GALNT4通过MUC5AC的O-糖基化调控ITGB4/PI3K/AKT信号通路促进非小细胞肺癌干细胞特性的机制研究

为解决非小细胞肺癌(NSCLC)中癌症干细胞(LCSCs)特性维持的分子机制问题，研究人员聚焦GALNT4介导的O-糖基化修饰，发现其通过KLF5/P300转录复合物调控MUC5AC/ITGB4表达，激活PI3K/AKT通路促进LCSCs干性。该研究为NSCLC靶向治疗提供了新策略，发表于《Cellular Signalling》。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的首要原因，其中非小细胞肺癌(NSCLC)占比高达85%。尽管诊疗技术不断进步，患者5年生存率仍不足23%，这很大程度上归因于癌症干细胞(CSCs)的存在——这群具有自我更新能力和治疗抵抗性的细胞群体，被认为是肿瘤复发和转移的"罪魁祸首"。与此同时，蛋白质O-糖基化异常已被证实与肿瘤恶性进展密切相关，但糖基转移酶GALNT家族成员如何通过特定糖基化修饰调控肺癌干细胞(LCSCs)特性，仍是亟待破解的科学谜题。

大连医科大学附属第一医院的研究团队在《Cellular Signalling》发表重要成果，首次揭示GALNT4通过O-糖基化修饰黏蛋白MUC5AC，激活ITGB4/PI3K/AKT信号轴维持LCSCs干性的分子机制。研究发现，GALNT4在LCSCs中异常高表达，其不仅直接催化MUC5AC的O-糖基化修饰，还通过调控KLF5/P300转录复合物促进MUC5AC和ITGB4的转录，最终激活PI3K/AKT通路。这一发现为NSCLC的精准治疗提供了潜在新靶点。

研究采用多组学技术联用策略：通过无血清悬浮培养联合顺铂(DDP)诱导成功富集LCSCs；利用TIMER2.0和UALCAN数据库分析GALNT4的临床相关性；采用质谱技术鉴定GALNT4相互作用蛋白；结合染色质免疫共沉淀(ChIP)和双荧光素酶报告基因验证转录调控机制；建立裸鼠移植瘤模型进行体内功能验证。

3.1 LCSCs的成功富集
通过无血清悬浮培养联合DDP刺激，从A549和H1299细胞系中成功富集LCSCs。这些细胞表现出更强的增殖能力、抗凋亡特性以及干细胞标志物Oct4和Nanog的高表达，为后续研究提供了理想模型。

3.2 GALNT4在LCSCs中高表达且与不良预后相关
研究发现20种GALNT家族成员中，GALNT4在LCSCs中表达上调最为显著。临床样本分析显示，GALNT4在NSCLC组织中高表达且与肿瘤分级、转移正相关，其高表达患者预后更差。

3.3 GALNT4促进LCSCs干性
功能实验证实，敲低GALNT4可抑制LCSCs的自我更新、增殖、迁移侵袭能力并促进凋亡，而过表达则产生相反效果。动物实验进一步显示，GALNT4敲除可显著抑制移植瘤生长和肺转移。

3.4 GALNT4调控MUC5AC的O-糖基化并激活ITGB4/PI3K/AKT通路
质谱分析发现GALNT4直接与MUC5AC相互作用，Vicia villosa凝集素(VVA) pull-down实验证实GALNT4促进MUC5AC的O-糖基化修饰。转录组分析显示高表达GALNT4的NSCLC样本中PI3K/AKT通路显著富集。Western blot证实GALNT4通过上调ITGB4激活PI3K/AKT通路，促进细胞周期蛋白Cyclin D1表达。

3.5 KLF5招募P300激活MUC5AC和ITGB4转录
机制研究发现，GALNT4调控的KLF5可直接结合MUC5AC和ITGB4启动子区域。KLF5通过招募组蛋白乙酰转移酶P300，介导H3K27ac修饰，形成转录激活复合物。使用P300抑制剂C646可逆转KLF5过表达引起的MUC5AC/ITGB4上调。

3.6 GALNT4/MUC5AC/ITGB4轴调控LCSCs干性
功能回复实验表明，同时干预GALNT4和MUC5AC或ITGB4可产生协同效应。PI3K抑制剂LY294002处理可有效抑制GALNT4过表达引起的恶性表型，且与GALNT4敲除联用显示出更强的肿瘤抑制效果。

这项研究首次系统阐明了GALNT4通过"O-糖基化修饰-MUC5AC/ITGB4转录调控-PI3K/AKT通路激活"的三级级联反应维持LCSCs干性的分子机制。特别值得注意的是，研究发现GALNT4具有双重功能：既作为糖基转移酶直接修饰MUC5AC，又通过调控KLF5/P300复合物影响下游基因转录。这种"酶活-转录"双功能模式为理解糖基化修饰的全局调控提供了新视角。

临床转化方面，研究证实GALNT4高表达与NSCLC不良预后显著相关，且PI3K抑制剂LY294002可有效抑制GALNT4介导的促瘤效应，这为开发针对GALNT4-MUC5AC/ITGB4轴的联合治疗策略提供了理论依据。未来研究可进一步探索：1) GALNT4在MUC5AC上的精确糖基化位点；2) 其他潜在O-糖基化底物的功能；3) GALNT4调控KLF5表达的上游机制。这些问题的解答将有助于完善肿瘤糖生物学理论体系，推动NSCLC精准治疗的发展。