NIS與甲狀腺疾病的關系研究進展

2018-03-15 01:00:08石凌峰綜述倪銀星審校

重慶醫學 2018年6期

石凌峰綜述，胡淵，倪銀星審校

(重慶醫科大學附屬第三醫院內分泌疾病中心 401120)

鈉-碘同向轉運體(NIS)在全身多種組織中均有表達且發揮作用，如NIS凝聚碘離子(I-)，通過測量唾液/血漿比例可用于診斷新生兒碘轉運缺陷[1]；NIS可釋放I-到胃液，具有保護和殺菌功能[2]；消化道轉移癌患者NIS表達下降，提示NIS可作為腫瘤標記物[3]；約57%絕經后、60%不孕、20%育齡期女性子宮內膜和部分卵巢中也有NIS表達[4]。在甲狀腺中，NIS主要在甲狀腺濾泡細胞上皮表達，對甲狀腺激素合成、甲狀腺疾病的預測及治療均有重要價值，本文就NIS在甲狀腺疾病的作用進行綜述。

1 NIS的基因表達調控

NIS是Na+/I-同向轉運漿膜糖蛋白，由細胞膜上Na+/K+泵形成的Na+梯度為驅動力，從血漿中主動轉運I-。1996年，DAI等[5]研究得知人NIS基因位于第19對染色體的19P12-13.2，為包含15個外顯子、編碼643個氨基酸、相對分子質量為(70～90)×103的糖蛋白。NIS屬于碘依賴轉運體家族5A，是一種含13個跨膜區域的膜蛋白，有3個N鏈接的糖基化位點[6]。其可以轉運I-和其他離子半徑與I-相似的單價陰離子，如高氯酸鹽(ClO4-)，硫氰酸鹽(SCN-)和硝酸鹽(NO3-)[7]。見圖1。

圖1 NIS結構簡介

可溶性載質轉運家族5A5(solute carrier family 5A5，SLC5A5)基因編碼NIS，其上游為上游增強子區域(NUE)，包含如TTF1，PAX8和CRE等元件，與人NIS近端啟動子共同決定人NIS基因的轉錄[8]。致癌基因激活將致細胞丟失或減少NIS表達，降低攝碘功能。這種改變的經典通路包括RAS-RAF-MAPK(簡稱MAPK通路)和PI3K-Akt-mTOR(簡稱mTOR通路)異常激活。MAPK通路介導細胞增殖周期、細胞生存和腫瘤發生。在甲狀腺癌，常見的BRAFV600E突變[9]，可能通過促進轉化生長因子激活SMADs損害PAX8[10]，抑制NIS的表達。mTOR通路則與濾泡狀甲狀腺癌發生及其轉移性和侵襲性密切相關[11]。抑制mTOR通路可通過增強甲狀腺癌細胞TTF1表達而增加NIS表達[12]。此外，有研究對鼠甲狀腺濾泡細胞使用AICAR，即AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)激活劑，細胞的NIS表達和攝碘能力明顯抑制；繼續使用Compound C(AMPK拮抗劑)可解除抑制效應，表明AMPK可能參與NIS調節。隨后，ABDULRAHMAN等[13]進一步實驗發現AMPK可能通過影響CRE元件轉錄活性而調節NIS表達和攝碘率。見圖2。

圖2 SLC5A5轉錄受近側啟動子及上游NUE共同調節

微小RNA(miRNA，miR)也參與NIS調節。國際癌癥和腫瘤基因圖譜計劃(TCGA)多平臺分析496例乳頭狀甲狀腺癌(PTC)標本，發現一些miR與低分化腫瘤有關[14]。EIZAGUIRRE等[15]發現PTC標本中miR-146b-5p和miR-146b-3p明顯下調，這兩個miR分別作用54個基因和66個基因(圖3)，其中包括PAX8、SLC5A5、DEHAL1和DIO2。而SLC5A5、DEHAL1和DIO2是PAX8的下游目標[16]，提示miR-146b可能組成一個前反饋通過直接和間接機制控制基因表達。EIZAGUIRRE等[15]在鼠甲狀腺細胞中沉默PAX8，發現miR-146b水平明顯下降；同時也觀察到miR-146b過度表達導致平均約30%的PAX8活性下降，說明PAX8通過誘導抑制物(miR-146b)限制自己的活性而形成一個負性前反饋，并得出結果證實miR-146b-3p結合在NIS 3′UTR的3-9位點直接抑制NIS表達(圖4)。最近的實驗也顯示在鼠正常甲狀腺細胞中miR-339也介導NIS表達[17]。說明miR可能參與甲狀腺腫瘤NIS的負反饋調節，而正常甲狀腺細胞中的NIS調節尚待研究。

圖3 miR調節網絡

圖4 miR-146b調節NIS表達

染色質結構也調節NIS基因活性。LAVARONE等[18]用多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)抑制劑PJ34處理甲狀腺TPC1、BCPAP細胞株(均來自乳頭狀癌)、FRO細胞株(來自人未分化型癌)及WRO細胞株(來自濾泡性癌)。在使用PJ34 60 μmol/L治療72 h后，上述所有細胞生存能力均下降，NIS mRNA均增加，TPC1和BCPAP細胞株碘攝取顯著增加。對TPC1細胞株行ChiP分析發現NUE區H3乙酰化水平增加5倍，H3K9K14ac和H3K4me3水平(轉錄活性標志)增加，H3K27me3水平(轉錄抑制活性標志)下降，與NIS mRNA增加水平一致，啟動子區也有類似特征。D′AGOSTINO等[19]用絲裂原細胞外激酶(mitogen extracellular kinase,MEK)抑制劑U0126(阻斷MAPK通路)和Akt抑制劑B2311(阻斷mTOR通路)處理不同細胞株，研究結果顯示NIS啟動子H3K9K14ac和H3K4me3水平降低，H3K27me3升高。盡管兩個實驗結論有差異(可能與使用的細胞株不同，與抑制劑使用劑量、時間等也有關)，但總的來說，這些實驗都提示組蛋白的改變可能導致基因轉錄水平的改變，故而調節NIS表達水平。

2 NIS對妊娠期甲狀腺功能的影響

NIS在甲狀腺濾泡細胞中的主要作用是轉運血漿中I-，但并非特異性，還可以轉運其他離子半徑相似的單價陰離子如ClO4-，SCN-和NO3-。美國健康和營養調查(NHANES)顯示，幾乎所有尿液標本中均檢測到ClO4-、SCN-[20]，所以ClO4-，SCN-又稱NIS的環境抑制劑，故甲狀腺易通過攝取ClO4-，SCN-等競爭性抑制I-攝取，加之孕婦在孕早期因I-需求量增加、更易受到碘供應不足的影響，孕早期甲狀腺激素供應不足會增加孕婦妊娠不良結局和胎兒智力發育風險，因此NIS環境抑制劑對甲狀腺功能的影響備受關注。

BLOUNT等[21]調查2 299例參與2001-2002 NEANES的人群，發現對于尿碘小于100 μg/L的女性，ClO4-與T4呈負相關(P<0.01)，與TSH呈正相關(P=0.001)；對于尿碘大于或等于100 μg女性，ClO4-與TSH呈正相關(P=0.025)。隨后YANG等[22]從美國SEAD(the Study of Estrogen Activity and Development)研究中選取92例足月妊娠新生兒隨訪至1年，在低尿碘嬰兒中，ClO4-、SCN-、NO3-與尿TSH呈正相關。HORTON等[23]對比293例16～35歲居住于紐約的平均(12.0±2.8)孕周孕婦，發現尿ClO4-、SCN-、NO3-的濃度加權和與TSH的增加顯著相關，且ClO4-關系最為密切(權重為75%)，NO3-最少(權重為22%)。近期Craig針對2000-2003年,1 880例居住在圣地亞哥的妊娠期女性。這段時間內此區域供應水被工業污染，該人群的尿ClO4-濃度中位數為6.5 μg/L(約為美國人群的2倍)，分析得出lgClO4-和T4、FT4呈顯著負相關，和lgTSH呈顯著正相關[24]。上述研究均提示，環境ClO4-等NIS抑制劑的濃度與TSH密切相關，同時也易受到地區人群及孕婦碘營養狀況、尿碘水平、環境NIS抑制劑濃度的影響。

相反的結論也有報道。Pearce分析2002-2006年居住在加的夫和都靈共22 000例小于16孕周孕婦的尿碘水平(加的夫：117 μg/L，都靈：50 μg/L)、ClO4-、SCN-和血清TSH，FT4關系，發現低水平ClO4-暴露沒有影響碘缺乏地區孕婦甲狀腺功能[25]。LEUNG等[26]分析64例波士頓地區產婦母乳和尿中碘(尿碘中位數101.9 μg/L)、ClO4-(中位數3.1 μg/L)、SCN-以及新生兒血清TSH、FT4相關性，發現環境的ClO4-、SCN-暴露與新生兒甲狀腺功能無相關性，文章沒有與產婦甲狀腺功能的比較結果。研究結果的差異可能與環境ClO4-等NIS抑制劑的濃度差異及研究設計不同有關。

3 NIS抗體與甲狀腺自身免疫性疾病

1995年RASPE等[27]將1例患有橋本病、自身免疫性胃炎及類風濕性關節炎的患者血清添加到狗甲狀腺細胞培養皿，即使在1∶1 000稀釋下，該血清都可以抑制TSH誘導的I-攝取。進一步試驗發現有一種通過人甲狀腺細胞產生，可誘導大鼠自身免疫的單克隆抗體(可能為NISAb)，可以抑制TSH誘導的I-攝取，于是該學者提出NIS可能是一種自身抗原。由此開始關注NISAb在甲狀腺疾病中的作用。

1996年ENDO等[28]用重組鼠NIS蛋白檢測患自身免疫甲狀腺疾病(AITD)患者血清，他發現84%的Graves病(graves disease，GD)患者和15%的橋本病(hashimoto′s thyroiditis，HT)患者血清能識別該蛋白，Western blot檢測這些lgGs與兔NISAb條帶上的遷移率一致，故ENDO等[28]提出NISAb有可能為一種新的甲狀腺抗體，其重要性是可以預測AITD。1997年MORRIS等[29]合成人NIS胞外域多肽，與GD、HT患者及健康對照人血清IgG結合，發現部分多肽明顯結合至患者IgG而對照組陰性，也提示NIS可作為AITD中的一種重要自身抗原，并且推斷其抗原表位位于NIS多肽的8、12、13、14 th胞外區域。AJJAN等[30]在2000年也發表文章支持這一觀點。他們發現在39% GD和35%HT患者血清對人NISAb反應。上述研究表明NISAb可能用于預測或診斷AITD。

但是近期的研究卻提示相反的結果。CHIN等[31]檢測更大標本血清(514例)，指出在AITD中，抗體調節NIS活性的能力十分罕見。為進一步明確，Brix從丹麥雙胞胎注冊機構全國范圍內篩選出復合標準的雙胎進行分析，發現AITD的個體雖有更高的NISAb(17%vs.0%，P<0.01)表達，但也只有20%GD和14%HT有NISAb。只有2個病例(均患有GD)有NISAb而沒有甲狀腺過氧化物酶抗體(TPOAb)。在TgAb陽性個體，NISAb占17%。NISAb在3年內、3～5年、大于5年診斷GD或者HT的陽性率分別為19%、13%和19%。以上結果提示NISAb在AITD的發展中有高特異度但低靈敏度，因此針對NISAb檢測在診斷AITD中沒有幫助，同時該文章也指出可能是個體易感性導致AITD患者血漿中出現NISAb[32]。MULLER等[33]也發表文章支持這一觀點，他們使用流式細胞術檢測血清NISAb結合轉運體，在42例血清中均沒有發現明顯陽性表達。

目前的研究尚不足以支持將NISAb作為AITD的判斷依據，主要原因是NISAb的低靈敏度和對攝碘率抑制的不確定性。初期的陽性實驗比之后的陰性實驗樣本量小，所以可信度受到質疑。RASPE等[27]的實驗發現147例AITD患者的血清標本中有1個能抑制狗甲狀腺細胞碘吸收。這個結果本身就提示陽性血清在AITD中少見。有研究發現IgG可以抑制碘攝取，但也發現約50%的IgG沒有結合到NIS。因此推測抑制活性部分不是抗體介導或不是由NISAb直接介導[30,34]。綜上所述，目前的研究結果尚不能支持將NISAb作為AITD的診斷依據，結合其是在多種自身免疫病聚集患者體內發現的，是否與其他自身免疫病有關，或者與重疊綜合征有關，尚待進一步研究。

4 NIS在甲狀腺癌治療中的作用

1946年，美國批準放射性碘通過“原子雞尾酒”治療甲狀腺癌[35]，但直到1996年NIS被成功克隆后，治療機制才逐漸清晰，主要為以下兩點：(1)TSH可以促使NIS定位至細胞膜，如TSH缺乏將導致攝碘能力下降。(2)NIS可以高效地攝取放射性碘和锝-99m(Tc-99m)，可以通過吸收I123、I131、I124、Tc-99m等形成掃描圖像及殺傷細胞[36]。

放射性碘治療甲狀腺癌的一個重要基礎是需殺滅的甲狀腺細胞本身表達NIS。絕大多數經過外科甲狀腺切除后的甲狀腺癌患者需停止T4治療4～5周以便獲得較高TSH濃度，如果在低碘區域中則可以于48 h內接受人重組TSH注射達到同樣目的，然后再使用30～150 mCiI131消融清除甲狀腺癌術后殘余癌細胞和甲狀腺組織。放射性碘治療也用于治療全身核素掃描陰性甲狀腺癌患者，因為殘余的I131活性可能不足以在掃描中顯現出來，但仍能導致腫瘤細胞衰亡，可通過甲狀腺球蛋白(Tg)水平進行監測。此外，因為部分腫瘤聚集I131通過β粒子交叉效應破壞周圍未分化組織，所以放射性碘治療也用于一些還保留一定分化程度或者可測到血Tg表達的甲狀腺未分化癌病例[37]。

目前131I治療已成為美國內科醫生常用的治療方式，并且在世界范圍內都是治療分化型甲狀腺癌的一個關鍵手段，它依賴甲狀腺癌細胞比其他組織更有效地攝取放射性碘。目前已有研究將NIS表達細胞移植進大鼠，以使用放射性方法治療濾泡狀甲狀腺癌[38]、未分化甲狀腺和甲狀腺髓樣癌[39]或治療非甲狀腺腫瘤如肝癌、前列腺癌、胰腺癌、惡性膠質瘤、結腸癌等[37]。然而，在一些甲狀腺癌病例中NIS高度表達但是放射性治療效果卻仍然不佳，這種NIS功能的缺乏原因可能與NIS異常胞內轉移有關。LAN等[17]提出在侵襲性甲狀腺癌HIF1α的抗放射性治療作用是一種β連環蛋白依賴方法。這個信號可能通過改變NIS的膜定位而不是NIS的轉錄發揮作用。他們通過大鼠實驗發現FTC133細胞HIF-1α或β連環蛋白過度表達改變NIS定位(從細胞膜到細胞質)，使細胞放射性碘攝取能力明顯下降。盡管具體機制不明，但在FTC細胞異種移植大鼠中β連環蛋白水平和NIS細胞質分布數量正相關，敲除β連環蛋白大鼠可以修正這些改變[40]。因此單純放射性碘治療效果不佳可能與NIS定位及功能異常所致，而放射性碘也不僅僅限于甲狀腺癌的治療，甚至可以擴展到非甲狀腺腫瘤的治療。

5 展望

2010年9月8日中華醫學會內分泌分會宣布甲狀腺疾病目前已成為內分泌領域的第二大疾病。據國際癌癥研究機構IARC2012統計，在我國，甲狀腺癌占在女性惡性腫瘤占第3位、在美國是第5位、韓國是第1位。甲狀腺組織中NIS控制著甲狀腺激素合成的第一步，即碘的攝取。甲狀腺組織去分化常伴有NIS功能的損害，因此NIS的調控及其功能表達的研究任重道遠。本文主要從NIS基因調控、NIS抗體表達及NIS相關的放射性同位素治療為切入點；同時妊娠期甲狀腺疾病患病人數上升，而我國工業發展，可能導致部分影響碘吸收的污染物ClO4-、SCN-、NO3-，即NIS環境抑制劑增多，影響妊娠期甲狀腺功能。故匯總上述研究，希望引起對NIS關注。然而，上述研究都還有大量未明之處：(1)NIS環境抑制劑對甲狀腺功能的影響缺乏多中心大樣本研究。(2)對于NIS基因的調控大都還處在細胞水平，人體中表達NIS的細胞并不是只有甲狀腺濾泡細胞，如何精準定位研究又是一大難題。(3)NIS最終的表達情況不僅取決于基因調控，還取決于NIS蛋白能否正常定位，而相關研究尚顯不足。(4)NIS抗體的研究不十分順利，也許并不是NISAb本身難以表達，而是與目前檢測手段有關。上述研究主要針對AITD，既然NIS在全身多處組織表達，或許NISAb能在其他疾病發生、發展起作用。總的來說，NIS目前所知極為有限，其在甲狀腺疾病中的作用還需要深入研究。

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