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唾液酸(Sialic acids,Sias)是一类九碳糖,通常连接在糖蛋白和糖鞘脂的糖链末端。在多种肿瘤细胞表面Sia表达异常,因此可作为潜在的肿瘤标志物。唾液酸可通过α-2,8键连接成多聚唾液酸(Polysialic acid,PSA),由于其携带负电荷,PSA在细胞-细胞相互作用,细胞表面糖蛋白的构象,以及屏蔽受体分子的抗原决定簇等方面具有重要功能。由ST8Sia II(STX)和ST8Sia IV(PST)两种多聚唾液酸转移酶催化将Sia添加在神经粘附分子(Neural cell adhesion molecule,NCAM)上的N-糖链末端,形成PSA-NCAM。PSA-NCAM在哺乳动物成体内表达量低,在肺癌,胰腺癌,成神经细胞瘤,胶质瘤多种肿瘤中有“再表达”现象,影响细胞的粘附、迁移和侵袭能力。在乳腺癌细胞中,NCAM随着恶性程度的增高而表达增加,同时伴随PSA表达异常,但是NCAM和PSA的表达以及它们在乳腺癌中的生物学功能尚不清楚。因此,对恶性肿瘤中PSA及PSA-NCAM的研究将有助于深入了解其在癌症发生及转移中的作用,为癌症的治疗提供一定的理论基础。本课题组以人和小鼠乳腺细胞为研究对象,通过建立上皮间质转化(Epithelial–mesenchymal transition,EMT)模型,分析其中NCAM唾液酸化的表达变化,以及PSA对NCAM的修饰作用对乳腺细胞生物学行为的影响,以期理解PSA以及PSA-NCAM在肿瘤发展过程中的作用。主要研究结果如下:(1)人乳腺癌临床样本中NCAM及PSA-NCAM表达水平的研究。在乳腺癌组织(n=24)中,Sias及多聚唾液酸转移酶PST的表达增高,并与临床TNM分级呈正相关。利用乳腺癌组织芯片(n=60)分析发现,分级较高的组织中NCAM表达高而PSA-NCAM的表达相对较低。NCAM的乳腺癌组织芯片得分阳性率为93%(TNM I,87.5%;TNM II,92%;TNM III,100%),与TNM分级呈正相关。而PSA-NCAM高表达主要集中在TNM I期(75%),表明乳腺癌初期即表现出PSA对NCAM的异常修饰。高表达的NCAM与乳腺癌生存期没有直接相关性,提示NCAM以及PSA-NCAM可能在乳腺癌生成与发展中发挥不同作用。(2)EMT细胞模型中NCAM及PSA-NCAM表达水平的研究。本实验使用TGF-β1诱导人和小鼠正常乳腺上皮细胞发生EMT,发现伴随EMT标志蛋白的表达变化,NCAM及PSA-NCAM表达都异常增高。(3)PSA对NCAM的修饰作用对乳腺细胞行为影响的研究。NCAM-140过表达诱导NMu MG细胞发生一个基于“cadherin转换”的EMT过程,提高细胞的增殖和迁移,但不影响细胞的运动能力;而PSA过表达提高细胞运动能力,降低细胞与细胞外基质的粘附能力;另一方面,PSA对NCAM的修饰作用提高NCAM介导的细胞增殖和迁移,降低NCAM介导的细胞粘附,说明PSA的过表达提高了细胞的转移潜能。(4)NCAM及PSA介导的不同信号通路的研究。PSA激活EGFR/STAT3信号通路;而NCAM则激活β-catenin/slug信号通路。NCAM通过减弱CK1α的表达激活细胞中的β-catenin/slug信号,上调axin 2、slug、c-myc和ccnd1基因的表达,促进细胞增殖和迁移能力提高。而PSA通过上调GSK 3β的表达激活EGFR/STAT3信号通路,促进细胞运动能力提高。说明NCAM和PSA介导了不同的信号通路,调节乳腺癌发展中的细胞行为。综上所述,本文发现乳腺癌中NCAM表达升高,多聚唾液酸化修饰增强,NCAM-140过表达可以诱导EMT的发生,而PSA对NCAM的修饰作用提高NCAM介导的细胞增殖和迁移,降低NCAM介导的细胞粘附,并通过诱导与NCAM不同的下游信号通路促进乳腺细胞转移潜能。