逆转钠碘转运蛋白在治疗放射性碘难治性分化型甲状腺癌中的研究进展

郭宏鹏，李尤，张金辉，何明芮，俞建华，张艺彤，刘俊良，孙成林

（1. 沈阳医学院2021级硕士研究生，辽宁沈阳 110034；2. 沈阳医学院附属中心医院普外一科）

甲状腺癌是最常见的头颈部和内分泌系统恶性肿瘤，近年来，随着体检的普及和高分辨率超声检查等技术的快速发展，甲状腺癌发病率在包括我国在内的全球多个国家和地区呈现快速上升［1］。其中，分化型甲状腺癌（differentiated thyroid carcinoma，DTC）约占甲状腺癌的95%，主要包括甲状腺乳头状癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）、甲状腺滤泡癌（follicular thyroid carcinoma，FTC） 和嗜酸细胞癌（hürthle cell carcinoma，HCC）［2］。尽管DTC经过常规治疗后预后良好，但仍有部分患者不可避免地出现局部复发和远处转移。其中，部分患者由于甲状腺上皮细胞中钠碘转运蛋白（sodium iodide symporter，NIS）表达减少甚至缺失，表现为放射性碘难治性分化型甲状腺癌 （radioactive iodine refractory DTC，RAIR-DTC） 的去分化状态，10 年生存率低于10%［3］。RAI治疗利用甲状腺滤泡细胞碘代谢机制的独特功能以及甲状腺特异性基因的表达。研究表明，RAI 亲和力丧失的潜在分子基础是甲状腺特异性基因和转录因子表达的异常沉默［4］。在这些因素中，通过点突变或染色体重排引起的丝氨酸-苏氨酸激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K/AKT）信号通路基因改变导致NIS表达降低是RAIR-DTC 发病的主要机制［5］。近年来，其他信号通路如典型Wnt/β-catenin 信号通路（Wnt/βcatenin）、转化生长因子β 信号通路（TGF-β/Smad）和Notch 信号通路的改变也被证实与甲状腺特异性基因表达的沉默有关，导致RAI 治疗失败［6］。因此，逆转NIS 的表达对RAIR-DTC 患者的治疗和预后具有重要的作用。

1 NIS的表达调控

NIS位于甲状腺上皮细胞基底外侧膜，主要负责将碘离子从血液转运到细胞。从1996 年人类NIS的cDNA 首次被克隆以来，人们在甲状腺癌去分化的相关分子机制上有了更深入的研究。NIS基因位于人类染色体19p12-13.2，最小启动子介于110 bp 和199 bp 之间，上游增强子（NIS upstream enhancer，NUE）介于2 264 bp 和2 495 bp 之间，NUE 包含对NIS 转录有重要作用的甲状腺转录因子1（thyroid transcription factor 1，TTF1）结合位点、配对盒基因8（paired box 8，PAX8）结合位点和简并的环磷酸腺苷（cAMP）响应元件序列，它以甲状腺特异性和cAMP 依赖性方式刺激转录，对NIS 调控至关重要［7］。NIS的表达主要在转录和翻译后水平进行调控［8］。促甲状腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）作为NIS 表达的主要调节因子，首先结合促甲状腺素受体（TSHR）增加cAMP表达，然后cAMP通过激活多个信号通路来诱导NIS 转录，这些信号通路可以刺激NUE 的活性。其中，氧化还原效应因子1（redox effector factor 1，Ref-1）通过蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）非依赖信号通路被激活，刺激PAX-8与NUE 结合，进而NUE 激活。不依赖TSH 的机制还可以通过影响PAX-8 与NUE 的结合来改变NIS 的表达，目前已经确定了3 种主要的信号通路。（1）TGF-β 的激活会刺激信号转导蛋白SMAD3，从而抑制PAX-8 与NUE 的结合［9］。（2）Toll 样受体4（toll like receptor 4，TLR4）激活NF-κB，进而激活PAX-8 结合NUE。（3） 垂体肿瘤转化基因1（pituitary tumor transforming gene 1，PTTG1） 与结合因子 （pituitary tumor transforming gene binding factor，PBF）的复合物可以阻断PAX-8 与NUE 的相互作用，从而抑制NIS 的表达［10］。在翻译后调控方面，Kogai 等［11］研究发现，TSH 刺激使大鼠甲状腺细胞在24 h 内诱导NIS 表达比基础水平高6 倍以上，还发现TSH 刺激大鼠甲状腺细胞后，NIS 定位在细胞膜上，而TSH 刺激去除后NIS 定位在细胞质上。NIS 的这种异常定位使碘离子转运失败，并导致甲状腺癌细胞中RAI 的摄取减少，从而导致DTC 的RAI 治疗失败，这暗示我们NIS在细胞质中的存在与翻译后调控密切相关。

2 抑制NIS表达的信号通路

2.1 MAPK/ERK信号通路 在DTC中，MAPK信号通路在调控细胞增殖和去分化中发挥重要作用［12］。近年来，随着基因检测在甲状腺癌诊断和治疗中的广泛应用，DTC 患者常检测到BRAF突变、RAS突变和RET/PTC重排，BRAF在PTC 中突变率可达80%，RAS的突变率仅次于BRAF突变［13］。越来越多研究表明，BRAFV600E 突变可以异常激活MAPK 信号通路，对DTC 的进展起着关键作用，MAPK 信号通路可下调NIS 的表达，从而诱导DTC 的去分化［14］。体外研究表明，抑制BRAF突变可以恢复NIS 的表达，Liu 等［15］使用U0126 作为丝裂原激活的胞外信号调节激酶（mitogen-activated extra cellular signal regulated kinase，MEK）抑制剂，通过抑制MAPK 信号通路恢复了NIS 表达。一项体内研究也表明，在BRAF 激活的转基因小鼠中，使用BRAF 抑制剂在抑制MAPK 信号通路后恢复了NIS 和其他甲状腺特异性基因的表达［16］。BRAF 抑制剂带来良好治疗效果的同时，往往伴随着耐药的不良反应。因为BRAF 抑制剂可以重新激活ERK 信号的替代信号通路，因此，如何克服耐药性成为关键问题。Cheng 等［17］发现HER 抑制剂可以阻止MAPK 信号通路的再激活，还发现，通过使用HER 抑制剂治疗，使携带BRAF突变的DTC 的甲状腺特异性基因恢复表达和摄取RAI 成为可能。另有研究显示，端粒酶逆转录酶（telomerase reverse tranase，TERT）启动子突变与复发性PTC 中RAI 亲和力的丧失和碘代谢机制的损害密切相关，Liu 等［18］揭示了BRAFV600E 和TERT启动子突变的协同致癌作用机制，该机制中BRAFV600E 和TERT启动子突变可以通过激活新的BRAF/MAPK/FOS/GABP/TERT 通路来协同促进TERT 的表达。此外，MAPK 信号通路通过RAS突变和RET/PTC重排也会促进DTC 的去分化。Wang 等［19］研究报道，RET/PTC的改变可降低甲状腺特异性基因表达，外源RET/PTC 可显著抑制PAX8表达和PKA 活性，导致NIS表达减少。

2.2 PI3K/AKT 信号通路 PI3K/AKT 信号通路在DTC进展中也发挥着重要作用。PI3K/AKT通路可被多种生长因子激活进而抑制NIS 的表达，如胰岛素样生长因子1（insulin like growth factor 1，IGF-1）和表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）。García 等［20］使用LY294002 作为PI3K 抑制剂，抑制PI3K/AKT信号通路可以增加甲状腺癌细胞中的NIS 表达和RAI 摄取。Song 等［21］报道，RasGRP3 基因突变通过PI3K/AKT 途径降低了RAIR-DTC 中NIS 和TSH 受体的表达，这表明通过介导RasGRP3基因突变的PI3K/AKT信号通路可能与RAIR-DTC 有关。此外，PI3K 抑制剂雷帕霉素在体外和体内研究中均被证实是NIS 表达、RAI摄取和细胞存活的调控因子［22］。

2.3 TGF-β/Smad 信号通路 近年来，TGF-β/Smad 信号通路在调节多种癌症（包括甲状腺癌）的细胞功能上受到广泛关注［23］。TGF-β 是一种分泌蛋白，具有3 种亚型，即TGF-β1、TGF-β2 和TGF-β3［24］。TGF-β 可与细胞膜上的Ⅱ型受体结合，TGFβ-Ⅱ型受体复合物招募Ⅰ型受体，进而刺激Smad2 和Smad3 的磷酸化，然后与Smad4 结合，进入细胞核参与基因表达的调节［25］。焦婵［26］研究发现，REGγ 通过降解 Smad7 介导TGF-β 上调，增强甲状腺癌细胞的去分化，REGγ 的缺失恢复了甲状腺癌细胞中甲状腺特异性基因的表达，尤其是NIS 的表达，提高了放射性碘的摄取。Riesco等［27］报道，在DTC中BRAFV600E基因可以诱导TGF-β 分泌，进而抑制NIS 表达。此外，Azouzi等［28］研究发现，NADPH 氧化酶4（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 4，NOX4）是BRAFV600E 诱导PTC 中NIS 下调的关键介质，并且该过程与TGF-β/Smad 信号通路关系密切。Foxp3是叉状头转录因子家族中的一个成员，也是调节性T 细胞的重要分子，Foxp3 基因突变能引起严重的自身免疫性疾病，近年来有研究表明，Foxp3 可以通过诱导TGF-β1 的分泌激活Smad3的磷酸化，进而抑制PTC中NIS的表达［29］。

2.4 其他信号通路 Notch 信号通路表达失调与甲状腺癌去分化关系密切。Ferretti 等［30］分析了Notch 信号通路在甲状腺滤泡细胞中的表达，发现该通路在正常甲状腺细胞中表达，而在甲状腺未分化癌中表达降低，Notch 信号通路的过表达，包括Notch1、Notch3和Hes1，与甲状腺癌特异性基因表达上调直接相关。Yu等［31］使用白藜芦醇激活Notch1 信号通路恢复了甲状腺癌中NIS 的表达。此外，Somnay 等［32］发现Notch3 表达的缺失可能是DTC 发生去分化的基础，相反，DTC 中Notch3的激活会逆转甲状腺癌去分化的趋势，这都表明Notch1 和Notch3 的激活可能成为DTC 再分化的一种潜在治疗策略。Wnt/β-catenin 信号通路在调节细胞生长、增殖以及癌症发展的过程中发挥重要作用。在Wnt 配体与Frizzled 受体和脂蛋白受体相关蛋白（LRP5/6）作为共同受体结合后，β-catenin被激活并从细胞质转移到细胞核，促进各种基因的表达［33］。研究表明，β-catenin 是生理条件下NIS 和RAI 摄取的调节剂。Lan 等［34］发现RAI 在治疗缺氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）过表达的甲状腺癌细胞中效果较差，可能是由于β-catenin 激活引起的NIS 异常定位；相反，β-catenin 的抑制可以逆转这些变化。此外，NF-κB 信号通路在肿瘤发生过程中也受到关注。据报道，由BRAF突变引起的NF-κB 激活上调了DNA 甲基转移酶1 （DNA methyltransferase 1，DNMT1），从而抑制了由其启动子甲基化引起的NIS表达，因此通过抑制NF-κB在未来可能是治疗RAIR-DTC的一个新的手段［35］。

3 RAIR-DTC再分化治疗

3.1 NIS转录的调控药物

3.1.1 维甲酸（retinoic acids，RA） RA 是一类维生素A 的代谢产物，通过激活核受体来启动和调节基因表达，近年来RA 广泛应用于DTC 再分化治疗。研究表明，RA 可以上调NISmRNA 表达［36］。经RA治疗后，正常甲状腺细胞中NIS的表达降低。然而，大多数甲状腺癌在RA 治疗后表现出NIS 表达和NIS 介导的RAI 摄取的升高［37］。Jarzab 等［38］用RA 治疗15 例RAIR-DTC 患者，29%的肺转移患者，56%的局部转移患者和2例骨转移患者可见RAI 摄取。但令人失望的是，在肿瘤进展上没有临床意义。在一项RA 治疗RAIRDTC 的Meta 分析中，RAI 增加的综合效应为27.6%，根据实体肿瘤反应评估标准，肿瘤反应综合效应仅为17.0%，以上数据表明，只有少数患者对RA治疗有效［39］。

3.1.2 组蛋白去乙酰化酶抑制剂 组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC） 可以抑制DTC 中NIS 的表达。在一项体外研究中发现，HDAC 抑制剂增加了NISmRNA 的表达［40］。Kelly等［41］对晚期甲状腺癌患者使用伏立诺（suberoylanilide hydroxamic acid，SAHA）作为HDAC 抑制剂进行研究，发现3 例PTC 患者中有1 例在SAHA 治疗后RAI 摄取增加。Sherman 等［42］使用罗米地辛作为HDAC 抑制剂进行的Ⅱ期临床试验结果表明，22 例患者中只有2 例患者的RAI 摄取增加。此外，Nilubol等［43］使用丙戊酸作为HDAC抑制剂进行了一项Ⅱ期临床试验，结果显示RAI重新摄取失败。

3.1.3 过氧化物酶体增殖物活化受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）激动剂PPARγ 是一种核受体，主要参与细胞增殖和再分化的调节，是一种配体依赖性转录因子，必须与维甲酸X 受体（retinoid X receptors，RXR）形成异二聚体才能与其反应元件结合并激活基因表达［44］。研究表明，PPARγ 激动剂可以诱导甲状腺癌的再分化。Park 等［45］使用曲格列酮作为PPARγ激动剂，应用于DTC 再分化治疗，结果表明，可以增加甲状腺细胞中的NIS表达和RAI摄取。Tepmongkol 等［46］报道，23 例患者中有7 例在服用罗格列酮后甲状腺活检组织中PPARγ 呈强阳性，在这7例患者中5例有明显的RAI摄取增加。

3.2 MAPK 通路抑制剂 单独使用维甲酸和罗格列酮在RAIR-DTC 的再分化治疗中的临床应用效果有限。近年来，随着细胞生物学的发展，越来越多的新治疗靶点出现。研究表明，选择性抑制MAPK 信号通路的药物，如BRAF 或MEK 抑制剂，可以诱导甲状腺特异性基因表达，并恢复甲状腺癌细胞对RAI 的摄取。Ho 等［47］将赛鲁米替尼作为MEK 抑制剂应用于20 例RAIR-DTC 患者，有12 例恢复了RAI 摄取，其中8 例达到了RAI 治疗的剂量学阈值，在这些患者中，5 例携带RAS突变，1 例携带BRAF突变，这提示我们RAS突变患者的RAI亲和力恢复高于BRAF突变患者，也表明赛鲁米替尼的疗效与基因改变之间存在关系。Rothenberg 等［48］使用达普拉非尼作为BRAF 抑制剂克服BRAF突变甲状腺癌患者RAI耐药的临床试验，对BRAF突变甲状腺癌患者给予达普拉非尼治疗6 周后，10 例患者中6 例恢复RAI 摄取。此外，Fu 等［49］研究报告，HDAC 抑制剂达普拉非尼和MAPK 抑制剂赛鲁米替尼联合治疗在BRAFV600E 突变的甲状腺癌细胞中显示出强大的再分化作用，因此，HDAC 和MAPK 抑制剂联合应用可能是提高RAIR-DTC 患者再分化治疗效果的一种新的选择。

3.3 PI3K/AKT 信号通路抑制剂 PI3K/AKT 通路的异常激活可下调NIS 表达，表明该通路可能是RAIR-DTC 再分化治疗的潜在治疗靶点。Liu 等［50］使用LY294002 作为PI3K 抑制剂，通过诱导DTC细胞系中的PAX8，显著上调NIS 的表达并成功改善碘摄取；此外，AKT 抑制剂Akti-1/2 还通过介导甲状腺细胞中NIS 的表达来增加碘摄取。Plantinga 等［51］报道了另一种PI3K 抑制剂雷帕霉素，研究发现，在携带BRAFV600E 和RET/PTC1的DTC 细胞中雷帕霉素可以诱导NIS 表达和RAI摄取，可能是通过依赖于TTF1 的转录效应。然而，通过抑制RAIR-DTC 患者的PI3K 通路来评估碘摄取变化的几项体内研究尚未报告结果。因此，可能需要进一步的研究来阐明PI3K/AKT通路抑制剂对RAIR-DTC再分化的影响。Buffet 等［52］总结了已知的导致RAI在RAIR-DTC 中治疗无效的分子机制和药物作用靶点。

4 小结与展望

RAI 治疗是DTC 患者术后清除残留甲状腺，以及无法手术切除的局部或远处转移灶的重要手段。然而，基因突变通过激活甲状腺癌中的MAPK、PI3K 等信号通路，导致DTC 去分化并降低NIS 的表达，失去RAI 亲合力的去分化甲状腺癌对RAI 治疗没有反应并且预后较差。由于RAI抵抗主要是由于DTC 的去分化所致，再分化治疗无疑是RAIR-DTC 患者的一种有前途的替代选择。几种药物包括维甲酸、PPARγ 激动剂和HDAC 抑制剂，已经尝试在转录水平上调节NIS，但在RAIR-DTC 患者的再分化治疗中显示出的临床价值仍然有限。最近的研究显示，使用选择性抑制MAPK 和PI3K 信号通路的药物在RAIR-DTC 中逆转NIS 的表达和改善RAI 摄取的治疗中展现出光明前景，例如MEK/BRAF抑制剂和PI3K/mTOR抑制剂。通过逆转NIS表达恢复RAI亲和力为RAIRDTC 患者带来了新的希望，但是，目前还没有确定的临床试验能够满足药理学再分化效应的预期，主要原因是大多数研究只关注单一信号通路的阻断，而不是全面的信号通路。然而DTC 去分化与多个信号通路密切相关，此外，特定信号通路的耐药性或重新激活也是再分化治疗面临的难题，单一药物治疗可能无法达到再分化疗效。考虑到RAIR-DTC 在遗传和表观遗传上的异质性，大多数RAIR-DTC 通过多种因素发展为去分化，我们需要了解RAIR-DTC 去分化的详细分子机制，以制定最佳的个性化再分化策略。在未来，多个信号通路同时阻断以及多种药物联合治疗可能成为新的治疗手段。