日本沐河女子大学药学院药剂学教研室
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DOI: 10.15761 / BRCP.1000114
锌是许多细胞过程所必需的微量金属，包括其最近被描述为信号中介的作用。锌转运蛋白调节细胞内锌稳态，控制许多涉及锌信号的生理细胞功能，并在多种疾病的进展中发挥作用。在乳腺癌中，锌转运蛋白显著参与上皮间充质转化和抗激素治疗的耐药性，这是与预后不良相关的关键因素。在之前的研究中，我们发现细胞迁移的促进强烈依赖于细胞外葡萄糖浓度和锌转运蛋白对锌离子的转运，锌转运蛋白在葡萄糖诱导的细胞迁移中起着至关重要的作用。这些发现表明，锌转运蛋白是参与细胞适应细胞外环境的关键分子，而细胞外环境与乳腺癌的恶性进展有关。本文就锌转运蛋白在乳腺癌中的病理生理作用及其作为乳腺癌治疗靶点的研究进展作一综述。
锌转运蛋白，乳腺癌，上皮间充质转化，癌细胞迁移，细胞外环境
生物过程的正常运作需要300多个分子。这些分子包括锌，一种同时起催化和代谢辅助因子[1]作用的微量元素。>2000转录因子也需要锌来维持其结构完整性和调节[1]基因表达。另一方面，锌被证明在与细胞分化、增殖、存活和迁移等重要生理功能相关的信号通路中发挥第二信使的作用(图1)[2-5]。细胞内锌水平受到锌结合蛋白和锌转运蛋白的严格调控[6-8]。锌跨细胞膜的双向转运是由两个蛋白质家族维持的:ZRT irt样蛋白(ZIPs, SLC39A)促进锌流入细胞质，而锌转运蛋白(ZnT, SLC30A)介导锌从细胞质流出。哺乳动物ZIP家族包含14个成员，根据序列保守程度分为4个亚组:ZIP亚家族I (ZIP9)， ZIP亚家族II (ZIP1, ZIP2, ZIP3)， LIV-1亚家族(ZIP4, ZIP5, ZIP6, ZIP7, ZIP8, ZIP10, ZIP12, ZIP13, ZIP14)和GufA亚家族(ZIP11)[9,10]。这些锌转运蛋白不仅在维持细胞锌平衡方面发挥重要作用，而且在介导细胞内信号通路方面发挥重要作用。锌转运异常与阿尔茨海默病[11]、糖尿病[12-14]、癌症[5]和其他病理过程[4,15,16]等疾病有关。
细胞内和细胞外锌的水平和分布受锌转运蛋白控制，在疾病过程中介导许多细胞功能。锌在癌症中的作用机制取决于癌症类型。在前列腺癌中，已在血清和肿瘤样本中检测到低水平的锌，并且已证实ZIP1、2和3的表达降低[17-20]。然而，在乳腺癌中，血清中锌含量较低，而肿瘤样本中锌含量较高[21-24]。此外，无论是临床和在体外研究结果为LIV-1亚家族如ZIP6、7和10在乳腺癌进展中的重要性提供了证据。这些结果表明，更好地了解锌和zip在乳腺癌中的作用将有助于制定更有效的治疗策略[9,10,25-29]。在这篇综述中，我们讨论了目前关于zip在乳腺癌发展中的作用的研究。
ZIP6存在于乳腺上皮细胞的质膜中，并将锌导入细胞质[22]。先前的研究描述了由雌激素调控基因编码的ZIP6与乳腺癌之间的关联，而雌激素在乳腺癌中起着关键作用[9,30]。此外，ZIP6的表达根据乳腺癌的分期受到严格的调控。在一项对斑马鱼胚胎的研究中，ZIP6的表达依赖于信号传感器和转录激活因子3 (STAT3)[31]和Hogstrand的表达et al。[32]表明表皮生长因子(EGF)通过增加ZIP6对STAT3的表达依赖性来诱导上皮间充质转化(EMT)。EMT被认为是恶性肿瘤的一个基本特征，在这一转变过程中，细胞粘附丧失，允许细胞迁移。ZIP6介导细胞分离，使细胞迁移并转移。这一结果证实了ZIP6在雌激素受体阳性的乳腺癌伴淋巴结转移患者体内的高水平表达[9,10,26]。虽然这些发现表明了ZIP6的病理作用，但在某些情况下，ZIP6可能具有保护(即肿瘤抑制)作用;在贴壁雌激素受体阳性乳腺癌细胞、MCF-7细胞和T47D人乳腺导管上皮肿瘤细胞中，敲低ZIP6可引起凋亡抵抗和肿瘤发生，并促进EMT[33,34]。此外，由于e -钙粘蛋白的高表达，LIV-1表达与侵袭性较低的肿瘤有关[32,35]。综上所述，这些数据支持先前的临床报道，即ZIP6表达与肿瘤分级、大小和[30]期呈负相关。他们还证明，ZIP6在转移灶中的作用与在原发肿瘤中的作用不同。为了充分理解ZIP6在乳腺癌中所起的作用，需要详细了解细胞锌动力学和ZIP6表达反应所涉及的信号通路。
Kagara报道了与ZIP6最接近的家族成员ZIP10与人类乳腺癌细胞的侵袭和转移之间的联系et al。[29]，谁量化的表达式ZIP10来自乳腺癌患者的177个手术样本中的mRNA。利用实时荧光定量PCR技术，作者证实了ZIP10在淋巴结转移患者乳腺癌组织中[29]明显高于未转移患者。
同样的,ZIP10mRNA在转移性乳腺癌细胞系中比在非转移性乳腺癌细胞系中表达更高。在转移细胞系中敲除zip10会减少锌的摄入量和细胞迁移。这些发现支持锌和ZIP10在高转移性乳腺癌细胞迁移活动中的重要作用。
在刺激下，正常细胞表现出“早期”和“晚期”事件[22]。早期锌信号源于内质网(ER)，在刺激后几分钟观察到。然后释放的锌可以调节细胞内信号分子的活性。位于内质网膜的ZIP7介导了早期锌的流入。酪蛋白激酶II (CK2)的磷酸化，一种促进细胞分裂的酶，是ZIP7激活所必需的，并导致锌离子从内质网释放到细胞质中。释放的锌离子抑制蛋白磷酸酶，增强酪氨酸激酶活性以及Akt存活和ERK1/2生长信号通路，共同促进癌症进展(图2)[26]。ZIP7在耐他莫西芬的MCF-7乳腺癌细胞中大量表达，位于ER[28]中。由于CK2激活ZIP7可以促进乳腺癌细胞的增殖和迁移，因此它可能是一种很有前景的乳腺癌化疗新分子靶点[25,26]。然而，仍有几个问题有待回答:上述观察结果是否仅限于他莫西芬耐药的乳腺癌细胞?这些结果是被模仿的吗在活的有机体内？除了ZIP7，还有其他的锌转运蛋白吗?锌离子从内质网释放依赖于ZIP7活性吗?回答这些问题的一个挑战是，内质网和细胞其他地方的游离锌水平根据所使用的检测方法(锌小分子传感器，基因编码荧光共振能量转移[FRET]传感器)而有很大差异，尽管通常报道的细胞质水平[36]的结果一致。
同时患有糖尿病的乳腺癌患者的死亡风险更高，并且治疗方案和观察到的效果在糖尿病患者和非糖尿病患者之间存在差异[37-40]。这些发现表明，目前确立的乳腺癌治疗策略可能不适合糖尿病患者。更好地了解乳腺癌和糖尿病之间的关系将改善临床方法和方法。癌细胞的细胞外环境影响其生长和行为，并记录了对侵袭、转移和肿瘤发展的影响[41]。在之前的工作中，我们证明了MCF-7乳腺癌细胞在含有高血糖状态对应的葡萄糖水平的培养基中培养，比暴露在生理葡萄糖水平[42]的细胞具有明显更高的运动性。此外，ZIP6和ZIP10的表达水平在暴露于高葡萄糖水平而非生理葡萄糖水平的细胞中升高。锌螯合作用对细胞内锌离子的消耗和ZIP6或ZIP10的下调阻止了细胞迁移的增强，这表明ZIP6和ZIP10对锌离子的运输在高糖刺激的细胞运动中起着重要作用[43]。
在癌细胞中，锌转运蛋白的分子种类和表达水平因细胞外环境而异。MCF-7细胞[32]的转移转化需要ZIP6表达的增加，并且ZIP10有淋巴结转移的乳腺癌患者的mRNA水平明显高于没有[29]的乳腺癌患者。结合上述关于ZIP6和ZIP10在高血糖[42]下增强癌细胞迁移作用的观察，这些发现支持了ZIP6和ZIP10作为糖尿病相关高血糖乳腺癌患者转移转移的候选标记物的研究。泰勒et al。[28]表明，在抗激素抵抗细胞中，细胞内锌离子的摄取在细胞迁移活动中起着重要作用，这一结果在我们的实验室中得到了证实。由于在MCF-7细胞中，ZIP7在ER中表达，而不在质膜中表达，乳腺癌细胞的迁移和转移可能需要质膜定位的ZIP6和ZIP10以及ER定位的ZIP7摄取细胞内的锌离子。然而，ZIP7表达与淋巴结转移的关系仍有待临床研究证明。
控制细胞生存和死亡的途径和细胞凋亡抵抗的获得可能是乳腺癌治疗的有利靶点。自噬，即在错误折叠的蛋白质和受损的细胞器周围形成自噬体以诱导其降解，不仅对维持细胞稳态至关重要，而且对控制细胞死亡也至关重要，它也与乳腺癌的发生有关[43,44]。在MCF-7细胞中，细胞内锌离子积聚在自噬体中，是自噬体介导的他莫昔芬诱导的细胞死亡[45]所必需的。最近在核内体、溶酶体和自溶酶体中锌转运蛋白ZIP4、ZIP14、ZIP8、ZnT10、ZnT4和ZnT2的研究表明，锌是自噬的重要因素[46,47]。关于锌和锌转运蛋白在乳腺癌中的作用的研究最近已经开始，并且需要考虑到锌转运蛋白的LIV-1亚家族和自噬之间的关系。
结直肠癌研究表明，antipyrimidine 5-氟尿嘧啶(antipyrimidine 5-fluorouracil, 5-FU)通过激活p53和抑制NF-κB[48]，增加细胞内活性锌的浓度，从而抑制生长。锌的加入增强了5-FU的生长抑制作用，锌使5-FU耐药细胞系对药物重新增敏，使其反应与敏感细胞系[48]相当。此外，在野生型p53携带结肠癌的异种移植模型中，有报道称低剂量阿霉素不会诱导肿瘤消退，除非与氯化锌(ZnCl)联合使用2)，这是因为ZnCl2激活了内源性野生型p53，并对低剂量[49]介导的靶基因进行了转活化。布莱登et al。[50]表明，合成的锌金属伴侣-1 (ZMC1)通过将细胞外的锌穿过质膜来增加细胞内不稳定锌离子的水平，ZMC1挽救了突变p53的表型，这表明它可能是开发靶向突变p53的抗癌药物的有价值的工具。这些报告表明，锌的添加对抗癌治疗有积极的作用。p53异常表达是乳腺癌中最常见的基因改变(约30%)[51]。为了确定一种联合策略(锌和抗癌药物)是否有助于乳腺癌的治疗，还需要对锌转运到细胞的影响、p53状态以及化疗环境下zip调节细胞内不稳定锌水平的机制进行进一步研究。
对锌离子和zip在乳腺癌中的作用的深入研究可能会揭示锌的新功能，以及提高化疗疗效的有前景的策略。本文综述了锌及其转运蛋白在乳腺癌中的几种重要作用。
乳腺癌是一种复杂的异质性疾病。到目前为止，基于组织学、肿瘤分级、生长速度、淋巴结转移和预测标志物的存在，如雌激素和孕激素受体和人表皮生长因子受体2 (HER2)，已经识别出五种不同类型[52-54]。肿瘤分型指导基于肿瘤分子生物学的有效抗癌疗法的选择。更好地理解zip和锌信号在乳腺癌中的作用和作用可能有助于更准确的诊断和更有效的治疗策略。
关于ZIPs调控基因表达的机制、细胞的锌敏感机制、ZIPs和ZnTs在锌细胞网络中的作用以及锌储存库(包括细胞内金属硫蛋白或谷胱甘肽)的控制以及乳腺癌中其他金属离子的储存库仍存在一些问题。这些研究将通过使用ZIP敲除小鼠、ZIP敲除乳腺癌细胞模型和具有条件ZIP表达的细胞来辅助，结果将提高我们对乳腺癌发展机制的理解。锌动力学和锌信号的详细分析需要足够和灵敏的工具，如荧光螯合探针目前用作锌传感器分析细胞内游离锌水平。然而，这些和许多其他探针的适用性受到识别它们的亚细胞定位的挑战，它们较差的锌敏感性，以及由于质子干扰[55]引起的低动态范围。最近,未理会et al。[36]显示了两种基于fret的Zn的定位2＋MCF-7和他莫西芬耐药MCF-7细胞的细胞质和ER中的传感器。除了揭示锌的细胞定位外，这些探针还有助于阐明锌离子及其转运体在细胞网络中的新生化功能。
我们感谢茂河川女子大学药学院制药系Satomi Kawahara女士和Sachie Maeda女士的大力支持。本文描述的我们自己的研究得到了日本科学促进协会的科学研究资助(15K07955至T. T-N.)的支持。
那种Nishizawa
军事大学
评论文章
收稿日期:2016年5月10日
录用日期:2016年6月17日
发布日期:2016年6月20日
©2016 Takatani-Nakase T.这是一篇根据创作共用署名许可条款发布的开放获取文章，允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制，前提是注明原作者和来源。
Takatani-Nakase T, Matsui C, Takahashi T(2016)锌转运蛋白LIV-1亚家族在乳腺癌发生和进展中的作用:一项小型综述。生物医学研究临床实践1:DOI: 10.15761/BRCP.1000114
日本兵库县6638179西宫县九坂町Koshien九坂町，沐川女子大学药学院药学系，电话:+ 81-78-45 -9943，传真:+ 81-78-45 -9943
图1所示。锌转运蛋白调控细胞功能和发病机制。针对亚型的策略——应对乳腺癌的多样性:19圣加仑国际早期乳腺癌初级治疗专家共识的要点
图2。zip7介导的锌信号在他莫西芬耐药乳腺癌细胞中的作用ZIP7位于内质网，在他莫昔芬耐药乳腺癌细胞中高度表达。zip7介导的锌信号通路有助于细胞增殖和迁移;这些是抗激素抵抗性癌症的特征。
