在感冒和流感季節，粘液過多是一種常見的、令人不快的疾病癥狀，但這種光滑的物質對人類健康至關重要。為了更好地了解其多種作用，研究人員合成了粘液的主要成分，即稱為粘蛋白的糖衣蛋白，并發現將健康細胞的粘蛋白改變為類似于癌細胞的粘蛋白會使健康細胞的行為更像癌癥。

研究人員今天將化學會 (ACS) 春季會議上展示她的研究結果。 ACS 2024 年春季會議是一場混合會議，將于 3 月 17 日至 21 日舉行;它包含近 12,000 個有關一系列科學主題的演示。

“數百年來，粘液被認為是一種廢物或只是一種簡單的屏障，”領導這項研究的生物醫學工程學教授杰西卡·克萊默說。事實上，它確實起到了屏障的作用，調節小分子和顆粒物向呼吸道和消化道內襯上皮細胞的運輸。但它還可以做更多的事情。研究表明，粘液和粘蛋白具有生物活性，在免疫、細胞行為以及防御病原體和癌癥方面發揮著重要作用。例如，猶他大學的克萊默團隊最近發現，粘蛋白上附著的特定糖可以抑制細胞培養物中的冠狀病毒感染。

“研究粘液和粘蛋白的總體挑戰之一是它們具有多種蛋白質結構，”克萊默解釋道。盡管人類共有 20 多個粘蛋白基因，但這些基因在不同組織中的表達不同，并被剪接產生一系列蛋白質。此外，細胞用不同的糖以多種方式修飾這些蛋白質，以滿足身體的需要。

讓情況變得復雜的是，遺傳因素本身并不能決定粘蛋白的組成。飲食和環境因素也會影響哪些糖附著在這些蛋白質上。因此，粘液成分可能因人而異、因日而異、因組織而異，所有這些都使得鑒定任何給定粘蛋白的生物效應變得困難。

克萊默說，為了研究粘蛋白的特性，研究人員可以從屠宰場的動物身上收集粘液。 “但最終，它是勞動密集型的并且難以純化。在收獲過程中，通常粘稠的特性會被破壞。”

克萊默解釋說，作為替代方案，可以購買現成的粘蛋白。但由于批次間的差異可能會導致實驗重現性問題，因此需要以合理的價格可靠地大規模生產合成粘蛋白的方法。

由于缺乏簡單的遺傳方法來生產單個粘蛋白，克萊默的實驗室結合了合成化學和細菌酶來生成核心多肽，然后選擇性地添加糖來創建獨特的合成粘蛋白。這使得研究人員能夠測試各種類型粘蛋白分子的物理、化學和生物特性，并確定改變單個糖或蛋白質序列的影響。

克萊默和倫敦國王學院的合作者喬迪·羅森布拉特的實驗室正在將她團隊的粘蛋白應用于癌癥生物學問題。特別是，科學家們正在探索粘蛋白對腫瘤形成最早階段的影響。其他實驗室之前的研究表明，嵌入癌細胞表面的粘蛋白會促進轉移，即癌癥擴散到體內的其他組織。這些粘蛋白還可以通過阻止免疫細胞激活來幫助癌細胞逃避免疫系統的防御。

“我們正在構建合成粘蛋白，以了解這些蛋白質的化學方面如何影響癌細胞的行為，”克萊默解釋道。 “以前不可能研究這些東西，因為我們無法使用傳統的遺傳和生化方法控制粘蛋白的分子特性。”

正常情況下，隨著非癌性上皮細胞的生長，它們會聚集在一起，其中一些細胞會從上皮層中消失，以保持組織結構的一致和穩定。當克萊默的團隊將細胞改造為具有類似于癌細胞的龐大的富含粘蛋白的表面時，細胞停止正常擠出并堆積起來，形成看起來像腫瘤開始的東西。

然而，克萊默很快指出，她的團隊尚未確定細胞的遺傳學是否發生了變化，因此他們還不能明確說明健康細胞是否轉化為癌細胞。這些研究正在進行中。

這些見解對于開發針對粘蛋白的可能的癌癥治療方法至關重要，因為它們將有助于強調粘蛋白分子的哪些部分對腫瘤形成最重要。

克萊默說，幾十年來，科學家們一直在嘗試制造粘蛋白靶向療法，但效果不佳，部分原因是分子上的糖基沒有得到充分考慮。 “對于疫苗，我們不能只考慮蛋白質序列，因為這不是免疫系統看到的分子的樣子。相反，當免疫細胞撞擊癌細胞表面時，它首先會看到糖，而不是蛋白質骨架。”因此，她認為有效的疫苗需要針對這些粘蛋白糖。