SLC40A1 在恶性肿瘤中的研究进展

尹 久，漆 建（通讯作者），刘洪军，陆星宇，陈春宝

（川北医学院附属医院神经外科 四川 南充 637100）

恶性肿瘤作为全世界最突出的公共卫生问题。据国际癌症研究机构（international agency for research on cancer, IARC）最新数据，2018 年全球有大约1810 万癌症新发病例和960 万癌症死亡病例。其中,中国新增病例数约380.4 万例、死亡病例数约229.6 万例,均高居全球第一位[1]。恶性肿瘤已经成为导致人类死亡的主要病因之一。但恶性肿瘤的发生发展以及复发相关的分子机制仍未完全明确，因此深入研究恶性肿瘤的分子机制，寻找诊断及预后相关的分子标志物或生物治疗的靶点，有助于提高临床诊断及治疗水平，进而有助于延长患者的生存时间、改善生活质量。

1.肿瘤微环境与恶性肿瘤关系

众所周知，细胞受到许多不同方式的调控，越来越多的研究表明微环境的变化对细胞的功能产生极人地影响。肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME），是指肿瘤细胞及其所处的微环境，与肿瘤的形成和转移密切相关。近年来的研究表明，肿瘤微环境在肿瘤的发生及发展过程中发挥重要作用。学者们的研究发现肿瘤能够与肿瘤微环境相互作用，促进肿瘤的发生发展、免疫抑制、转移复发等过程。肿瘤微环境是一个有免疫细胞、炎性细胞、胶质细胞、成纤维细胞等组成的一个负责的环境系统，与肿瘤细胞的生物学功能的发挥密切相关[2]。早期的研究表明，肿瘤组织中肿瘤细胞能够分泌一些细胞因子募集特定细胞制造有利的微环境，如提高周围环境中的生长因子、细胞趋化因子及基质降解酶等，肿瘤微环境可以促进血管生成、细胞外基质的转换以及肿瘤细胞的运动[3]。恶性肿瘤中肿瘤微环境高度失调，组织稳态和完整性的丧失被认为是其显著特征之一，如各种细胞因子的过高或者过低表达，细胞内外电解质紊乱，在恶性肿瘤进展和转移中有着至关重要的作用。目前，针对癌症的绝大多数研究的重点都在于探索肿瘤微环境，以及肿瘤细胞的行为和内在信号通路，而对于肿瘤中电解质紊乱的研究报道相对较少。

2.铁与恶性肿瘤的关系

铁是所有动物的必需金属，在人类中，铁包括参与呼吸复合物的线粒体酶、参与DNA 合成和细胞周期的酶、解毒酶如过氧化物酶和过氧化氢酶等。然而越来越多研究提示铁与肿瘤密切相关，铁作为肿瘤的引发剂或肿瘤的促进剂可以促进肿瘤的发展。铁诱导的恶性肿瘤首次报道是在1959 年，通过在大鼠体内反复肌肉注射右旋糖酐铁复合物，几年后，注射了铁制剂的大鼠出现了肉瘤[4]。20 世纪80 年代以来越来越多的前瞻性研究或回顾性研究中提示铁暴露的增加与肿瘤风险的增加密切相关[5]据Seril 等人研究，在雌性C57BL/6J 小鼠中，饮用水中长期施用葡聚糖硫酸钠被证明会诱发溃疡性结肠炎。同时给这些小鼠喂食富含铁的饮食显著增加了结肠直肠肿瘤的发病率[6]。通过研究仓鼠食物中铁含量对雌二醇诱发肿瘤的影响，研究了铁在雌激素诱发的肾癌发生中的作用。用雌二醇加富含铁的饮食治疗的仓鼠的肾脏肿瘤发病率和肿瘤结节数明显高于用贫铁饮食加雌二醇喂养的动物（2 ～4 倍）[7]。据统计从事钢铁工业的人群结肠癌、肝癌、胃癌、肺癌等肿瘤发生率明显上升。铁代谢异常是能量代谢的重要分支，铁吸收、运输、储存和调节的过程，涉及包括Wnt 信号通路、p53 信号通路、缺氧诱导因子、DNA 复制、修复和细胞周期相关信号通路在内的多种信号通路，在肿瘤细胞的生物学过程中扮演着重要角色[8]。铁诱发肿瘤的方式目前被总结为：（1）铁诱导的氧化损伤：在人体中，结合到低分子量螯合剂如柠檬酸盐或ATP 上的铁可以通过ROS via Fenton/Haber-Weiss 反应或自动氧化反应产生活性氧，而活化氧对DNA造成氧化损伤，包括DNA 碱基修饰和DNA 链断裂，从而诱发肿瘤。（2）铁诱导的氧化反应转录因子：铁可以诱导早期信号通路，这些信号通路可能调节几种氧化反应性转录因子的活性，如激活蛋白-1（AP-1）和核因子κB（NF-κb）。AP-1 和NFκB 结合位点存在于许多基因的启动子中，如白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-8，白细胞介素-6 是一种促炎细胞因子，既可促有丝分裂（参与细胞增殖），也可促纤维化（参与细胞外基质合成）。因此，通过铁治疗过度表达IL-6 可能导致慢性炎症和肿瘤发展。（3）铁与缺氧：因为实体肿瘤细胞更有可能处于低氧条件下，低氧可能调节肿瘤细胞的铁代谢，众所周知，新血管的形成和血管生成是肿瘤生长和发展的关键步骤。血管生成可以由缺氧条件诱导，并由缺氧诱导因子1（HIF-1）调节，铁的耗竭或缺氧会阻止脯氨酸-564 的羟基化，从而稳定HIF-1 蛋白，进而导致p53 水平升高。这一重要发现表明铁对于缺氧反应和细胞周期控制均至关重要。（4）铁是细胞生长的营养物质：铁作为细胞内多种酶的重要组成成分，没有铁，细胞就不能从G1 进入细胞周期的S 期，通过螯合作用减少细胞内铁来诱导细胞周期停滞和凋亡是癌症治疗的临床方法之一。（5）铁可能影响免疫系统：铁引起的免疫调节失衡可能增加肿瘤细胞和传染性生物的生长速度，导致肿瘤发展[9]。SLC11A2 和SLC40A1 在转录、转录后和翻译后水平上被调节，共同维持体内铁的稳态。虽然越来越多研究提示铁与肿瘤密不可分，但关于铁如何在肿瘤细胞转移的机制仍不明晰。

3.SLC40A1 与恶性肿瘤的研究

SLC40A1（Solute Carrier Family 40 Member 1 SLC40A1 又叫IREG1，FPN1，HFE4，Ferroportin-1）在2000 年几乎同时被三组研究人员描述为肠细胞中的铁外排蛋白[10]，人类SLC40A1 基因定位于染色体2q，包含8个外显子，跨度超过20Kb，SLC40A1 目前是SLC40 转运蛋白家族的唯一成员。SLC40A1 基因编码一种由570 个氨基酸组成的蛋白质，预计质量约为62kDa。目前主要表达在十二指肠细胞、胎盘合胞体滋养层和巨噬细胞中，虽然目前描述了不同的细胞铁摄取机制可能不同，但铁似乎以独特的共同途径离开细胞，通常涉及SLC40A1[11]。SLC40A1 在它的信使核糖核酸中都有功能性IRE 基序，在巨噬细胞中铁水平低时，编码SLC40A1 的基因在50UTR中包含一个结合IRP 的IRE，引起翻译停滞。这种相互作用减少了SLC40A1 的翻译，因此限制了铁的输出。在肝细胞中，TfR2/HFe 复合物调节肽激素hepcidin 的表达，hepcidin 是调节体内铁稳态的另一个关键角色。Hepcidin 直接与SLC40A1 相互作用，导致其内化和降解，Hepcidin 也可能通过间接效应影响SLC11A2 和SCL40A1的表达。在hepcidin 存在的情况下，由于肠细胞铁水平的升高，SLC11A2 和SLC40A1 的表达将通过IREs/IRPs系统的作用而降低[12]。

由于大脑是体内代谢最活跃的器官之一，其需要丰富的铁需求量，铁的调节可能在不同的水平上发生中断，导致各种不同的病理状态，其中最突出的是神经退行性疾病[13]。由于血脑屏障存在，铁不会自由的进出大脑，需要相关铁调节蛋白发挥功能。若铁调节蛋白功能障碍，过量的铁会通过产生活性氧导致神经元死亡，而铁的缺乏会损害多巴胺的合成和单胺的代谢[14]。据报道，患有各种神经退行性疾病（包括阿尔茨海默病、帕金森病）的患者的神经组织中存在铁蓄积有关[15]。而这几种铁相关基因在正常人脑、脑肿瘤和星形细胞瘤细胞系中的表达，并且它们的表达可能在某些脑肿瘤中失调[16]。铁的安全运输和储存对于限制细胞的氧化应激是必要的，肿瘤细胞显示出铁的摄取和细胞内储存增加，以支持其增强的代谢，从而形成更具攻击性的表型[17]。从分子水平上看，这反映在铁调节基因的表达增加，这些基因的表达与不良预后、不良预后以及肿瘤分级增加相关[18]。在GBM 中，肿瘤干细胞比其他肿瘤细胞更有效地从肿瘤环境中提取铁[19]。胶质细胞和周细胞在脑组织中高表达Hepcidin可能解释了脑肿瘤中特定的铁调节。无论如何，脑组织中的Hepcidin 可以下调SLC40A1，从而阻止铁外流[20]。研究表明镓通过结合转铁蛋白（Tf）并通过Tf受体1（TfR1）进入肿瘤细胞，它破坏铁稳态，产生肿瘤铁剥夺，并在体内靶向GBM 中的铁代谢，从而抑制肿瘤生长[21]。此外，已经发现IL-1β 可以增加C6 胶质瘤细胞的SLC40A1 和多铜氧化酶铜蓝蛋白（CP）表达上调，从而促进铁外流[22]。而在乳腺癌中，铁转运蛋白表达降低，增加其表达量可以有效抑制乳腺癌肿瘤细胞的生长。在前列腺癌中，铁转运蛋白同样为低表达，增加其表达量可以有效抑制前列腺癌细胞的有丝分裂和迁移能力[23]。同时，研究表明金属镉可以通过抑制乳腺癌中铁转运蛋白的表达，进而影响肿瘤细胞铁稳态，从而达到增强乳腺癌细胞增殖、迁移能力以及上皮组织间变化的进程[24]。在卵巢癌和前列腺癌的研究中都证明了转录因子Nrf2 可以对SLC40A1的转录进行抑制，通过过表达SLC40A1 能够逆转Nrf2诱导的卵巢癌对顺铂耐药，而SLC40A1 的敲低则使顺铂耐药性恢复[25]。由此说明，SLC40A1 诱导的铁累积能够导致癌细胞的耐药性增加以及促进肿瘤细胞的增殖和迁移[26]。作为铁运输调节因子HFE 的多态性已被证明与几种形式的脑肿瘤的存活率降低相关，包括胶质母细胞瘤和转移性脑肿瘤[27]。但在GBM 中目前还未有SLC40A1相关报道。

综上所述，这些发现表明在肿瘤微环境中SLC401 通过脑铁稳态在GBM 发生及发展过程中起到十分重要的作用，但目前的分子机制仍不清楚。但却为我们GBM 的治疗提供更有效的靶向疗法。