SLC7A7 基因與相關疾病的研究進展

崔豪豪，李克生,2

(1.蘭州大學 生命科學學院，甘肅 蘭州；2.甘肅省醫學科學研究院，甘肅 蘭州)

1 溶質轉運蛋白(Solute Carrier，SLC)超家族

溶質轉運蛋白(Solute Carrier，SLC)超家族編碼人體第二大類跨膜蛋白超家族[1]，包含55 個基因家族，至少含有362 個具有編碼蛋白功能的基因[2]，基因產物大部分位于細胞膜和細胞器膜，少部分位于細胞質，按其功能可分為被動轉運蛋白、協調轉運蛋白、逆向轉運蛋白[3]，轉運底物除氨基酸外，還包括葡萄糖、陰離 子，OH-和和陽離子(H+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+)、膽汁鹽、羧酸鹽及有機陰離子、乙酰輔酶A、神經遞質、維生素、脂類、激素、尿素等[2]。溶質轉運蛋白通過將上述物質轉入或轉出細胞來維持機體細胞的正常生命活動。此外，溶質轉運蛋白還可調控內源性金屬離子(如銅、鐵、鋅)，同時在調節腫瘤血管生成、細胞增殖、上皮-間充質轉化(EMT)、癌癥中異常的MAPK 和STAT3 信號轉導、腫瘤細胞的侵襲和轉移以及腫瘤耐藥性等方面扮演著重要的角色[4]。氨基酸溶質轉運載體家族7(solute carrier family 7，SLC7)是SLCs 超家族的一個基因家族，擁有14 個成員蛋白，主要負責堿性氨基酸和糖蛋白的轉運[5-6]。研究發現，此類基因的突變或異常表與多種人類疾病關系密切，如SLC7A7 的突變可導致賴氨酸尿性蛋白耐受不良；SLC7A5、SLC7A8 在基底細胞癌中異常高表達[7]等。因此，對該基因家族的深入研究十分必要。

2 SLC7A7 結構與功能

1999 年，Borsani 和Torrents 等人分離出一個新基因，定名SLC7A7(solute carrier family 7 member 7)，為一種溶質轉運載體基因，屬于SLC7 基因家族的一個成員[8,11]。對人類染色體研究發現，SLC7A7 基因定位于染色體14q11.2[8-11]，由46590 個堿基對構成，包含11 個外顯子(其中9 個具有編碼作用)和10 個內含子以及兩個啟動子區域[6，12-13]，所有內含子與外顯子的連接均遵循GT-AG 法則[6]。其cDNA 全長24kb，包括一個527bp 的5’UTR和一個385bp 的3’UTR，polyA 位點位于第2447 個堿基處[14-15]。SLC7A7 翻譯起始位點(甲硫氨酸)位于第二外顯子，終止密碼子(TAA)位于第十外顯子內[6]，翻譯產物為含有511 個氨基酸殘基的蛋白質(y+LAT1)，蛋白分子量約為56KD[16]，與4F2hc 蛋白(SLC3A2 編碼)形成堿性氨基酸轉運系統y+L(systemy+L)，以轉運賴氨酸和精氨酸為主，屬于鈉離子(Na+)依賴性轉運系統[17]，轉運機制為反向轉運，即將大量中性氨基酸和鈉離子轉入細胞內，同時將胞內的精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸轉運到胞外[18-19]。

3 SLC7A7 與疾病

研究發現，SLC7A7 基因突變導致的堿性氨基酸轉運功能紊亂可引起LPI 等疾病；SLC7A7 在某些癌癥中呈現高表達，可以作為生物標志物。近年來隨著研究的深入，SLC7A7 基因的突變、異常表達或異位表達在一些疾病中的作用受到了越來越多的關注。

3.1 SLC7A7 與LPI

賴氨酸尿性蛋白耐受不良(LPI)是一種嚴重的多系統功能紊亂疾病，于1965 年首次由Perheentupa 報道[20]，多由SLC7A7 基因突變引起(SLC7A7 突變后導致小腸基底外側膜和腎小管細胞堿性氨基酸轉運蛋白缺失)，為常染色體隱性遺傳，以富含蛋白質的食物不耐受和繼發性尿素循環障礙為特征，常見癥狀包括發育不良、反復性嘔吐、進食富含蛋白質的食物后出現昏迷、肝脾腫大、肌肉張力減退、骨質疏松、肌肉萎縮、腎功能衰竭、肺泡蛋白沉積、貧血和自身免疫紊亂[21]。研究發現導致LPI 的突變位點分布于整個SLC7A7 基因中，說明SLC7A7 基因中可能并不存在突變熱點[22]。在已知的可導致LPI 的突變中，僅一種突變為顯著減弱y+L 系統的轉運活性，其他突變均是完全消除該轉運系統的活性[15]。截至2009 年，世界范圍內已發現51 種可導致LPI 的SLC7A7 突變，包括插入突變(C.1384-1385 ins ACTA)、缺失突變(C.1185-1188 del TTCT)、點突變(P.R410X， P.Y457X， P.R 468X， P.L124p 等)[14，23-24]。2016 年，中國科學家在一對患LPI 的中國姐妹體內發現了兩個新 的SLC7A7 雜 合 突 變C.1387 del C 和IVS4+1C＞T[24]。Bianca Maria Rotoli[22]等人通過對三種致LPI 的SLC7A7 突變研究后發現，這些突變均阻礙了y+ LAT1 蛋白在細胞膜上的正確定位，導致循環單核細胞中 y+L 轉運系統活性顯著受損，從而引發LPI。Mariona Font-Llitjo’s[14]等研究發現，某些剪接突變(c.625+1G＞C)導致y+ LAT1 蛋白被刪減而導致跨膜結構域減少，某些錯義突變(c.1273T4C)導致一些非保守性氨基酸發生交換，如微極性氨基酸(胱氨酸)轉變為帶正電荷氨基酸(精氨酸)。綜上可知，無論是插入突變、缺失突變、剪接突變、移碼突變還是其他類型的突變，均是影響肽鏈準確的合成和正確的折疊，從而導致y+ LAT1 蛋白空間結構發生變化，使得該蛋白不能夠準確定位或形成有效的跨膜結構域，最終影響溶質的轉運，發生LPI。

3.2 SLC7A7 與急性T 淋巴細胞白血病(T-ALL)

急性T 淋巴細胞白血病是一種B 或T 細胞在骨髓內異常增生的惡性腫瘤性疾病，0-9 歲兒童多發。Xiaohui Ji[25]等研究發現，SLC7A7 在患有急性T 細胞淋巴白血病(T-ALL)的兒童的骨髓中的表達水平顯著高于正常兒童；體外試驗發現，轉染了SLC7A7過表達載體的jurkat 細胞的培養基中精氨酸的含量明顯增高，敲除組細胞的胞外精氨酸含量較對照組則顯著降低，研究結果證明SLC7A7 蛋白參與了將胞內精氨酸轉運至胞外的生物過程。精氨酸作為一種非必需堿性氨基酸在體內發揮著重要的作用，特別是在參與細胞信號傳導，T 細胞激活及免疫應答方面扮演者不可替代的角色[26]。當精氨酸缺乏時，T 細胞不能被有效地激活、增殖受阻以及無法產生細胞因子[27]。在細胞微環境中，當胞外精氨酸含量較低時，會導致T 淋巴細胞G0-G1 期阻滯以及降低T 淋巴細胞的反應性[28-29]。然而，Xiaohui Ji[25]等發現SLC7A7 的表達對jurkat 細胞的增殖并沒有顯著影響，而轉染了SLC7A7 過表達載體的jurkat 細胞發生凋亡的細胞數量顯著減少，轉染了敲除載體的jurkat 細胞凋亡則增多，說明SLC7A7 在介導jurkat 細胞的凋亡活動時發揮了重要作用。Blommaart 等研究發現，細胞內精氨酸含量的增加，能夠激活mTor 信號通路，引發細胞凋亡[30-32]，從而推測SLC7A7 是通過對精氨酸的轉運而參與細胞凋亡的。此外，Xiaohui Ji 等發現SLC7A7 能夠影響細胞周期，分子機制可能是SLC7A7 的高表達導致胞內精氨酸濃度降低[25]，使得細胞G1 期阻滯[28-29]。敲低SLC7A7 還能夠抑制腫瘤細胞的遷移和侵襲能力[25]。SLC7A7 的低表達使得精氨酸向胞外運輸的過程受阻，而L-精氨酸可以抑制CXCL12/CXCR4 信號通路轉導，從而抑制細胞的遷移和侵襲[33]。

mTor 信號通路是單細胞真核生物和動植物(包括人)中一條非常保守的信號轉導通路，參與調控細胞的生長和增值等重要生命過程。該通路中重要基因的突變和異常表達與多種人類疾病如癌癥、糖尿病等密切相關。氨基酸作為mTor 上游的調控因子對mTor 信號通路的激活十分重要，其中精氨酸和亮氨酸對該通路的激活作用最為有效[34]。SLC7A7 負責精氨酸的轉運，mTorC1 的精氨酸傳感器CASTOR1 可以特異性識別精氨酸，一旦CASTOR1 即與精氨酸結合，即可激活該信號通路，繼而影響細胞的增殖與凋亡[35]。CXCL12/ CXCR4 信號通路通過轉移、血管發生等方式參與腫瘤進程，CXCL12 的過表達可增加腫瘤細胞的侵襲和遷移能力，CXCR4 過表達則與淋巴結轉移和生存期短相關。L-精氨酸可抑制CXCL12/ CXCR4 信號通路的活性，所以SLC7A7 可通過對精氨酸的轉運間接影響CXCL12/ CXCR4 通路的信號傳導，從而影響腫瘤的轉移。由此可知，SLC7A7 對T-ALL 的作用是通過利用其自身對精氨酸的轉運功能來實現的，所以，SLC7A7 作為一種溶質轉運載體，有望成為 SLC7A7 高表達T-ALL 患者新的治療靶點。

3.3 SLC7A7 與惡性膠質瘤(GBM)

Songhua Fan[36]等研究發現，SLC7A7 基因的遺傳變異可能影響膠質瘤的易感性，特別是SLC7A7 的單核苷酸多態性(SNPs)與患膠質瘤的風險之間存在顯著的相關性，部分SNPs 的等位基因頻率在病例組與對照組間存在顯著差異，其中rs12433985 和rs2065134(SNP 的兩種類型)是膠質瘤顯著且獨立的風險因子，rs12433985 能夠顯著增加患惡性膠質母細胞瘤(GBM)的風險系數，但rs12433985 與低級別膠質瘤的相關性則不顯著(P=0.055)。在惡性膠質瘤中，SLC7A7 在腫瘤組織中的表達顯著高于正常組織，且SLC7A7 高表達患者的無進展生存期和總生存期明顯縮短，經統計學分析，顯示SLC7A7 可以作為惡性膠質瘤的獨立預后因子[37]。但Agnelli L[38]等發現，在多發性骨髓瘤中，SLC7A7 的高表達與患者的良好預后呈正相關。從現有的文獻報道看，SLC7A7在不同腫瘤中發揮不同的作用，有待進一步研究。

3.4 SLC7A7 與卵巢癌

卵巢癌是女性常見的惡性腫瘤之一。雖然對卵巢癌的研究日趨深入，但目前治療方式仍以早期手術治療、晚期癌細胞減滅術、手術輔以含鉑雙藥聯合化療及靶向治療為主，且腫瘤耐藥是大多數患者死亡的主要原因[39-42]。復發性卵巢癌分為鉑敏感性復發和鉑耐藥性復發，對于鉑耐藥性患者，鉑類單藥化療方法并非首選，但非鉑類藥物的作用效果卻十分有限[43-44]。Cheng L[45]等在對卵巢癌的研究中發現，SLC7A7 在腫瘤細胞的耐藥性方面發揮了重要作用，分子機制是SLC7A7 能夠轉運某些化療藥物進入腫瘤細胞以及調節腫瘤細胞對化療藥物的應答。因此SLC7A7 可能是一個提高卵巢癌細胞對化療藥物敏感性的一個新的治療靶點。

3.5 非小細胞肺癌(NSCLC)

肺癌是世界上常見的惡性腫瘤之一，且已經成為癌癥相關死亡的主要原因之一，約有80%的肺癌為非小細胞肺癌[46]。非小細胞肺癌分為鱗狀細胞癌、大細胞癌、腺癌，其癌細胞具有生長分裂較慢，擴散轉移相對較晚的特點。罹患非小細胞肺癌的患者發現時多已處于中晚期，治愈的機會非常小。為探究SLC7A7 對非小細胞肺癌放療敏感性的作用，Xie L[47]等通過cDNA 微列陣分析檢測SLC7A7 的表達情況，發現其在輻射誘導的非小細胞肺癌輻射耐受細胞株(SPC-A1/R)中呈下調趨勢，提示SLC7A7 在抑制非小細胞肺癌的輻射耐受，提高腫瘤細胞對放療的敏感性等方面發揮了重要作用。

3.6 SLC7A7 與基底細胞癌

在基底細胞癌中，E.Tina[7]等通過cDNA 微列陣分析發現：，SLC7A5、SLC7A8、SLC7A7 及TDO2 在癌組織中呈現高表達，但RT-qPCR 試驗發現SLC7A7 在癌組織與正常組織中的表達并無顯著差異，且免疫組織化學試驗證明SLC7A7 在癌區細胞，上皮細胞，濾泡上皮細胞的表達水平普遍較低，而在正常表皮與腫瘤組織的表皮的顆粒層表現為強陽性。研究結果表明SLC7A7 在皮膚的角質化進程中發揮了一定的作用；結果統計分析發現，SLC7A7 在轉錄水平的表達與蛋白水平的表達并無相關性。表明SLC7A7 基因的表達情況在基底細胞癌的不同表達水平不一致，需要進一步研究。

4 結論與展望

疾病的發生、發展是多種因素共同作用的結果，包括遺傳、外部環境變化、生活習慣改變、基因突變和異常表達導致的信號通路調節異常以及腫瘤局部微環境的變化等，其中基因突變最為復雜，特別是在腫瘤的發生發展中，當某些重要的基因突變后，導致一些信號蛋白異常表達，繼而使得信號通路中的關鍵分子發生級聯式的改變，最終引發腫瘤細胞的凋亡減少、增殖遷移能力增強等一系列改變。近年來，精準醫療逐漸成為疾病治療的熱點，因此，尋找出關鍵的致病基因對疾病的治療就顯得十分重要。

SLC7A7 基因編碼的蛋白參與了一些重要的信號通路的調控，如mTor、CXCL12/CXCR4 等，其直接影響了細胞凋亡、細胞遷移和侵襲的能力。當SLC7A7 基因發生突變后，導致表達產物異常，蛋白質結構發生改變，使之無法在細胞膜上準確定位，嚴重阻礙了y+L 轉運系統的活性，最終引發LPI。所以，對SLC7A7 的深入研究對于治療LPI 具有重要的意義。SLC7A7 在T-ALL 異常高表達，可促進T-ALL 癌細胞的遷移和侵襲，進一步探索可作為治療T-ALL 的一個靶點。SLC7A7 在惡性膠質瘤中的異常高表達可用作惡性膠質瘤不良預后的判斷指標之一。此外，既往研究還表明SLC7A7 在腫瘤細胞耐藥性等方面發揮了重要作用。綜上所述，這些研究均預示著SLC7A7 潛在的臨床應用價值。但同時也發現SLC7A7 在不同疾病中發揮的作用并不相同，在相關疾病中的表達情況及其與疾病的相關性的研究還不夠充分，其參與疾病發生、發展的作用機制還不夠明確，有待進一步研究。