鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族SLC39/ZIPs與消化系統(tǒng)腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展

謝竹君，周群燕，占 強(qiáng)

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬無(wú)錫人民醫(yī)院消化科，江蘇 無(wú)錫 214023)

鋅離子是人體生命所必需的重要金屬離子，是多種酶、轉(zhuǎn)錄因子、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子等蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)成分，它作為一種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子受到細(xì)胞外刺激來(lái)決定各種生理途徑的最終結(jié)果，如細(xì)胞分化、增殖和遷移等。鋅缺乏或過(guò)量都會(huì)損害細(xì)胞，如鋅缺乏可能會(huì)導(dǎo)致智力和免疫功能受損、發(fā)育遲緩和嚴(yán)重的胃腸道問(wèn)題，而細(xì)胞內(nèi)鋅的含量過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞過(guò)度生長(zhǎng)和遷移[1]。既往多項(xiàng)研究結(jié)果顯示，在發(fā)育、免疫、生殖、神經(jīng)、內(nèi)分泌和生殖傳播等生理活動(dòng)中存在明顯的鋅離子濃度變化，提示鋅離子調(diào)節(jié)功能失調(diào)與各種疾病的病理生理有關(guān)，包括神經(jīng)變性、炎癥、糖尿病、癌癥和其他疾病[2- 4]。因此，控制鋅的分布、細(xì)胞攝取和排泄鋅的穩(wěn)態(tài)機(jī)制對(duì)細(xì)胞的功能和存活至關(guān)重要。

控制鋅穩(wěn)態(tài)的過(guò)程是通過(guò)一系列的結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)調(diào)的，這些蛋白包括金屬硫蛋白和兩個(gè)跨膜鋅轉(zhuǎn)運(yùn)者家族，分別被稱為SLC(solute carrier family)30/ZnTs(Zinc transporters)和SLC39/ZIPs(Zrt- IRF- like proteins)。在人類中共有10個(gè)ZnTs和14個(gè)ZIPs基因位點(diǎn)，ZnTs和ZIPs分布在細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等部位，可以在組織和細(xì)胞內(nèi)區(qū)域中微調(diào)鋅的分布，其中ZnTs可以使鋅從細(xì)胞質(zhì)流向胞外環(huán)境，或?qū)\從胞質(zhì)中吸收到胞內(nèi)間隔以降低細(xì)胞溶質(zhì)鋅濃度，而ZIPs則可以從細(xì)胞外環(huán)境中吸收鋅進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)或使細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器(包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和高爾基體)釋放的鋅進(jìn)入胞質(zhì)從而增加細(xì)胞溶質(zhì)鋅濃度[5- 6]。ZnTs和ZIPs可以通過(guò)調(diào)節(jié)鋅的穩(wěn)態(tài)參與酶、受體和轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)[5- 6]。有文獻(xiàn)報(bào)道，包括乳腺、頭頸、肺、肝臟、前列腺、胰腺和婦科腫瘤在內(nèi)的腫瘤患者血清鋅水平低于正常人，說(shuō)明鋅穩(wěn)態(tài)改變與許多癌癥有關(guān)[7]。因此，鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體水平與癌癥進(jìn)展有一定聯(lián)系，近年來(lái)多項(xiàng)研究表明ZIPs與多種腫瘤相關(guān)，ZIP1、ZIP2、ZIP3與前列腺癌相關(guān)[8- 9]，ZIP4涉及膠質(zhì)瘤的診斷和預(yù)后[10]，ZIP6與乳腺腫瘤的分級(jí)、大小和分期有關(guān)，ZIP7在乳腺癌的發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程中起一定作用，ZIP10也參與乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[11]。而消化道腫瘤也與ZIPs有一定的相關(guān)性。現(xiàn)對(duì)鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族SLC39/ZIPs與消化系統(tǒng)腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展予以綜述。

1 SLC39A3/ZIP3

ZIP3位于細(xì)胞的質(zhì)膜上，能夠在細(xì)胞內(nèi)間隔和質(zhì)膜之間快速移動(dòng)，將鋅離子輸入細(xì)胞。在許多組織中可以檢測(cè)到低水平的ZIP3表達(dá)，但在睪丸中ZIP3顯示具有最高水平[12]，在胰腺癌組織中ZIP3表達(dá)明顯下調(diào)，提示ZIP3可能參與胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展。Costello等[13]對(duì)正常胰腺和腺癌組織切片進(jìn)行染色發(fā)現(xiàn)，與正常胰腺組織相比鋅離子含量在早期和進(jìn)展期的胰腺癌組織中下降，并且Ras應(yīng)答元件結(jié)合蛋白1(Ras response element binding protein 1，RREB1)轉(zhuǎn)錄因子與ZIP3同時(shí)被下調(diào)，而Takagishi等[14]進(jìn)一步的體外細(xì)胞學(xué)研究表明ZIP3表達(dá)受正常導(dǎo)管/腺泡上皮細(xì)胞中RREB1的調(diào)控。Costello等[15]通過(guò)在人胰腺組織切片進(jìn)行鋅的雙硫腙染色發(fā)現(xiàn)在正常胰腺組織中呈現(xiàn)較深的鋅雙硫腙染色，但在胰腺上皮內(nèi)瘤變組織中則染色較淺，在胰腺癌中最淺，這體現(xiàn)了胰腺癌中鋅的大量丟失，Costello等[15]同時(shí)進(jìn)行了ZIP3、RREB1的免疫組織化學(xué)檢查，發(fā)現(xiàn)正常胰腺組織切片中有豐富的ZIP3轉(zhuǎn)運(yùn)體和豐富的RREB1的核染色。相反，胰腺上皮內(nèi)瘤變病變及胰腺癌組織切片顯示ZIP3、RREB1明顯減少或缺失。最后他們用RREB1 siRNA轉(zhuǎn)染胰腺癌Panc1細(xì)胞，通過(guò)免疫印跡試驗(yàn)驗(yàn)證了RREB1在Panc1細(xì)胞中的下調(diào)會(huì)導(dǎo)致ZIP3的相應(yīng)減少，這些結(jié)果證實(shí)了早期胰腺癌中鋅、ZIP3和RREB1的同步明顯下降，而且這些變化發(fā)生在胰腺上皮內(nèi)瘤變期。Franklin等[16]的研究結(jié)果表明RREB1通過(guò)表達(dá)降低抑制下游ZIP3, 使其表達(dá)下調(diào)，從而導(dǎo)致癌前細(xì)胞和癌細(xì)胞中鋅的減少，參與胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。因此，ZIP3是胰腺細(xì)胞內(nèi)鋅積累及抑制細(xì)胞增殖所必需的重要轉(zhuǎn)運(yùn)體，RREB1是ZIP3表達(dá)的陽(yáng)性調(diào)節(jié)因子。胰腺中可能存在RREB1/ZIP3/鋅調(diào)控途徑，在胰腺癌發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起到抑制鋅的積累及促進(jìn)細(xì)胞增殖的作用。

2 SLC39A4/ZIP4

2.1ZIP4與胰腺癌 ZIP4定位于胰島β細(xì)胞的基膜，其在胰腺腫瘤中高表達(dá)可能會(huì)增加細(xì)胞鋅水平，在胰腺癌中也存在異常表達(dá)。Li等[17]觀察了17例臨床胰腺癌標(biāo)本中ZIP4的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)ZIP4在其中16例標(biāo)本中與周圍正常組織相比明顯過(guò)表達(dá)，ZIP4 mRNA在人胰腺癌細(xì)胞中的表達(dá)明顯高于人胰管上皮細(xì)胞，表明ZIP4上調(diào)可能參與胰腺癌的發(fā)病和進(jìn)展。Jin等[18]研究發(fā)現(xiàn)，PC- 1.0(一種高度惡性的胰腺癌細(xì)胞系)細(xì)胞來(lái)源的外泌體能顯著增強(qiáng)共培養(yǎng)的PC- 1(中度惡性胰腺癌細(xì)胞系)細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力，蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)ZIP4是PC- 1.0細(xì)胞中表達(dá)最高的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。Jin等[18]還通過(guò)體外和體內(nèi)(皮下BALB/c裸鼠模型)以及臨床數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證了外源性ZIP4可促進(jìn)胰腺癌的生長(zhǎng)，是胰腺癌新的診斷生物標(biāo)志物。Zhang等[19]發(fā)現(xiàn)ZIP4的過(guò)表達(dá)可上調(diào)miR- 373的表達(dá)，ZIP4的敲除則降低了該miRNA的表達(dá)，在胰腺癌組織中證實(shí)ZIP4與miR- 373的表達(dá)呈正相關(guān)，過(guò)表達(dá)ZIP4的胰腺癌細(xì)胞顯示環(huán)磷腺苷應(yīng)答元件結(jié)合蛋白磷酸化增強(qiáng)，而在沉默ZIP4的ASPC- 1細(xì)胞中CREB的激活受到明顯抑制。染色質(zhì)免疫共沉淀試驗(yàn)證實(shí)CREB與miR- 373啟動(dòng)子的結(jié)合驗(yàn)證了miR- 373是CREB的轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)。他們還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染Pre- miR- 373的mia paca- 2細(xì)胞中tp53inp1、lats 2和CD44水平顯著降低，而轉(zhuǎn)染Anti- 373的mia paca- 2細(xì)胞中的tp53inp1、lats 2和CD44水平均顯著升高，并通過(guò)體外和體內(nèi)(裸鼠原位異種移植模型)研究表明，胰腺癌中ZIP4通過(guò)上調(diào)miR- 373而抑制了tp53inp1、lats 2和CD44的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)。這些結(jié)果揭示了一種新的ZIP4- CREB- miR- 373信號(hào)軸，其可促進(jìn)胰腺癌的生長(zhǎng)，從而部分解釋了鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在胰腺癌細(xì)胞中的作用機(jī)制。

2.2ZIP4與肝癌 ZIP4在胰腺癌組織中存在明顯高表達(dá)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在肝癌組織中也存在明顯高表達(dá)，可能參與肝癌細(xì)胞的增殖、遷移，Gartmann等[20]采用免疫組織化學(xué)法檢測(cè)138例肝細(xì)胞癌組織和72例癌旁組織中所有鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，并在肝細(xì)胞癌的表達(dá)水平進(jìn)行半定量評(píng)分和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)ZIP4在肝癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁肝組織。ZIP4在腫瘤組織中的表達(dá)水平與生存期呈負(fù)相關(guān)，且癌旁組織中的表達(dá)水平也與存活時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。Weaver等[21]的研究檢測(cè)了60例肝癌、36例肝硬化組織和6例正常組織中ZIP4的表達(dá)，結(jié)果顯示ZIP4在肝癌組織中的表達(dá)明顯高于非腫瘤組織，并在肝癌HuH- 7細(xì)胞中使ZIP4過(guò)表達(dá)而在肝癌BEL7402細(xì)胞使ZIP4低表達(dá)，顯示ZIP4的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致轉(zhuǎn)移基因基質(zhì)金屬蛋白酶2、基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)增多，促凋亡基因(caspase- 3、caspase- 9、bax)表達(dá)減少，而ZIP4的低表達(dá)則結(jié)果相反，說(shuō)明特異性抑制ZIP4可降低細(xì)胞遷移和侵襲能力，而ZIP4過(guò)度表達(dá)則導(dǎo)致細(xì)胞遷移和侵襲性增加[22]。這表明在肝細(xì)胞癌中過(guò)表達(dá)的ZIP4可以抑制細(xì)胞凋亡，加快細(xì)胞生長(zhǎng)速度，增強(qiáng)侵襲行為，這可能是肝癌患者預(yù)后不良的新指標(biāo)和治療靶點(diǎn)。

3 SLC 39A5/ZIP5

ZIP5與ZIP4蛋白序列相似，ZIP5通過(guò)促進(jìn)膳食鋅被腸上皮細(xì)胞吸收和從囊泡室釋放鋅來(lái)維持細(xì)胞鋅水平。ZIP5在肝臟、腎臟、胰腺、小腸和結(jié)腸中均有高表達(dá)，其定位于腸上皮細(xì)胞、胰腺腺泡細(xì)胞和腎細(xì)胞的基底外側(cè)膜[12]。缺少ZIP5會(huì)導(dǎo)致鋅在肝臟中積累過(guò)多，但不能在胰腺中累積多余的鋅[14]。有研究檢測(cè)了食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)組織中ZIP5的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體ZIP5在正常食管組織中弱表達(dá)，而在癌旁組織中表達(dá)明顯增加，在癌組織中表達(dá)顯著增高，并且ZIP5高表達(dá)水平與腫瘤惡性程度呈正相關(guān)[23- 24]。在構(gòu)建了穩(wěn)定的基因敲除型ZIP5細(xì)胞株后發(fā)現(xiàn)ZIP5基因敲除無(wú)論在體內(nèi)還是體外都可抑制ESCC的增殖、遷移和侵襲。進(jìn)一步分析顯示ZIP5基因敲除可抑制環(huán)加氧酶2、G1/S- 特異性細(xì)胞周期蛋白D1和上皮鈣黏素在食管癌細(xì)胞中的表達(dá)，從而抑制 ESCC的進(jìn)展。

4 SLC 39A6/ZIP6

ZIP6被認(rèn)為處于細(xì)胞質(zhì)膜上，其可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鋅水平增加，且ZIP6在對(duì)類固醇激素敏感的組織如胎盤、乳腺和前列腺中高表達(dá)，目前在消化系統(tǒng)腫瘤(如食管癌、肝癌及胰腺癌)中發(fā)現(xiàn)ZIP6均有異常表達(dá)[12]。

4.1ZIP6與食管癌 ZIP6在食管癌中表達(dá)較正常組織高，提示其可能與食管癌的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，在食管癌細(xì)胞中下調(diào)表達(dá)ZIP6可抑制ESCC細(xì)胞的增殖和侵襲[25]。而在對(duì)ESCC標(biāo)本和細(xì)胞系的分析發(fā)現(xiàn)ZIP6的表達(dá)增加與腫瘤侵襲性、細(xì)胞內(nèi)鋅水平和患者生存時(shí)間有關(guān)，過(guò)表達(dá)ZIP6的ESCC細(xì)胞株中基質(zhì)金屬蛋白酶1、基質(zhì)金屬蛋白酶3、髓細(xì)胞增生原癌基因和表面免疫球蛋白的呈現(xiàn)高表達(dá)，并形成轉(zhuǎn)移性異種移植瘤[26]。還有研究認(rèn)為ZIP6在ESCC中具有促腫瘤作用，提示ZIP6可作為高?；颊叩脑缙谔綔y(cè)器和預(yù)后的生物標(biāo)志物，而ZIP6的靶向治療可能是阻斷ESCC的一種潛在治療策略[27]。這些結(jié)果提示ZIP6在ESCC的預(yù)后中具有重要作用。

4.2ZIP6與肝癌 在肝癌細(xì)胞中同樣存在ZIP6的高表達(dá)，Lian等[28]在3個(gè)逐步轉(zhuǎn)移的肝癌細(xì)胞系(MHCC- 97L，MHCC- 97H和HCC- LM3)細(xì)胞中進(jìn)行miRNA微陣列分析，發(fā)現(xiàn)miR- 192在肝癌組織中表達(dá)下降，在肝癌患者血管細(xì)胞浸潤(rùn)組的表達(dá)水平較非浸潤(rùn)組下降。提示miR- 192對(duì)肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移有明顯的抑制作用，而ZIP6是miR- 192的直接和功能靶點(diǎn)，且ZIP6與miR- 192呈負(fù)相關(guān)，所以ZIP6可能促進(jìn)肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲。

4.3ZIP6與胰腺癌 同樣在胰腺癌中存在ZIP6的高表達(dá)，提示其可能參與胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展。Unno等[29]檢測(cè)了9株培養(yǎng)細(xì)胞(8株癌和1株正常導(dǎo)管細(xì)胞)和24例胰腺組織(12例胰腺癌和12例正常組織)中ZIP6 mRNA的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在胰腺癌細(xì)胞株和胰腺癌組織中ZIP6 mRNA的表達(dá)分別高于正常導(dǎo)管細(xì)胞和正常組織。Unno等[29]還檢測(cè)了ZIP6 mRNA基因產(chǎn)物在72例胰腺癌組織中的表達(dá)，結(jié)果顯示ZIP6表達(dá)水平與腫瘤大小及淋巴浸潤(rùn)有關(guān)。他們通過(guò)下調(diào)ZIP6在胰腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，構(gòu)建裸鼠模型，發(fā)現(xiàn)抑制ZIP6無(wú)論在體內(nèi)還是體外都可以抑制胰腺癌細(xì)胞增殖、遷移。證實(shí)ZIP6表達(dá)與胰腺癌腫瘤增殖相關(guān)，抑制ZIP6可導(dǎo)致上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化狀態(tài)的逆轉(zhuǎn)和胰腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移或擴(kuò)散的顯著減少。

5 SLC 39A7/ZIP7

ZIP7是一種鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，定位于內(nèi)層膜，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體。它可以釋放儲(chǔ)存的鋅，以防止細(xì)胞質(zhì)鋅缺乏以及鋅在高爾基體中的過(guò)度積累，在腸上皮自我更新中發(fā)揮關(guān)鍵作用[30]。ZIP7作為一種多功能蛋白，參與多種細(xì)胞生理過(guò)程，包括發(fā)育過(guò)程中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和成體組織的動(dòng)態(tài)平衡。Sheng 等[31]對(duì)人結(jié)直腸腫瘤和5株大腸癌細(xì)胞系中ZIP7的表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，表明結(jié)直腸腫瘤中ZIP7的表達(dá)水平高于正常結(jié)腸組織，檢測(cè)ZIP7基因敲除對(duì)大腸癌細(xì)胞的影響發(fā)現(xiàn)ZIP7基因敲除后的大腸癌細(xì)胞活力和增殖能力明顯下降。因此，ZIP7的基因敲除抑制了大腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，并通過(guò)干擾細(xì)胞周期的進(jìn)展和誘導(dǎo)G2/M期細(xì)胞的停滯，促進(jìn)了結(jié)直腸癌細(xì)胞的早期和晚期凋亡。提示ZIP7可能是一個(gè)潛在的癌基因，在結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。ZIP7能使鋅從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體分泌到細(xì)胞質(zhì)，提高細(xì)胞質(zhì)中鋅離子濃度，鋅通過(guò)ZIP7從胞內(nèi)間隔再分配到胞質(zhì)，可引起生長(zhǎng)因子受體的激活和鋅誘導(dǎo)的磷酸酶的抑制，從而阻止酪氨酸激酶受體的去磷酸化，酪氨酸激酶受體在癌癥中經(jīng)常被異常表達(dá)和激活。在這種情況下，相關(guān)蛋白可能成為癌癥等疾病的新靶點(diǎn)。

6 SLC 39A14/ZIP14

ZIP14位于細(xì)胞膜上，控制G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)，其表達(dá)是通過(guò)白細(xì)胞介素- 6調(diào)節(jié)的，ZIP14是一種受前炎癥信號(hào)刺激的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體[32]。Costello等[33]的研究表明ZIP14下調(diào)可能參與肝癌細(xì)胞中鋅的消耗。該研究通過(guò)在正常肝組織和肝癌組織切片上檢測(cè)正常肝細(xì)胞與肝癌的相對(duì)鋅水平，免疫組織化學(xué)法檢測(cè)ZIP1、2、3、14轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，結(jié)果顯示與正常肝細(xì)胞相比，肝癌細(xì)胞內(nèi)鋅水平在早期和晚期明顯降低。肝癌細(xì)胞中缺乏轉(zhuǎn)運(yùn)體，其基因表達(dá)下調(diào)，ZIP14的變化與鋅的減少同時(shí)存在。而ZIP14下調(diào)如果發(fā)生在惡性腫瘤的發(fā)展早期，可能會(huì)保護(hù)惡性細(xì)胞免受鋅抑制腫瘤的作用，這為肝癌的早期診斷提供了一個(gè)有效的生物標(biāo)志物[34]。

7 小 結(jié)

ZIPs家族是一類鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與機(jī)體鋅離子穩(wěn)態(tài)的調(diào)控，近年來(lái), ZIPs家族作為消化系統(tǒng)腫瘤診斷及治療新靶點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。多項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ZIPs家族通過(guò)參與腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移、侵襲等生物學(xué)過(guò)程, 影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，確認(rèn)了ZIP4在胰腺癌中的作用信號(hào)通路，也對(duì)鋅離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白生理功能的認(rèn)識(shí)取得了一定的進(jìn)展，提示ZIP家族可能成為治療癌癥的一個(gè)有效靶點(diǎn)。但ZIPs與腫瘤發(fā)生相關(guān)機(jī)制的文獻(xiàn)仍較少，特別是關(guān)于全球發(fā)病率排在前列的胃癌、結(jié)直腸癌的研究較罕見(jiàn)。這為進(jìn)一步研究提供了一個(gè)新的方向，可能會(huì)為消化道腫瘤的早期診斷、預(yù)后評(píng)估提供新思路。