Regulation of RAS-GTPase Activity by Oncofetal Chondroitin Sulfate (Chondroitin 4-Sulfate) and Arylsulfatase B

癌症通常始于细胞内一个损坏的开关。这个被称为 RAS 的蛋白质是一个开关，它扮演着细胞生长守门人的角色。当门关闭时，细胞保持安静；当门打开时，细胞就会接收到分裂的信号。在许多侵略性肿瘤中，这个门被卡在了开启位置，导致细胞不受控制地增殖。几十年来，科学家们一直难以修复这个损坏的开关，因为该蛋白质的形状使得标准药物几乎无法对其进行抓取。虽然最近的药物已经学会了针对这种损坏开关的特定版本，但它们并不适用于每位患者，而且癌症经常会找到抵抗它们的方法。这使得研究人员开始寻找一种不同的策略：与其直接尝试修补损坏的开关，不如寻找一种方法来关闭最初让开关保持开启状态的信号。

来自杰西·布朗退伍军人医疗中心（Jesse Brown VA Medical Center）研究人员的一项新研究探索了一个解决这一问题的惊人路径。他们发现，RAS 开关的活性与一种存在于细胞表面的糖分子——被称为硫酸软骨素-4-硫酸盐（chondroitin 4-sulfate）的糖密切相关。这种糖是更大一类分子家族的一部分，这些分子包裹着我们的细胞，起着类似于保护毯或通信网络的作用。研究人员关注了一种名为芳基硫酸酶 B（Arylsulfatase B）的酶，它就像一对分子剪刀。它的工作是剪掉硫酸软骨素-4-硫酸盐糖上的一个特定的化学标签——硫酸基团。当这种酶正常工作时，它会让糖保持在特定的状态。但当这种酶缺失或被沉默时，糖就会因为附着的硫酸标签过多而发生堆积。

团队着手研究当这种糖的平衡被打破时，RAS 开关会发生什么。他们在实验室中使用了人类黑色素瘤细胞（一种皮肤癌），以及正常的皮肤细胞和肠道细胞。在实验中，他们使用了一种精确的方法来沉默制造芳基硫酸酶的基因。正如他们所预期的，沉默该酶导致了硫酸软骨素-4-硫酸盐糖的堆积。接下来他们发现的情况令人震惊：原本应该保持安静的 RAS 开关突然跳到了活跃状态。该开关的活性剧烈增加，在某些情况下甚至增加了高达 222%。相反，当研究人员将制造的酶重新加入细胞时，糖水平下降，RAS 开关的活性下降了一半以上。这种模式不仅在细胞培养皿中成立，在患有黑色素瘤肿瘤的小鼠身上也同样成立，通过对动物进行酶治疗，减少了它们肺部和皮肤肿瘤中 RAS 开关的活性。

为了理解糖分子如何控制蛋白质开关，研究人员追踪了中间的步骤。他们发现，硫酸化糖的堆积改变了细胞内其他分子的相互作用方式。具体而言，一种名为半乳聚糖-3（galectin-3）的蛋白质，通常会粘附在糖上，但在糖被过多的硫酸基团过度负载时，它会发现更难与之结合。这使得半乳聚糖-3 在细胞内自由漂浮。这种自由漂浮的蛋白质随后触发了一场连锁反应，增加了另一种名为 EGFR 的蛋白质的产量。EGFR 是细胞表面的一种受体，它像天线一样，负责监听生长信号。当这种“天线”增多时，细胞会对生长信号变得过度敏感，进而迫使 RAS 开关保持开启状态。研究人员通过证明，如果阻断 EGFR 的产生或停止导致其产生的信号步骤，即使在糖水平很高的情况下，RAS 活性的激增也会消失，从而证实了这一点。

研究还观察了细胞最初是如何制造这些硫酸标签的。这些标签是由称为硫基转移酶（sulfotransferases）的酶添加的，这些酶依赖于一种通用的燃料来源——PAPS。当研究人员减少这种燃料来源的数量时，RAS 开关的整体活性略有下降，这表明细胞对糖进行硫化的能力与 RAS 开关的工作强度直接相关。有趣的是，他们发现并非所有的糖修饰酶都具有相同的效果。移除添加另一种类型标签（六硫酸基团）的能力并不会改变 RAS 开关。这证实了硫酸软骨素上的特定四硫酸基团是驱动这种变化的决定性因素。

糖与开关之间的联系如此紧密，以至于研究人员发现细胞中硫酸软骨素-4-硫酸盐的含量与 RAS 开্ব的活性之间存在近乎完美的匹配。随着糖水平的上升，开关活性也同步上升。他们还测试了一种名为 VAR2CSA 的蛋白质，已知它能与这种特定类型的糖紧密结合。他们发现，由于缺乏该酶导致的糖水平升高时，VAR2CSA 与其结合得更加紧密，这进一步证实了糖的结构发生了变化，从而改变了它与其他蛋白质的相互作用。

这项工作为控制癌症生长提供了一种新的思考方式。与其试图强行关闭损坏的 RAS 开关，不如降低维持其开启状态的特定糖水平，这或许是一种可行的方法。通过恢复芳基硫酸酶的活性或阻断硫酸化糖的产生，或许可以调低驱动肿瘤生长的生长信号的“音量”。研究人员指出，虽然正在开发新药来针对特定的 RAS 蛋白突变，但这种方法提供了一个不同的角度，可能适用于各种不同类型的癌症，而不受特定突变的影响。这些发现指向了一条生物通路，即细胞表面糖分子的化学性质可以决定最著名的癌症驱动因子的行为，为未来的疗法提供了一个全新的靶点。