尹 久，漆 建（通訊作者），劉洪軍，陸星宇，陳春寶

（川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科 四川 南充 637100）

惡性腫瘤作為全世界最突出的公共衛(wèi)生問題。據(jù)國際癌癥研究機構(gòu)（international agency for research on cancer, IARC）最新數(shù)據(jù)，2018 年全球有大約1810 萬癌癥新發(fā)病例和960 萬癌癥死亡病例。其中,中國新增病例數(shù)約380.4 萬例、死亡病例數(shù)約229.6 萬例,均高居全球第一位[1]。惡性腫瘤已經(jīng)成為導致人類死亡的主要病因之一。但惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及復發(fā)相關(guān)的分子機制仍未完全明確，因此深入研究惡性腫瘤的分子機制，尋找診斷及預后相關(guān)的分子標志物或生物治療的靶點，有助于提高臨床診斷及治療水平，進而有助于延長患者的生存時間、改善生活質(zhì)量。

1.腫瘤微環(huán)境與惡性腫瘤關(guān)系

眾所周知，細胞受到許多不同方式的調(diào)控，越來越多的研究表明微環(huán)境的變化對細胞的功能產(chǎn)生極人地影響。腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment, TME），是指腫瘤細胞及其所處的微環(huán)境，與腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。近年來的研究表明，腫瘤微環(huán)境在腫瘤的發(fā)生及發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。學者們的研究發(fā)現(xiàn)腫瘤能夠與腫瘤微環(huán)境相互作用，促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展、免疫抑制、轉(zhuǎn)移復發(fā)等過程。腫瘤微環(huán)境是一個有免疫細胞、炎性細胞、膠質(zhì)細胞、成纖維細胞等組成的一個負責的環(huán)境系統(tǒng)，與腫瘤細胞的生物學功能的發(fā)揮密切相關(guān)[2]。早期的研究表明，腫瘤組織中腫瘤細胞能夠分泌一些細胞因子募集特定細胞制造有利的微環(huán)境，如提高周圍環(huán)境中的生長因子、細胞趨化因子及基質(zhì)降解酶等，腫瘤微環(huán)境可以促進血管生成、細胞外基質(zhì)的轉(zhuǎn)換以及腫瘤細胞的運動[3]。惡性腫瘤中腫瘤微環(huán)境高度失調(diào)，組織穩(wěn)態(tài)和完整性的喪失被認為是其顯著特征之一，如各種細胞因子的過高或者過低表達，細胞內(nèi)外電解質(zhì)紊亂，在惡性腫瘤進展和轉(zhuǎn)移中有著至關(guān)重要的作用。目前，針對癌癥的絕大多數(shù)研究的重點都在于探索腫瘤微環(huán)境，以及腫瘤細胞的行為和內(nèi)在信號通路，而對于腫瘤中電解質(zhì)紊亂的研究報道相對較少。

2.鐵與惡性腫瘤的關(guān)系

鐵是所有動物的必需金屬，在人類中，鐵包括參與呼吸復合物的線粒體酶、參與DNA 合成和細胞周期的酶、解毒酶如過氧化物酶和過氧化氫酶等。然而越來越多研究提示鐵與腫瘤密切相關(guān)，鐵作為腫瘤的引發(fā)劑或腫瘤的促進劑可以促進腫瘤的發(fā)展。鐵誘導的惡性腫瘤首次報道是在1959 年，通過在大鼠體內(nèi)反復肌肉注射右旋糖酐鐵復合物，幾年后，注射了鐵制劑的大鼠出現(xiàn)了肉瘤[4]。20 世紀80 年代以來越來越多的前瞻性研究或回顧性研究中提示鐵暴露的增加與腫瘤風險的增加密切相關(guān)[5]據(jù)Seril 等人研究，在雌性C57BL/6J 小鼠中，飲用水中長期施用葡聚糖硫酸鈉被證明會誘發(fā)潰瘍性結(jié)腸炎。同時給這些小鼠喂食富含鐵的飲食顯著增加了結(jié)腸直腸腫瘤的發(fā)病率[6]。通過研究倉鼠食物中鐵含量對雌二醇誘發(fā)腫瘤的影響，研究了鐵在雌激素誘發(fā)的腎癌發(fā)生中的作用。用雌二醇加富含鐵的飲食治療的倉鼠的腎臟腫瘤發(fā)病率和腫瘤結(jié)節(jié)數(shù)明顯高于用貧鐵飲食加雌二醇喂養(yǎng)的動物（2 ～4 倍）[7]。據(jù)統(tǒng)計從事鋼鐵工業(yè)的人群結(jié)腸癌、肝癌、胃癌、肺癌等腫瘤發(fā)生率明顯上升。鐵代謝異常是能量代謝的重要分支，鐵吸收、運輸、儲存和調(diào)節(jié)的過程，涉及包括Wnt 信號通路、p53 信號通路、缺氧誘導因子、DNA 復制、修復和細胞周期相關(guān)信號通路在內(nèi)的多種信號通路，在腫瘤細胞的生物學過程中扮演著重要角色[8]。鐵誘發(fā)腫瘤的方式目前被總結(jié)為：（1）鐵誘導的氧化損傷：在人體中，結(jié)合到低分子量螯合劑如檸檬酸鹽或ATP 上的鐵可以通過ROS via Fenton/Haber-Weiss 反應或自動氧化反應產(chǎn)生活性氧，而活化氧對DNA造成氧化損傷，包括DNA 堿基修飾和DNA 鏈斷裂，從而誘發(fā)腫瘤。（2）鐵誘導的氧化反應轉(zhuǎn)錄因子：鐵可以誘導早期信號通路，這些信號通路可能調(diào)節(jié)幾種氧化反應性轉(zhuǎn)錄因子的活性，如激活蛋白-1（AP-1）和核因子κB（NF-κb）。AP-1 和NFκB 結(jié)合位點存在于許多基因的啟動子中，如白細胞介素-6（IL-6）和白細胞介素-8，白細胞介素-6 是一種促炎細胞因子，既可促有絲分裂（參與細胞增殖），也可促纖維化（參與細胞外基質(zhì)合成）。因此，通過鐵治療過度表達IL-6 可能導致慢性炎癥和腫瘤發(fā)展。（3）鐵與缺氧：因為實體腫瘤細胞更有可能處于低氧條件下，低氧可能調(diào)節(jié)腫瘤細胞的鐵代謝，眾所周知，新血管的形成和血管生成是腫瘤生長和發(fā)展的關(guān)鍵步驟。血管生成可以由缺氧條件誘導，并由缺氧誘導因子1（HIF-1）調(diào)節(jié)，鐵的耗竭或缺氧會阻止脯氨酸-564 的羥基化，從而穩(wěn)定HIF-1 蛋白，進而導致p53 水平升高。這一重要發(fā)現(xiàn)表明鐵對于缺氧反應和細胞周期控制均至關(guān)重要。（4）鐵是細胞生長的營養(yǎng)物質(zhì)：鐵作為細胞內(nèi)多種酶的重要組成成分，沒有鐵，細胞就不能從G1 進入細胞周期的S 期，通過螯合作用減少細胞內(nèi)鐵來誘導細胞周期停滯和凋亡是癌癥治療的臨床方法之一。（5）鐵可能影響免疫系統(tǒng)：鐵引起的免疫調(diào)節(jié)失衡可能增加腫瘤細胞和傳染性生物的生長速度，導致腫瘤發(fā)展[9]。SLC11A2 和SLC40A1 在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯后水平上被調(diào)節(jié)，共同維持體內(nèi)鐵的穩(wěn)態(tài)。雖然越來越多研究提示鐵與腫瘤密不可分，但關(guān)于鐵如何在腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的機制仍不明晰。

3.SLC40A1 與惡性腫瘤的研究

SLC40A1（Solute Carrier Family 40 Member 1 SLC40A1 又叫IREG1，F(xiàn)PN1，HFE4，F(xiàn)erroportin-1）在2000 年幾乎同時被三組研究人員描述為腸細胞中的鐵外排蛋白[10]，人類SLC40A1 基因定位于染色體2q，包含8個外顯子，跨度超過20Kb，SLC40A1 目前是SLC40 轉(zhuǎn)運蛋白家族的唯一成員。SLC40A1 基因編碼一種由570 個氨基酸組成的蛋白質(zhì)，預計質(zhì)量約為62kDa。目前主要表達在十二指腸細胞、胎盤合胞體滋養(yǎng)層和巨噬細胞中，雖然目前描述了不同的細胞鐵攝取機制可能不同，但鐵似乎以獨特的共同途徑離開細胞，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，在巨噬細胞中鐵水平低時，編碼SLC40A1 的基因在50UTR中包含一個結(jié)合IRP 的IRE，引起翻譯停滯。這種相互作用減少了SLC40A1 的翻譯，因此限制了鐵的輸出。在肝細胞中，TfR2/HFe 復合物調(diào)節(jié)肽激素hepcidin 的表達，hepcidin 是調(diào)節(jié)體內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)的另一個關(guān)鍵角色。Hepcidin 直接與SLC40A1 相互作用，導致其內(nèi)化和降解，Hepcidin 也可能通過間接效應影響SLC11A2 和SCL40A1的表達。在hepcidin 存在的情況下，由于腸細胞鐵水平的升高，SLC11A2 和SLC40A1 的表達將通過IREs/IRPs系統(tǒng)的作用而降低[12]。

由于大腦是體內(nèi)代謝最活躍的器官之一，其需要豐富的鐵需求量，鐵的調(diào)節(jié)可能在不同的水平上發(fā)生中斷，導致各種不同的病理狀態(tài)，其中最突出的是神經(jīng)退行性疾病[13]。由于血腦屏障存在，鐵不會自由的進出大腦，需要相關(guān)鐵調(diào)節(jié)蛋白發(fā)揮功能。若鐵調(diào)節(jié)蛋白功能障礙，過量的鐵會通過產(chǎn)生活性氧導致神經(jīng)元死亡，而鐵的缺乏會損害多巴胺的合成和單胺的代謝[14]。據(jù)報道，患有各種神經(jīng)退行性疾病（包括阿爾茨海默病、帕金森?。┑幕颊叩纳窠?jīng)組織中存在鐵蓄積有關(guān)[15]。而這幾種鐵相關(guān)基因在正常人腦、腦腫瘤和星形細胞瘤細胞系中的表達，并且它們的表達可能在某些腦腫瘤中失調(diào)[16]。鐵的安全運輸和儲存對于限制細胞的氧化應激是必要的，腫瘤細胞顯示出鐵的攝取和細胞內(nèi)儲存增加，以支持其增強的代謝，從而形成更具攻擊性的表型[17]。從分子水平上看，這反映在鐵調(diào)節(jié)基因的表達增加，這些基因的表達與不良預后、不良預后以及腫瘤分級增加相關(guān)[18]。在GBM 中，腫瘤干細胞比其他腫瘤細胞更有效地從腫瘤環(huán)境中提取鐵[19]。膠質(zhì)細胞和周細胞在腦組織中高表達Hepcidin可能解釋了腦腫瘤中特定的鐵調(diào)節(jié)。無論如何，腦組織中的Hepcidin 可以下調(diào)SLC40A1，從而阻止鐵外流[20]。研究表明鎵通過結(jié)合轉(zhuǎn)鐵蛋白（Tf）并通過Tf受體1（TfR1）進入腫瘤細胞，它破壞鐵穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生腫瘤鐵剝奪，并在體內(nèi)靶向GBM 中的鐵代謝，從而抑制腫瘤生長[21]。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)IL-1β 可以增加C6 膠質(zhì)瘤細胞的SLC40A1 和多銅氧化酶銅藍蛋白（CP）表達上調(diào)，從而促進鐵外流[22]。而在乳腺癌中，鐵轉(zhuǎn)運蛋白表達降低，增加其表達量可以有效抑制乳腺癌腫瘤細胞的生長。在前列腺癌中，鐵轉(zhuǎn)運蛋白同樣為低表達，增加其表達量可以有效抑制前列腺癌細胞的有絲分裂和遷移能力[23]。同時，研究表明金屬鎘可以通過抑制乳腺癌中鐵轉(zhuǎn)運蛋白的表達，進而影響腫瘤細胞鐵穩(wěn)態(tài)，從而達到增強乳腺癌細胞增殖、遷移能力以及上皮組織間變化的進程[24]。在卵巢癌和前列腺癌的研究中都證明了轉(zhuǎn)錄因子Nrf2 可以對SLC40A1的轉(zhuǎn)錄進行抑制，通過過表達SLC40A1 能夠逆轉(zhuǎn)Nrf2誘導的卵巢癌對順鉑耐藥，而SLC40A1 的敲低則使順鉑耐藥性恢復[25]。由此說明，SLC40A1 誘導的鐵累積能夠?qū)е掳┘毎哪退幮栽黾右约按龠M腫瘤細胞的增殖和遷移[26]。作為鐵運輸調(diào)節(jié)因子HFE 的多態(tài)性已被證明與幾種形式的腦腫瘤的存活率降低相關(guān)，包括膠質(zhì)母細胞瘤和轉(zhuǎn)移性腦腫瘤[27]。但在GBM 中目前還未有SLC40A1相關(guān)報道。

綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明在腫瘤微環(huán)境中SLC401 通過腦鐵穩(wěn)態(tài)在GBM 發(fā)生及發(fā)展過程中起到十分重要的作用，但目前的分子機制仍不清楚。但卻為我們GBM 的治療提供更有效的靶向療法。