淺論NIS研究進(jìn)展及其在腫瘤治療中的應(yīng)用

淺論NIS研究進(jìn)展及其在腫瘤治療中的應(yīng)用【摘要】鈉/碘共同轉(zhuǎn)運(yùn)體(sodium/iodidesymporter,NIS)是一種跨膜糖蛋白，其表達(dá)不但與多種甲狀腺疾病密切相關(guān)，而且在甲狀腺及非甲狀腺中可激活對碘的攝取過程。隨著基因克隆與轉(zhuǎn)染技術(shù)的發(fā)展，將NIS基因轉(zhuǎn)染到甲狀腺及非甲狀腺腫瘤中，可作為治療基因在體內(nèi)發(fā)揮作用，這使得131I有望應(yīng)用于甲狀腺惡性腫瘤及非甲狀腺腫瘤的治療，為腫瘤的治療提供新的思路。本文就NIS的結(jié)構(gòu)與功能、NIS的臨床意義、NIS基因與腫瘤治療的關(guān)系及進(jìn)展作以綜述。

【關(guān)鍵詞】鈉/碘轉(zhuǎn)運(yùn)體；基因轉(zhuǎn)染；腫瘤治療

鈉/碘共同轉(zhuǎn)運(yùn)體(sodium/iodidesymporter,NIS)是一種跨膜糖蛋白,主要存在于甲狀腺濾泡細(xì)胞基底膜上,是甲狀腺細(xì)胞攝取碘的分子基礎(chǔ)。隨著對hNIS結(jié)構(gòu)和功能的闡明，使人們對包括自身免疫性甲狀腺疾病及先天性甲狀腺功能減低在內(nèi)的多種甲狀腺疾病的分子機(jī)制有了更深入的研究。近年來，研究者將NIS基因轉(zhuǎn)染到非甲狀腺腫瘤與不攝碘的甲狀腺癌腫瘤細(xì)胞而實(shí)現(xiàn)放射性碘治療，這將為眾多難治性腫瘤開辟了全新的治療途徑，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

1NIS結(jié)構(gòu)與功能

繼1996年［1］發(fā)現(xiàn)小鼠NIScDNA序列及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)后，人NIS基因也得到闡明。hNIS基因位于人類19號染色體的短臂，由15個外顯子和14個內(nèi)含子組成，其開放閱讀框架為348～2276位核苷酸，轉(zhuǎn)錄體長度約為kb，編碼643個氨基酸，分子量約kDa。鼠NIS基因編碼618個氨基酸，與hNIS的氨基酸序列有84％的同源性和93%的相似性。目前研究認(rèn)為NIS二級結(jié)構(gòu)包括13個跨膜區(qū),其N端位于胞外區(qū)，C端位于胞內(nèi)側(cè)。盡管成熟NIS為糖基化蛋白，包括至少3個天門冬酰胺-糖基化位點(diǎn)，但其N端糖基化缺失并不影響NIS的穩(wěn)定存在與功能的發(fā)揮［2］。在跨膜區(qū)段Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ中的3個帶電殘基(Asp16,Glu79,Arg208)對于碘攝取調(diào)節(jié)起重要的作用,而位于跨膜區(qū)IX的幾個含羥基的氨基酸殘基(Ser353,Thr354,Ser356及Thr357)對其功能也至關(guān)重要,其基因突變將會引起攝碘功能喪失。目前對NIS二級結(jié)構(gòu)的具體拓?fù)浞治鋈栽谘芯恐?。圖1NIS二級結(jié)構(gòu)模型

甲狀腺內(nèi)碘的濃度是血漿碘濃度的20～40倍，其中NIS在碘的攝取與轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮著重要的作用。NIS可促進(jìn)碘的主動轉(zhuǎn)運(yùn)，使碘順著電化學(xué)梯度從間質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。有研究證實(shí)，將NIS基因轉(zhuǎn)染到不能聚集碘的鼠惡性甲狀腺癌細(xì)胞中，鼠甲狀腺細(xì)胞的123I積聚可增加60倍，這表明NIS的基因表達(dá)和功能完整是碘轉(zhuǎn)運(yùn)和聚集的重要因素。值得注意的是，人體組織對碘的攝取并不僅僅局限于甲狀腺，其它一些組織如唾液腺、胃粘膜亦有明顯的hNIS表達(dá)，而乳腺有較弱的表達(dá)，在卵巢、直腸、腮腺、頜下腺、胰腺、睪丸、腎上腺、心臟、胸腺以及肺等組織中的表達(dá)也有報道，并顯示聚集碘的能力；但與甲狀腺組織相比，甲狀腺外周組織NIS表達(dá)水平相對較低，且只有甲狀腺才能在促甲狀腺激素作用下促進(jìn)碘聚集，并能夠?qū)⒌庥袡C(jī)化。故NIS被認(rèn)為是甲狀腺的特異蛋白，在甲狀腺疾病的診斷中，具有與甲狀腺球蛋白或甲狀腺過氧化物酶一樣的意義［3］。

2NIS的臨床意義

隨著對NIS研究的不斷深入，人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識到其在碘攝取及甲狀腺激素合成過程中所發(fā)揮的特殊作用。此外，從一些臨床及實(shí)驗(yàn)室研究中，還發(fā)現(xiàn)某些甲狀腺疾病與NIS有著密切的聯(lián)系。

在一些甲狀腺自身免疫疾病患者的血清中發(fā)現(xiàn)了NIS抗體的存在，尤其是Graves病的患者，陽性率可高達(dá)84％；橋本氏甲狀腺炎和自身免疫性甲狀腺功能低下，抗體陽性率分別為％和24％。已有研究證實(shí)，NIS基因的突變亦可引起甲狀腺轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷及先天性甲減［4］。其基因突變可發(fā)生在多個位置，目前已發(fā)現(xiàn)7種NIS點(diǎn)突變可導(dǎo)致先天性甲狀腺功能減退和先天性甲狀腺腫，主要為93位甘氨酸被精氨酸替代(G93R)、267位谷氨酰胺被谷氨酸替代(Q267E)、272位半胱氨酸被其他任意氨基酸替代(C272X)、354位酪氨酸被脯氨酸替代(T354P)、351位酪氨酸被其他任意氨基酸替代(Y351X)、575位氨基酸被其他任意氨基酸替代(575X)、543位甘氨酸被谷氨酸替代(G543E)。這7種點(diǎn)突變主要位于第6號、9號和13號外顯子上［5］。其中，T354P最為常見。目前認(rèn)為,NIS基因突變所引起的碘轉(zhuǎn)運(yùn)功能障礙,是由于突變引起NIS蛋白質(zhì)的構(gòu)像發(fā)生改變,導(dǎo)致碘與NIS蛋白結(jié)合障礙。

Patel等［6］證實(shí)NIS在甲狀腺癌細(xì)胞中的表達(dá)與其分化程度成反比，在甲狀腺乳頭狀癌和濾泡狀癌中，NIS表達(dá)率分別為35％、44％，而未分化癌中則無該蛋白的表達(dá)，這與臨床所涉及相應(yīng)疾病的攝碘情況相符。而在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的癌中，NIS的表達(dá)率僅為13％，較原發(fā)腫瘤低。隨著NIS結(jié)構(gòu)和功能的闡明，應(yīng)用基因轉(zhuǎn)染的方法誘導(dǎo)甲狀腺癌或非甲狀腺腫瘤組織表達(dá)NIS，使其獲得攝取碘的能力，從而可以利用放射性碘對其進(jìn)行放射治療，這將為腫瘤的治療開創(chuàng)出一條新途徑。

3NIS基因與腫瘤的治療

放射性碘是治療惡性腫瘤的一種有效治療手段，但其發(fā)揮殺傷腫瘤細(xì)胞效應(yīng)的基礎(chǔ)是腫瘤細(xì)胞必須具有攝取碘的能力。遺憾的是大多數(shù)惡性腫瘤攝取碘的能力顯著降低，使放射性碘難以發(fā)揮治療作用。張?zhí)m勝［7］觀察到全反式維甲酸可增加甲狀腺濾泡癌細(xì)胞NIS的表達(dá)。臨床資料顯示，維甲酸治療分別使不攝碘的甲狀腺癌患者9例中的4例、12例中的5例重新獲得了攝碘功能，并有效地進(jìn)行了放射性碘治療。Venkataruman等［8］使用脫甲基化藥物：5-氮胞苷和7-鈉丁酸鹽，誘導(dǎo)NISmRNA表達(dá)，可部分恢復(fù)甲狀腺癌細(xì)胞攝I-活性。Kitazono等［9］在體外實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用小劑量的組蛋白脫乙酰酶抑制劑Depsipeptide能提高分化不良的甲狀腺癌細(xì)胞NISmRNA的表達(dá)，進(jìn)而提高甲狀腺癌細(xì)胞的攝碘率。Zarnegar等［10］應(yīng)用曲古抑菌素A作用于三種甲狀腺癌細(xì)胞株后，觀察其對131I的攝取，發(fā)現(xiàn)NISmRNA轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，PDSmRNA轉(zhuǎn)錄減少，碘攝取增強(qiáng)?？梢?，促進(jìn)NIS的表達(dá)，使甲狀腺癌細(xì)胞攝碘增加，將有助于減少輻射劑量、提高131I的療效,并可使原來不具攝碘功能的甲狀腺癌原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶得到治療。

為了拓寬放射碘治療的應(yīng)用范圍，研究者應(yīng)用基因克隆與轉(zhuǎn)染技術(shù)，將NIS基因?qū)霟o攝碘功能的甲狀腺癌細(xì)胞及甲狀腺外腫瘤中，已被證明具有良好的臨床應(yīng)用潛力。Smit等［11］將表達(dá)hNIS的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染hNIS基因缺陷的甲狀腺癌細(xì)胞株FTC-133，穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞重新獲得了較高的攝碘能力。Boland等［12］用腺病毒作載體,將rNIS基因?qū)肽[瘤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)感染此病毒的瘤細(xì)胞的125I攝取量比沒感染的瘤細(xì)胞高125225倍。Mandell等［13］使用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體將rNIS基因轉(zhuǎn)入黑色素瘤、卵巢腫瘤和肝癌細(xì)胞，被轉(zhuǎn)染的腫瘤細(xì)胞均有NIS的功能性顯示，表現(xiàn)碘攝取增多。將轉(zhuǎn)染后的人黑素瘤細(xì)胞注射到裸鼠后肢腹側(cè),再行131I治療，結(jié)果有56%～69%的腫瘤細(xì)胞被殺死。此外對NIS基因轉(zhuǎn)入人宮頸癌、乳腺癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、前列腺癌、非小細(xì)胞肺癌、濾泡狀甲狀腺癌、胰腺癌、骨髓癌［14］等多種腫瘤細(xì)胞的研究顯示，NIS可穩(wěn)定表達(dá)并使細(xì)胞攝碘能力顯著增強(qiáng)，如同時應(yīng)用放射性碘，腫瘤細(xì)胞可大量被殺死。但在體內(nèi)應(yīng)用131I對腫瘤進(jìn)行放射治療，轉(zhuǎn)染NIS的腫瘤并未明顯變小，其原因可能是131I在腫瘤細(xì)胞內(nèi)停留時間太短的緣故［15］。Smit等［16］對種植轉(zhuǎn)染NIS的甲狀腺腫瘤的裸鼠先采用傳統(tǒng)的提高轉(zhuǎn)移性甲狀腺癌細(xì)胞攝取碘能力的方法，則明顯延長腫瘤組織濃集131I的有效半衰期至h；然后再進(jìn)行內(nèi)放射治療，腫瘤在體內(nèi)的生長明顯延緩，治療4周后，治療組7只裸鼠僅1只裸鼠有腫瘤生長，而未治療組6只裸鼠中，5只被觀察到有腫瘤生長。

還有研究表明，使用含有NIS基因的組織特異性啟動子,可進(jìn)行針對NIS的靶向性治療。Spitzweg等［17］在體外構(gòu)建了以前列腺特異性抗原為啟動子調(diào)控NIS基因表達(dá)的前列腺癌細(xì)胞系(LNCaP),將其接種于無胸腺裸鼠皮下,建立了表達(dá)NIS基因的前列腺腫瘤細(xì)胞模型，碘攝取增加了25%～30%。一次性給予3mCi的131I可使瘤體積縮小90%，但是這種方法也有其局限性。通常要獲得目的基因較高水平的表達(dá)就需要相對強(qiáng)的啟動子，然而，大部分組織特異性的啟動子在促表達(dá)方面的作用較弱。轉(zhuǎn)染NIS基因除用于介導(dǎo)放射性碘治療腫瘤外，其攝碘功能還可應(yīng)用于定位腫瘤的轉(zhuǎn)移及檢測腫瘤的復(fù)發(fā)。正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)在NIS轉(zhuǎn)染的腫瘤中通過124I放射正電子可對腫瘤進(jìn)行高分辨率的顯影及精確的解剖學(xué)定位［18］。

4展望

綜上所述，NIS基因轉(zhuǎn)染介導(dǎo)放射碘治療腫瘤的研究已在腫瘤細(xì)胞水平獲得初步成功，為惡性腫瘤的基因治療開創(chuàng)了新篇章，這是人類期待NIS所能起到的最佳作用。但其離臨床應(yīng)用還有較長距離，許多問題仍有待解決，尤其是如何控制NIS蛋白表達(dá)及定位和如何提高放射性碘的療效，是現(xiàn)階段NIS基因治療研究的重點(diǎn)。盡管目前仍有些問題還沒有得到解決，但其巨大的研究價值和潛在的臨床效果已得到學(xué)術(shù)界和臨床醫(yī)生的廣泛認(rèn)可。相信隨著人們研究的進(jìn)一步深入，NIS在腫瘤治療方面的研究必將取得重大的突破。

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