NIS研究进展及其在肿瘤治疗中的应用

　　作者：徐华,陈佳,肖建英　　作者单位：1.辽宁医学院生化教研室;2.辽宁医学院附属第一医院检验科，辽宁 锦州

　　【摘要】 钠/碘共同转运体( sodium / iodide symporter,NIS)是一种跨膜糖蛋白，其表达不但与多种甲状腺疾病密切相关，而且在甲状腺及非甲状腺中可激活对碘的摄取过程。随着基因克隆与转染技术的发展，将NIS基因转染到甲状腺及非甲状腺肿瘤中，可作为治疗基因在体内发挥作用，这使得131I有望应用于甲状腺恶性肿瘤及非甲状腺肿瘤的治疗，为肿瘤的治疗提供新的思路。本文就NIS的结构与功能、NIS的临床意义、NIS基因与肿瘤治疗的关系及进展作以综述。

　　【关键词】 钠/碘转运体,基因转染,肿瘤治疗

　　钠/碘共同转运体( sodium / iodide symporter,NIS)是一种跨膜糖蛋白,主要存在于甲状腺滤泡细胞基底膜上,是甲状腺细胞摄取碘的分子基础。随着对hNIS结构和功能的阐明，使人们对包括自身免疫性甲状腺疾病及先天性甲状腺功能减低在内的多种甲状腺疾病的分子机制有了更深入的研究。近年来，研究者将NIS基因转染到非甲状腺肿瘤与不摄碘的甲状腺癌肿瘤细胞而实现放射性碘治疗，这将为众多难治性肿瘤开辟了全新的治疗途径，具有广阔的临床应用前景。

　　1 NIS结构与功能

　　继1996 年[1]发现小鼠NIS cDNA序列及蛋白质结构后，人NIS基因也得到阐明。hNIS基因位于人类19号染色体的短臂，由15 个外显子和14 个内含子组成，其开放阅读框架为348～2 276位核苷酸，转录体长度约为3.7 kb，编码643 个氨基酸，分子量约68.7 kDa。鼠NIS基因编码618 个氨基酸，与hNIS的氨基酸序列有84%的同源性和93%的相似性。目前研究认为NIS二级结构包括13 个跨膜区,其N端位于胞外区，C端位于胞内侧(见图1)。尽管成熟NIS为糖基化蛋白，包括至少3 个天门冬酰胺-糖基化位点，但其N端糖基化缺失并不影响NIS的稳定存在与功能的发挥[2]。在跨膜区段Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ中的3 个带电残基 (Asp16 , Glu79, Arg208)对于碘摄取调节起重要的作用,而位于跨膜区IX的几个含羟基的氨基酸残基( Ser353, Thr354, Ser356及Thr357)对其功能也至关重要,其基因突变将会引起摄碘功能丧失。目前对NIS二级结构的具体拓扑分析仍在研究之中。图1 NIS二级结构模型

　　甲状腺内碘的浓度是血浆碘浓度的20～40 倍，其中NIS在碘的摄取与转运过程中发挥着重要的作用。NIS可促进碘的主动转运，使碘顺着电化学梯度从间质进入细胞内。有研究证实，将NIS基因转染到不能聚集碘的鼠恶性甲状腺癌细胞中，鼠甲状腺细胞的123I积聚可增加60 倍，这表明NIS的基因表达和功能完整是碘转运和聚集的重要因素。值得注意的是，人体组织对碘的摄取并不仅仅局限于甲状腺，其它一些组织如唾液腺、胃粘膜亦有明显的hNIS表达，而乳腺有较弱的表达，在卵巢、直肠、腮腺、颌下腺、胰腺、睾丸、肾上腺、心脏、胸腺以及肺等组织中的表达也有报道，并显示聚集碘的能力;但与甲状腺组织相比，甲状腺外周组织NIS表达水平相对较低，且只有甲状腺才能在促甲状腺激素作用下促进碘聚集，并能够将碘有机化。故NIS被认为是甲状腺的特异蛋白，在甲状腺疾病的诊断中，具有与甲状腺球蛋白或甲状腺过氧化物酶一样的意义[3]。

　　2 NIS的临床意义

　　随着对NIS研究的不断深入，人们已经逐渐认识到其在碘摄取及甲状腺激素合成过程中所发挥的特殊作用。此外，从一些临床及实验室研究中，还发现某些甲状腺疾病与NIS有着密切的联系。

　　在一些甲状腺自身免疫疾病患者的血清中发现了NIS抗体的存在，尤其是Graves病的患者，阳性率可高达84%;桥本氏甲状腺炎和自身免疫性甲状腺功能低下，抗体阳性率分别为20.8%和24%。已有研究证实，NIS基因的突变亦可引起甲状腺转运缺陷及先天性甲减[4]。其基因突变可发生在多个位置，目前已发现7 种NIS点突变可导致先天性甲状腺功能减退和先天性甲状腺肿，主要为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)。这7 种点突变主要位于第6号、9号和13号外显子上[5]。其中，T354P最为常见。目前认为, NIS基因突变所引起的碘转运功能障碍,是由于突变引起NIS蛋白质的构像发生改变,导致碘与NIS蛋白结合障碍。

　　Patel等[6]证实NIS在甲状腺癌细胞中的表达与其分化程度成反比，在甲状腺乳头状癌和滤泡状癌中，NIS表达率分别为35%、44%，而未分化癌中则无该蛋白的表达，这与临床所涉及相应疾病的摄碘情况相符。而在远处转移的癌中，NIS的表达率仅为13%，较原发肿瘤低。随着NIS结构和功能的阐明，应用基因转染的方法诱导甲状腺癌或非甲状腺肿瘤组织表达NIS，使其获得摄取碘的能力，从而可以利用放射性碘对其进行放射治疗，这将为肿瘤的治疗开创出一条新途径。

　　3 NIS基因与肿瘤的治疗

　　放射性碘是治疗恶性肿瘤的一种有效治疗手段，但其发挥杀伤肿瘤细胞效应的基础是肿瘤细胞必须具有摄取碘的能力。遗憾的是大多数恶性肿瘤摄取碘的能力显著降低，使放射性碘难以发挥治疗作用。张兰胜[7]观察到全反式维甲酸可增加甲状腺滤泡癌细胞NIS的表达。临床资料显示，维甲酸治疗分别使不摄碘的甲状腺癌患者9 例中的4 例、12 例中的5 例重新获得了摄碘功能，并有效地进行了放射性碘治疗。Venkataruman等[8]使用脱甲基化药物：5-氮胞苷和7-钠丁酸盐，诱导NIS mRNA表达，可部分恢复甲状腺癌细胞摄I-活性。Kitazono等[9]在体外实验中应用小剂量的组蛋白脱乙酰酶抑制剂 Depsipeptide能提高分化不良的甲状腺癌细胞NIS mRNA的表达，进而提高甲状腺癌细胞的摄碘率。Zarnegar等[10]应用曲古抑菌素A作用于三种甲状腺癌细胞株后，观察其对131I的摄取，发现NIS mRNA转录增强，PDS mRNA转录减少，碘摄取增强。可见，促进NIS的表达，使甲状腺癌细胞摄碘增加，将有助于减少辐射剂量、提高131I的疗效,并可使原来不具摄碘功能的甲状腺癌原发灶及转移灶得到治疗。

　　为了拓宽放射碘治疗的应用范围，研究者应用基因克隆与转染技术，将NIS基因导入无摄碘功能的甲状腺癌细胞及甲状腺外肿瘤中，已被证明具有良好的临床应用潜力。Smit等[11]将表达hNIS的质粒转染hNIS基因缺陷的甲状腺癌细胞株FTC-133，稳定转染的细胞重新获得了较高的摄碘能力。Boland等[12]用腺病毒作载体,将rNIS基因导入肿瘤细胞，发现感染此病毒的瘤细胞的125I摄取量比没感染的瘤细胞高125 225 倍。Mandell等[13]使用逆转录病毒载体将rNIS基因转入黑色素瘤、卵巢肿瘤和肝癌细胞，被转染的肿瘤细胞均有NIS的功能性显示，表现碘摄取增多。将转染后的人黑素瘤细胞注射到裸鼠后肢腹侧, 再行131I治疗，结果有56%～69%的肿瘤细胞被杀死。此外对NIS基因转入人宫颈癌、乳腺癌、神经胶质瘤、前列腺癌、非小细胞肺癌、滤泡状甲状腺癌、胰腺癌、骨髓癌[14]等多种肿瘤细胞的研究显示，NIS可稳定表达并使细胞摄碘能力显著增强，如同时应用放射性碘，肿瘤细胞可大量被杀死。但在体内应用131I对肿瘤进行放射治疗，转染NIS的肿瘤并未明显变小，其原因可能是131I在肿瘤细胞内停留时间太短的缘故[15]。Smit等[16]对种植转染NIS的甲状腺肿瘤的裸鼠先采用传统的提高转移性甲状腺癌细胞摄取碘能力的方法，则明显延长肿瘤组织浓集131I的有效半衰期至26.3 h;然后再进行内放射治疗，肿瘤在体内的生长明显延缓，治疗4 周后，治疗组7 只裸鼠仅1 只裸鼠有肿瘤生长，而未治疗组6 只裸鼠中，5只被观察到有肿瘤生长。

　　还有研究表明，使用含有NIS基因的组织特异性启动子,可进行针对NIS的靶向性治疗。Spitzweg等[17]在体外构建了以前列腺特异性抗原为启动子调控NIS基因表达的前列腺癌细胞系(LNCaP) ,将其接种于无胸腺裸鼠皮下,建立了表达NIS基因的前列腺肿瘤细胞模型，碘摄取增加了25%～30%。一次性给予3 mCi的131I可使瘤体积缩小90%，但是这种方法也有其局限性。通常要获得目的基因较高水平的表达就需要相对强的启动子，然而，大部分组织特异性的启动子在促表达方面的作用较弱。转染NIS基因除用于介导放射性碘治疗肿瘤外，其摄碘功能还可应用于定位肿瘤的转移及检测肿瘤的复发。正电子发射断层扫描术(positron emission tomography，PET)在NIS转染的肿瘤中通过124I放射正电子可对肿瘤进行高分辨率的显影及精确的解剖学定位[18]。

　　4 展 望

　　综上所述，NIS基因转染介导放射碘治疗肿瘤的研究已在肿瘤细胞水平获得初步成功，为恶性肿瘤的基因治疗开创了新篇章，这是人类期待NIS所能起到的最佳作用。但其离临床应用还有较长距离，许多问题仍有待解决，尤其是如何控制NIS蛋白表达及定位和如何提高放射性碘的疗效，是现阶段NIS基因治疗研究的重点。尽管目前仍有些问题还没有得到解决，但其巨大的研究价值和潜在的临床效果已得到学术界和临床医生的广泛认可。相信随着人们研究的进一步深入，NIS在肿瘤治疗方面的研究必将取得重大的突破。

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