在癌症治疗领域，利用放射性碘（Radioiodide, RAI）对肿瘤细胞进行精准消融是一项成熟且有效的策略，其核心依赖于钠碘同向转运体（Sodium Iodide Symporter, NIS）的功能。NIS是细胞膜上负责摄取碘离子和放射性核素的唯一转运蛋白。然而，在侵袭性癌症，尤其是某些类型的甲状腺癌和乳腺癌中，NIS的表达水平低下或其功能受损（例如无法正确定位到细胞膜上），导致肿瘤组织对RAI的摄取不足，从而产生治疗抵抗，成为临床上面临的一大难题。传统上，针对MAPK信号通路（如使用BRAF和MEK抑制剂）的联合靶向治疗显示出克服RAI抵抗的一些潜力，但也伴随着药物耐药、不良反应以及缺乏大规模随机试验证据等问题。因此，开发能够有效增强NIS功能，从而提高肿瘤放射性核素摄取的新策略，显得尤为迫切。
本研究发表于《eBioMedicine》，旨在探索能否通过调控蛋白稳态（Proteostasis）来靶向增强NIS的体内功能，并评估其与癌症患者RAI治疗的相关性。研究人员假设，干预蛋白质的合成、折叠、降解等过程，可能改善NIS的表达和定位，从而克服其功能减退。
为开展研究，研究人员综合运用了多种关键技术方法。在药物发现方面，他们进行了理性的药物设计和筛选。在机制探索上，采用了三维建模、RNA测序（RNA-Seq）、细胞表面生物素化分析（Cell Surface Biotinylation Assay）以及NanoBRET（纳米级生物发光共振能量转移）和NanoBiT（纳米级二分法发光互补）等技术，在转化的细胞系和来自患者的原代甲状腺细胞中进行蛋白相互作用和亚细胞定位研究。在体内验证环节，研究利用野生型BALB/c小鼠、甲状腺肿瘤模型（Tg-rtTA/tetO-BRAFV600E小鼠）以及原位移植的免疫缺陷NSG小鼠乳腺癌模型，通过静脉或腹腔注射药物后，采用γ计数和单光子发射计算机断层成像/计算机断层扫描（SPECT/CT）来系统性监测药物对放射性锝-99m（99mTcO4-）摄取的影响。此外，研究还利用了癌症基因组图谱（TCGA）和基因表达汇编（GEO）等公共数据库的甲状腺癌患者数据，通过生物信息学分析（如LASSO回归）来构建与临床结局相关的风险预测模型。
药物筛选鉴定出NIS活性调节剂
研究人员通过四种药物开发策略寻找具有转化潜力的NIS功能增强剂。他们测试了处于临床实验阶段的VCP抑制剂（如CB-5083和CB-5339），发现其能在体外细胞中诱导RAI摄取，但在小鼠体内未能增强甲状腺的放射性核素摄取。随后，他们基于先前发现的VCP变构抑制剂克霉唑，通过计算迭代设计合成了21个类似物以改善其生物利用度，但这些化合物与组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）伏立诺他（SAHA）联用后，对RAI摄取的提升效果有限。最终，他们将重点转向重新配制蛋白酶体抑制剂双硫仑。
铜结合代谢物在甲状腺癌和原代细胞中靶向NIS活性
研究发现，铜葡糖苷能增强双硫仑对NIS表达细胞RAI摄取的促进作用。双硫仑在体内代谢为二乙基二硫代氨基甲酸盐（DDC），后者与铜离子结合形成Cu(DDC)2。实验证实，Cu(DDC)2能在多种甲状腺癌细胞系和原代甲状腺细胞中剂量依赖性地显著增加RAI摄取，伴随NIS蛋白表达上调和其在细胞膜定位的增加。而无活性的甲基化代谢物（MeDDC）则无此效果，表明铜离子的存在至关重要。
剖析靶向NIS在甲状腺细胞中的机制影响
与铜葡糖苷不同，Cu(DDC)2并未显著诱导活性氧（ROS）水平升高，提示其作用机制不主要依赖于ROS。RNA-Seq分析揭示了Cu(DDC)2能引起强烈的转录组变化，显著影响了人类基因组中大量转录因子（TF）的表达，其中包括NIS启动子中具有已知结合位点的关键因子，如PAX8、CREM、ATF3和JUN。qPCR在多种细胞类型中验证了这些转录因子的上调。
铜结合代谢物作为双重激动剂增强NIS活性
为了验证Cu(DDC)2对NIS功能具有双重作用，研究人员敲低了PAX8。结果发现，在PAX8缺失的情况下，Cu(DDC)2无法诱导RAI摄取和NIS mRNA表达，表明其转录调控作用依赖于PAX8。出乎意料的是，当敲低VCP的关键辅因子NPL4时，Cu(DDC)2仍能增强RAI摄取；但敲低VCP本身则使其活性丧失。这表明Cu(DDC)2的作用需要功能性VCP，但可不依赖于NPL4。NanoBiT实验进一步显示，Cu(DDC)2并不影响NIS与VCP之间的结合强度，提示其可能是一种非经典的VCP抑制剂。NanoBRET实验则证实，Cu(DDC)2能增加NIS在细胞膜（与KRAS标记共定位）以及内质网-高尔基体（与RAB1标记共定位）的分布，说明其同时影响了NIS的转运和定位。
重新配制的Cu(DDC)2在体内诱导NIS活性和转录反应
为解决Cu(DDC)2体内溶解性差的问题，研究人员将其与白蛋白进行纳米封装。封装后的药物在体外仍能有效刺激RAI摄取。在野生型BALB/c小鼠中，无论是腹腔还是静脉注射Cu(DDC)2-白蛋白纳米颗粒，均能显著增加甲状腺对99mTcO4-的摄取，并伴随甲状腺内NIS、PAX8、NKX2-1、TPO和TG的mRNA水平升高，且甲状腺摄取值与NIS mRNA水平呈正相关。在BRAFV600E诱导的甲状腺肿瘤小鼠模型中，Cu(DDC)2治疗同样显著增强了肿瘤组织的放射性核素摄取。
临床相关的药物关联基因改善放射性碘治疗癌症的风险分层
基于Cu(DDC)2扰动转录因子的发现，研究人员分析了TCGA和GEO数据库中的甲状腺乳头状癌（PTC）数据。他们发现，这些转录因子的表达与PTC的复发风险显著相关。通过机器学习算法（LASSO回归），他们构建了一个包含22个转录因子基因的风险评分分类器，该模型在预测BRAF样、RAI治疗的PTC患者复发方面表现出极高的准确性（AUC > 0.95）。进一步地，他们将这22个TF基因与之前报道的13个VCP/蛋白稳态基因结合，构建了一个双重风险评分分类器。该模型在预测RAI治疗后的PTC复发方面表现出更高的敏感性和特异性，并且多变量分析证实其是患者预后的独立预测因素。
Cu(DDC)2和SAHA在体内增强乳腺癌中的NIS功能
最后，研究探索了Cu(DDC)2在乳腺癌中的应用潜力。Cu(DDC)2能在多种乳腺癌细胞系中诱导RAI摄取和NIS表达。鉴于先前研究发现VCPi与HDACi SAHA联用对NIS活性有最大影响，他们在携带MDA-MB-231原位乳腺肿瘤的小鼠中测试了Cu(DDC)2与SAHA的联合疗法。SPECT/CT成像显示，联合用药显著增强了肿瘤对99mTcO4-的摄取，而肿瘤体积或小鼠体重未见明显差异，证明了该策略在非甲状腺环境中调控内源性NIS功能的潜力。
结论与讨论
本研究的重要发现在于，首次揭示了双硫仑代谢物Cu(DDC)2作为一种双重激动剂，能够通过靶向转录调控（主要依赖PAX8）和VCP介导的蛋白稳态通路（不依赖于其经典辅因子NPL4），在体内外显著增强NIS介导的放射性核素摄取。这种独特的作用机制不仅在于增加NIS的转录表达，还在于改善其蛋白加工和细胞膜定位。
研究的转化意义重大。首先，它提供了一种基于FDA已批准药物（双硫仑）代谢物的、具有潜在临床应用价值的策略，可用于增强甲状腺癌乃至其他表达NIS的癌症（如乳腺癌）的放射性核素治疗疗效。通过白蛋白纳米封装改善了Cu(DDC)2的体内给药难题。其次，研究揭示了转录失调和蛋白稳态紊乱在RAI治疗抵抗中的核心作用。基于此构建的高精度风险预测模型，能够有效识别RAI治疗后高复发风险的甲状腺癌患者，为实现更个体化的动态风险分层和后续治疗决策提供了强有力的工具。
总之，这项研究不仅深化了我们对NIS功能调控机制的理解，更重要的是，为克服肿瘤放射性核素消融抵抗开辟了新的药物开发和临床管理途径。未来的研究重点将包括进一步评估该策略在不同临床前模型中的疗效和安全性，并推动其进入临床试验阶段。
