前列腺癌是一種多因素疾病，也是全球男性中診斷出的第二大常見癌症。六種跨膜前列腺上皮抗原（STEAP）蛋白似乎參與前列腺腫瘤發生。STEAP蛋白在前列腺癌細胞中差異表達，生存分析表明，STEAP1水平高的前列腺癌患者的生存結果較差。相比之下，STEAP4的高表達提供了更好的預後。本章概述了STAAP蛋白在前列腺癌中的作用。討論了STAAP家族<>名成員在前列腺癌中的結構、生物學功能和潛在預後意義。
介紹
前列腺癌是西方世界男性第二大診斷癌症和癌症相關死亡的第六大原因。每年有1萬男性被診斷出患有這種腫瘤，6，366名男性死於前列腺癌（000）。到1年，由於人口的增長和老齡化，估計全球將發生2040萬例新發病例和2萬例前列腺癌相關死亡（3）。內源性（年齡、家族史、種族、激素和氧化應激）和外源性（飲食因素、缺乏身體活動、肥胖、環境因素、職業、吸菸）風險因素會增加患前列腺癌的風險。然而，高齡、黑人種族和該疾病的家族史是前列腺癌最確定的危險因素（740）。
臨床實踐中用於前列腺癌篩查的主要生物標誌物是前列腺特異性抗原（PSA）的血清水平。然而，有幾個因素可能會影響PSA水平，導致大量假陽性（3）。PSA在前列腺癌診斷中的低特異性是一個臨床問題。迫切需要確定新的生物標誌物，以早期發現疾病，並改善患者的分層，更好地確定前列腺癌的靶向治療和臨床管理。
人六跨膜前列腺上皮抗原（STEAP）蛋白質家族包括四個成員，即STEAP1至STEAP4，它們參與許多生物過程，包括控制細胞增殖和凋亡（4），氧化應激（5）以及胞外和內吞途徑中的分子運輸（6).累積的證據表明，STAAP家庭成員是幾種類型的人類癌症的假定生物標誌物和治療靶點，特別是在前列腺癌中（7-11）。然而，STEAP蛋白表達對前列腺癌發展的臨床意義仍然很少，需要進一步分析以確定其作為預後生物標誌物的有用性。本章首先概述了STEMAP蛋白的結構和生物學功能，然後討論了它們在前列腺癌中的作用。基於從cBioPortal（12）和CANCERTOOL（13）公共資料庫中檢索的數據集，介紹了它們在前列腺癌腫瘤發生和預後中的假定作用。
硬脂蛋白的結構和作用
所有STIAPS都具有具有細胞內N端和C端結構域的特徵性六跨膜螺旋，具有離子通道和/或轉運蛋白的同源結構（6，8，14，15）。C端結構域類似於b型細胞色素金屬還原酶酵母鐵還原酶（FRE）家族的跨膜結構域（TMD），而N端與古菌和細菌F相當420：NADPH-氧化還原酶（FNO）結合蛋白和人NADPH-氧化還原酶結構域（OxRD）（6，8，14，15）。FNO樣結構域加強了TEAPs在分子氧的攝取和還原以及金屬離子Fe的螯合中的重要性3+和銅2+，以及這些蛋白質通過NAD和FMN核苷酸與保守的單個血紅素結合組氨酸殘基和黃素結合位點的細胞內結合參與跨膜電子轉運（6，14，15）。此外，STEAP共享一個YXXØ共識序列，負責將跨膜蛋白靶向溶酶體和內體，以及結合NAD和FMN輔酶的Rossmannfold（GxGxxG/A基序）（6）。除了維持細胞金屬穩態外，STEAP還參與多種生物過程，例如氧化應激反應，炎症，代謝，侵襲，增殖，生長和凋亡（圖1）（8）。
STEAP1
STEAP1 基因位於靠近 STEAP7B、STEAP21 和 STEAP13 的 1q2.4 染色體上，該區域包含一組預測編碼跨膜蛋白的基因。它編碼1.3 kb的mRNA，翻譯成339個胺基酸的成熟蛋白質（UniProt ID：Q9UHE8，39.851 kDa）。STEAP1蛋白由六個跨膜結構域組成，具有胞質C端和N端，由三個細胞外環和兩個細胞內環連接，優先位於緊密和間隙連接處（16）。與其他STEAP不同，STEAP1缺乏N末端NADPH-氧化還原酶，FNO樣結構域和Rossmann摺疊（8，14）。然而，STEAP1與轉鐵蛋白（Tf），轉鐵蛋白受體（TfR）和溶酶體或內體部分共定位，表明參與金屬穩態（6，17）。最近的一項研究表明，連二亞硫酸鹽還原的純化STEAP1能夠通過保守的血紅素結合位點還原金屬離子配合物和分子氧（18）。此外，STEAP1的胺基酸序列，跨膜拓撲結構和細胞膜定位表明它可以作為離子通道或轉運蛋白，調節小分子，離子和營養物質的濃度，並釋放可溶性細胞因子和趨化因子（19）。這些特徵指出了STEAP1在細胞通訊和細胞粘附過程中的作用（19，20）。然而，最近與抗體抗原結合片段（mAb 1.120）結合的STEAP545跨膜結構域的低溫電子顯微鏡（cryo-EM）結構揭示了與典型離子通道或轉運蛋白截然不同的三聚體排列（21）。所提出的單元表明STEAP1是異二聚體複合物中的功能性還原酶，與其他STAAP副同源物具有結構域交換結構，細胞內OxRD位於相鄰啟動子（TMD下方）21，22。這種安排支持一種模型，其中血紅素結合位點募集並定向與相鄰的STEAP2-4亞基結合的細胞內供電子底物，從而實現跨膜電子傳輸和細胞外金屬離子複合物的還原（18，21）。這些結構特徵突出了STEAP1作為有希望的癌症治療靶點和生物標誌物的有用性，並鼓勵制定靶向STEAP1的策略。體外和體內研究表明，動員的樹突狀細胞和免疫原性STEAP1衍生肽適合細胞毒性T淋巴細胞識別，用於進一步開發抗癌疫苗（23）。抗STEAP1單克隆抗體（mAb 120.545）的人源化變體目前在前列腺癌臨床試驗中用作抗體 - 藥物偶聯物（DSTP3086S）（24），並作為放射性標記的抗體（89Zr-DFO-MSTP2109A）用於PET成像（24，25）。 此外，探索STEAP1在癌細胞中的作用的幾項研究表明，其過表達抑制細胞凋亡，增強細胞增殖和侵襲，並誘導上皮到間充質的轉變，最終有助於腫瘤進展和侵襲性（4，5，26-30）。
STEAP2
STEAP2基因位於染色體7q21.13上，靠近STEAP1和STEAP4，編碼2.2kb的mRNA，產生具有490個胺基酸的蛋白質（UniProt ID：Q8NFT2，52.052 kDa）。 蛋白質在前列腺上皮細胞的質膜和高爾基體複合物之間穿梭（31）。它與反式高爾基體網絡和早期內體的關聯表明STEAP2參與內切和胞外途徑，作為前列腺特異性蛋白質的加工，分泌和分選機制的調節劑，或作為內源性或外源性配體的受體（31，32）。此外，由於STEAP2與Tf和TfR共定位，該蛋白質有助於鐵和銅的還原，並在紅系細胞的內體Tf循環中發揮作用，然後控制金屬的分子運輸和可用性（6，17）。STEAP2調節參與細胞周期進程的幾個基因。STEAP2的下調導致G0 / G1期的部分細胞周期停滯，抑制前列腺癌細胞增殖，侵襲性和轉移潛力（33）。相反，STEAP2過表達增加前列腺癌細胞的遷移和侵襲能力，並且與晚期癌症分期和組織學分級（相關34，35）。儘管STEAP2具有增殖特徵並作為促生存因子，但需要更多的研究來探索前列腺癌的分子和信號通路。
STEAP3
STEAP3基因位於染色體2q14.2上，編碼4.3kb的mRNA，產生具有488個胺基酸的蛋白質（UniProt ID：Q658P3，54.601 kDa）。STEAP3的預測結構表明C末端區域的六個跨膜結構域，N末端對應物的胞質OxRD和兩個保守的組氨酸殘基（36）。細胞質OxRD的晶體結構與整體膜細胞色素相似（37）。STEAP3具有獨特的結構和生化性質，揭示了具有二聚體界面和底物結合位點的FNO樣結構域，以引導電子從細胞質轉移到預測在TMD內固定的單個b型血紅素部分（14，37）。此外，發現N端OxRD二聚化，表明STEAP3作為同源和/或異二聚體具有活性，並且在細胞膜中發現以允許細胞間電子流動（14，37）。STEAP3主要位於血漿和內體膜中，是反式高爾基體網絡和內體囊泡區室的組成部分（38）。此外，STEAP3對於外泌體和囊泡蛋白運輸（39）和細胞外基質組織（40）的組裝至關重要。此外，與Tf，TfR和二價金屬轉運蛋白1（DMT1）的部分共定位以及STEAP3結構排列表明該蛋白在鐵化合物代謝和紅系轉鐵蛋白循環中具有重要的生物學作用（14，41）。這些功能通過分析STEAP3晶體結構得到證實，該晶體結構假設該蛋白質可能在具有DMT1和Tf：TfR的大型複合物中起作用，從而確保細胞表面鐵和銅的減少和吸收（37）。一些研究指出，STEAP3是主要的鐵還原酶，並深度參與調節發育中的紅細胞，巨噬細胞，肝細胞和內體的金屬穩態（41）。因此，細胞內鐵的嚴格調節對於控制癌細胞增殖和凋亡以及抑制轉移過程至關重要（42）。此外，STEAP3可被認為是一種腫瘤抑制基因，作為內在細胞凋亡因子。研究表明，這種蛋白質抑制人前列腺癌細胞的生長，並且可以通過半胱天冬酶-3依賴途徑（直接誘導細胞凋亡43，44）。另一方面，STEAP3的表達增加與疾病晚期前列腺癌的進展有關，最終導致轉移（45）。總之，現有數據強調了STEAP3作為潛在腫瘤抑制蛋白的重要性，這一特徵與其他STEAP形成鮮明對比。
STEAP4
STEAP4基因位於染色體7q21.12上，編碼4.5 kb的mRNA和由459個胺基酸組成的蛋白質（UniProt ID：Q687X5，51.981 kDa）。STEAP4位於核區域附近的質膜上，在那裡它與高爾基體複合物，反式高爾基體網絡和早期內體共定位（46）。與STEAP2和STEAP3一樣，STEAP4蛋白參與內細胞或胞外細胞途徑中的分子運輸，並且可能對細胞和全身金屬穩態至關重要（6，17）。STEAP4蛋白還分散在與雌激素受體（ER）相關的囊泡 - 管狀結構或網狀形狀內的細胞質中，其中它獲得其活性構象（46）。最初，預測STEAP4是一種完整的六跨膜金屬還原酶，由細胞質N端OxRD和C端TMD組成，六膜跨越α螺旋包裹單個血紅素結合位點（14）。然而，最近解決的人STEAP4的冷凍電鏡結構展示了包含OxRD和六螺旋TMD的對齊亞基間三聚體NADPH-FAD-血紅素結構域交換組件（15，22）。這種排列有助於細胞內電子通過膜嵌入的FAD從NADPH運輸，FAD翻轉以錨定自身在相鄰STAAP亞基的內膜區域，以及血紅素輔因子到細胞外膜側的螯合金屬離子複合物（14，15，22）。總之，這些生化和結構研究表明，STEAP4是一種功能性蛋白質，通過與其他STEAPs副同源物或異二聚體建立，這表明增加STEAP4的表達可以調節STEAP3和STEAP3相互作用蛋白的活性，如NIX，MYT1，NIP3L，FAK-1，S100B，RHBDL4 / RHBDD1（14，37，47).此外，這些相互作用表明與金屬穩態，細胞凋亡，分化和細胞周期進程有關（47）。STEAP4蛋白參與細胞對營養和炎症信號的反應，特別是作為脂肪細胞中的葡萄糖穩態調節劑，除了與心臟功能障礙，肝臟和線粒體代謝功能障礙，骨骼系統相關疾病廣泛相關，以及作為促炎細胞因子的抑制因子（47).除了在細胞或全身穩態中的作用外，STEAP4還與腫瘤發生有關。考慮到其金屬還原酶活性，STEAP4的過表達增加了氧化應激，導致前列腺癌細胞的突變率，增殖和進展增加（48）。STEAP4對前列腺癌生長和生存的影響是由於通過增加細胞內活性氧調節和調節粘附激酶（FAK）和激活轉錄因子（ATF4）的表達和活性，這取決於STEAP4（的OxRD48，49）。最近證明，ATF4靶基因促進前列腺癌細胞存活，並在疾病晚期上調（50）。這些考慮表明STEAP4在慢性代謝和炎症性疾病的炎症應激中的保護作用。此外，他們指出了STEAP4在癌細胞增殖和腫瘤進展中的積極作用，強調了了解其在疾病相關環境中的假定功能的重要性。
前列腺癌中的STEAP
STEMAP家庭成員與幾種人類癌症有關，包括前列腺癌。在非腫瘤性前列腺中，與其他三個家族成員相比，STEAP1 mRNA和蛋白質的表達更高（8）。隨著前列腺癌的發展，STEAPs的整體表達失調或逆轉。與非惡性組織相比，前列腺癌中STEAP1表達高度增加（表1）（16，27，28）。 此外，STEAP1染色強度與腫瘤分級相關，表明它與惡性轉化和腫瘤侵襲性（相關27，28）。前列腺癌的侵襲性和預後傳統上由格里森評分決定，Burnell等人最近的一項研究表明，非惡性組織中的STEAP1染色強度較弱，在格里森6前列腺癌樣本中略有增加，從格里森7開始強烈增加（7）。如今，公共資料庫被廣泛用於證實基礎研究。分析了來自cBio癌症基因組學門戶（https://cbioportal.org[51年2020月訪問]）的前列腺腺癌數據集（1）的STEAPs mRNA表達，z評分閾值為±8.150。在接受詢問的1名患者中，STEAP17在0%的患者中過度表達，在8.2020%的患者中表達不足。使用CANCERTOOL軟體（http://genomics.cicbiogune.es/[1年2月訪問]）進行的生物信息學分析表明，STEAP<>的表達增加與前列腺癌的發作和轉移性疾病的發展相關（圖<>）。
圖2
使用CANCERTOOL軟體表達與人類前列腺癌的進展。小提琴圖顯示了泰勒數據集（51）的非腫瘤組織（N），原發性腫瘤（PT）和轉移性前列腺癌（M）標本中TEAP的表達。（更多...
關於STEAP2，其在前列腺癌中的表達水平顯著更高（表1）。其他幾項研究已經證明了STEAP2在前列腺癌（中的過表達31，34，35）。Burnell等人表明，STEAP2過表達與格里森評分呈正相關（7）。來自cBioPortal的前列腺腺癌數據集（51）顯示，STEAP2過表達發生在16%的病例中，而在1.6%的病例中表達不足。CANCERTOOL分析還表明，考慮到泰勒數據集，STEAP2的表達明顯更高（圖2）。
與其他STEAPs相比，Pokkka等人描述了STEAP3表達隨著前列腺惡性腫瘤的發作而降低，這表明該基因可能充當前列腺腫瘤抑制因子（表1）（46）。公共數據集與這項研究一致。對前列腺腺癌數據集（51）的分析顯示，3%的樣本中STEAP18下調，而只有4%的樣本顯示過表達。此外，CANCERTOOL軟體顯示STEAP3在原發性腫瘤和轉移性前列腺癌中的表達顯著降低（圖2）。然而，Burnell等人表明，STEAP3染色強度與格里森評分之間沒有相關性（7）。另一方面，CANCERTOOL分析表明STEAP3下調，STEAP3的低水平與高格里森評分在統計學上相關。
STEAP4亞細胞定位與STEAP2相似，與非惡性前列腺組織相比，其在前列腺癌發展過程中的表達也增加（表1）（46）。對從cBioPortal檢索到的前列腺腺癌數據集（51）的分析顯示，4.37%的樣品中STEAP3的表達增加，4.7%的樣品表達降低。使用CANCERTOOL軟體，證明STEAP4表達的增加與前列腺惡性腫瘤和轉移性前列腺癌的發展相關（圖2）。與STEAP3類似，未觀察到STEAP4過表達與格里森評分之間的相關性（7），然而，CANCERTOOL分析表明，STEAP4的過表達與格里森等級呈正相關。
硬脂蛋白在前列腺癌中的預後價值
STAAP家族成員是相對較新的蛋白質，它們作為預後生物標誌物的潛力已在乳腺癌（56），膠質母細胞瘤（57，58），尤因腫瘤（30），皮膚病（59）和前列腺癌（7）中得到證實。最近一項探索使用STEAP蛋白作為前列腺癌可能預後指標的研究顯示，只有STEAP4過度表達，並且與復發顯著相關（7）。迄今為止，還沒有研究評估不同STAAP蛋白的組合表達。因此，我們在本章中的目的是探討STEAPs與前列腺癌預後的關聯。通過相關係數 （60） 分析兩個變量（在本例中為兩個基因）之間可能的線性關聯，其中 -1 和 1 分別表示負和正完全線性關係。使用來自在線MERAV資料庫（代謝gEne快速可視化工具，http://merav.wi.mit.edu/[2020年1月訪問]）的原發性前列腺腫瘤組織數據集，發現STEAP2和STEAP2表達之間存在很強的正相關關係（表1）。這一觀察結果與Grunewald等人的數據一致，他們注意到STEAP2和STEAP59似乎在9個癌細胞系實體中顯著共表達（2），這表明STEAP1可能是與STEAP<>異二聚化的候選者。然而，尚不清楚這兩個基因的組合表達是否與前列腺癌患者的總生存期相關。使用從cBioPortal檢索到的相同數據集（51），發現只有STEAP1過表達與前列腺癌患者的總生存期相關（圖3A和表3）。STEAP1的高表達與較短的生存時間有關，表明結局較差。關於STEAP2，STEAP3和STEAP4，在較高或低表達水平與前列腺癌患者的生存之間沒有顯著關係（表3）。這些發現與Burnell等人（7）的研究相矛盾，該研究報告了STEAP4過表達與總生存期之間的統計學顯著差異，表明STEAP4水平較高的患者比中等或低表達水平的患者更容易更早復發（7）。數據來源、每組患者數量和 STEAP 表達的分層可能導致觀察到的差異。
STAAP家庭成員的表達與前列腺癌患者的總生存率相關。
如表3所示，考慮到不同STAEAP蛋白之間的所有可能關聯，與STEAP1過表達的患者相比，STEAP4過表達患者的總生存期顯著降低（圖3B）。此外，與過度表達STEAP3的患者相比，STEAP4過表達的患者表現出較差的生存結局（圖3C）。這兩個具有統計學意義的關聯表明，STEAP4的過表達可以作為前列腺癌患者的預測指標，因為與過度表達STEAP1和/或STEAP3的患者相比，它們具有更好的生存率。此外，在前列腺癌患者中觀察到更好的生存率的強烈趨勢，與僅過度表達STEAP1的患者相比，STEAP4和STEAP1均高表達（圖3E）。STEAP1和STEAP2的過表達可能意味著對前列腺癌患者的潛在良好預測（圖3D），因為與僅過度表達STEAP1的樣品相比，高水平的STEAP2和高水平的STEAP1的組合表達具有更好的存活率（圖3A）。儘管存在研究局限性，例如某些實驗組中的患者數量較少，但這些發現提供了對前列腺癌中STAAP表達及其在預測前列腺癌預後中的應用的全面分析。
結論
分析現有的科學文獻和多個公共資料庫表明，STEAP1，STEAP2和STEAP4在前列腺腫瘤中過表達。相比之下，STEAP3表達不足。這些蛋白的差異表達似乎具有預後價值。STEAP1 過表達與不良臨床結局相關，而 STEAP4 提供更好的總生存期和無進展生存期。然而，需要在大規模的臨床隊列中進行進一步的研究，以明確確認STEAPs蛋白的預後價值，以及靶向STEAPs治療前列腺癌的治療潛力。