锌转运蛋白家族SLC39/ZIPs与消化系统肿瘤相关性的研究进展

谢竹君，周群燕，占 强

(南京医科大学附属无锡人民医院消化科，江苏 无锡 214023)

锌离子是人体生命所必需的重要金属离子，是多种酶、转录因子、生长因子和细胞因子等蛋白质的结构成分，它作为一种细胞内信号分子受到细胞外刺激来决定各种生理途径的最终结果，如细胞分化、增殖和迁移等。锌缺乏或过量都会损害细胞，如锌缺乏可能会导致智力和免疫功能受损、发育迟缓和严重的胃肠道问题，而细胞内锌的含量过高则会导致细胞过度生长和迁移[1]。既往多项研究结果显示，在发育、免疫、生殖、神经、内分泌和生殖传播等生理活动中存在明显的锌离子浓度变化，提示锌离子调节功能失调与各种疾病的病理生理有关，包括神经变性、炎症、糖尿病、癌症和其他疾病[2- 4]。因此，控制锌的分布、细胞摄取和排泄锌的稳态机制对细胞的功能和存活至关重要。

控制锌稳态的过程是通过一系列的结合和转运蛋白协调的，这些蛋白包括金属硫蛋白和两个跨膜锌转运者家族，分别被称为SLC(solute carrier family)30/ZnTs(Zinc transporters)和SLC39/ZIPs(Zrt- IRF- like proteins)。在人类中共有10个ZnTs和14个ZIPs基因位点，ZnTs和ZIPs分布在细胞的细胞质膜、细胞质、内质网和高尔基体等部位，可以在组织和细胞内区域中微调锌的分布，其中ZnTs可以使锌从细胞质流向胞外环境，或将锌从胞质中吸收到胞内间隔以降低细胞溶质锌浓度，而ZIPs则可以从细胞外环境中吸收锌进入细胞质或使细胞内的细胞器(包括内质网、线粒体和高尔基体)释放的锌进入胞质从而增加细胞溶质锌浓度[5- 6]。ZnTs和ZIPs可以通过调节锌的稳态参与酶、受体和转录因子的调节[5- 6]。有文献报道，包括乳腺、头颈、肺、肝脏、前列腺、胰腺和妇科肿瘤在内的肿瘤患者血清锌水平低于正常人，说明锌稳态改变与许多癌症有关[7]。因此，锌转运体水平与癌症进展有一定联系，近年来多项研究表明ZIPs与多种肿瘤相关，ZIP1、ZIP2、ZIP3与前列腺癌相关[8- 9]，ZIP4涉及胶质瘤的诊断和预后[10]，ZIP6与乳腺肿瘤的分级、大小和分期有关，ZIP7在乳腺癌的发生和进展过程中起一定作用，ZIP10也参与乳腺癌细胞的侵袭和转移[11]。而消化道肿瘤也与ZIPs有一定的相关性。现对锌转运蛋白家族SLC39/ZIPs与消化系统肿瘤相关性的研究进展予以综述。

1 SLC39A3/ZIP3

ZIP3位于细胞的质膜上，能够在细胞内间隔和质膜之间快速移动，将锌离子输入细胞。在许多组织中可以检测到低水平的ZIP3表达，但在睾丸中ZIP3显示具有最高水平[12]，在胰腺癌组织中ZIP3表达明显下调，提示ZIP3可能参与胰腺癌的发生、发展。Costello等[13]对正常胰腺和腺癌组织切片进行染色发现，与正常胰腺组织相比锌离子含量在早期和进展期的胰腺癌组织中下降，并且Ras应答元件结合蛋白1(Ras response element binding protein 1，RREB1)转录因子与ZIP3同时被下调，而Takagishi等[14]进一步的体外细胞学研究表明ZIP3表达受正常导管/腺泡上皮细胞中RREB1的调控。Costello等[15]通过在人胰腺组织切片进行锌的双硫腙染色发现在正常胰腺组织中呈现较深的锌双硫腙染色，但在胰腺上皮内瘤变组织中则染色较浅，在胰腺癌中最浅，这体现了胰腺癌中锌的大量丢失，Costello等[15]同时进行了ZIP3、RREB1的免疫组织化学检查，发现正常胰腺组织切片中有丰富的ZIP3转运体和丰富的RREB1的核染色。相反，胰腺上皮内瘤变病变及胰腺癌组织切片显示ZIP3、RREB1明显减少或缺失。最后他们用RREB1 siRNA转染胰腺癌Panc1细胞，通过免疫印迹试验验证了RREB1在Panc1细胞中的下调会导致ZIP3的相应减少，这些结果证实了早期胰腺癌中锌、ZIP3和RREB1的同步明显下降，而且这些变化发生在胰腺上皮内瘤变期。Franklin等[16]的研究结果表明RREB1通过表达降低抑制下游ZIP3, 使其表达下调，从而导致癌前细胞和癌细胞中锌的减少，参与胰腺癌的发生、发展过程。因此，ZIP3是胰腺细胞内锌积累及抑制细胞增殖所必需的重要转运体，RREB1是ZIP3表达的阳性调节因子。胰腺中可能存在RREB1/ZIP3/锌调控途径，在胰腺癌发生、发展过程中起到抑制锌的积累及促进细胞增殖的作用。

2 SLC39A4/ZIP4

2.1ZIP4与胰腺癌 ZIP4定位于胰岛β细胞的基膜，其在胰腺肿瘤中高表达可能会增加细胞锌水平，在胰腺癌中也存在异常表达。Li等[17]观察了17例临床胰腺癌标本中ZIP4的表达，发现ZIP4在其中16例标本中与周围正常组织相比明显过表达，ZIP4 mRNA在人胰腺癌细胞中的表达明显高于人胰管上皮细胞，表明ZIP4上调可能参与胰腺癌的发病和进展。Jin等[18]研究发现，PC- 1.0(一种高度恶性的胰腺癌细胞系)细胞来源的外泌体能显著增强共培养的PC- 1(中度恶性胰腺癌细胞系)细胞增殖、迁移和侵袭能力，蛋白质组学分析发现ZIP4是PC- 1.0细胞中表达最高的锌转运蛋白。Jin等[18]还通过体外和体内(皮下BALB/c裸鼠模型)以及临床数据的统计验证了外源性ZIP4可促进胰腺癌的生长，是胰腺癌新的诊断生物标志物。Zhang等[19]发现ZIP4的过表达可上调miR- 373的表达，ZIP4的敲除则降低了该miRNA的表达，在胰腺癌组织中证实ZIP4与miR- 373的表达呈正相关，过表达ZIP4的胰腺癌细胞显示环磷腺苷应答元件结合蛋白磷酸化增强，而在沉默ZIP4的ASPC- 1细胞中CREB的激活受到明显抑制。染色质免疫共沉淀试验证实CREB与miR- 373启动子的结合验证了miR- 373是CREB的转录靶点。他们还发现转染Pre- miR- 373的mia paca- 2细胞中tp53inp1、lats 2和CD44水平显著降低，而转染Anti- 373的mia paca- 2细胞中的tp53inp1、lats 2和CD44水平均显著升高，并通过体外和体内(裸鼠原位异种移植模型)研究表明，胰腺癌中ZIP4通过上调miR- 373而抑制了tp53inp1、lats 2和CD44的表达，从而促进肿瘤的生长。这些结果揭示了一种新的ZIP4- CREB- miR- 373信号轴，其可促进胰腺癌的生长，从而部分解释了锌转运蛋白在胰腺癌细胞中的作用机制。

2.2ZIP4与肝癌 ZIP4在胰腺癌组织中存在明显高表达，进一步研究发现在肝癌组织中也存在明显高表达，可能参与肝癌细胞的增殖、迁移，Gartmann等[20]采用免疫组织化学法检测138例肝细胞癌组织和72例癌旁组织中所有锌转运蛋白的表达，并在肝细胞癌的表达水平进行半定量评分和统计学分析，发现ZIP4在肝癌组织中的表达水平明显高于癌旁肝组织。ZIP4在肿瘤组织中的表达水平与生存期呈负相关，且癌旁组织中的表达水平也与存活时间呈负相关。Weaver等[21]的研究检测了60例肝癌、36例肝硬化组织和6例正常组织中ZIP4的表达，结果显示ZIP4在肝癌组织中的表达明显高于非肿瘤组织，并在肝癌HuH- 7细胞中使ZIP4过表达而在肝癌BEL7402细胞使ZIP4低表达，显示ZIP4的过表达导致转移基因基质金属蛋白酶2、基质金属蛋白酶9的表达增多，促凋亡基因(caspase- 3、caspase- 9、bax)表达减少，而ZIP4的低表达则结果相反，说明特异性抑制ZIP4可降低细胞迁移和侵袭能力，而ZIP4过度表达则导致细胞迁移和侵袭性增加[22]。这表明在肝细胞癌中过表达的ZIP4可以抑制细胞凋亡，加快细胞生长速度，增强侵袭行为，这可能是肝癌患者预后不良的新指标和治疗靶点。

3 SLC 39A5/ZIP5

ZIP5与ZIP4蛋白序列相似，ZIP5通过促进膳食锌被肠上皮细胞吸收和从囊泡室释放锌来维持细胞锌水平。ZIP5在肝脏、肾脏、胰腺、小肠和结肠中均有高表达，其定位于肠上皮细胞、胰腺腺泡细胞和肾细胞的基底外侧膜[12]。缺少ZIP5会导致锌在肝脏中积累过多，但不能在胰腺中累积多余的锌[14]。有研究检测了食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)组织中ZIP5的表达，发现锌转运体ZIP5在正常食管组织中弱表达，而在癌旁组织中表达明显增加，在癌组织中表达显著增高，并且ZIP5高表达水平与肿瘤恶性程度呈正相关[23- 24]。在构建了稳定的基因敲除型ZIP5细胞株后发现ZIP5基因敲除无论在体内还是体外都可抑制ESCC的增殖、迁移和侵袭。进一步分析显示ZIP5基因敲除可抑制环加氧酶2、G1/S- 特异性细胞周期蛋白D1和上皮钙黏素在食管癌细胞中的表达，从而抑制 ESCC的进展。

4 SLC 39A6/ZIP6

ZIP6被认为处于细胞质膜上，其可导致细胞内锌水平增加，且ZIP6在对类固醇激素敏感的组织如胎盘、乳腺和前列腺中高表达，目前在消化系统肿瘤(如食管癌、肝癌及胰腺癌)中发现ZIP6均有异常表达[12]。

4.1ZIP6与食管癌 ZIP6在食管癌中表达较正常组织高，提示其可能与食管癌的发生、发展有关，在食管癌细胞中下调表达ZIP6可抑制ESCC细胞的增殖和侵袭[25]。而在对ESCC标本和细胞系的分析发现ZIP6的表达增加与肿瘤侵袭性、细胞内锌水平和患者生存时间有关，过表达ZIP6的ESCC细胞株中基质金属蛋白酶1、基质金属蛋白酶3、髓细胞增生原癌基因和表面免疫球蛋白的呈现高表达，并形成转移性异种移植瘤[26]。还有研究认为ZIP6在ESCC中具有促肿瘤作用，提示ZIP6可作为高危患者的早期探测器和预后的生物标志物，而ZIP6的靶向治疗可能是阻断ESCC的一种潜在治疗策略[27]。这些结果提示ZIP6在ESCC的预后中具有重要作用。

4.2ZIP6与肝癌 在肝癌细胞中同样存在ZIP6的高表达，Lian等[28]在3个逐步转移的肝癌细胞系(MHCC- 97L，MHCC- 97H和HCC- LM3)细胞中进行miRNA微阵列分析，发现miR- 192在肝癌组织中表达下降，在肝癌患者血管细胞浸润组的表达水平较非浸润组下降。提示miR- 192对肝癌细胞的转移有明显的抑制作用，而ZIP6是miR- 192的直接和功能靶点，且ZIP6与miR- 192呈负相关，所以ZIP6可能促进肝癌细胞的迁移和侵袭。

4.3ZIP6与胰腺癌 同样在胰腺癌中存在ZIP6的高表达，提示其可能参与胰腺癌的发生、发展。Unno等[29]检测了9株培养细胞(8株癌和1株正常导管细胞)和24例胰腺组织(12例胰腺癌和12例正常组织)中ZIP6 mRNA的表达，发现在胰腺癌细胞株和胰腺癌组织中ZIP6 mRNA的表达分别高于正常导管细胞和正常组织。Unno等[29]还检测了ZIP6 mRNA基因产物在72例胰腺癌组织中的表达，结果显示ZIP6表达水平与肿瘤大小及淋巴浸润有关。他们通过下调ZIP6在胰腺癌细胞中的表达，构建裸鼠模型，发现抑制ZIP6无论在体内还是体外都可以抑制胰腺癌细胞增殖、迁移。证实ZIP6表达与胰腺癌肿瘤增殖相关，抑制ZIP6可导致上皮细胞向间充质细胞转分化状态的逆转和胰腺癌细胞转移或扩散的显著减少。

5 SLC 39A7/ZIP7

ZIP7是一种锌转运蛋白，定位于内层膜，如内质网和高尔基体。它可以释放储存的锌，以防止细胞质锌缺乏以及锌在高尔基体中的过度积累，在肠上皮自我更新中发挥关键作用[30]。ZIP7作为一种多功能蛋白，参与多种细胞生理过程，包括发育过程中的内质网应激和成体组织的动态平衡。Sheng 等[31]对人结直肠肿瘤和5株大肠癌细胞系中ZIP7的表达进行检测，表明结直肠肿瘤中ZIP7的表达水平高于正常结肠组织，检测ZIP7基因敲除对大肠癌细胞的影响发现ZIP7基因敲除后的大肠癌细胞活力和增殖能力明显下降。因此，ZIP7的基因敲除抑制了大肠癌细胞的生长，并通过干扰细胞周期的进展和诱导G2/M期细胞的停滞，促进了结直肠癌细胞的早期和晚期凋亡。提示ZIP7可能是一个潜在的癌基因，在结直肠癌的发生和发展中起重要作用。ZIP7能使锌从内质网和高尔基体分泌到细胞质，提高细胞质中锌离子浓度，锌通过ZIP7从胞内间隔再分配到胞质，可引起生长因子受体的激活和锌诱导的磷酸酶的抑制，从而阻止酪氨酸激酶受体的去磷酸化，酪氨酸激酶受体在癌症中经常被异常表达和激活。在这种情况下，相关蛋白可能成为癌症等疾病的新靶点。

6 SLC 39A14/ZIP14

ZIP14位于细胞膜上，控制G蛋白偶联受体介导的信号，其表达是通过白细胞介素- 6调节的，ZIP14是一种受前炎症信号刺激的锌转运体[32]。Costello等[33]的研究表明ZIP14下调可能参与肝癌细胞中锌的消耗。该研究通过在正常肝组织和肝癌组织切片上检测正常肝细胞与肝癌的相对锌水平，免疫组织化学法检测ZIP1、2、3、14转运蛋白，结果显示与正常肝细胞相比，肝癌细胞内锌水平在早期和晚期明显降低。肝癌细胞中缺乏转运体，其基因表达下调，ZIP14的变化与锌的减少同时存在。而ZIP14下调如果发生在恶性肿瘤的发展早期，可能会保护恶性细胞免受锌抑制肿瘤的作用，这为肝癌的早期诊断提供了一个有效的生物标志物[34]。

7 小 结

ZIPs家族是一类锌转运蛋白参与机体锌离子稳态的调控，近年来, ZIPs家族作为消化系统肿瘤诊断及治疗新靶点成为研究热点。多项研究已经发现ZIPs家族通过参与肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭等生物学过程, 影响肿瘤的发生、发展，确认了ZIP4在胰腺癌中的作用信号通路，也对锌离子转运蛋白生理功能的认识取得了一定的进展，提示ZIP家族可能成为治疗癌症的一个有效靶点。但ZIPs与肿瘤发生相关机制的文献仍较少，特别是关于全球发病率排在前列的胃癌、结直肠癌的研究较罕见。这为进一步研究提供了一个新的方向，可能会为消化道肿瘤的早期诊断、预后评估提供新思路。