西北大学关锋团队：NCAM及多聚唾液酸修饰的NCAM通过不同的信号通路影响乳腺上皮细胞的生物学行为

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神经细胞黏附分子（NCAM）是一种常见的哺乳动物细胞表面糖蛋白，也是多聚唾液酸（PolySia）的主要底物。PolySia-NCAM在多种癌症中有表达，但在正常人组织中很少见。PolySia-NCAM在上皮-间质转化（EMT）过程中的功能尚不清楚。最近，西北大学生命科学学院关锋团队发现NCAM和多聚唾液酸化修饰的NCAM，通过不同的信号通路影响乳腺上皮细胞的行为。在经历EMT的正常乳腺上皮细胞中，两者表达均上调，NCAM-140过表达诱导乳腺上皮细胞发生EMT，并通过激活β-catenin/slug信号通路促进细胞增殖和迁移；PolySia-NCAM通过激活EGFR/STAT3通路调节细胞黏附并提高细胞运动能力。2024年10月17日，该团队在Acta Biochimica et Biophysica Sinica期刊在线发表题为“NCAM and attached polysialic acid affect behaviors of breast epithelial cells through differential signaling pathways”的研究论文。

通过PCR和RT-PCR评估了24例临床乳腺癌组织样本中NCAM的mRNA水平。乳腺癌组织中NCAM的表达高于邻近的癌旁组织（图1A、B）。免疫组化染色显示乳腺癌组织中存在阳性NCAM信号，而癌旁组织中NCAM的表达较少（图1C）。在Kaplan-Meier生存评价中，NCAM高表达的乳腺癌患者平均生存时间较NCAM低表达的患者更短（图1D），表明NCAM在乳腺癌的肿瘤发生和进展中起着重要作用。

图1. 在临床乳腺组织样本中NCAM的表达变化

利用TGF-β1诱导MCF10A和NMuMG细胞体外EMT模型。在发生EMT过程的细胞中，几种NCAM亚型的mRNA水平上调（图2A），但免疫印迹显示只有NCAM-140的蛋白水平上调，NCAM-120和NCAM-180的蛋白水平未发生明显变化（图2B）。NCAM可以通过多聚唾液酸转移酶ST8SiaII和ST8SiaIV形成多聚唾液酸化修饰，在EMT过程中ST8SiaII的水平增加，而ST8SiaIV的水平降低（图2C），同时，polySia-NCAM的表达也上调（图2D），说明NCAM-140和多聚唾液酸化NCAM的上调与EMT过程相关。

图2. 细胞发生EMT过程中NCAM-140和PolySia-NCAM的异常表达

在细胞中稳定转染NCAM-120（NG/120）和NCAM-140（NG/140）（图3A），与对照组细胞（NG或NG3.1）相比，NG/140细胞几乎完全失去了E-cad蛋白的表达，而FN的表达显著增加（图3A、B），细胞增殖和迁移能力显著增强（图3C-E）。但NG/140的运动能力未发生显著变化（图3F）。NCAM-140的过表达促进了细胞的间质化特征，使细胞的增殖和迁移能力提高。

图3.  NCAM-140过表达诱导细胞发生EMT

在细胞中稳定转染ST8SiaII基因，得到NG/ST8SiaII细胞。Western blot分析显示NG/ST8SiaII细胞中polySia-NCAM的水平升高（图4A），且细胞的运动能力增强（图4C），而NG/140细胞的增殖能力（图4B）和迁移能力显著提高（图4D、E），表明细胞迁移和增殖能力受NCAM-140的影响，但不受polySia-NCAM的调控。NG/ST8SiaII细胞对IV型胶原和Matrigel的黏附减少，而NG/140细胞对层粘连蛋白的黏附减少，对纤维连接蛋白的黏附增加（图4F）。说明polySia-NCAM和NCAM-140对细胞与不同胞外基质成分的黏附作用存在不同影响。

图4. Polysia-NCAM 和NCAM-140 对细胞行为的影响

用TGF-β1诱导细胞发生EMT，NG/ST8SiaII细胞中的EGFR（tEGFR）水平显著提高，但对β-catenin的表达没有影响（图5A）。在经历EMT的NG/ST8SiaII细胞中，EGFR和STAT3的磷酸化水平上调（图5B），表明polySia-NCAM激活了EGFR/STAT3信号通路，而在NG/140细胞中未观察到这样的变化。在细胞中加入ST8SiaII抑制剂，所有细胞中的磷酸化EGFR和STAT3水平均下调（图5C）。表明polySia-NCAM参与了EGFR/STAT3信号通路的激活。

β-catenin在NG/140细胞核中的表达增加，而在NG/ST8SiaII细胞核中的表达减少（图6A）。NCAM-140可能促使β-catenin从胞质转移到细胞核，而转移过程被过表达ST8SiaII所抑制。β-catenin的转录在NG/140细胞中增强，但在NG/ST8SiaII细胞中减少（图6B）。β-catenin靶基因（axin 2、c-myc、CCND1）的表达在NG/140中也显著上调（图6C）。CK1α在NG/140细胞中的水平显著降低，而GSK-3β在NG/ST8SiaII细胞中增加，表明在NG/140细胞中CK1α的下调阻止了β-catenin的降解，而在NG/ST8SiaII细胞中GSK-3β的上调促进了β-catenin的降解（图6C、D）。

图6. NCAM-140调控β-catenin/slug信号通路

NCAM及Polysia-NCAM通过不同的信号通路影响乳腺上皮细胞的行为，NCAM-140过表达促进β-catenin向细胞核的转移，从而上调β-catenin下游靶基因的表达，促进细胞的增殖和迁移。而多聚唾液酸化修饰的NCAM能够激活EGFR/STAT3信号通路，抑制了细胞对IV型胶原和Matrigel的黏附，并增强细胞运动能力。PolySia修饰对于NCAM的功能具有重要调控作用。

NCAM and attached polysialic acid affect behaviors of breast epithelial cells through differential signaling pathways

Yurong Wu¹, Juhong Yang¹, Xin Wang², Jia Guo³, Zengqi Tan⁴, Feng Guan¹, Lin Cao^4,*

¹Provincial Key Laboratory of Biotechnology, Joint International Research Laboratory of Glycobiology and Medicinal Chemistry, College of Life Sciences, Northwest University, Xi’an 710069, China, ²Shandong University of Arts, Ji’nan 250300, China, ³Institute of Biomedical Engineering and Health Sciences, Changzhou University, Changzhou 213164, China, and ⁴Provincial Key Laboratory of Biotechnology, Joint International Research Laboratory of Glycobiology and Medicinal Chemistry, School of Medicine, Northwest University, Xi’an 710069, China

作者简介

关锋，教授，博士生导师，西北大学生命科学学院副院长，现任中国生物工程学会糖生物工程专业委员会副主任，陕西省生物技术与生化工程重点实验室主任，陕西重点科技创新团队负责人。长期从事肿瘤糖生物学与外泌体研究，在PNAS，Leukemia，JEV等期刊发表论文80余篇，获张树政糖科学-优秀青年奖、陕西省高校优秀学术成果一等奖、陕西高层次人才计划、陕西省杰出青年等奖励与荣誉称号。

曹琳，西北大学医学院，理学博士，工程师。从事肿瘤糖生物学相关研究，主要研究方向为糖基化修饰在乳腺疾病进程中的调控机制研究。以第一作者/通讯作者发表SCI论文8篇，主持国家自然科学基金青年基金1项，主持陕西省自然科学基金1项。