硒结合蛋白1在恶性肿瘤中的研究进展*

2019-01-03张锐综述钱立庭审校

肿瘤预防与治疗 2019年5期

张锐综述，钱立庭审校

201799 上海，复旦大学附属中山医院青浦分院肿瘤科(张锐)； 230001 合肥，中国科技大学附属第一医院放疗科(张锐、钱立庭)； 250012 济南，山东大学研究生院(张锐、钱立庭)

恶性肿瘤是21世纪全球范围内人群的主要死因之一，据2015年世界卫生组织统计，全球70岁以前死亡的患者中大多数都归因于癌症[1]。2016年中国国家癌症中心发布《2015年中国癌症统计》，中国共有429万癌症新发病例和281万癌症死亡病例[2]。长期以来，硒在癌症预防方面的潜力得到了认可，多个流行病学研究证明人体内硒的含量与癌症风险呈负相关[3-9]，而硒的抗肿瘤活性主要是通过含硒蛋白实现的[10-13]，本文拟就硒结合蛋白1(selenium binding protein 1，SBP1/SELENBP1/hSP56)在恶性肿瘤中的研究进展综述如下。

1 概述

硒是人体内一种非金属、必须的微量元素，参与人体正常的生理活动。关于硒预防肿瘤的作用，已经有很多机制被证明[14-16]，包括DNA低甲基化[17]、阻滞细胞周期、促进细胞死亡、延缓细胞增殖、增加谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX1)或硫氧还蛋白还原酶活性[18]、调节ER应激反应[19]以及增强DNA修复能力[20]。此外，已发现硒在哺乳动物发育[21]和免疫功能[22-23]中发挥关键作用。硒可以与相关蛋白结合形成硒结合蛋白，而硒结合蛋白可能介导了硒在预防肿瘤和神经疾病中的作用，但其确切功能尚不清楚。有报道人体内的蛋白编码基因多达5 416种[24]，目前已经发现与硒结合的蛋白有25种[22]。SBP1基因作为蛋白编码基因，其所编码的SBP1蛋白为含硒蛋白的家族成员之一，该基因位于染色体lq21-22，mRNA序列(Gene bank座位号：NM-003944)由1 668个核苷酸组成，编码472个氨基酸，分子量56 KDa。在人体多种组织中SBP1有不同程度的表达[25]，肝、肺、结肠、前列腺、肾和胰腺中高表达，脾、卵巢和心脏中中等表达，而胸腺、睾丸、外周血白细胞和脑中几乎不表达[26]。目前SBP1被检测到有四种亚型，其中两个主要的同种亚型在肺腺癌和正常肺组织中都有表达，而另外两种偏酸性的亚型只存在于正常肺组织中[16]，免疫组化发现SBP1主要定位在细胞核和细胞浆内[27-28]。

2 SBP1的功能以及其与肿瘤的关系

关于SBP1的生理功能目前为止相关研究结论尚欠清晰，SBP1参与了正常生理过程和病理过程中细胞氧化还原稳态的调节[29]，参与了高尔基体内晚期阶段的蛋白转运[30]，并可能与去泛素化酶1(VDU1)相互作用，在泛素化/去泛素化介导的蛋白质降解途径中发挥作用[31]，提示SBP1在蛋白质降解和解毒等方面发挥一定的作用。最近有文献报道SBP1是脂肪细胞分化/成熟的标志物[32]，可以催化甲硫醇(由肠道微生物群产生的有机硫化合物)的氧化，使其分解为过氧化氢(H2O2)、硫化氢(H2S)和甲醛[33]，而H2S被认为可以通过抑制炎症、影响凋亡途径、增强抗氧化防御功能和促进血管舒张来治疗多种疾病[34-36]。此外，SBP1还可以通过调节细胞外谷胱甘肽(glutathione，GSH)的水平来调节细胞外环境的氧化还原状态[37]。

SBP1基因与肿瘤之间的关系也是近几年研究的焦点之一，多项研究表明SBP1过表达可以抑制体内肿瘤生长，并抑制体外肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[38-42]，还可使细胞阻滞在G0/G1期[43]，提示其在多种恶性肿瘤中可能扮演抑癌基因的角色。在多种恶性肿瘤中SBP1表达下调，然而其下调的具体机制仍然不清楚。在结直肠癌及食管癌中，SBP1的下调有可能与启动子的高度甲基化有关，Pohl等[44]利用甲基化特异性的PCR (methylation-specific PCR，MSP)技术对结肠癌组织、癌旁组织以及4株结肠癌细胞进行检测，发现SBP1表达下降的结肠癌组织及细胞系均与启动子区高度甲基化有关；在食管癌中，有学者也得到了相似的结论。他们对食管腺癌细胞系Flo-1和永生化食管鳞状细胞系Het-1A进行BSP检测，发现SBP1的5′非翻译区-95至+90的CpG位点，应用DNA甲基化转移酶抑制剂处理细胞后，SBP1的mRNA水平明显上调，但是蛋白水平没检测到明显的变化[45]，提示SBP1蛋白的表达可能受DNA甲基化和转录后相关机制的多重调控。然而，目前在其他恶性肿瘤中，并未发现SBP1的下调与启动子的甲基化相关。

研究发现雄激素可以调节SBP1的表达。Yang等[26]检测到前列腺癌中SBP1表达减少，并观察到SBP1的表达可以被雄激素下调。而后在卵巢癌中再次发现雄激素可以调节SBP1的表达[46]。但是雄激素对SBP1的调节作用不太可能是相应受体与SBP1启动子结合的直接结果，因为两者之间似乎没有一个受体/转录因子的共有结合序列。还有学者使用恒河猴肾同种异体移植模型观察到了转化生长因子β (transforming growth factor-β，TGF-β)对SBP1表达的抑制作用[47]。

缺氧诱导因子(hypoxia inducible factors，HIFs)家族是一类具有多基因调控能力的转录因子，其对靶基因调控始于细胞内低氧状态的刺激[48]。缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)是HIFs家族中重要的一员，是细胞对环境应激反应的中枢介质，其发挥抗肿瘤作用是通过调节多种靶基因来实现的，其中SBP1的上调就是其中之一[49]，而SBP1又可以反向调控HIF-1α[50]。研究发现过表达SBP1可能导致p53的下游通路被激活，HCT116人结肠癌细胞中SBP1的过度表达导致p53的磷酸化增加[39]。SBP1还可以抑制转录因子c-Jun和信号转导与转录激活因子1 (signal transducer and activator of transcription 1，STAT1)的转录活性，解除这两者对p21转录的抑制作用，从而促进p21蛋白的表达，进而致使恶性肿瘤细胞阻滞在G0/G1期[43]；SBP1可以抑制肿瘤细胞的侵袭转移，可能是通过基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase-2，MMP2 )介导的，原因可能是SBP1能明显上调AU碱基富集区结合因子1(AU-rich element RNA-binding protein 1 ，AUF1)蛋白表达，而AUF1可以通过结合MMP2的3′非翻译区(3′-untranslated region, 3′-UTR)上的富含A、U元件(adenosine and uridine rich elements, ARE)促进MMP2 mRNA降解，从而抑制MMP2蛋白表达[43]。另外，SBP1还可以通过调节细胞内的微环境发挥抗肿瘤作用：SBP1可以抑制GPX1的活性从而阻止GPX1对肿瘤细胞的保护作用。GPX1是细胞内重要的抗氧化酶，高活性的GPX1可以保护肿瘤细胞免受活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)的攻击，降低其对抗肿瘤药物的敏感性，促使其向着恶性程度更高的方向发展[51-54]，因此，SBP1可以提高肿瘤细胞对药物的敏感性[38-39,45，55]，其增加药物敏感性可能是通过抑制超氧化物歧化酶的活性来实现的[56]。此外，SBP1的抗肿瘤作用也可能与脂质和糖类的代谢相关，其中糖酵解、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、Wnt、NOTCH等信号通路可能参与其中，并可能参与上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的过程，SBP1的表达可能导致TWIST1的减少，而TWIST1是上皮间质转化和转移的关键调节因子[41]。

3 SBP1在部分肿瘤中的研究进展

3.1 SBP1与肺癌

在肺腺癌组织中，与中分化及高分化的肺腺癌组织相比，低分化的肺腺癌组织中SBP1表达降低，即SBP1的表达水平与肺腺癌的分化程度呈正相关[27]。而且在分期为T2～T4、支气管来源、P53阳性以及具有阳性淋巴结的肺腺癌组织中，SBP1的表达也是减少的；该研究同时发现SBP1蛋白和mRNA水平和患者年龄、吸烟状况、淋巴结状态及K-ras12/13密码子突变等不相关。进一步行免疫组化发现SBP1与肺腺癌组织中增殖特异性标记物Ki-67之间存在负相关，提示SBP1表达下调可促进肺腺癌细胞增殖，SBP1低表达的肺腺癌患者预后更差。Tan等[57]发现肺鳞癌组织中SBP1蛋白表达明显低于癌旁正常支气管上皮组织，SBP1的表达水平与患者年龄、性别、吸烟状况、原发肿瘤大小、TNM分期及远处转移无关，而与区域淋巴结转移相关，高表达SBP1患者的平均生存期明显长于低表达患者，提示SBP1的减少可能与肺鳞癌的疾病进展有关。Cox回归分析表明SBP1的低表达可能是影响肺鳞癌患者总生存率的独立预后因素。Zeng等[58]检测了正常支气管上皮、支气管鳞状上皮化生、不典型增生、原位癌和浸润性肺鳞癌组织中SBP1的表达水平，发现SBP1的表达进行性减少，且在浸润性肺鳞癌组织中的表达最低，并在细胞水平证实了SBP1敲除后可以促进苯并芘诱导人支气管上皮细胞的转化。近来有研究发现，肺腺癌中SBP1是甲状腺转录因子1(thyroid transcription factor 1,Nkx2-1)的直接靶点，能促进肺上皮细胞分化和抑制肺腺癌的恶性进展[59]。SBP1的下调是肺癌发生的早期事件，有可能成为肺癌早期检测的新型标志物，且与患者预后相关。

3.2 SBP1与结直肠癌

Kim等[60]检测了结直肠癌和正常结直肠粘膜组织中SBP1蛋白的表达，发现多数癌组织中SBP1蛋白表达明显下降，大多数结直肠腺瘤中SBP1表达水平与正常粘膜组织相比变化不大，提示SBP1的下调是结直肠癌发生过程中的一个晚期事件。在240例Ⅱ、Ⅲ期结直肠癌患者中，172例患者SBP1表达缺失或下调，而SBP1下调可能有助于结直肠癌的快速进展，预示患者预后更差。为了研究SBP1在结直肠癌中下调的可能分子机制，作者对3种SBP1低表达的结肠癌细胞予以甲基化抑制剂5-氮杂脱氧胞苷干预3天，结果3种肠癌细胞中SBP1的mRNA水平并未发生变化。作者还对8例微卫星稳定的结直肠癌进行了杂合子丢失(loss of heterozygosity，LOH)的分析，仅发现1例结肠癌患者的SBP1基因组区域1q21显示LOH。因此作者认为SBP1基因的下调与启动子甲基化和基因缺失关系不大。Li等[28]使用cDNA微阵列来分析人结肠直肠肿瘤和配对的邻近正常粘膜之间的基因表达差异，发现结直肠癌组织中SBP1表达显著下调了3.5倍， Ⅲ期结直肠癌中，SBP1表达相对更低的患者，其无病生存期和总生存期显著缩短。作者进一步对SBP1与细胞分化的关系进行了研究，发现SBP1的高表达与正常结肠上皮细胞的分化相关。作者利用siRNA使得结肠癌细胞SBP1下调，结果分化型抗原CEA表达也相应下调。因此推测SBP1可能是Ⅲ期结肠直肠癌患者的预后相关因素，且与肠上皮的分化有关。Pohl等[44]发现在结肠癌细胞及组织中，SBP1启动子高度甲基化，SBP1可以抑制结肠癌细胞的增殖及迁移，也可以抑制小鼠体内肿瘤的生长。然而，最近有研究表明，结直肠癌细胞SBP1的下调与甲基化关系不大，可能是与组蛋白乙酰化有关，SBP1的表达与结直肠癌的分化程度有关[61]。Ansong等[39]还发现SBP1可以增加结肠癌细胞HCT116对氟尿嘧啶的化疗敏感性，且SBP1过表达的HCT116细胞中p-p53表达上升，p53下降。以上研究提示，在结直肠癌中，SBP1的下调是结直肠癌发生过程中的一个晚期事件，并且和肿瘤分化有关，SBP1可以作为判断结直肠癌预后的一个指标。

3.3 SBP1与卵巢癌

研究发现，多数卵巢癌组织中SBP1表达下调， Huang等[46]用免疫组化技术检测4例正常卵巢、8例良性卵巢肿瘤、12例交界性卵巢肿瘤和141例浸润性卵巢癌组织中SBP1的表达情况。结果发现，SBP1在正常卵巢和良性卵巢肿瘤组织中高表达，而在交界性卵巢肿瘤和浸润性卵巢癌中则大多数呈低表达，其中87%卵巢癌(122/141)中SBP1低表达。卵巢癌组织和正常卵巢的SBP1表达差异明显。但是在卵巢癌中，肿瘤的组织学类型、组织分级和临床分期对SBP1的表达无明显影响。多变量Cox回归分析在调整疾病分期、肿瘤分级和患者年龄后，发现SBP1高表达患者死亡风险较高。Kaplan-Meier生存曲线显示，SBP1高表达的少数浸润性卵巢癌患者总体存活率显著下降。他们的研究发现在卵巢癌细胞株DOV13, OVCA429和OVCA882中，SBP1蛋白水平表达缺如，mRNA水平也明显下调。用雄激素干预后，SBP1在正常人卵巢上皮细胞表达下调，而在卵巢癌细胞中则表达增加；而经甲基硒代半胱氨酸干预后，SBP1在卵巢癌细胞中表达下调。因此，研究者认为，卵巢癌中SBP1表达可能受细胞内硒的含量和雄激素水平的双重影响，并与卵巢癌患者的预后相关。Stammer等[62]利用人卵巢肿瘤母鸡模型，检测了卵巢肿瘤及正常卵巢上皮组织中SBP1的表达，发现其在两者中均有一定程度的表达，而有80%卵巢肿瘤中SBP1 mRNA表达减少。Zhang等[63]对62例卵巢浆液性交界性肿瘤、11例微乳头浆液性交界性肿瘤和7例低级别浆液性癌进行了SBP1检测，其中包括肿瘤囊壁衬附单层上皮69例，具有一级、二级乳头分枝 75例，有微乳头结构26例，伴有微浸润1例，浸润癌7例。SBP1在单层囊壁上皮和一级乳头的上皮细胞中表达最强，其次是二级乳头上皮，而在微乳头和浸润性癌(包括微浸润)中表达几乎完全缺失。在卵巢浆液性交界性肿瘤或微乳头性浆液性交界性肿瘤的相同组织学成分中可见相似的SBP1表达。他们发现随着上皮细胞增殖和乳头复杂性的增加，SBP1表达逐渐下降，表明其可能参与了卵巢浆液性交界性肿瘤、微乳头性浆液性交界性肿瘤和低级别浆液性癌的发生，并推测SBP1可能是低级别卵巢浆液性癌发生发展中的一个晚期事件。与正常癌旁组织相比，卵巢癌中的SBP1表达明显下降，而部分高表达的卵巢癌患者预后却更差，这和大多数肿瘤中SBP1和预后的关系相反，这种不一致可能与组织特异性有关，而与雄激素水平的关系可能更加密切。雄激素是卵巢癌的危险因素，而卵巢癌中SBP1的高表达可能提示高的雄激素水平，这可能是SBP1高表达的卵巢癌患者预后较差的关键因素[46]。

3.4 SBP1与前列腺癌

在前列腺癌中，也有不少研究提示SBP1表达减少，与预后有一定的关系，且其下调与雄激素有关。Yang等[26]最早报道了SBP1在前列腺癌细胞中的表达情况，发现其在激素依赖型前列腺癌细胞中高表达，而在非激素依赖型中则表达缺失，但是这种不表达似乎不是由于基因缺失或重排导致，同时研究者观察到SBP1的表达可以被雄激素下调，且呈时间和浓度依赖，表明SBP1可能在决定肿瘤表型中起一定的作用。Jeong等[40]通过体内外实验研究发现SBP1可以影响前列腺癌细胞的增殖并抑制其恶性表型，在低氧条件下，表达SBP1的前列腺癌细胞系PC-3中HIF-1α蛋白水平显著降低，而没有发现HIF-1α的mRNA水平的下调，提示SBP1调控HIF-1α蛋白可能是通过物理性相互作用实现的。Ansong等[39]对404例接受手术的前列腺癌患者肿瘤组织进行了分析，患者中202例生化复发，202例未复发，结果显示SBP1主要分布在细胞核和胞浆， SBP1的表达水平与前列腺癌Gleason评分无相关性；生化复发和无复发组相比，总的SBP1表达未见差异，亚组分析发现，细胞核内SBP1表达最少的患者更可能出现生化复发,可能提示SBP1在细胞内不同位置发挥的作用不同。Jerome-Morais等[64]对24例前列腺癌患者的血液样本及组织样本进行了研究，发现组织中SBP1表达和GPX1的活性呈负相关，且与Gleason评分也呈负相关，作者认为硒及硒蛋白在前列腺癌的预防、发展及预后中有一定的作用，值得继续深入大样本的研究。最近，对硒蛋白基因遗传变异的研究表明，SBP1基因的多态性与前列腺癌的侵袭性有关[65]。

3.5 SBP1与肝癌

Huang等[50]发现SBP1可以抑制肝癌细胞SMMC7721的迁移，但在常规培养体系中，其对肝癌细胞增殖和调亡的影响并不明显，而在H2O2存在的情况下，则能够显著抑制肿瘤细胞的增殖，并促进其凋亡；SBP1可以调节肿瘤氧化还原微环境从而实现其抑癌作用，可以抑制GPX1的活性、上调HIF-1α的表达，还可以抑制肿瘤细胞中GPX1活性，从而阻止GPX1对肿瘤细胞的保护作用。该研究还发现，新鲜肝癌组织中，与有血管侵犯组相比，无血管侵犯组中SBP1表达明显升高，而GPX1活性与SBP1的表达呈负相关；组织芯片结果显示，肝癌组织中，SBP1蛋白表达水平与患者年龄、术前AFP水平、肿瘤大小、肿瘤数目、有无包膜、是否侵犯血管及复发等有关，SBP1低表达与肝细胞癌的侵袭、转移及预后不良相关，SBP1低表达组患者预后明显差于高表达组[50]。Gao等[42]利用质粒转染技术，使肝癌细胞Huh-7和MHCC97-H过表达SBP1，结果发现过表达SBP1的肝癌细胞中上皮性钙粘附蛋白(E-cadherin)表达增加，而波形蛋白(vimentin)表达明显减少, 因此作者认为SBP1可能是通过抑制EMT来抑制肝癌细胞的迁移和侵袭；作者进而从基因和蛋白水平检测了过表达SBP1细胞的趋化因子受体4(C-X-C motif chemokine receptor 4,CXCR4)水平，发现SBP1可能是通过下调CXCR4基因来影响上皮间质转化过程，在肝癌组织中也得到了相同的结论。上述研究提示，SBP1可能通过抑制EMT来抑制肝癌细胞的侵袭和转移。

3.6 SBP1与食管癌

Silvers等[45]报道了SBP1在食管腺癌细胞系及组织样本中的表达，发现食管腺癌细胞系Flo-1中SBP1蛋白表达明显下调，而对食管腺癌及化生的Barrett食管等进行检测，发现与化生的Barrett食管组织相比，食管腺癌组织的SBP1表达下调了50%，而在高级别不典型增生中下调了25%。SBP1表达下调的机制作者考虑可能与DNA甲基化、染色质重塑以及mRNA的可变剪接有关。为了进一步了解SBP1的功能，作者对Flo-1细胞系进行了稳转诱导，并得到了中度和高度稳定表达SBP1的细胞系，与对照组相比，细胞的增殖和迁移没有明显改变，但是SBP1过表达的细胞对顺铂的药物敏感性提高。因此，作者推测SBP1可能是食管癌化疗敏感性的重要预测因子。张锦等[66]检测了食管鳞癌及癌旁组织中SBP1的蛋白及mRNA水平，发现食管鳞癌组织中SBP1表达水平明显低于癌旁组织，SBP1的表达与食管鳞癌患者的年龄、性别、肿瘤分化程度、临床分期、淋巴结转移和浸润深度均无关。因此，SBP1在食管癌中的下调可能是启动子区域甲基化导致，但是DNA甲基化应该不是SBP1蛋白表达下调的唯一机制，其具体机制需进一步研究。

3.7 SBP1与胃癌

Zhang等[67]对25例胃癌及癌旁组织、21例胃溃疡、13例胃息肉、19例慢性萎缩性胃炎、20例胃粘膜肠化生和16个胃粘膜不典型增生组织进行分析，发现除了正常上皮组织外，多数胃癌前病变组织的SBP1都大量表达，但是多数胃癌组织中SBP1表达明显减少，SBP1的表达在胃溃疡、胃息肉、慢性萎缩性胃炎之间，肠化生上皮和不典型增生之间，以及不同程度的不典型增生组织之间，均未见差异，提示SBP1的下调是胃癌发生过程中的一个晚期事件。胃癌组织中SBP1的下调与患者年龄、性别、肿瘤分化程度、浸润深度以及淋巴结转移等因素不相关，但是Ⅱ、Ⅲ期胃癌之间SBP1水平却有着明显的差异，表明SBP1减少似乎与胃癌的临床分期相关，因此，作者指出，SBP1可以作为胃癌的一个有用的诊断指标。Xia等[68]发现SBP1的下调不但和胃癌的临床分期相关，还和肿瘤分化程度和淋巴结转移相关，且胃癌组织中SBP1的低表达预示预后更差。另外，SBP1可以抑制胃癌细胞的增殖和迁移，增加顺铂治疗的敏感性[38,69]。

3.8 SBP1与恶性黑色素瘤

Schott等[55]对SBP1基因在恶性黑色素瘤中的表达及作用进行了研究。通过基因测序的方法，他们发现，与正常痣组织相比，SBP1基因在小鼠黑色素瘤组织中表达明显减少。与正常人黑素细胞相比，恶性黑色素瘤细胞中SBP1的mRNA及蛋白表达均明显减少，其原因与基因突变和启动子的超甲基化无关，可能与微小RNA(micRNA)介导或是转录水平导致的基因沉默有关。体外实验并没有证明单纯过表达SBP1能够对黑色素瘤细胞的增殖、迁移以及管状形成有影响，但是过表达SBP1细胞的上清液能够抑制皮肤血管内皮细胞的血管形成，并提高细胞对威罗菲尼(Vemurafenib)的治疗敏感性。然而，如果敲除GPX1基因同时使SBP1过表达则能够明显抑制黑色素瘤细胞的增殖。因此，该研究指出，在恶性黑色素瘤中，SBP1抗肿瘤的作用可能与其对肿瘤微环境的影响有关。

3.9 SBP1与其他肿瘤

Zhang等[70]检测了乳腺癌组织及细胞中SBP1的表达情况，发现乳腺癌组织中SBP1表达减少，ER阳性的乳腺癌患者中，SBP1低表达则预后更差，SBP1的下调和乳腺癌的分期有关，并且其表达可能受雌激素的调节。有学者采用实时定量聚合酶链反应检测了139例原发性肾细胞癌和59例相对应的正常肾组织标本中SBP1 mRNA的表达，发现其mRNA水平在肿瘤组织中显著低于对应的正常肾组织，并且与病理T分期和Fuhrman分级呈负相关，提示SBP1表达是癌症特异性死亡的独立预测因子，可能是肾细胞癌的一个有用预后因素[71]。Chen等[72]发现头颈部鳞癌中SBP1表达低于周围正常组织，但不同T期和N期表达无统计学差异，亚组分析发现SBP1表达低的鼻咽癌患者总生存率低，与高表达组比较差异显著。宫颈癌与正常宫颈、CINⅢ级和相应癌旁组织相比，SBP1蛋白表达也降低，GPX活性增强，提示SBP1可能是通过肿瘤微环境中GPX来发挥抗肿瘤作用[73]。