SCIENCE聚糖CA199促进小

本期遗传学与整合组学课题组为大家带来的是年六月发表在SCIENCE的‘TheglycanCA19-9promotespancreatitisandpancreaticcancerinmice’一文，描述CA19-9在小鼠胰腺癌中的影响的研究。

糖基化改变是组织炎症和肿瘤形成的标志，但这些改变是否有助于疾病的发病机制在很大程度上尚不清楚。胰腺炎是一种痛苦的、复发性的、偶尔致命的医学疾病，治疗选择有限。研究表明急性和慢性胰腺炎的发病率正在上升。高达20%的患者会出现严重的组织损伤，并且会死于多器官系统衰竭或患有反复发作的疾病，并且胰腺炎还有发展为癌症的风险。在10-30%的胰腺炎患者和70％的胰腺癌患者以及患有其他胃肠疾病的患者的血清中发现聚糖碳水化合物抗原19-9（CA19-9）。

为了研究聚糖变化在胰腺疾病中的作用，我们在小鼠中诱导表达人岩藻糖基转移酶3和β1，3-半乳糖基转移酶5，重建聚糖唾液酸-Lewisa，也称为碳水化合物抗原19-9（CA19-9）。值得注意的是，CA19-9在小鼠中的表达导致快速严重的胰腺炎以及伴随着表皮生长因子受体（EGFR）信号过度激活。从机理上讲，细胞基质蛋白纤维蛋白-3的CA19-9修饰增加了其与EGFR的相互作用，并且纤维蛋白-3、EGFR配体和CA19-9的阻断防止了EGFR在器官样细胞中的超活化。CA19-9介导的胰腺炎是可逆的，可以用CA19-9抗体抑制。CA19-9还与KrasG12D癌基因合作产生侵袭性胰腺癌。这些发现表明CA19-9与胰腺炎和胰腺癌的病因学有关，并指定CA19-9为治疗靶点。

在小鼠胰腺癌PDAC细胞中的CA19-9的升高和调节。为了在小鼠细胞中表达CA19-9，我们用人FUT3转导小鼠PDAC细胞。仅表达FUT3不足以产生CA19-9，但在去除啮齿动物而非人类中存在的末端半乳糖部分后，确实导致Lewisx抗原水平增加（图1A）。相关Lewisx表位的产生表明前体底物的重编程对于胰腺导管细胞中CA19-9的产生是必要的。β1，3-半乳糖基转移酶5（β3GALT5）是生产I型链前体所必需的，其用作Lewisa修饰的前体（图S1A）。因此，小鼠PDAC细胞中FUT3和β3GALT5的表达导致CA19-9的细胞表面表达，其水平相当于在人癌细胞系（COLO，SUITE2）中观察到的水平（图1B）。我们比较了小鼠和人CA19-9蛋白载体，发现平均72.3%（95%置信区间60.3-84.3%；n=3）在所有三种人PDAC细胞系中鉴定的CA19-9修饰蛋白也在工程鼠PDAC细胞系中发现（图1C）。

图1FUT3和β3GALT5表达使CA19-9在小鼠癌细胞中产生

小鼠CA19-9升高导致急性和慢性胰腺炎。接下来，我们建立了一个可诱导CA19-9表达的小鼠模型，以研究这种多糖在胰腺疾病发病机制中的作用。使用PDX1-Cre（C），我们将转基因的表达限制在胰腺、十二指肠和胆管。Cre介导的LoxP-stop（LSL）盒切除使得ROSA26基因座（RLSL）中来自CAGS启动子的反向四环素控制的反式激活子3和mKate2能够普遍表达。在饮食中加入多西环素（Dox）激活反向四环素控制的反式激活剂，使FUT3、β3GALT5和绿色荧光蛋白（eGFP）从COLA1基因座（F）的四环素应答元件启动子中表达增强。此外，我们切除了R等位基因中的LSL盒，以产生具有Dox诱导的、全身CA19-9表达的动物（R；F）。C；RLSL；F和R；F小鼠经Dox处理表现出胰腺炎的组织学体征，包括间质性水肿、淋巴细胞浸润和胶原沉积（图2A）。在经Dox处理和未经处理的模型及其同窝对照中，所有其他非胰腺组织均表现为组织学正常。在Dox治疗28天后，小鼠从急性胰腺炎发展为慢性胰腺炎，这由腺泡萎缩、化生导管病变积聚和持续性纤维炎性疾病的临床组织病理学特征所证明。胰腺炎在两个模型中都是高度渗透的（图2B）。两种模型都显示循环中CA19-9水平升高（图2D）。总之，这些数据表明CA19-9升高是慢性胰腺炎的共同特征，并且CA19-9表达在CA19-9小鼠模型和人类患者之间是相似的。

图2CA19-9表达促进小鼠胰腺炎

CA19-9表达导致表皮生长因子受体信号过度激活。为了确定在小鼠中观察到的胰腺炎表型的分子机制，我们将研究重点放在了C；RLSL；F模型。其他研究人员已经证实表皮生长因子受体（EGFR）信号传导对于诱导胰腺炎是必要和充分的，并且对于小鼠胰腺癌的发生是重要的。因此，我们发现在Dox处理后的C；RLSL；F小鼠中酪氨酸磷酸化和活化的EGFR蛋白水平在胰腺导管中显著升高（图3A）。我们进一步探索了细胞外基质受体相互作用、ERBB、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和AKT信号通路的富集（图3B）。C；RLSL；F小鼠导致EGFR磷酸化水平升高（Y和Y）和总EGFR减少，表明通过该途径的流量更（图3C）。磷酸化EGFR的增加伴随着FAK（Y）、AKT和细胞外信号调节激酶1和2（ERK1/2）磷酸化的增加（图3C）。为了研究EGFR的CA19-9依赖性激活是否归因于可溶性配体，我们评估了表达CA19-9的类器官的条件培养基，发现Dox处理后鼠导管器官中的EGFR磷酸化增加（图3D-F）。通过添加EGFR-Fc减弱了这种活性，进一步支持了一种或多种EGFR配体的存在（图3D，F）。向CA19-9添加NS19-9也足以阻断EGFR磷酸化（图3D，G）。

图3CA19-9表达激活EGFR信号

通过IP-MS鉴定了C；RLSL；F的EGFR相互作用蛋白（图4A）。我们观察到在C；RLSL；F中FBLN3水平升高（图4A）。FBLN3是一种分泌的具有五个EGF类结构域的基质细胞糖蛋白，已被认为是EGFR的配体。此外，我们使用两种不同的CA19-9单克隆抗体克隆进行了CA19-9IP-MS鉴定，并将FBLN3鉴定为分泌的，经CA19-9修饰的蛋白（图4B）。通过免疫沉淀与PDAC细胞裂解物中的EGFR共沉淀分离的分泌的FLAG-FBLN3，与FBLN3与EGFR的缔合相一致（图4C）。为了确定在CA19-9表达后是否需要FBLN3激活EGFR途径，使用了多种FBLN3short-hairpinRNA（shRNA）载体，利用它们显示并防止了C；RLSL；F类器官中的EGFR磷酸化和下游途径的激活（图4D，E）。

图4CA19-9修饰的纤维蛋白-3激活EGFR

CA19-9作为胰腺炎治疗靶标。在预防急性胰腺炎的过程中，两种针对CA19-9的抗体均可减少体内的导管化和纤维化（图5A）。此外，观察到淀粉酶和脂肪酶向循环中的释放减少和EGFR过度活化减少（图5B，C）。在现有急性胰腺炎的治疗中，我们发现5B1显着降低了分泌淀粉酶进入循环，胰腺组织学适度正常化。CA19-9抗体治疗急性胰腺炎还可以降低导管腔和腺泡腔室中磷酸化EGFR的水平，并减少巨噬细胞的募集。这些数据表明，CA19-9在疾病的发病机理和维持中发挥着作用。

图5CA19-9作为胰腺炎的治疗靶标

由CA19-9介导的胰腺炎加速了胰腺肿瘤发生。CA19-9表达显着加速胰腺癌致死率相对于未治疗的小鼠和对照组（图6A）。当用Dox治疗时，K；C；RLSL；F小鼠迅速死于原发性和转移性胰腺癌，生存期为天，而K；C对照为天，未经治疗的K；C；RLSL；F为天。原发性肿瘤为具有腺体特征的再生障碍性肿瘤（图6B）。Dox2周后出现mPanIN-1B和偶然的mPanIN-2损伤（图6C）。Dox治疗4周后，可以检测到囊性乳头状细胞瘤和浸润性癌（图6C）。在K；C；RLSL；F小鼠中，CA19-9表达升高（图6D）。在Dox处理的K；C；RLSL；F小鼠中检测到高水平磷酸化的EGFR（图6E），而CA19-9阴性的K；C小鼠则显示出低至阴性的P-EGFR水平。

图6CA19-9促进胰腺癌的发生发展

CA19-9在正常胰腺中低水平表达，但在人类良性反应、间质性以及恶性肿瘤中表达升高。可以想象，CA19-9升高的程度可以提供一种方法来控制胰腺炎和PDAC的纤维炎症反应的程度。小鼠保留了对CA19-9升高的反应能力。胰腺炎患者的治疗选择现在集中在治疗症状上，很少能促进突发性胰腺炎的解决或防止其复发，这突出了新治疗的需要。在复发性或遗传性胰腺炎的情况下，以及在胰腺炎是常见结果的某些常规手术后，预防性干预也可能是有益的。全人类CA19-9抗体已通过胰腺癌1A期临床试验。这可能有助于将CA19-9靶向治疗快速转化为胰腺炎的临床治疗。

文献分享者：闫晗

原文引用：

doi:10./science.aaw