鋅轉運蛋白家族SLC39/ZIPs與消化系統腫瘤相關性的研究進展

謝竹君，周群燕，占 強

(南京醫科大學附屬無錫人民醫院消化科，江蘇 無錫 214023)

鋅離子是人體生命所必需的重要金屬離子，是多種酶、轉錄因子、生長因子和細胞因子等蛋白質的結構成分，它作為一種細胞內信號分子受到細胞外刺激來決定各種生理途徑的最終結果，如細胞分化、增殖和遷移等。鋅缺乏或過量都會損害細胞，如鋅缺乏可能會導致智力和免疫功能受損、發育遲緩和嚴重的胃腸道問題，而細胞內鋅的含量過高則會導致細胞過度生長和遷移[1]。既往多項研究結果顯示，在發育、免疫、生殖、神經、內分泌和生殖傳播等生理活動中存在明顯的鋅離子濃度變化，提示鋅離子調節功能失調與各種疾病的病理生理有關，包括神經變性、炎癥、糖尿病、癌癥和其他疾病[2- 4]。因此，控制鋅的分布、細胞攝取和排泄鋅的穩態機制對細胞的功能和存活至關重要。

控制鋅穩態的過程是通過一系列的結合和轉運蛋白協調的，這些蛋白包括金屬硫蛋白和兩個跨膜鋅轉運者家族，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ZnTs和14個ZIPs基因位點，ZnTs和ZIPs分布在細胞的細胞質膜、細胞質、內質網和高爾基體等部位，可以在組織和細胞內區域中微調鋅的分布，其中ZnTs可以使鋅從細胞質流向胞外環境，或將鋅從胞質中吸收到胞內間隔以降低細胞溶質鋅濃度，而ZIPs則可以從細胞外環境中吸收鋅進入細胞質或使細胞內的細胞器(包括內質網、線粒體和高爾基體)釋放的鋅進入胞質從而增加細胞溶質鋅濃度[5- 6]。ZnTs和ZIPs可以通過調節鋅的穩態參與酶、受體和轉錄因子的調節[5- 6]。有文獻報道，包括乳腺、頭頸、肺、肝臟、前列腺、胰腺和婦科腫瘤在內的腫瘤患者血清鋅水平低于正常人，說明鋅穩態改變與許多癌癥有關[7]。因此，鋅轉運體水平與癌癥進展有一定聯系，近年來多項研究表明ZIPs與多種腫瘤相關，ZIP1、ZIP2、ZIP3與前列腺癌相關[8- 9]，ZIP4涉及膠質瘤的診斷和預后[10]，ZIP6與乳腺腫瘤的分級、大小和分期有關，ZIP7在乳腺癌的發生和進展過程中起一定作用，ZIP10也參與乳腺癌細胞的侵襲和轉移[11]。而消化道腫瘤也與ZIPs有一定的相關性。現對鋅轉運蛋白家族SLC39/ZIPs與消化系統腫瘤相關性的研究進展予以綜述。

1 SLC39A3/ZIP3

ZIP3位于細胞的質膜上，能夠在細胞內間隔和質膜之間快速移動，將鋅離子輸入細胞。在許多組織中可以檢測到低水平的ZIP3表達，但在睪丸中ZIP3顯示具有最高水平[12]，在胰腺癌組織中ZIP3表達明顯下調，提示ZIP3可能參與胰腺癌的發生、發展。Costello等[13]對正常胰腺和腺癌組織切片進行染色發現，與正常胰腺組織相比鋅離子含量在早期和進展期的胰腺癌組織中下降，并且Ras應答元件結合蛋白1(Ras response element binding protein 1，RREB1)轉錄因子與ZIP3同時被下調，而Takagishi等[14]進一步的體外細胞學研究表明ZIP3表達受正常導管/腺泡上皮細胞中RREB1的調控。Costello等[15]通過在人胰腺組織切片進行鋅的雙硫腙染色發現在正常胰腺組織中呈現較深的鋅雙硫腙染色，但在胰腺上皮內瘤變組織中則染色較淺，在胰腺癌中最淺，這體現了胰腺癌中鋅的大量丟失，Costello等[15]同時進行了ZIP3、RREB1的免疫組織化學檢查，發現正常胰腺組織切片中有豐富的ZIP3轉運體和豐富的RREB1的核染色。相反，胰腺上皮內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轉染胰腺癌Panc1細胞，通過免疫印跡試驗驗證了RREB1在Panc1細胞中的下調會導致ZIP3的相應減少，這些結果證實了早期胰腺癌中鋅、ZIP3和RREB1的同步明顯下降，而且這些變化發生在胰腺上皮內瘤變期。Franklin等[16]的研究結果表明RREB1通過表達降低抑制下游ZIP3, 使其表達下調，從而導致癌前細胞和癌細胞中鋅的減少，參與胰腺癌的發生、發展過程。因此，ZIP3是胰腺細胞內鋅積累及抑制細胞增殖所必需的重要轉運體，RREB1是ZIP3表達的陽性調節因子。胰腺中可能存在RREB1/ZIP3/鋅調控途徑，在胰腺癌發生、發展過程中起到抑制鋅的積累及促進細胞增殖的作用。

2 SLC39A4/ZIP4

2.1ZIP4與胰腺癌 ZIP4定位于胰島β細胞的基膜，其在胰腺腫瘤中高表達可能會增加細胞鋅水平，在胰腺癌中也存在異常表達。Li等[17]觀察了17例臨床胰腺癌標本中ZIP4的表達，發現ZIP4在其中16例標本中與周圍正常組織相比明顯過表達，ZIP4 mRNA在人胰腺癌細胞中的表達明顯高于人胰管上皮細胞，表明ZIP4上調可能參與胰腺癌的發病和進展。Jin等[18]研究發現，PC- 1.0(一種高度惡性的胰腺癌細胞系)細胞來源的外泌體能顯著增強共培養的PC- 1(中度惡性胰腺癌細胞系)細胞增殖、遷移和侵襲能力，蛋白質組學分析發現ZIP4是PC- 1.0細胞中表達最高的鋅轉運蛋白。Jin等[18]還通過體外和體內(皮下BALB/c裸鼠模型)以及臨床數據的統計驗證了外源性ZIP4可促進胰腺癌的生長，是胰腺癌新的診斷生物標志物。Zhang等[19]發現ZIP4的過表達可上調miR- 373的表達，ZIP4的敲除則降低了該miRNA的表達，在胰腺癌組織中證實ZIP4與miR- 373的表達呈正相關，過表達ZIP4的胰腺癌細胞顯示環磷腺苷應答元件結合蛋白磷酸化增強，而在沉默ZIP4的ASPC- 1細胞中CREB的激活受到明顯抑制。染色質免疫共沉淀試驗證實CREB與miR- 373啟動子的結合驗證了miR- 373是CREB的轉錄靶點。他們還發現轉染Pre- miR- 373的mia paca- 2細胞中tp53inp1、lats 2和CD44水平顯著降低，而轉染Anti- 373的mia paca- 2細胞中的tp53inp1、lats 2和CD44水平均顯著升高，并通過體外和體內(裸鼠原位異種移植模型)研究表明，胰腺癌中ZIP4通過上調miR- 373而抑制了tp53inp1、lats 2和CD44的表達，從而促進腫瘤的生長。這些結果揭示了一種新的ZIP4- CREB- miR- 373信號軸，其可促進胰腺癌的生長，從而部分解釋了鋅轉運蛋白在胰腺癌細胞中的作用機制。

2.2ZIP4與肝癌 ZIP4在胰腺癌組織中存在明顯高表達，進一步研究發現在肝癌組織中也存在明顯高表達，可能參與肝癌細胞的增殖、遷移，Gartmann等[20]采用免疫組織化學法檢測138例肝細胞癌組織和72例癌旁組織中所有鋅轉運蛋白的表達，并在肝細胞癌的表達水平進行半定量評分和統計學分析，發現ZIP4在肝癌組織中的表達水平明顯高于癌旁肝組織。ZIP4在腫瘤組織中的表達水平與生存期呈負相關，且癌旁組織中的表達水平也與存活時間呈負相關。Weaver等[21]的研究檢測了60例肝癌、36例肝硬化組織和6例正常組織中ZIP4的表達，結果顯示ZIP4在肝癌組織中的表達明顯高于非腫瘤組織，并在肝癌HuH- 7細胞中使ZIP4過表達而在肝癌BEL7402細胞使ZIP4低表達，顯示ZIP4的過表達導致轉移基因基質金屬蛋白酶2、基質金屬蛋白酶9的表達增多，促凋亡基因(caspase- 3、caspase- 9、bax)表達減少，而ZIP4的低表達則結果相反，說明特異性抑制ZIP4可降低細胞遷移和侵襲能力，而ZIP4過度表達則導致細胞遷移和侵襲性增加[22]。這表明在肝細胞癌中過表達的ZIP4可以抑制細胞凋亡，加快細胞生長速度，增強侵襲行為，這可能是肝癌患者預后不良的新指標和治療靶點。

3 SLC 39A5/ZIP5

ZIP5與ZIP4蛋白序列相似，ZIP5通過促進膳食鋅被腸上皮細胞吸收和從囊泡室釋放鋅來維持細胞鋅水平。ZIP5在肝臟、腎臟、胰腺、小腸和結腸中均有高表達，其定位于腸上皮細胞、胰腺腺泡細胞和腎細胞的基底外側膜[12]。缺少ZIP5會導致鋅在肝臟中積累過多，但不能在胰腺中累積多余的鋅[14]。有研究檢測了食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)組織中ZIP5的表達，發現鋅轉運體ZIP5在正常食管組織中弱表達，而在癌旁組織中表達明顯增加，在癌組織中表達顯著增高，并且ZIP5高表達水平與腫瘤惡性程度呈正相關[23- 24]。在構建了穩定的基因敲除型ZIP5細胞株后發現ZIP5基因敲除無論在體內還是體外都可抑制ESCC的增殖、遷移和侵襲。進一步分析顯示ZIP5基因敲除可抑制環加氧酶2、G1/S- 特異性細胞周期蛋白D1和上皮鈣黏素在食管癌細胞中的表達，從而抑制 ESCC的進展。

4 SLC 39A6/ZIP6

ZIP6被認為處于細胞質膜上，其可導致細胞內鋅水平增加，且ZIP6在對類固醇激素敏感的組織如胎盤、乳腺和前列腺中高表達，目前在消化系統腫瘤(如食管癌、肝癌及胰腺癌)中發現ZIP6均有異常表達[12]。

4.1ZIP6與食管癌 ZIP6在食管癌中表達較正常組織高，提示其可能與食管癌的發生、發展有關，在食管癌細胞中下調表達ZIP6可抑制ESCC細胞的增殖和侵襲[25]。而在對ESCC標本和細胞系的分析發現ZIP6的表達增加與腫瘤侵襲性、細胞內鋅水平和患者生存時間有關，過表達ZIP6的ESCC細胞株中基質金屬蛋白酶1、基質金屬蛋白酶3、髓細胞增生原癌基因和表面免疫球蛋白的呈現高表達，并形成轉移性異種移植瘤[26]。還有研究認為ZIP6在ESCC中具有促腫瘤作用，提示ZIP6可作為高危患者的早期探測器和預后的生物標志物，而ZIP6的靶向治療可能是阻斷ESCC的一種潛在治療策略[27]。這些結果提示ZIP6在ESCC的預后中具有重要作用。

4.2ZIP6與肝癌 在肝癌細胞中同樣存在ZIP6的高表達，Lian等[28]在3個逐步轉移的肝癌細胞系(MHCC- 97L，MHCC- 97H和HCC- LM3)細胞中進行miRNA微陣列分析，發現miR- 192在肝癌組織中表達下降，在肝癌患者血管細胞浸潤組的表達水平較非浸潤組下降。提示miR- 192對肝癌細胞的轉移有明顯的抑制作用，而ZIP6是miR- 192的直接和功能靶點，且ZIP6與miR- 192呈負相關，所以ZIP6可能促進肝癌細胞的遷移和侵襲。

4.3ZIP6與胰腺癌 同樣在胰腺癌中存在ZIP6的高表達，提示其可能參與胰腺癌的發生、發展。Unno等[29]檢測了9株培養細胞(8株癌和1株正常導管細胞)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，發現在胰腺癌細胞株和胰腺癌組織中ZIP6 mRNA的表達分別高于正常導管細胞和正常組織。Unno等[29]還檢測了ZIP6 mRNA基因產物在72例胰腺癌組織中的表達，結果顯示ZIP6表達水平與腫瘤大小及淋巴浸潤有關。他們通過下調ZIP6在胰腺癌細胞中的表達，構建裸鼠模型，發現抑制ZIP6無論在體內還是體外都可以抑制胰腺癌細胞增殖、遷移。證實ZIP6表達與胰腺癌腫瘤增殖相關，抑制ZIP6可導致上皮細胞向間充質細胞轉分化狀態的逆轉和胰腺癌細胞轉移或擴散的顯著減少。

5 SLC 39A7/ZIP7

ZIP7是一種鋅轉運蛋白，定位于內層膜，如內質網和高爾基體。它可以釋放儲存的鋅，以防止細胞質鋅缺乏以及鋅在高爾基體中的過度積累，在腸上皮自我更新中發揮關鍵作用[30]。ZIP7作為一種多功能蛋白，參與多種細胞生理過程，包括發育過程中的內質網應激和成體組織的動態平衡。Sheng 等[31]對人結直腸腫瘤和5株大腸癌細胞系中ZIP7的表達進行檢測，表明結直腸腫瘤中ZIP7的表達水平高于正常結腸組織，檢測ZIP7基因敲除對大腸癌細胞的影響發現ZIP7基因敲除后的大腸癌細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胞的生長，并通過干擾細胞周期的進展和誘導G2/M期細胞的停滯，促進了結直腸癌細胞的早期和晚期凋亡。提示ZIP7可能是一個潛在的癌基因，在結直腸癌的發生和發展中起重要作用。ZIP7能使鋅從內質網和高爾基體分泌到細胞質，提高細胞質中鋅離子濃度，鋅通過ZIP7從胞內間隔再分配到胞質，可引起生長因子受體的激活和鋅誘導的磷酸酶的抑制，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常被異常表達和激活。在這種情況下，相關蛋白可能成為癌癥等疾病的新靶點。

6 SLC 39A14/ZIP14

ZIP14位于細胞膜上，控制G蛋白偶聯受體介導的信號，其表達是通過白細胞介素- 6調節的，ZIP14是一種受前炎癥信號刺激的鋅轉運體[32]。Costello等[33]的研究表明ZIP14下調可能參與肝癌細胞中鋅的消耗。該研究通過在正常肝組織和肝癌組織切片上檢測正常肝細胞與肝癌的相對鋅水平，免疫組織化學法檢測ZIP1、2、3、14轉運蛋白，結果顯示與正常肝細胞相比，肝癌細胞內鋅水平在早期和晚期明顯降低。肝癌細胞中缺乏轉運體，其基因表達下調，ZIP14的變化與鋅的減少同時存在。而ZIP14下調如果發生在惡性腫瘤的發展早期，可能會保護惡性細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有效的生物標志物[34]。

7 小 結

ZIPs家族是一類鋅轉運蛋白參與機體鋅離子穩態的調控，近年來, ZIPs家族作為消化系統腫瘤診斷及治療新靶點成為研究熱點。多項研究已經發現ZIPs家族通過參與腫瘤細胞的增殖、凋亡、遷移、侵襲等生物學過程, 影響腫瘤的發生、發展，確認了ZIP4在胰腺癌中的作用信號通路，也對鋅離子轉運蛋白生理功能的認識取得了一定的進展，提示ZIP家族可能成為治療癌癥的一個有效靶點。但ZIPs與腫瘤發生相關機制的文獻仍較少，特別是關于全球發病率排在前列的胃癌、結直腸癌的研究較罕見。這為進一步研究提供了一個新的方向，可能會為消化道腫瘤的早期診斷、預后評估提供新思路。