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醣分子科學新知(二):半乳糖凝集素與腫瘤治療

2018年諾貝爾生醫獎,頒給美國免疫學家 James Allison 和日本免疫學家本庶佑,見證了細胞治療對抗癌症的潛力,也促使世界各國更積極發展細胞治療相關技術。整合分子醫學(Molecular medicine)與生物科技(Biotechnology)來研發新型藥物的模式日趨成熟,也促進了醣分子科學對於免疫療法、標靶藥物的開發過程,而現階段聚焦在探索醣化作用及人類癌症之間的關聯性,希望藉此研發新型療法或疫苗。
 
 
半乳糖凝集素,免疫系統對抗病原體的要角
 
「凝集素」(Lectins)是對醣蛋白上的醣類具有高度特異性的結合蛋白,而半乳糖凝集素則是與醣類分子上的β-半乳糖苷有特別的親和力。半乳糖凝集素屬於較不容易變異的小分子,可調控各種生物機轉,包含趨化性(即細胞的移動)及血管新生(即癌症腫瘤惡化的步驟)。半乳糖凝集素會與細胞表面多樣化的醣蛋白交互作用,展現其生物功能。
 
半乳糖凝集素與其他作用分子結合示意圖。(圖/張境倫)
▲半乳糖凝集素與其他作用分子結合示意圖。(圖/張境倫)
 
蛋白質進行醣化修飾時就像寄信,將醣基團當作郵遞區號,才能將蛋白質送到正確位置,此機轉在免疫系統對抗病原體的過程中扮演重要角色。也由於半乳糖凝集素牽涉多種生物功能及病理機轉,已經成為治療腫瘤的新型療法開發焦點。
 
半乳糖凝集素在細胞內外的功能
 
半乳糖凝集素出現在細胞質、細胞核及細胞外基質,在細胞內外皆有功能。根據中研院生物醫學科學研究所陳煥源博士2014年「半乳糖凝集素為宿主對於感染細菌引發先天性免疫反應的感應因子」的研究,半乳糖凝集素可與病原體或其釋放的產物結合,這個過程可能影響病原體的生長,或是誘導免疫系統對抗病原體。
 
義守大學生物科技學系教授楊智惠,為記者說明醣基與半乳糖凝集素的交互作用。(圖/劉潔)
▲義守大學生物科技學系教授楊智惠,為記者說明醣基與半乳糖凝集素的交互作用。(圖/劉潔)
 
義守大學生物科技學系教授楊智惠解釋,以「醣」和「細胞表面」兩者為主體,用抗原抗體結合的邏輯治療腫瘤細胞的可能方式有兩種;一是去除或分解掉半乳糖凝集素,直接排除其與腫瘤細胞作用的可能性;或是用一種與半乳糖凝集素相似的分子,代替其與腫瘤細胞結合作用,以抑制或打擊腫瘤細胞。就日常生活來說,不吃糖就少了半乳糖凝集素;或是吃一種分子跟半乳糖凝集素相像的健康食品,跟半乳糖凝集素競爭性地結合腫瘤細胞接受體。
 
另外,細菌進入宿主細胞也會受半乳糖凝集素影響,因為半乳糖凝集素可以誘導人體的細菌感染偵測機制,此機制已被證實可在細胞外進行。而細胞內也有類似機轉,表示宿主原有的免疫作用機制與半乳糖凝集素有很大的關係。

半乳糖凝集素研究與腫瘤治療發展
 
腫瘤治療目前依然是醫學上的難題,主流研究已經鎖定腫瘤病症的幾個面向,包含腫瘤發生、生長、血管新生及轉移,其中許多分子及細胞機轉依然未知,多數主流療法的療效也未如預期。然而,藉由分析臨床腫瘤樣本發現,異常表現的半乳糖凝集素可能與腫瘤發生、進展、轉移密切相關。
 
 
半乳糖凝集素與細胞表面醣基的共同結合物,在腫瘤的免疫機制、血管新生、轉移過程中扮演最基本的角色,其潛在的預後價值已經在多項腫瘤病症中被揭露,協助臨床醫師預測疾病走向及決定治療方法。現行的治療策略包含以競爭性醣基作為抑制劑、或以其他分子替代物結合小分子及抗體,都顯示研究半乳糖凝集素機轉在腫瘤療法研發的重要意義。
 
 
 
來源:
  • 科技部107年度「科轉計畫:前沿科技轉化暨教育應用推廣」專案計畫
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