤血管生成和肿瘤细胞与内皮细胞的黏附。肝磷脂存在时，低分子柑桔果胶(MCP)可阻断一种血管新生相关蛋白质，即碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)与其受体FGFR的结合。每日口服低分子柑桔果胶(MCP)可减缓Balb／c小鼠种植colom-25肿瘤的生长，定食低分子柑桔果胶(MCP)可减缓小鼠肌肉内移植肿瘤的生长。毒性研究显示，裸鼠服用低分子柑桔果胶(MCP)后健康状况良好，提示低分子柑桔果胶(MCP)具有良好的治疗效果而无严重的副作用。
    MCP以及抗-半乳糖等结合凝集素- 3 抗体可能作为-仍未识别的糖共聚物生长因子的桔抗剂起作用，该生长因子与半乳糖菁结合凝集素- 3 相互作用，在空间上阻碍已知生长因子靠近膜受体。
    低分子柑桔果胶(MCP)具有抑制肿瘤细胞同型聚集作用和抑制肿瘤细胞与内皮细胞、组织基质黏附的作用。动物实验也证明，口服MCP可抑制鼠前列腺癌和人乳腺癌、黑色素瘤的自发转移。口服后MCP分子显示出可吸收入血且与对于继发肿瘤细胞集落成功的形成之必需的肿瘤细胞表面半乳糖等结合凝集素天然配体进行竞争。实验表明,似乎MCP的作用发生在转移的早期阶段,可能抑制了肿瘤细胞栓子的形成以及抑制了癌细胞与靶器官内皮细胞相互作用，而不是在后期的过程如转移细胞的生长，因为MCP对MLL原发肿瘤生长或血管生成无作用。
    低分子柑桔果胶可作为半乳糖凝集素-3的一个高亲和力配体，对体内半乳糖凝集素-3 配体有竞争性抑制作用。当低分子柑桔果胶达到一定浓度时，肿瘤细胞表面半乳糖凝集素-3几乎被低分子柑桔果胶结合封闭，从而阻断细胞间的相互识别和聚集。另外MCP 也可通过完全封闭半乳糖凝集素-3位点以阻止肿瘤细胞从血管获取营养，对肿瘤生长有一定的抑制作用。体外实验证实，低分子柑桔果胶(MCP) 具有抑制肿瘤细胞同型聚集作用和抑制肿瘤细胞与内皮细胞、组织基质黏附的作用。动物实验也证明，口服低分子柑桔果胶(MCP)可抑制鼠前列腺癌和人乳腺癌、黑色素瘤的自发转移。
    在动物研究中这些激动人心的发现后， MCP随后被用于临床人体测试。在这项试验中，10名男性前列腺癌复发患者服用定量MCP。一年后，7人癌症转移的发展有很大的改进 (Guess 2003)。
    这项临床后的另一新的研究中，49名不同期前列腺癌患者被给于定量的MCP，4周为一周期。经过两个周期的治疗（两个月），22％的患者的病情获得了稳定，生活质量有了提高。该研究的组织者由此得出结论：“ MCP 对癌症患者，尤其是那些晚期实体肿瘤患者的临床获益和生活质量的提升均有积极的影响”(Jackson 2007)。
    在过去的近二十年中，大量的同行研究和临床评审显示，低分子柑桔果胶（MCP）被证实具有显著拮抗半乳糖凝集素-3的效果。MCP 作为一种来源于天然植物成分、高效低毒的药物，为手术治疗转移和其他恶性肿瘤转移开辟了新的方向。作为半乳糖凝集素-3的治疗性配体，低分子柑桔果胶(MCP)已获得各主要肿瘤研究和临床机构的认可，并已广泛用于控制肿瘤转移的辅助治疗中。

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