半乳糖凝集素3（Galectin-3）是属于糖结合蛋白家族的一员，其被广泛认为参与了癌细胞的增长及扩散。同时，蛋白酶（protease）被认为在癌细胞逃离原发位置的过程中起了重要作用，其参与了分解相关基质蛋白，为癌细胞和细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）的分离铺平了道路。本研究探索了半乳糖凝集素3是否通过调控癌细胞内相关蛋白酶的分泌，继而影响癌细胞的扩散和转移。该研究解析了半乳糖凝集素3通过诱导肠癌细胞中蛋白酶的分泌，继而加强了癌细胞的侵略性同时降低了癌细胞间上皮间质的完整性，证实了半乳糖凝集素3调控相关蛋白酶的分泌，对肠癌细胞扩散产生了的重要影响。

通过运用蛋白酶芯片，研究人员在人类肠癌细胞中发现，半乳糖凝集素3组中一些蛋白酶分泌有显著的提升，其中包括了几组基质金属蛋白酶以及组织蛋白酶（图一）。基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases， MMP）被认为是分基质金属蛋白酶解细胞外基质的主要蛋白酶，其中MMP-1和MMP-13都被证实参与了癌细胞的侵袭。同时，组织蛋白酶（cathepsins）也参与了细胞外基质的分解，并且一些组织蛋白酶还参与了免疫反应，促进了癌细胞的扩散。

图1. 蛋白酶芯片中半乳糖凝集素3组相关蛋白酶表达有显著提升

（图源: Li, et all. Cell death & disease, 2023）

通过细胞侵袭实验，研究证实了半乳糖凝集素3组对肠癌细胞侵袭产生了促进作用（图二A，B）。同时，运用Transwell小室，研究人员分离了HT29肠癌细胞，包括了高侵袭性的HT29细胞（HT29-I）和低侵袭性的HT29细胞（HT29-N）。其中，对比在自身分泌的上清液中，HT29-I细胞在HT29-N细胞的上清液中侵袭性明显降低，而对比在自身分泌的上清液中，HT29-N细胞在HT29-I细胞的上清液中侵袭性明显提高（图二C，D）。研究人员还证实了相比较HT29-N细胞，HT29-I细胞分泌更多的相关蛋白酶。同时，半乳糖凝集素3抑制剂乳糖（lactose）明显降低了组织蛋白酶B（Cathepsin B，CTSB）和基质金属蛋白酶13（MMP-13）的分泌（图二E，F），而且还同时抑制了HT29细胞的侵袭（图二G）。本研究证实了半乳糖凝集素3通过诱导蛋白酶分泌继而加强了肠癌细胞侵袭。

图2. 半乳糖凝集素3表达和分泌诱导相关蛋白酶分泌从而加强了癌细胞侵略

（图源: Li, et all. Cell death & disease, 2023）

通过孵育Caco2细胞单层膜，研究人员观测了不同组中Trans Epithelial Electrical Resistances（TEER）数值的变化，从而测定细胞间通透性的变化。其中，相比较Gal-3基因敲除的SW620肠癌细胞，正常的SW620肠癌细胞的上清液对Caco2细胞单层膜造成了更多的损伤，降低了TEER数值，提升了其通透性（图三A）。高侵袭性的HT29细胞也显示了比低侵袭性HT29细胞对单层膜通透性有更多提升（图三B）。同时，在测定细胞渗漏中，研究人员在小室上层加入荧光染色剂，通过测定下层的荧光度数，来衡量细胞渗漏程度的高低。本研究表明了相比较Gal-3基因敲除的SW620肠癌细胞，正常的SW620肠癌细胞的上清液对Caco2细胞造成了更多细胞间质的渗漏，高侵袭HT29细胞细胞也显示了比低侵袭性HT29细胞对细胞间质造成了更多的渗漏（图三C，D）。结合之前阐述的不同细胞间蛋白酶分泌量的区别，可以总结出半乳糖凝集素3诱导的蛋白酶分泌破坏癌细胞与细胞的接触并增加细胞单层通透性和渗漏。

图3. 半乳糖凝集素3诱导的蛋白酶分泌破坏癌细胞与细胞的接触并增加细胞单层通透性和渗漏

（图源: Li, et all. Cell death & disease, 2023）

本研究进一步探索了半乳糖凝集素3诱导肠癌细胞内蛋白酶分泌的通路。通过运用激酶芯片，本研究发现在半乳糖凝集素3诱导组中，GSK3，PYK2，STAT1和STAT3为表达量变化最大的四组。研究人员进一步测定了四种激酶的激活时间，其中GSK3和PYK2的激活具有统计意义。研究人员还发现了通过采用PYK2和GSK3的抑制剂，发现了PYK2在通路中为GSK3的上游。半乳糖凝集素3很有可能通过PYK2/GSK3的通路来诱导相关蛋白酶的分泌。

图4. 半乳糖凝集素3通过PYK2/GSK3的通路来诱导相关蛋白酶的分泌

（图源: Li, et all. Cell death & disease, 2023）