MUC16（CA125）：抗癌潜力靶点，更多癌症预测新标志
日期：2021-01-23 11:40:27
2020年11月9日，韩国OncoQuest Pharmaceuticals子公司OncoQuest Pharma USA宣布，在研MUC16单抗药物Oregovomab已在美国临床试验中心完成针对原发性卵巢癌患者的首例患者用药。这也意味着靶向MUC16药物，将为卵巢癌患者的治疗带来新的希望。同样值得关注的是，近年来，MUC16在其它肿瘤中所扮演角色也被进一步发掘，如2020年12月25日，发表在Molecular Therapy（影响因子：8.986）杂志上的一篇文章揭示了MUC16在胰腺癌方面的新型调控机制 [1]。那么MUC16是什么？它主要的功能是什么？靶向MUC16在肿瘤靶向治疗方面的前景如何？看完这篇文章，相信你会有所收获。
1. MUC16的结构
MUC16又称CA125，是粘蛋白家族（MUC）家族的成员之一，属于I型跨膜粘蛋白。MUC16作为MUC家族中最大的糖蛋白，其基因位于人染色体19p13.2，由179 kb基因组DNA编码，共编码了22152个氨基酸 [2]。该蛋白由以下几个结构域组成：N端结构域，含有约12070个氨基酸，富含丝氨酸和苏氨酸；串联重复结构域，含有60多个由156个氨基酸随机重复组成的串联结构域以及16个重复的SEA结构域；C端结构域，也就是跨膜结构域，含284个氨基酸，可细分为胞外段、跨膜段和胞质尾端（cytoplasmic tail，CT）。其中，CT是由32个氨基酸所组成，这些氨基酸为磷酸化提供了潜在位点，这可能与MUCl6将参与某些信号通路有关 [3, 4] （图1）。
图1. MUC16结构示意图
*本图来源于MUC16结构示意图 出版物[4]。
与其他跨膜型粘蛋白不同的是，MUC16没有EGF（表皮生长因子）样结构域，且携带有16个SEA结构域，相对于MUC家族中一些其他只含有1个或几个SEA结构域的MUC而言 [3]，MUC16这种特殊的结构可能激活某些肿瘤信号通路 [5]。
2. MUC16的表达与功能
MUC16常表达于眼表（包括角膜和结膜）、呼吸道和女性生殖道黏膜上皮等多个组织器官 [6]。MUC16在正常的子宫内膜组织中，特别是在腺体和上皮细胞中，以及宫颈粘液中也有表达 [7]。
MUC16是一类高分子量、高度糖基化蛋白，在正常组织中，为表皮细胞提供了足够的亲水性和润滑功能，并为表皮层构筑起一道保护屏障抵御外来颗粒和感染因子 [9]。在眼表上皮中的研究表明，正常表达的MUC16在提供眼部润滑，帮助眨眼等运动中起重要作用[10]。
然而，异常表达的MUC16往往是多种疾病的诱因。比如，高表达的MUC16是诱发干眼症的关键因素 [11]。此外，研究发现MUC16在许多相对良性的病症中表达水平居高，如子宫内膜异位症 [12]、子宫腺肌症 [13]、卵巢囊肿 [14]、肝硬化 [15]、糖尿病 [16]、胸膜炎 [17]和腹膜炎 [18] 等。更为重要的是，越来越多的研究发现异常表达的MUC16与多种癌症进展相关 [1, 2, 3, 5]，尤其是在卵巢癌中 [19]。
3. MUC16与肿瘤信号通路的关系
前面提到，MUC16是最大的糖蛋白，由于其巨大的分子量，使得研究其信号通路及其在肿瘤中的作用机理变得极为困难。已有研究发现，在卵巢癌中，MUC16的过表达可稳定β-catenin蛋白并促其进入细胞核从而激活Wnt信号通路 [20]。另外有报道指出，在乳腺癌中，MUC16与酪氨酸激酶JAK2的相互作用诱导乳腺癌细胞增殖 [21]。
事实上，MUC16在正常细胞中的表达受到复杂的调控影响，其表达通常被上皮细胞极性限制。然而，在癌变过程中，细胞极性丧失后，MUC16表达于全部的上皮细胞表面，并与多种生长因子相互作用，调节其下游信号通路，诱导癌症的发展 [3]。
如图2所示，MUC16和肿瘤信号通路的联系主要有以下几种，（a）MUC16-siglec-9：MUC16与NK细胞表面的抑制性受体siglec-9结合，从而发挥免疫抑制作用，为肿瘤细胞提供免疫保护机制；（b）MUC16-galectin-1/3：MUC16被认为是Galectin的反受体，如Gal-1和Gal-3，但其在肿瘤发生中的作用尚待解读；（c）MUC16-Mesothelin：MUC16与间皮素相互作用介导肿瘤细胞转移到腹膜；（d）MUC16-选择素：MUC16能结合内皮细胞表面的E-选择素和淋巴细胞表面的L-选择素，促进肿瘤细胞转移；（e）MUC16-JAK2：MUC16与酪氨酸激酶（JAK2）的相互作用，一方面，导致cyclin-D1上调，促进肿瘤细胞增殖（见图2中实心箭头），另一方面，导致MO2和NANOG等基因上调，使得肿瘤干细胞表型和转移能力增强（见图2中虚线箭头） [22]。
图2. MUC16和肿瘤信号通路的关系
*本图来源于Cancer research 出版物[22]。
4. 靶向MUC16在肿瘤治疗中的应用和前景
众所周知，MUC16是卵巢癌中过度表达的一种肿瘤特异性抗原，目前是临床上应用最为广泛的，诊断卵巢癌的重要血清生物标志物。近期，MUC16单抗药物Oregovomab已用于原发性卵巢癌患者的用药。其次，另一项抗MUC16抗体药物（JCAR-020）正处于临床一期，同样是用于卵巢癌靶向治疗。不难看出，对于靶向MUC16抗体药物的研发正是发展阶段，也就是说，目前市场上还没有FDA批准的MUC16靶向药物。《2020年卵巢癌药物全球市场报告》提出，到2022年全球卵巢癌药物市场价值19.9亿美元，预计到2035年卵巢癌患者人数将上升55%。数据表明了MUC16靶向药巨大的市场潜力，相信很快会有更多药企或研究者投入对靶向MUC16药物的研发，以抢占在未来市场中的地位。
不仅如此，越来越多的研究发现MUC16在其它肿瘤中过度表达，包括子宫内膜癌 [23]、输卵管癌 [24]、胰腺癌 [25]、结肠癌 [26]、腹膜癌 [27]、鼻咽癌 [28]、肺癌 [29]、乳腺癌 [30]和胃癌 [31]等，这些研究结果表明MUC16可能是一个非常诱人的抗肿瘤抗体药物靶点。由于MUC16发现的历史较短，靶向MUC16在众多肿瘤治疗中的作用有待探索。相信随着对MUC16研究的不断深入，其在肿瘤治疗中也将发挥越来越重要的生物学价值。因此，MUC16有望作为更多肿瘤的预测新标志，为抗癌治疗提供新策略。
MUC16蛋白
● Recombinant Human Mucin-16(MUC16),partial (Active) (Code: CSB-MP704410HU3c7)
(Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized MUC16 at 10 μg/ml can bind MSLN (CSB-MP015044HUc9), the EC50 is 460.7-662.2 ng/ml.
参考文献：
[1] Thomas, Divya, et al . "Isoforms of MUC16 Activate Oncogenic Signaling Through EGF Receptors to Enhance the Progression of Pancreatic Cancer." Molecular Therapy (2020).
[2] Haridas, Dhanya, et al . "MUC16: molecular analysis and its functional implications in benign and malignant conditions." The FASEB Journal 28.10 (2014): 4183-4199.
[3] Aithal, Abhijit, et al . "MUC16 as a novel target for cancer therapy." Expert opinion on therapeutic targets 22.8 (2018): 675-686.
[4] Hanson, Ryan L., and Michael A. Hollingsworth. "Functional consequences of differential O-glycosylation of MUC1, MUC4, and MUC16 (downstream effects on signaling)." Biomolecules 6.3 (2016): 34.
[5] Haridas, Dhanya, et al . "MUC16: molecular analysis and its functional implications in benign and malignant conditions." The FASEB Journal 28.10 (2014): 4183-4199.
[6] Argüeso, Pablo, et al . "MUC16 mucin is expressed by the human ocular surface epithelia and carries the H185 carbohydrate epitope." Investigative ophthalmology & visual science 44.6 (2003): 2487-2495.
[7] Gipson, Ilene K., et al . "Comparison of the transmembrane mucins MUC1 and MUC16 in epithelial barrier function." PloS one 9.6 (2014): e100393.
[8] Choi, Sangdun, ed. Encyclopedia of Signaling Molecules. Vol. 337. New York: Springer, 2012.
[9] Argüeso, Pablo, et al . "MUC16 mucin is expressed by the human ocular surface epithelia and carries the H185 carbohydrate epitope." Investigative ophthalmology & visual science 44.6 (2003): 2487-2495.
[10] Aithal, Abhijit, et al . "MUC16 as a novel target for cancer therapy." Expert opinion on therapeutic targets 22.8 (2018): 675-686.
[11] Setälä, Niko. "Interrelations between Dry Eye Syndrome and Tear Fluid Phospholipid Transfer Protein." (2011).
[12] Muyldermans, M., F. J. Cornillie, and P. R. Koninckx. "CA125 and endometriosis." Human reproduction update 1.2 (1995): 173-187.
[13] Kil, Kicheol, et al . "Usefulness of CA125 in the differential diagnosis of uterine adenomyosis and myoma." European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology 185 (2015): 131-135.
[14] Kurata, Hitoshi, et al . "Elevated serum CA125 and CA19-9 due to the spontaneous rupture of ovarian endometrioma." European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology 105.1 (2002): 75-76.
[15] DiBaise, John K., and Jeremiah P. Donovan. "Markedly elevated CA125 in hepatic cirrhosis: two case illustrations and review of the literature." Journal of clinical gastroenterology 28.2 (1999): 159-161.
[16] Yao, Litong, et al . "Serum CA125 Level Is Associated with Diabetic Retinopathy in Chinese Patients with Type 2 Diabetes." Diabetes, metabolic syndrome and obesity: targets and therapy 13 (2020): 1803.
[17] Nakanishi, Yoichi, et al . "Clinical significance of serum CAl25 in patients with tuberculous pleurisy." Kekkaku (Tuberculosis) 66.8 (1991): 525-530.
[18] Taniwaki, A., et al . "Tuberculous peritonitis with elevated serum CA125 levels mimicking peritoneal cancer." Clinical and Experimental Obstetrics & Gynecology 47.6 (2020): 994-996.
[19] Funston, Garth, et al . "The diagnostic performance of CA125 for the detection of ovarian and non-ovarian cancer in primary care: A population-based cohort study." PLoS medicine 17.10 (2020): e1003295.
[20] Liu, Qi, et al . "C-terminus of MUC16 activates Wnt signaling pathway through its interaction with β-catenin to promote tumorigenesis and metastasis." Oncotarget 7.24 (2016): 36800.
[21] Lakshmanan, I., et al . "MUC16 induced rapid G2/M transition via interactions with JAK2 for increased proliferation and anti-apoptosis in breast cancer cells." Oncogene 31.7 (2012): 805-817.
[22] Das, Srustidhar, and Surinder K. Batra. "Understanding the unique attributes of MUC16 (CA125): potential implications in targeted therapy." Cancer research 75.22 (2015): 4669-4674.
[23] Hu, Jing, and Jing Sun. "MUC16 mutations improve patients'prognosis by enhancing the infiltration and antitumor immunity of cytotoxic T lymphocytes in the endometrial cancer microenvironment." Oncoimmunology 7.10 (2018): e1487914.
[24] Koneru, Mythili, et al . "A phase I clinical trial of adoptive T cell therapy using IL-12 secreting MUC-16 ecto directed chimeric antigen receptors for recurrent ovarian cancer." Journal of translational medicine 13.1 (2015): 102.
[25] Fan, Kun, et al . "MUC16 C terminal-induced secretion of tumor-derived IL-6 contributes to tumor-associated Treg enrichment in pancreatic cancer." Cancer letters 418 (2018): 167-175.
[26] Liu, Tong, et al . "Increased serum CA125 II, but not CEA, CA19-9, AFP, or CA72-4 in colon cancer compared to rectal cancer." British Journal of Biomedical Science (2020).
[27] Suidan, Rudy S., et al . "A multicenter prospective trial evaluating the ability of preoperative computed tomography scan and serum CA-125 to predict suboptimal cytoreduction at primary debulking surgery for advanced ovarian, fallopian tube, and peritoneal cancer." Gynecologic oncology 134.3 (2014): 455-461.
[28] Tang, Yong-Fei, et al . "Diagnostic values of serum tumor markers CA72-4, SCCAg, CYFRA21-1, NSE, AFU, CA125, CA19-9, CEA and FER in nasopharyngeal carcinoma." Transl Cancer Res 7 (2018): 1406-12.
[29] Zang, Ruochuan, et al . "ERO1L promotes IL6/sIL6R signaling and regulates MUC16 expression to promote CA125 secretion and the metastasis of lung cancer cells." Cell death & disease 11.10 (2020): 1-15.
[30] Feng, C., et al . "Postoperative expressions of TRACP5b and CA125 in patients with breast cancer and their values for monitoring bone metastasis." Journal of BU ON.: Official Journal of the Balkan Union of Oncology 25.2 (2020): 688-695.
[31] Li, Xiangchun, et al . "Association of MUC16 mutation with tumor mutation load and outcomes in patients with gastric cancer." JAMA oncology 4.12 (2018): 1691-1698.
