肿瘤聚糖新药研发瞄准聚糖形成

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美国加州大学伯克利分校化学系与劳伦斯·伯克利国家实验室材料科学部Da-nielleH.Dube与分子和细胞生物学系的Carolyn R.Bertozzi等人日前发表论文，阐述了抗肿瘤聚糖类新药的研发策略。
■化学标记聚糖可成为新药开发靶标
该论文指出，根据最新的研究成果，抗肿瘤聚糖类新药的研发可以通过无创性测定或显踪来进行化学标记体内聚糖，从而将其作为新药发挥作用的靶标。
科研人员在研究中发现，采用探针能够标记机体的细胞表面聚糖。在代谢性低聚糖工程的研究中，已经可做到携带生物直角功能基团的人工糖经代谢引入到细胞的聚糖中。这种技术现在已经适用于携带叠氮基团的细胞表面聚糖的显示。在该系列研究中所涉及到的叠氮化物对生物系统不是内生的，对生物成分没有活性，但是能与另外的生物直角功能基团磷化氢以选择性的方式起反应。
在实验中，研究人员发现含有叠氮化物的唾液酸残基（SiaNAz）可以经代谢作用结合到实验小白鼠的膜复合糖中，这些实验鼠接受了叠氮糖前体N-乙酰甘露糖胺酸（ManNAz）的治疗。因为已知癌细胞过度表达唾液酸，并且比正常细胞有更高的代谢活性，这些细胞有很高数量的SiaNAz结合其细胞表面的聚糖。叠氮化物改变的癌细胞与磷化氢复合成像探针之间发生的反应，可用于无创的诊断技术（如磁共振成像）区别癌组织与周围的健康组织。
研究还发现，叠氮化物可以作为体内聚糖表达的报告剂。推而广之，如果生物合成酶能耐受叠氮底物的话，任何糖在代谢上都可采用叠氮化物标记。
■糖基化抑制剂成为研发热点
这两位研究人员在其论文中指出，在肿瘤聚糖新药研发中，一个重要前提是，基于防止癌症聚糖形成或者阻碍其下游相互作用的药物开发策略可能只有在这些聚糖的功能与病变有关时才有效。
但目前学术界的研究显示，尽管不断增加的临床证据提示糖基化改变与预后差之间相关，但是特殊的聚糖在既定肿瘤生物学中的作用还有待进一步研究。其中的原因很复杂，复杂性包括糖基化的微观不均一性以及除了与恶变有关外，影响糖基化还有很多因素。在许多情形中，糖类与恶性功能之间的因果关系目前并不十分清楚。目前学术界提出的假设有通过聚糖外壳的免疫耐受使肿瘤细胞受到保护，以及通过聚糖介导的黏附到远处促进肿瘤细胞转移等。但是，在一些情形中，这种因果关系是清楚的——某些聚糖结构（例如1，6GlcNA分支与sLe）与致癌信号转化和转移有关。
日前所进行的一些研究评价了影响肿瘤相关聚糖的一些确定性因素。在每一个研究中，研究人员选择糖基化方式不同的细胞，并对其生理行为进行了比较。在研究中采用糖基化抑制剂或者糖苷酶来处理细胞，或者用其它方法改变细胞的糖基转移酶表达，目的是使细胞聚糖在结构上发生变化。
综合目前的研究成果，发现主要有三个因素使细胞聚糖在结构上发生变化。
第一个因素是唾液酸影响肿瘤转移的程度。在研究中是利用外源凝结素选择细胞，来改变细胞表面的聚糖结构。所用的外源凝结素是麦芽凝集素（WGA），它是一种细胞毒性的植物凝结素，能结合到唾液酸或GlcNAc残基，用于选择耐WGA的B16黑素瘤细胞。相对于父母系的B16细胞株，这些耐WGA的细胞显示细胞表面的唾液酸化和转移活性降低。该结果提示了唾液酸在促进转移中的作用。在美国学者Tokuyama和合作者进行的实验中唾液酸的作用得到进一步支持。他们采用唾液酸酶（一种能将唾液酸残基从聚糖中移出的酶）稳定地转染B16黑素瘤细胞，结果清楚的显示了唾液酸残基在肿瘤转移中的作用。在实验鼠模型中，与父母系的细胞株相比，这些转染的细胞显示出肺克隆明显降低。
第二个因素是经过N-链聚糖转换后细胞的1,6GlcNAc分支增加。N-链聚糖的1,6GlcNAc分支在癌症中的作用在以前曾进行了广泛的研究。美国学者Demetriou等人通过采用GlcNAc-TV转染肺上皮细胞株（Mv1Lu）显示了分支1,6GlcNAc残基在细胞恶变中的作用——这种糖基化转移酶能结合在N-链聚糖残基上。
GlcNAc-TV转染的细胞在小白鼠中形成了实体瘤，而未转染的细胞则没有。此外，转染的细胞显示在培养中生长的接触抑制丧失和运动性增加。这些数据提供了有力的证据，表明这种酶的上调可诱导恶变。与这一假设一致，小白鼠中GlcNAc-TV的分裂能减少恶变。与之有关的系列研究表明，1,6-GlcNAc分支促进了肿瘤形成。
第三个因素是sLex-选择素相互作用可促进肿瘤转移。肿瘤转移是通过肿瘤细胞与血液中的血小板或远处的内皮细胞之间的黏附推进的。发动这种黏附的受体-配基结合相互作用的一个例子就涉及选择素。这些选择素结合到肿瘤上就能表达sLex，据研究人员认为这个机制与肿瘤细胞移动到远处细胞有关。
用理论来指导实践。如果糖基化异常与恶变之间有功能关联，那么阻断癌症相关聚糖的形成或其下游的相互作用的治疗对阻碍肿瘤进展应该有效。基于这个想法，用于治疗癌症的许多糖基化抑制剂和受体抑制剂目前正在制药公司开发计划中，例如GlycoDesign公司的GD39，牛津Glycoscience公司的OG719和GlycoGenesys公司的GCS-100等。