離子轉運體26家族A2在消化系統(tǒng)及其疾病中表達和功能

文斌 牟蘭蘭 趙逵

(1遵義醫(yī)科大學，貴州 遵義 563000；2遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院消化內(nèi)科)

據(jù)癌癥統(tǒng)計報告顯示，癌癥是人類的第二大死亡原因，其中結直腸癌的新發(fā)癌癥發(fā)病率處于第三位(10.2%)，胃癌第五位(5.7%)；死亡率前五位中，消化系統(tǒng)腫瘤就占了三位(結腸直腸癌9.2%、胃癌8.2%、肝癌8.2%)；中國的消化系統(tǒng)癌癥的新發(fā)病率與死亡率排名均靠前〔1,2〕。惡性腫瘤一直以來都是嚴重威脅中國人群健康的主要公共衛(wèi)生問題之一，盡管關于惡性腫瘤的研究和治療從未中斷，但仍缺乏有效防治惡性腫瘤的手段。

近年來，關于離子轉運功能在各部位疾病發(fā)生發(fā)展中作用的相關研究已成為熱點，SLC26A2是陰離子轉運體SLC26家族中的一員，主要在軟骨發(fā)育不良方面進行了大量的研究〔3〕。研究發(fā)現(xiàn)SLC26A2在腸道疾病及其腫瘤的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。本文對SLC26A2在消化系統(tǒng)及其疾病中的表達和功能進行綜述。

1 SLC26陰離子轉運體家族

離子跨膜轉運在維持有機體中電解質(zhì)及水的循環(huán)平衡、PH緩沖調(diào)節(jié)、營養(yǎng)與維生素吸收和二氧化碳轉運等機制中有著重要的意義。溶質(zhì)載體(SLC)蛋白大約有456個成員，將其劃分為52個膜轉運蛋白家族，其中SLC26家族作為人類基因組中的第二大膜蛋白群，通過編碼多功能陰離子交換劑并形成陰離子通道，被視為陰離子的多功能轉運蛋白，主要作用就是輸送陰離子底物，轉運的陰離子包括硫酸鹽、氯化物、碳酸氫鹽、碘化物、草酸鹽和甲酸鹽〔4～6〕。目前，已經(jīng)證實了SLC26家族中有10種基因(SLC26A1～A11，A10為假基因)可編碼成為陰離子轉運蛋白，并且SLC26家族不同轉運蛋白的失調(diào)會導致相應疾病的發(fā)生〔7〕。離子轉運體26家族(SLC26)A1，又稱硫酸鹽陰離子轉運蛋白Sat-1，主要存在于肝臟、腎臟、胰腺和腦，可轉運硫酸鹽和草酸鹽。有研究發(fā)現(xiàn)，SLC26A1突變后會導致人體產(chǎn)生腎結石,然而這一結論卻被另一項研究推翻，該研究發(fā)現(xiàn)SLC26A1缺乏后并不會導致草酸鈣尿石癥的發(fā)生，也無法調(diào)節(jié)腸道草酸鹽的吸收與分泌〔8～10〕；SLC26A2(又稱為萎縮性發(fā)育不良硫酸鹽轉運蛋白DTDST)轉運硫酸鹽和Cl-，在全身各組織中均有分布，其中在軟骨和腸道中表達量最為豐富，研究證實SLC26A2突變后由于軟骨細胞中蛋白多糖硫酸化不足導致4種類型的軟骨發(fā)育不良(營養(yǎng)性發(fā)育不良、成骨Ⅱ型、ⅠB型軟骨發(fā)育不全和多發(fā)型骨骺發(fā)育不良)〔11,12〕；Zhang等〔13〕發(fā)現(xiàn)了SLC26A3(又稱先天性氯化物腹瀉CLD或腺瘤下調(diào)基因DRA)在正常結腸上皮中大量表達，在精囊和汗腺等部位也有少量表達，在惡性腫瘤細胞中明顯下調(diào)，并與SLC26A2轉運蛋白有60%的相似，SLC26A3的主要功能是調(diào)節(jié)Cl-/HCO3-的轉運，在突變的情況下會造成新生兒先天性氯化物腹瀉，此外，還發(fā)現(xiàn)了SLC26A3失調(diào)與男性生育能力受損也存在著關聯(lián)〔14,15〕；SLC26A4在甲狀腺、腎臟以及耳蝸高表達，作為Cl-、HCO3-、OH-、I-和甲酸鹽的陰離子轉運體，SLC26A4的表達受阻與聽力嚴重受損之間存在著密切的聯(lián)系〔16～18〕；SLC26A5作為一種分子運動蛋白，發(fā)現(xiàn)只在耳蝸外毛細胞表達，雖然SLC26A4和SLC26A5基因在突變時都會導致耳聾，但其有不一致的功能特性〔19,20〕；SLC26A6主要在腎臟、胰腺和骨骼肌表達，擔任轉運Cl-、HCO3-、OH-、草酸鹽和甲酸鹽的功能，以前的觀點認為SLC26A1與泌尿系腎結石的發(fā)生存在著聯(lián)系，而近年來發(fā)現(xiàn)SLC26A6與腎結石的發(fā)生有著密切的聯(lián)系〔21,22〕，有研究表明，SLC26A6上調(diào)后會促進正常肝細胞的惡性轉化及肝癌細胞的增殖，SLC26A6下調(diào)能夠抑制正常肝細胞及肝癌細胞的增殖，促進肝癌細胞的凋亡〔23〕；SLC26A7在腎臟、胎盤和睪丸等部位大量表達，主要轉運Cl-，有研究發(fā)現(xiàn)，SLC26A7突變后，自身會成為甲狀腺激素合成過程中的一個新缺陷〔24〕；SLC26A8(又稱1-TAT1)完全由精母細胞和精子細胞表達，Qiu等〔25〕確定了SLC26A8蛋白能同時運輸Cl-和硫酸鹽，也可能具有運輸草酸鹽的能力，有研究發(fā)現(xiàn)SLC26A8的突變會導致人類弱精子癥；SLC26A9主要在呼吸道和上消化道表達，轉運Cl-、OH-和HCO3-等陰離子，有研究發(fā)現(xiàn)SLC26A9在近端十二指腸中對于介導HCO3-的分泌起著重要的作用，除此之外，SLC26A9功能失調(diào)與囊性纖維化相關性糖尿病的發(fā)生也有著非常顯著的關聯(lián)，發(fā)掘囊性纖維化相關性糖尿病的治療也成為了熱點研究〔26～28〕；目前為止，人們對SLC26A11的認識還處于探索階段，只了解SLC26A11如同SLC26A2一樣，可在很多部位表達，近期研究發(fā)現(xiàn)SLC26A11功能失調(diào)與細胞毒性腦水腫有關〔29〕。

2 SLC26A2在不同組織器官中的表達和功能

SLC26A2基因位于5號染色體上的5q32-q33.1，其編碼的蛋白質(zhì)含739個氨基酸，該蛋白具有N-糖基化位點和C-末端的14個跨膜結構，C-末端存在著硫酸鹽轉運蛋白和抗血清拮抗劑(STAS)結構域〔30,31〕。SLC26A2可編碼萎縮性發(fā)育不良的硫酸鹽轉運蛋白(DTDST)，主要介導硫酸鹽和Cl-等陰離子的交換〔32〕。SLC26A2主要在人的軟骨和腸道中表達，在其他組織(包括軟骨、小腸、結腸、胃、肝臟、腎臟、胎盤、汗腺、胰腺、支氣管汗腺)也有一定的表達〔33〕。大量關于SLC26A2與軟骨發(fā)育不良的研究表明，SLC26A2基因突變會導致不同程度的軟骨發(fā)育不良及骨骼畸形〔4〕。早期有研究在非洲爪蟾卵母細胞和HEK293細胞中發(fā)現(xiàn)硫酸鹽轉運在DTDST介導的過程中并不依賴鈉進行〔34,35〕。且Karniski〔35〕在大鼠實驗中發(fā)現(xiàn)細胞外氯化物、草酸鹽和碳酸氫鹽都可以抑制大鼠DTDST介導的硫酸鹽攝取，說明除了轉運硫酸鹽和氯化物，還可轉運其他的陰離子。Simmons等〔36〕通過測定人類胎盤中的SLC26家族10個已知的硫酸鹽轉運蛋白mRNA的表達，發(fā)現(xiàn)SLC26A2的表達量最為豐富，人從胎兒時期就通過胎盤運輸來自母體循環(huán)的硫酸鹽，作為胎兒生長發(fā)育的重要營養(yǎng)物質(zhì)，之后硫酸鹽的獲得主要通過飲食與含硫氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)在細胞質(zhì)中分解代謝形成。在細胞質(zhì)中，半胱氨酸被氧化為半胱氨酸-亞磺酸鹽，通過轉氨化形成亞磺酰丙酮酸，此物質(zhì)可自發(fā)分解為丙酮酸和亞硫酸鹽，接著又被亞硫酸鹽氧化酶氧化成硫酸鹽，成為機體硫酸鹽的來源之一〔37〕。

無機硫酸鹽(SO42-)是生物體內(nèi)不可缺少的陰離子，人體內(nèi)大部分的細胞都需要無機硫酸鹽才能發(fā)揮正常的功能，并在有機體的生長發(fā)育過程中提供細胞生長的條件、細胞基質(zhì)的合成、細胞膜的平衡、有機體內(nèi)的生物合成及形成解毒物質(zhì)的作用〔38〕。SO42-作為人血漿中第四豐富的陰離子，是細胞重要的常量營養(yǎng)素之一，更是生物體的主要硫源〔39〕。硫酸鹽在機體中最重要的功能是參與翻譯程序后蛋白的硫酸化。硫酸化是硫酸鹽基團向不同底物的轉移，此過程可發(fā)生在所有組織中(涉及蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、激素和藥等大分子)及結構成分的硫酸化(包括糖胺聚糖和硫酸腦苷脂)，對維持組織的正常結構和功能是必不可少的〔40〕。大量的物質(zhì)參與和硫酸化的程度表明，該途徑參與了有機體中內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的很多方面。且硫酸化過程參與內(nèi)源性化合物的活化，如肝素、胃泌素、縮膽囊素和硫酸乙酰肝素〔41〕，上述研究均表明硫酸化過程在維持有機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)起著重要作用。一般無機形式的硫酸鹽占90%～95%，反之，磺基綴合物僅占總硫酸鹽的5%～10%，由于硫酸鹽不能輕易穿過細胞的脂質(zhì)雙層，因而細胞內(nèi)無機硫酸鹽濃度取決于特定硫酸鹽轉運蛋白(如SLC26A2)的活性〔41〕。大分子硫酸化是翻譯以后發(fā)生的事件，然而與其他翻譯后修飾如糖基化、磷酸化、甲基化等相比研究卻并不多。SLC26A2在目前主要被研究的是作為細胞膜的硫酸鹽/氯化物反向轉運體產(chǎn)生突變而引起一系列疾病，包括從非致命的矮小發(fā)育不良到全身性骨骼發(fā)育不全，甚至導致死亡等遠期發(fā)展結果〔37〕。有研究發(fā)現(xiàn)SLC26A2在消化系統(tǒng)疾病中也有著重要作用，但SLC26A2是如何影響消化系統(tǒng)病理生理過程尚未明確。

3 SLC26A2在消化系統(tǒng)及疾病中的作用

3.1SLC26A2與胃 SLC26家族成員在胃黏膜轉運碳酸氫鹽、氯化物和硫酸鹽等陰離子，其中硫酸鹽的轉運主要由SLC26A2來完成。研究發(fā)現(xiàn)在胃黏膜中，SLC26A2轉運硫酸鹽的過程受pH的調(diào)控， 當pH呈酸性，硫酸鹽/2OH-的交換可介導大多數(shù)SO42-的吸收〔42〕。重點關注吸收的硫酸鹽參與大分子蛋白的硫酸化，繼而活化胃泌素(促胃液素)。胃泌素由胃竇G細胞分泌，主要是增強胃黏膜生長、促進胃動力及鹽酸(HCl)分泌，且能結合壁細胞基底膜上的膽囊收縮素(CCK)B受體，繼而誘導H+/K+腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的表達，促進鹽酸分泌，繼而導致胃食管反流病和胃潰瘍〔43,44〕。有研究發(fā)現(xiàn)胃泌素的表達升高會促進胃癌細胞的增殖能力，在胃癌發(fā)生部位，CCKB受體明顯上調(diào)，胃泌素顯示出血管生成和抗凋亡特性〔43〕。另有研究認為SLC26A2可能通過影響細胞外基質(zhì)(Ecm)關鍵蛋白的硫酸化進而破壞正常的Ecm，促進腫瘤細胞遷移〔45〕、增殖〔46〕和細胞黏附〔47〕，其中Versican(VCAN)基因編碼蛋白是Ecm的主要成分之一。VCAN基因在胃癌中發(fā)揮著重要作用，并且被認為最有可能代表胃癌的新型預后生物標志物〔48〕。由以上研究得出，SLC26A2在胃組織中可能通過以下兩方面發(fā)揮作用：一是SLC26A2在胃黏膜轉運的硫酸鹽能活化胃泌素，促進胃酸分泌，并導致胃食管反流和胃潰瘍等；二是SLC26A2也可能通過影響Ecm關鍵蛋白(如VCAN基因編碼蛋白)硫酸化繼而促進胃癌發(fā)展。

3.2SLC26A2與肝 Dimberg等〔49〕通過腫瘤微陣列數(shù)據(jù)集結果發(fā)現(xiàn)，與多種腫瘤類型(包括肝細胞癌、腎母細胞瘤、膠質(zhì)母細胞瘤、淋巴瘤、卵巢癌、乳腺癌、皮膚癌等)的正常組織比較，腫瘤組織中SLC26A2的表達明顯增加。在人體肝細胞中硫酸鹽吸收可通過鈉依賴性和鈉非依賴性的機制進行，其鈉非依賴性吸收硫酸鹽機制的轉運速度及效果遠遠高于另一種機制,且SLC26A2是通過鈉非依賴性介導硫酸鹽轉運。研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠肝臟中陰離子轉運體可介導硫酸鹽與胞內(nèi)陰離子(如羥基離子、碳酸氫鹽)的反向轉運，硫酸鹽的主要功能即為大分子物質(zhì)硫酸化提供原料，并活化肝素、硫酸乙酰肝素等〔38〕。硫酸乙酰肝素是硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)合成的原料之一，硫酸乙酰肝素蛋白聚糖為一種哺乳動物分泌的復合大分子，主要分布在細胞表面和細胞外基質(zhì)，根據(jù)核心蛋白的差異分為4類：磷脂酰肌醇蛋白聚糖(Glypican)、多配體蛋白多糖(Syndecan)、基底膜蛋白多糖(Perlecan)和集聚蛋白多糖(Agrin)〔50〕。其中Glypican作為細胞表面的糖蛋白可通過糖基磷脂酰肌醇(GPI)錨定于外部細胞膜上，有研究證實其與肝細胞癌和其他癌癥有關，并揭示Glypican可通過Wnt通路調(diào)節(jié)癌癥的發(fā)展〔51〕。以上研究表明，SLC26A2可能通過轉運硫酸鹽，影響蛋白質(zhì)硫酸化過程(如硫酸乙酰肝素硫酸化)，并通過硫酸乙酰肝素蛋白聚糖成員Glypican影響腫瘤細胞的增殖。

3.3SLC26A2與胰腺 研究發(fā)現(xiàn)SLC26A2在人胰腺組織中有一定表達且能轉運硫酸鹽。研究證實Wnt信號異常激活后在許多癌癥的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用(包括胰腺癌)，而HSPG是Wnt信號傳導中的一部分，其在細胞外與Wnt配體結合并調(diào)節(jié)它們與細胞表面上的信號轉導受體相互作用，啟動經(jīng)典Wnt途徑的激活，導致非磷酸化的β-catenin在細胞質(zhì)中的積累，在轉移至細胞核后，β-catenin與T細胞因子(TCF)/淋巴增強因子(LEF)轉錄因子家族成員形成復合物，并激活下游靶標〔52,53〕。上述研究表明，在胰腺組織中，SLC26A2可能通過影響HSPG硫酸化進而通過Wnt信號通路促進腫瘤細胞的增殖，但目前SLC26A2在胰腺中的研究相對較少，具體機制需進一步研究。

3.4SLC26A2與腸道 SLC26A2在腸道轉運硫酸鹽、氯化物、草酸鹽和OH-等離子，維持著腸道陰離子轉運的平衡。Haila等〔54〕發(fā)現(xiàn)SLC26A2主要在腸隱窩結構的上1/3的黏膜表面表達，此部位主要為杯狀細胞和吸收性上皮細胞，具有吸收與分泌的功能，且隱窩底部并未發(fā)現(xiàn)SLC26A2的表達〔36〕。SLC26A2在腸道可由細胞外Cl-強烈激活，并從胞外吸收硫酸鹽和草酸鹽，同時排出氯化物和OH-，而且SLC26A2介導硫酸鹽轉運被氯化物和草酸鹽順勢抑制〔32，55〕。最新研究發(fā)現(xiàn)低表達的SLC26A2在體外可促進結腸癌細胞增殖，并認為SLC26A2的表達下調(diào)對腫瘤在體內(nèi)的轉移有重要作用，一方面可能是由于Ecm關鍵蛋白的硫酸化，局部Ecm結構和成分改變通常伴隨著疾病的進展，如致癌轉化，另一方面也可能是因為細胞表面碳水化合物決定簇唾液酸路易斯(Lewisx)和唾液酸6-磺基-Lewisx的表達差異而促進腫瘤細胞增殖〔56～58〕。SLC26A2轉運的硫酸鹽可作為正常的腸上皮細胞表面Lewisx抗原的唾液酸基團硫酸化，在正常的腸上皮細胞能表達唾液酸6-磺基-Lewisx和二唾液酸Lewisa，無法表達唾液酸Lewisx，在結腸癌細胞中卻高表達了碳水化合物決定簇唾液酸Lewisx，而唾液酸6-磺基-Lewisx的表達明顯降低〔4,59〕。在正常的結腸上皮表達的唾液酸6-磺基-Lewisx在惡性轉化后降低了SLC26A2的表達，也導致了唾液酸Lewisx的出現(xiàn)〔60〕。另外SLC26A2的表達下降，也使得硫酸鹽轉運蛋白的轉運功能降低，出現(xiàn)硫酸鹽及其他離子的紊亂，導致唾液酸化Lewisx的硫酸化反應普遍減少，繼而引發(fā)硫酸乙酰肝素的6-0-硫酸化損失，并促進Wnt信號傳導〔61〕。當硫酸乙酰肝素的6-0-硫酸化減少，會造成硫酸化衍生物唾液酸化6-磺基-Lewisx表達的下降及唾液酸化Lewisx的表達增加，其原因是表達在正常的腸上皮細胞上的唾液酸化6-磺基-Lewisx在發(fā)生惡性轉化的時候該物質(zhì)硫酸化失敗，導致腫瘤細胞失去了該決定簇，由非硫酸化的唾液酸化Lewisx占據(jù)此位，并促進癌細胞增殖〔60〕。此外有研究表明，由于β-D-葡萄糖醛酸N-乙酰化(GlcNac)6-硫酸化減少會直接導致唾液酸Lewisx表達的增加，同時也明顯的抑制唾液酸化6-磺基-Lewisx的表達，加劇腫瘤細胞的增殖〔62〕。且Lewisx可與血管選擇素相互作用而發(fā)生血行轉移，主要是通過自體作為血管選擇素的特異性配體參與腫瘤細胞和內(nèi)皮細胞的黏附，繼而能促進血行轉移和腫瘤血管形成，成為癌細胞惡性轉移與擴散的生長優(yōu)勢〔63,64〕。唾液酸化Lewisx多糖的生理功能是作為選擇素的配體的主要原因，不僅在結直腸，也在胰腺和膽道來源的腫瘤內(nèi)皮細胞中發(fā)揮作用〔62〕。而唾液酸6-磺基-Lewisx和二唾液酸Lewisa是結腸黏膜巨噬細胞/樹突狀細胞中的免疫抑制分子唾液酸結合免疫球蛋白樣凝集素(Siglec)-7和Siglec-9的特異性配體，Siglec-7可避免過量的激活黏膜免疫細胞而抑制腫瘤細胞炎癥因子環(huán)氧化酶(COX)-2的產(chǎn)生繼而達到維持結腸黏膜免疫穩(wěn)態(tài)的效果，并抑制腫瘤細胞的增殖〔65,66〕。Rapp等〔67〕發(fā)現(xiàn)N-糖基化起到支持SLC26A2表達的作用，包括穩(wěn)定細胞表面蛋白、使錯誤折疊的蛋白得以在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中保留和保持轉運蛋白的持續(xù)功能狀態(tài)，當N-糖基化損失以后，細胞表面蛋白無法維護其自身的平衡，這些蛋白就可能出現(xiàn)內(nèi)吞及降解，也出現(xiàn)了SLC26A2的表達下降。低表達的SLC26A2能促進大腸癌腫瘤細胞的生長，為腫瘤的惡性轉變與增殖提供有利條件。

綜上，SLC26A2在軟骨發(fā)育不良及嚴重骨骼畸形方面研究較多，近年來關于SLC26A2與消化系統(tǒng)病理生理過程的聯(lián)系成為研究熱點。SLC26A2作為硫酸鹽轉運體，其自身及轉運的硫酸鹽均發(fā)揮著重要的作用，在維持機體正常穩(wěn)態(tài)、大分子硫酸化及影響Wnt信號通路等機制是應該關注的焦點，可幫助人們更好認識消化系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制，以期為臨床靶向治療提供依據(jù)。