摘要：糖鞘脂是一類在細胞膜上成簇排列的兩性分子，參與了細胞的黏附、生長、增殖、凋亡等。細胞發生癌變時，表面的某些糖鞘脂表達異常，通過檢測特異性糖鞘脂的表達可以對某些癌癥做出診斷。神經性疾病和遺傳性疾病的產生或許與糖鞘脂的變化有著不可忽視的關系，某些糖脂已被公認為是干細胞的典型生物標志物。開發相應的糖鞘脂藥物或抗體類藥物，對于實現疾病的早期診斷和治療等都具有重要意義。文章從糖鞘脂的結構與功能、糖鞘脂與神經性和遺傳性疾病、糖鞘脂與干細胞、糖鞘脂與腫瘤以及鞘脂類藥物開發等方面對近年來的研究進展作詳細的總結。

　　關鍵詞：糖鞘脂;腫瘤 ; 干細胞;生物標志物;藥物開發

　　組成生命的基本物質包括四大類：4種核苷酸、20種基本氨基酸、8種脂肪酸和32種單糖。細胞中具有生物學功能的糖以糖鏈的形式存在，糖鏈與蛋白質或脂類相結合形成糖綴合物，包括糖脂(glycolipids)、糖蛋白(glycoproteins)、磷脂酰肌醇(glycosyl phosphatidyl inositol, GPI)錨定的蛋白和蛋白聚糖(proteoglycans)等。

　　在上述糖綴合物中，糖脂是糖類通過其還原末端與脂類以糖苷健的形式結合在一起形成的化合物的總稱，其廣泛分布于動物、植物和微生物等生物體中，是各種生物體細胞膜結構的重要組成部分。糖脂的種類繁多，不同類型的糖脂結構不同，其在生物體中的作用也有所不同，其中研究得較為深入和廣泛的是糖鞘脂(glycosphingolipids)。近年來，隨著生物化學和分子生物學等的發展，以及新型分離分析技術的涌現，對于糖鞘脂的結構、功能及應用的研究都取得了很大的進步[1]。本文將依次從糖鞘脂的結構與功能以及鞘脂類藥物開發等方面對近年來的研究進展作詳細的總結。

　　1 糖鞘脂的結構與功能

　　糖鞘脂是一類兩性分子，由糖鏈、長鏈脂肪酸和鞘氨醇(sphingosine)的長鏈堿基三部分組成，疏水部分是鞘氨醇的氨基被脂肪酸?；傻哪X酰胺(ceramide)，而親水部分的糖鏈與鞘氨醇的伯羥基相連。糖鞘脂在細胞膜上成簇排列，能夠抵抗去垢劑的抽提[2]。根據核心結構的不同，糖鞘脂主要分為gala-、globo(Gb)-、isoglobo(iGb)-、 ganglio(Gg)-、lacto(Lc)-、neolacto(nLc)-、 arthro(Ar)-以 及mollu(MI)-等8類。 另 根 據 其攜帶唾液酸與否，糖鞘脂又可以分為中性糖鞘脂和酸性糖鞘脂。中性糖鞘脂是指不含唾液酸的糖鞘脂，酸性糖鞘脂是指含一個或者多個唾液酸的糖鞘脂，其中神經節苷脂(gangliosides)是酸性糖鞘脂中的重要成員(圖1)，主要存在于神經組織、脾臟與胸腺中。糖鞘脂的生物合成即通過在神經酰胺分子上順序添加單糖而合成寡糖鏈，該過程主要是在真核細胞的內質網和高爾基體中進行，糖鞘脂的分解代謝主要發生在包涵體和溶酶體中。

　　糖鞘脂不僅是細胞結構的重要組成部分，而且參與了細胞的黏附、生長、分化、增殖、凋亡及信號轉導等[3-5]。細胞發生癌變時，表面的某些糖鞘脂表達異常，通過檢測特異性糖鞘脂的表達則可以對某些癌癥做出診斷[6-8]。糖鞘脂與細胞上的一些功能蛋白如整合蛋白(integrin)、生長因子受體、四次跨膜蛋白，或非受體細胞質膜激酶(Src家族激酶，G- 蛋白等)相互作用，從而參與或介導了細胞黏附、生長和遷移。

　　2 鞘脂與神經性和遺傳性疾病

　　神經性疾病，如帕金森綜合征(Parkinson´s disease，PD)和阿爾茨海默病(Alzheimer disease， AD)的產生或許與糖鞘脂的變化有著不可忽視的關系。在小鼠中去除糖基轉移酶相關基因，使小鼠的糖鞘脂不能正常代謝，小鼠會出現嚴重的神經性疾病，并很快死亡。糖鞘脂GM1在神經細胞的分化和發育中起重要作用，可以顯著促進神經再生、促進神經軸突生長和突觸形成、恢復神經支配功能。 PD發生的直接原因是多巴胺神經元大量死亡，臨床使用糖鞘脂GM1可以改善PD病人的運動和認知功能障礙[9]。AD最主要的病理特征之一是老年斑(senile plaques，SP)形成。β-淀粉樣蛋白(amyloid-β protein, Aβ)是 SP 的核心成分。AD 病人腦組織中的質膜 Aβ 可與 GM1 緊密結合產生GM1結合型Aβ (ganglioside-bound Aβ)，膜結合型的GM1可以促進Aβ 的纖維化，說明GM1有可能參與AD的發病機制[10]。

　　細胞溶酶體中如果缺乏與糖鞘脂分解代謝的酶類，可以引起神經節苷脂在溶酶體中的堆積，從而引發Tay-sachs、Fabry和Gaucher等遺傳性疾病。例如，機體內缺少α-半乳糖苷酶導致神經節苷脂尤其是Gb3的堆積，從而引起Fabry，臨床上對血漿lysoGb3的測定可作為診斷Fabry的一種手段[11] ;β-葡萄糖苷脂酶(β-glucocerebrosidase)的缺損使葡萄糖神經酰胺過度表達，可引起Gaucher病[12]。此外，半乳糖腦苷脂酶的缺乏會引起Krabbe病，己糖胺酶缺乏可以造成Sandhoff 病 和Tay-sachs病[13]?？梢钥闯?，糖鞘脂代謝異常與遺傳性疾病存在顯著的因果關系，調節糖鞘脂的分解代謝水平有助于緩解或治療上述遺傳性疾病。

　　3 糖鞘脂與干細胞

　　干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細胞。鑒于干細胞這種特性，可以將干細胞或相關衍生產品移植入患者體內，替換損傷細胞從而治愈疾病。由于在疾病治療和再生醫學領域的廣闊應用前景，干細胞已成為21世紀初生命科學和醫學研究的前沿和熱點。根據干細胞所處的發育階段分為胚胎干細胞和成體干細胞。根據干細胞的發育潛能分為三類 ：全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。階段特異性胚胎抗原-1(stage-specifi c embryonic antigen-1， SSEA-1)、SSEA-3、SSEA-4和GD3等幾種糖脂結構在干細胞階段呈特異性表達，已被公認為是干細胞的典型標志物。

　　SSEA-1是小鼠胚胎干細胞典型表面標志物，它的結構為Lewis X 抗原(Lex; Galβ1-4(Fucα1- 3)GlcNAcβ1-)[14]。根據細胞表面抗原分化命名原則，將SSEA-1 命名為CD15，它一般表達在蛋白聚糖、糖蛋白，以及neolacto-、lacto-、 ganglio-或者 globo-系列的糖鞘脂上。SSEA-1 在干細胞發生分化后表達顯著下調，大約50%的胚胎干細胞表達SSEA-1，而分化后只有10%的細胞表達SSEA-1 [15]。有趣的是，人源胚胎干細胞不表達SSEA-1，但表達globo-系列的糖鞘脂SSEA-3 和SSEA-4，其結構為Galβ1-3GalNAcβ1-3Galα1- 4Galβ1-和 NeuAcα2-3Galβ1-3GalNAcβ1-結構(例如 Gb5Cer和 V3 NeuAcα-Gb5Cer)[16]。SSEA-3和 SSEA-4在人胚胎干細胞分化后同樣表現出下降的趨勢。同樣地，鼠源的誘導性多能干細胞呈SSEA-1陽性，而人源誘導性多能干細胞呈SSEA-3和SSEA-4 陽性、SSEA-1陰性。

　　糖鞘脂GM1在神經干細胞和小鼠的造血干細胞的表達極為豐富，而且已確定糖鞘脂GD3在胚胎、出生后以及成體的小鼠神經干細胞中表達。已有足夠的生化、免疫化學以及流式分析等證據證明 GD3是小鼠神經干細胞表達的主要糖鞘脂[17]。腫瘤干細胞，是指具有干細胞性質的癌細胞，也就是具有“自我復制”以及“多細胞分化”等能力。人源的乳腺腫瘤干細胞和非乳腺干細胞表達的globo-H (V2 Fucα-Gb5Cer)和SSEA-3具有明顯差異[18]，CD133 一般被認為是腫瘤干細胞的標志性抗原，而A2B5識別的抗原(其結構為c-系列神經節苷脂)在人腦腫瘤干細胞中表達比CD133更為豐富[19]。

　　4 糖鞘脂與腫瘤

　　腫瘤發生發展過程中，也伴隨著糖鞘脂的表達異常。例如糖鞘脂GD3/GD2的合成酶基因ST8SIA1 在雌激素表達呈陰性的乳腺癌中高表達[20]，導致了GD2表達呈顯著升高[21]。 含N-乙酰神經氨酸的糖鞘脂GM3(NeuAcGM3)一般在正常的人體組織中表達，而很多腫瘤組織如非小細胞肺癌等表達高豐度的含N-羥乙酰神經氨酸的糖鞘脂GM3 (NeuGcGM3)，由于人體自身不合成Neu5Gc，人體內的Neu5Gc主要是由攝入食物所獲得[22]。糖鞘脂GM2與細胞黏附和細胞的遷移相關，高水平表達GM2的小細胞肺癌細胞在小鼠體內表現出向多種組織遷移的傾向，而這種遠端轉移可以被外援添加GM2的抗體所阻斷[23]。在模擬腫瘤發生過程的上皮-間質轉化的細胞模型中，用轉化生長因子β1處理小鼠乳腺上皮NMuMG細胞，細胞膜上的糖鞘脂四糖基腦酰胺Gg4表達下降[24]。各種腫瘤中表達異常的糖鞘脂如表1所列[25]。

　　在腫瘤的形成和發展過程中，腫瘤細胞會分泌更多的生長因子，以促進細胞增殖，例如肺癌和卵巢癌細胞轉化生長因子分泌量增加。此外，生長因子受體數量會增多，與生長因子受體相關的信號途徑被異常激活。一般來講，生長因子的數量與腫瘤的生長速度呈正相關。例如在腺癌、鱗狀上皮細胞癌中表皮生長因子EGF受體ErbB過度表達，在神經膠質細胞瘤中神經生長因子受體顯著增加。而各種生長因子都與細胞增生有關，如EGF可促進多種細胞有絲分裂、刺激細胞增生、促進創傷愈合等。研究表明，糖鞘脂與生長因子受體存在密切關系，例如糖鞘脂GM3及其結構類似物可以顯著抑制表皮生長因子受體、血小板源生長因子受體、胰島素受體等多種生長因子受體酪氨酸激酶的活性[26-30] ;GM3 和整合蛋白α5β1互相作用可以穩定依賴于纖維連接蛋白的細胞黏附[31]。表達神經節苷脂GM2、肝細胞生長因子受體c-MET和CD82的上皮細胞在受到肝細胞生長因子的誘導時，細胞生長和細胞遷移沒有顯著變化。而只表達GM2和c-MET，不表達CD82 的癌細胞在受到肝細胞生長因子的刺激時，細胞生長和細胞遷移大大增加[32]。

　　5 糖脂類藥物及疫苗

　　單唾液酸四已糖神經節苷脂鈉，即神經節苷脂 GM1(鈉鹽)能穿過血腦屏障進入大腦，直接作用于人腦細胞，鑲嵌在受損的神經細胞膜上，穩定和改善神經細胞膜的物質交換功能，通過促進各種形態、生化、組化、神經生理及行為參數的改善，促使凋亡的神經細胞恢復活力。具有促進神經細胞及大腦組織的正常發育、修復損傷神經及大腦組織作用。近年來，其在腦卒中、小兒腦癱、老年癡呆癥及脊髓損傷的廣泛使用，進一步帶動了醫院神經系統用藥市場的快速增長。

　　由于糖鞘脂在腫瘤中異常表達，理論上，阻斷這些神經節苷脂的合成途徑，即可阻止腫瘤細胞的轉移和擴散。例如Lyso-GM3 和Sialyl Sphingosine 對于由GM3 誘導的B16 細胞黏附有顯著的抑制作用[33]。識別糖鞘脂GD2的抗體hu14.18K322A，用于治療神經母細胞瘤，已經處于Ⅱ期臨床試驗階段[34]。再如，針對肺癌細胞高表達的糖鞘脂GM2，已開發出特異識別GM2的抗體BIW-8962 [35]。能夠對NeuGcGM3 做出特異反應的抗體疫苗racotumomab，能夠顯著延長肺癌病人的生存時間，經過Ⅱ期和Ⅲ期臨床試驗后，以氫氧化鋁為佐劑，該疫苗已可在一定條件下在一些拉丁美洲國家被應用于非小細胞肺癌的維持治療[36]。α-半乳糖酰基鞘氨醇(α-GalCer)是NKT (natural killer T)細胞的配體，是NKT細胞的特異性激活劑，介導樹突狀細胞與NKT細胞的相互作用，已證實α-GalCer具有良好的抑制腫瘤效應，當前已作為抗癌劑用于臨床試驗中[37]。此外，阻斷糖脂Gb3、Gb4和Globo H的表達也被證能夠抑制某些腫瘤，因此，這些糖脂相應的抗體疫苗也被應用于腫瘤免疫研究中[38]。

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　　6 總 結

　　糖鞘脂在哺乳動物細胞表面廣泛表達，在細胞發育、分化和凋亡等基本過程中發揮著重要作用，與遺傳性疾病和神經性疾病以及腫瘤發生發展過程密切。雖然已發現糖鞘脂對于某些疾病、干細胞以及惡性腫瘤等具有一定指征意義，但多數疾病與糖鞘脂異常表達之間具體的因果關系尚不明確。因此，深入研究糖鞘脂的生物合成及分解代謝途徑，對了解各種疾病的發病機理，實現疾病的早期診斷和預防，開發相應的糖鞘脂藥物或抗體類藥物，開展針對性的治療方案等方面都具有重要意義。