肿瘤生物学治疗的基础是肿瘤抗原的存在。随着生物化学、分子生物学、免疫学、遗传学等基础学科的飞速发展，对肿瘤的研究日益深入，特别是近十几年来，多种与肿瘤的发生发展密切相关的肿瘤抗原被发现，MUC1粘蛋白即是其中之一。

粘蛋白（mucins）是一类高分子量（＞200 kD）糖蛋白，到目前共发现9种。其分子由肽核心和糖链组成，其中糖链约占其重量的50%～90%，多以O型糖苷键与肽核心连接。MUC1粘蛋白（以下简称MUC1），是一种Ⅰ型跨膜蛋白，正常情况下主要表达于多种组织、器官中上皮细胞近管腔或腺腔面，呈顶端表达，极性分布。最近发现，MUC1在造血系统的多种细胞（T、B、树突状细胞等）中也有表达。在多种肿瘤中，MUC1异常表达，主要表现为：① 表达量增高，可达正常时的100倍以上；② 细胞表面分布的改变，极性分布丧失，整个细胞表面均表达；③ 结构改变，主要由于糖基化不全，出现新的糖链及肽表位。最近研究表明，MUC1的一种同种型MUC1/Y的表达具有肿瘤特异性，即在乳腺癌和卵巢癌组织中表达，而相应癌旁组织不表达。

由于MUC1在肿瘤组织中的异常表达，使其成为一种潜在的肿瘤生物学标志物。目前已用于肿瘤的诊断和生物学治疗。近几年，有关MUC1的免疫生物学作用的研究取得了一定的进展，为寻找肿瘤生物学治疗的新的切入点提供了重要依据。

1　MUC1的分子生物学和生物化学

1.1　MUC1基因

MUC1又名PEM(polymorphic epithelial mucin), PUM(peanut lectin binding urinary mucins), DF3, MAM-6, CA 15-3等, 其不同的命名是由于对其分离和检测的方法等的不同而来, 其cDNA克隆是通过筛选从乳腺癌、胰腺癌等细胞系构建的cDNA表达文库而得到的。人MUC1基因定位于染色体1q21, 含有7个外显子。MUC1基因的一个重要特征是其多态性(polymorphism), 即其第2个外显子中含有许多连续重复序列(variable number of tandem repeats, VNTRs),每个VNTR含有60个碱基, 富含GC, 不同人的VNTRs数量从20～125不等,最常见的2个等位基因分别含有41和85个VNTRs, 同一个体的不同等位基因其VNTRs的数量也可能不同, 而小鼠的MUC1基因无此多态性。MUC1的这一特征表明它是一种典型的小卫星序列(minisatellite sequence)。近期研究结果推测, 小卫星重复单位数量的变化主要是由种系复合基因转变事件造成的。

不同种属的MUC1基因的差别主要表现在VNTRs的组成不同,但某些区域的组成却是保守的, 如人和小鼠(MUC1)基因的比较研究表明, 转录起始位点上游500 bp内的转录起始区, 特别是TATA盒上游区域结构是高度保守的, 这可能与MUC1在上皮性细胞中的特异性表达有关。

1.2　MUC1蛋白

MUC1基因的编码产物MUC1粘蛋白是一种高分子量糖蛋白（＞200 kD）, 其基本特征：① 糖链占整个粘蛋白含量的50%以上, 且多以O-糖苷键与多肽骨架上的Ser/Thr相连; ② 多肽骨架中含有PTS区, 即富含Pro(P),Thr(T)和Ser(S)3种氨基酸的区域, 这3种氨基酸占整个肽链氨基酸含量的20%～55%,此区内含有许多连续重复肽链序列, 所有的O-糖基化位点均位于这些序列中。

MUC1的多肽骨架由胞外段、跨膜段和胞内段3部分组成, 跨膜段和胞内段(含72个氨基酸)，在不同种间其结构是高度保守的, 表明它们在MUC1的功能发挥上可能起重要作用; 胞外段含有20～125个连续重复序列, 每个重复序列含有20个氨基酸, 即PDTRPAPGSTAPPAHGVTSA, 其中S，T，A，G，P 5种氨基酸占50%以上, P对MUC1空间结构的形成从而对其免疫原性的决定起重要作用。不同个体间连续重复序列数量的不同是由MUC1基因的多态性所决定的, 因此,胞外段长短可从400～2 500氨基酸不等, 每个连续重复序列中含有5个潜在的O-糖基化位点, 其中的4个可发生O-糖基化反应, S，T相邻是糖基化的必要条件。

糖链多以O型糖苷键与多肽骨架连接。每条糖链含有1～20个单糖,以GalNAc(15.0%), GluNAc (19.8%), Gal(44.9%),Fuc(8.9%)和SA(11.4%)最为常见,由核心区、骨架区和外周区组成。核心区是指与多肽骨架上的Ser/Thr相连的GalNAc及直接与GalNAc相连的糖链部分; 骨架区分为Ⅰ型(Galα-3GlcNAc)和Ⅱ型(Galα-4GlcNAc1-3)2种, Ⅰ型结构一般单个存在, 而Ⅱ型可多个同时存在; 外周区是指骨架区末端以α-糖苷键连接的Gal, GalNAc, Fuc, SA及硫酸基, 这些基团在决定MUC1的生化特性(如电荷等)和功能方面起重要作用。末端糖基的加入对糖链的延伸起终止作用, 同时也产生了某些糖链表位, 如血型抗原A, B和H, Lea和Leb, X, Y及Cd抗原决定簇。由于含28个氨基酸的肽链O-糖基化后长度为7 nm, 因此, MUC1胞外段的长度约为240～630 nm, 是细胞表面最先与机体免疫系统接触的膜表面分子之一。

1.3　MUC1及其同种型

由于MUC1基因转录后发生选择性剪切（alternative splicing），形成不同cDNA产物，相应编码产生不同的蛋白产物，即同种型（isoform）。目前共发现MUC1的5种同种型，即MUC1/REP，MUC1/SEC，MUC1/X，MUC1/Y和MUC1/Z。MUC1/REP是通常所说的膜结合型MUC1，MUC1/SEC是分泌型MUC1，二者均含连续重复序列，而MUC1/X，MUC1/Y和MUC1/Z蛋白序列中不含连续重复序列，因此不含O-糖链，分子量也小得多（33～45 kD），各含有两个潜在的N糖基化位点。后三者的氨基酸序列之间相互有十几个氨基酸的差别的。

1.4　MUC1基因表达的调控

研究表明，MUC1基因的表达主要在转录水平进行调控。这种调控作用是通过MUC1启动子上的顺式作用元件和细胞中的转录因子间的相互作用来实现的。MUC1的启动子序列约2.9 kb，其中，发挥调控作用的顺式作用元件主要位于5′开放区743 bp的序列范围内。MUC1启动子含有2个Sp1结合位点(GGGGC GGGG),分别位于-576/-568和-99/-90,另外,-　101/

-89处有1个SpA结合位点（AGGGGCGGGGTT），-84/-64有1个E-box(E-MUC1)。Sp1与其结合位点的相互作用可促进MUC1基因的表达，而SpA则下调其表达。Sp1和SpA的比例可能是决定MUC1基因表达水平的一个重要因素。肿瘤细胞MUC1的高水平表达，可能与二者之间的调控失调有关。Sp1位点与E-box(E-MUC1)可能与MUC1的组织特异性表达有关。最新分析表明，MUC1启动子中含有乳腺特异性、造血细胞特异性、B细胞特异性、T细胞特异性、肝细胞特异性、肌细胞特异性顺式作用元件，这与最近报道的MUC1在除上皮组织外的多种组织和细胞中表达是一致的，MUC1启动子含有多样性的顺式作用元件，是目前已知真核启动子中比较独特的一种。对其结构及其与转录因子间相互作用的研究，对于阐明MUC1基因在肿瘤发生、发展中的作用并为肿瘤治疗提供新的线索具有重要意义。

对于MUC1基因转录后的选择性剪切而形成不同同种型的机制，目前还不清楚。由于MUC1/Y具有肿瘤特异性表达的特点，因此，这种选择性剪切可能与细胞的癌变有一定的关系。

2　MUC1的生物学功能

早期对于MUC1生物学功能的认识主要局限于其润滑、保护作用，随着对MUC1研究的逐渐深入，发现MUC1是一种具有多种功能的分子，在不同情况下有时甚至表现出截然相反的功能，如同时具有粘附和抗粘附作用，免疫活化和免疫抑制作用等等。

2.1　MUC1动物模型的建立

合适的动物模型的建立对于研究蛋白的功能具有重要意义。

2.1.1　MUC1基因敲除（knock-out）小鼠

Spicer等（1995）最早建立了MUC1基因敲除小鼠模型，他们的研究发现，小鼠可正常发育，无异常形态学改变，因此，MUC1对于小鼠的发育并不是必须的。但研究同时还发现，与表达MUC1的小鼠相比，在MUC1基因敲除小鼠体内诱导产生的乳腺肿瘤的生长速度和发生转移的趋势均降低，提示MUC1在乳腺癌的发生发展中起一定的作用。

2.1.2　转MUC1基因小鼠

虽然有报道用人MUC1免疫小鼠、大鼠可在体内诱导出杀伤表达MUC1的人肿瘤细胞的免疫应答，但对于小鼠来说，人MUC1毕竟是一种异源蛋白，容易诱发免疫应答；但用于人体则有可能引起免疫耐受或自身免疫。因此，建立人MUC1转基因小鼠将有助于探讨上述问题。为此，Taylor-Papadimitrion等及Acres等先后建立了人MUC1转基因小鼠模型。

2.2　MUC1在信号传导中的作用

MUC1及其同种型表达于细胞表面，并且含有胞外段、跨膜段和胞内段，与多种细胞表面受体具有相似的结构，因此，它们有可能作为膜表面受体参与信号传导。而酪氨酸（Tyr）磷酸化是膜受体参与信号传导的一个关键步骤。Zrichan-Licht等的研究表明，MUC1及MUC1/Y胞内段上的Tyr可被磷酸化，其胞内段含有2个潜在的SH2 domain结合位点（pYVIP，pYEEV）和1个潜在的Grb-2结合位点（pYXNX）；体外实验表明，磷酸化的胞内段可与src SH2 domain和Grb-2结合。随后，Pandey等研究表明，MUC1胞内段的YTNP中的Tyr（Y）可被磷酸化，并可通过pYTNP与Grb-2上的SH2 domain结合，形成DF3/Grb-2复合物（DF3即MUC1），后者可通过Grb-2的SH3 domain与Sos蛋白结合，形成DF3/Grb-2/Sos复合物，而Sos与Ras信号通路的激活密切相关，从而提示MUC1，MUC1/Y可能参与Ras信号通路。同时，研究还发现，MUC1，MUC1/Y胞外段氨基酸序列与人生长激素受体（GHR）、人白细胞介素7受体（IL-7R）、小鼠的白细胞介素3受体（IL-3R）等细胞因子受体具有较高的同源性，提示MUC1可能是一类细胞因子受体。既然MUC1及其同种型可能作为细胞表面受体而起作用，那么，它们的配体可能是什么呢？最近，Baruch等发现MUC1/SEC可与细胞表面的MUC1/Y结合，这种结合可引起MUC1/Y胞内段的磷酸化，同时引起细胞形态学的改变，表现为细胞变长，不易成簇。这种2种同种型之间相互作用在肿瘤发生发展中有何意义，是否还存在其它可与MUC1及其同种型作用的分子，还有待于进一步研究。

2.3　MUC1的粘附与抗粘附作用

MUC1可使E-钙粘蛋白(E-cadherin)下调表达, 后者是一种钙离子依赖的细胞粘附分子, 介导细胞间的结合, 在肿瘤转移中起抑制作用, E-钙粘蛋白的下调表达是肿瘤细胞侵袭性增强的步骤之一。另有报道, 癌细胞膜表面高密度表达的丝状MUC1分子可阻碍膜表面固定的配体与其受体的相互作用,可降低胞外基质内整合素介导的细胞间相互作用; MUC1上的Sialyl-Lewisx表位可作为E-选择素的配体与损伤或有炎症的血管内皮细胞上的E-选择素作用, 使瘤细胞易与血管内皮细胞粘附, 易于穿过血管壁, 从而利于瘤细胞的转移。因此, MUC1表达和其表达定位的调节, 在抗粘附作用的调控中可能起一定作用。

2.4　MUC1在机体免疫调节中的作用

目前的研究表明，MUC1即可诱发抗鬃瘤的CTL免疫应答（MHC限制性和非MHC限制性），同时又可抑制免疫活性细胞对肿瘤的杀伤作用，高水平的MUC1表达与肿瘤患者的预后呈负相关，提示MUC1可能参与免疫应答的调节。

Finn的研究小组首先发现在乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌患者体内存在可杀伤肿瘤细胞的CTL，其特点为非MHC限制性。随后他们又在乳腺癌患者中发现了具有MHCⅠ限制性的识别MUC1表位的CTL。这些现象也在小鼠体内得到了进一步的验证。正是上述发现使MUC1成为一种肿瘤生物治疗的靶分子。

但Hayes等发现正常及肿瘤细胞MUC1可抑制嗜酸粒细胞对靶细胞的ADCC-E作用；Ogata等报道含有STn表位的MUC1可大大提高铵离子对NK细胞的抑制作用；随后又有报道转染MUC1 cDNA的肿瘤细胞对杀伤细胞的敏感性降低。Chan等报道肿瘤细胞分泌的MUC1可抑制T细胞的增殖，使其处于G0/G1期，这些研究表明MUC1对抗肿瘤的细胞免疫应答具有抑制作用。上述MUC1的2种截然相反的作用提示MUC1可能具有免疫调节作用。为对此进行进一步验证，Agrawal等对MUC1在T淋巴细胞中的表达进行了分析。结果表明，T淋巴细胞可表达MUC1；经PHA活化后，MUC1表达水平增高，并可分泌出来；而PHA刺激停止后，MUC1的表达水平又逐渐降低。抗MUC1单抗可调节T细胞的免疫应答；可溶性MUC1可抑制T细胞的增殖，并可使其处于免疫无能状态，加入IL-2或抗CD28的抗体可逆转这种免疫无能状态。从而表明，可溶性或表达于肿瘤细胞表面的MUC1可能在不同情况下，通过作用于T细胞而发挥免疫调节作用。

MUC1免疫调节作用的分子机制目前还不十分清楚。①肿瘤细胞表面的MUC1可通过其VNTRs使TCR交联，从而不通过MHCⅠ分子而直接活化CTL（非MHC限制性）。但血循环中的MUC1也可与TCR结合，从而抑制CTL与肿瘤细胞表面MUC1分子的相互作用。② 由于MUC1是一种具有一定刚性和伸展性的大分子，表达于细胞表面可覆盖其周围的细胞表面分子，从而影响细胞表面分子间的相互作用，从而有助于肿瘤细胞从瘤体上释放出来，逃避免疫系统的监视。③ 人体内存在可识别MUC1分子空间结构表位的抗体，二者形成的免疫复合物可与B细胞的FcR结合，产生体液免疫应答，而抑制细胞免疫应答的产生。④MUC1可通过与T细胞表面ICAM-1分子的结合来阻断T细胞免疫应答所必须的协同刺激信号。⑤诱导T细胞凋亡。因此，MUC1可能以不同的形式，在不同环境下，对体内的免疫应答起双向调节作用。而用MUC1分子进行肿瘤生物治疗的目的就是设法改变MUC1的免疫活化和免疫抑制间的平衡，是这种平衡向有利于杀伤肿瘤细胞的方向发展。

3　MUC1在肿瘤生物学治疗中的应用

如上所述, MUC1在癌变时可发生量和质的改变, 出现新的抗原表位, 同时, 由于MUC1是最先与机体免疫系统接触的细胞表面分子之一,肿瘤MUC1可以非MHC限制性和MHC限制性方式活化CTLs，这些活化的CTLs可杀伤表达MUC1的肿瘤细胞。因此, MUC1是肿瘤主动特异性免疫治疗(active specific immunotherapy)理想的靶分子。

目前, 有多种基于MUC1的免疫原作为疫苗用于肿瘤治疗的研究, 有些已经进入临床实验阶段。

3.1　MUC1抗体在肿瘤治疗中的应用

自MUC1发现以来，已有多家研究机构制备了多种MUC1单克隆抗体，其中56株已得到国际肿瘤生物医学协会(ISOBM)的确认（见表1），这些抗体中的大多

表1　ISOBM确认的MUC1单克隆抗体

ISOBM编号　单抗名称　研制单位　研究者　同种型

ISOBM-122 Ma 552 CanAg Nilsson, O. IgG1

ISOBM-123 BC3 Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-124 HMPV Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-125 VU- 3-C6 Univ. Hosp. “Vrije Universiteit” Hilgers, J. IgG1

ISOBM-126 VU-12-E1 Univ. Hosp. “Vrije Universiteit” Hilgers, J. IgG1

ISOBM-127 SH1 University of Copenhagen Clausen, H. IgG3-k

ISOBM-128 DH-1 Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-129 MF06 C.I.S. Biointernational Seguin, P. IgG1

ISOBM-130 VU-11-D1 Univ. Hosp. “Vrije Universiteit” Hilgers, J. IgG1

ISOBM-131 VA1 Austin Research Institute McKenzie I. IgG1

ISOBM-132 MF30 C.I.S. Biointernational Seguin, P. IgG1

ISOBM-133 BCP 8 Austin Research Institute McKenzie I. IgG2b

ISOBM-134 BW 835 Behringwerke AG Schelp, C. IgG1

ISOBM-135 SMA-1 Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-136 DF3 Centocor Cornillie, F. IgG1

ISOBM-137 27.1 Austin Research Institute McKenzie I. IgG1

ISOBM-138 BC2 Austin Research Institute McKenzie I. IgG1

ISOBM-139 B27.29 Biomira Inc. Craig, D. IgG1

ISOBM-140 VU- 3-D1 Univ. Hosp. “Vrije Universiteit” Hilgers, J. IgG1

ISOBM-141 BCP 7 Austin Research Institute McKenzie I. IgG2a

ISOBM-142 7540MR Bayer Yeung, K. IgG1

ISOBM-143 M26 Sanofi IgM+G1-k

ISOBM-144 VU- 4-H5 Univ. Hosp. “Vrije Universiteit” Hilgers, J. IgG1

ISOBM-145 3E1.2 Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-146 232A1 Netherlands Cancer Institute Hilkens, J. IgG1

ISOBM-147 BCP 9 Austin Research Institute McKenzie I. IgG1

ISOBM-148 115 D8 Centocor Cornillie, F. IgG2b-k

ISOBM-149 MF11 C.I.S. Biointernational Seguin, P. IgG1

ISOBM-150 KC4 Immunotech SA Agthoven, A. Van IgG3

ISOBM-151 5F4 University of Copenhagen Clausen, H. IgM

ISOBM-152 M29 Sanofi IgG1-k

ISOBM-153 BC4E549 Hybritech Inc. Rittenhouse, H. IgG1-k

ISOBM-154 Ma 695 CanAg Nilsson, O. IgG1

ISOBM-155 Sec1 Austin Research Institute McKenzie I. IgG2b

ISOBM-156 VU-11-E2 Univ. Hosp. “Vrije Universiteit” Hilgers, J. IgG1

ISOBM-157 HH 6 University of Copenhagen Clausen, H. IgG3-k

ISOBM-158 M38 Sanofi IgG1-k

ISOBM-159 E29 Dako A/S Askaa, J. IgG2a

ISOBM-160 HH14 University of Copenhagen Clausen, H. IgM

ISOBM-161 GP1.4 Immunotech SA Agthoven, A. van IgG1

ISOBM-162 214D4 Netherlands Cancer Institute Hilkens, J. IgG1

ISOBM-163 43 Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-164 CC2 Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-165 SM3 Imperial Cancer Research Fund Burchell, J. IgG1

ISOBM-166 12C10 Transgene SA Acres, B. IgG1-k

ISOBM-167 FH6 University of Copenhagen Clausen, H. IgM

ISOBM-168 BC5N154 Hybritech Inc. Rittenhouse, H. IgM

ISOBM-169 HMFG-1 Imperial Cancer Research Fund Burchell, J. IgG1

ISOBM-170 VA2 Austin Research Institute McKenzie I. IgG1

ISOBM-171 B12 Roche Diagnostic Systems Pfleiderer, P. IgG1

ISOBM-172 C595 University of Nothingham Price, M. IgG3

ISOBM-173 BCRU-G7 Norwegian Radium Hospital Rye, P. IgM

ISOBM-174 BCP10 Austin Research Institute McKenzie I. IgM

ISOBM-175 MC5 Immunotech SA Agthoven, A. van IgG1-k

ISOBM-176 7539MR Bayer Yeung, K. IgG2b

ISOBM-177 A76-A/C7 Max Delbrueck Centre f. Mol.Med. Karsten, U. IgG1+M-k

数的识别表位位于MUC1 VNTRs中的APDTRPAPG区域，如BC2识别APDTR，HMFG1识别PDTR等。由于MUC1在肿瘤细胞表面的高度异常表达，使其成为一种潜在的肿瘤靶向治疗的靶分子。目前已有多个实验室在利用MUC1单抗进行肿瘤治疗的研究。