MFSD2A在不同生理病理狀態下的作用和機制研究進展

馬 晟，肖 汀*

(國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫學研究中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院，分子腫瘤學國家重點實驗室，癌發生及預防分子機理北京市重點實驗室，北京100021)

2008年，Angers等[1]的研究首次發現主要促進因子超家族成員2a(major facilitator superfamily domain containing protein-2a，MFSD2A)的結構域，由12次跨膜的α-螺旋結構域組成，是一種屬于主要協同轉運蛋白超家族的轉運蛋白。MFSD2A基因主要表達于心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、肌肉、大腦和脊髓等組織，亞細胞定位于細胞膜和內質網[1]。隨著對MFSD2A的研究不斷深入，發現MFSD2A蛋白在腦組織中作為二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)的轉運體使其穿過腦血管上皮細胞進入大腦，并且可以促進腦血管內皮細胞間形成緊密連接，構成血腦屏障[2]。在大腦發育過程中，如果缺乏MFSD2A基因的表達，則會導致DHA無法轉運進入大腦，使得小鼠腦組織中神經元數量減少，形成小頭畸形，認知功能缺陷等[3]。MFSD2A還可以促進血視網膜屏障的形成，促進胎盤中滋養層細胞的融合和胎盤的發育[4]。此外，在許多神經系統疾病中，如蛛網膜下腔出血、慢性腦灌注不足、術后腦損傷、阿爾茨海默病等疾病中，通過檢測MFSD2A的表達水平，可判斷患者病情的嚴重程度。在腫瘤性疾病中，如胃癌、肝癌、肺癌等研究中發現，MFSD2A可以調節細胞周期，促進細胞凋亡，降低細胞侵襲能力[5]。因此，本文在回顧過往文獻的基礎上，對MFSD2A在機體各部位的生理、病理功能做出總結，為MFSD2A的進一步研究提供思路。

1 MFSD2A的結構與功能

MFSD2A是一種屬于主要協同轉運蛋白超家族的轉運蛋白，有12次跨膜的α-螺旋結構域。人類MFSD2A基因位于染色體1p33，長約14.3 kb，由14個外顯子和13個內含子組成[6]。MFSD2A基因編碼的蛋白由兩個相同的6次跨膜單元組成，是鈉依賴性溶血磷脂酰膽堿(lysophosphatidylcholine，LPC)的轉運體[7]，由530個氨基酸組成。在MFSD2A蛋白模型中，有12次跨膜的螺旋結合環，這代表在轉運過程中，MFSD2A蛋白具有向外開放、向外關閉、向內開放的3種狀態，這是轉運蛋白的結構基礎；在這個螺旋結合環中有3個保守的鈉結合位點，只有在鈉離子的協助下，轉運過程才能進行；還有3個獨特的結構：磷酸鹽頭基結合位點，容納疏水烴尾的疏水裂縫和穩定向外開放構象的3組離子鎖；Lys-436是MFSD2A蛋白上第436位的氨基酸賴氨酸，在轉運過程中發揮著關鍵作用，DHA通過與Lys-436結合，打開MFSD2A蛋白的空間結構，使得LPC-DHA復合物可以在MFSD2A轉運體腔內翻轉，從而實現跨膜轉運。

2 MFSD2A的生理學功能

2.1 MFSD2A參與血腦屏障的形成和維護

大腦的物質代謝活動需要非常穩定的內環境，因此會嚴格控制物質進出大腦，血腦屏障是控制物質進入大腦的主要途徑。血腦屏障主要由腦血管內皮細胞構成，血管內皮細胞之間是緊密連接結構。血管內皮細胞的胞吞胞吐速率極低，因此形成低通透性、高選擇性的血腦屏障。研究發現在小鼠胚胎期第15.5天開始，小鼠大腦中MFSD2A在血管內皮細胞中選擇性表達[2]，并且抑制血管內皮細胞的胞吞作用，使水溶性物質難以通過血腦屏障進入大腦。當選擇性敲除小鼠大腦MFSD2A基因時，小鼠大腦血管內皮細胞的胞吞作用會明顯增加，血腦屏障的通透性增高[8]。在MFSD2A基因突變的斑馬魚體內，也可以觀察到腦血管上皮細胞胞吞作用增加，血腦屏障通透性增高，形成局部腦水腫[9]。這些研究均證明MFSD2A在血腦屏障形成及維持的過程中起著關鍵的調控作用。進一步深入探究其機制發現MFSD2A的功能與PTEN/AKT/NEDD4-2/MFSD2A信號軸有關，敲除腦血管內皮細胞的PTEN基因，細胞的MFSD2A表達量降低，細胞通透性升高。PTEN/AKT信號通路可以抑制E3泛素連接酶NEDD4-2(neural precursor cell expressed developmentally down-regulated 4-2)對MFSD2A的降解，從而抑制血管內皮細胞的胞吞作用，因此PTEN/AKT/NEDD4-2/MFSD2A信號軸可以調節血腦屏障的通透性[10]。

2.2 MFSD2A參與二十二碳六烯酸等脂質的轉運

MFSD2A作為轉運蛋白，是血腦屏障中特殊的脂質轉運體。它可以將DHA以LPC-DHA復合物的形式轉運通過血腦屏障和血視網膜屏障進入大腦和視網膜[11]。DHA是一種不飽和脂肪酸，是大腦生長和發育的必需營養物質，但大腦無法合成DHA，所以依賴于MFSD2A將DHA轉運進入大腦。當選擇性敲除小鼠大腦中MFSD2A基因時，小鼠大腦中DHA含量顯著降低，海馬體和小腦中的神經元細胞數量減少，小鼠形成小頭畸形，認知功能缺陷，產生嚴重的焦慮癥狀。因此，MFSD2A是大腦轉運DHA所必需的。當減少大鼠食物中DHA含量時，大鼠大腦中MFSD2A的表達水平顯著降低，大鼠腦血管內皮細胞的胞吞作用也會顯著增強，血腦屏障通透性增高，而恢復DHA的飼養后，大鼠大腦中MFSD2A的表達量恢復正常水平，腦血管內皮細胞的胞吞作用減弱，血腦屏障通透性下降，證明MFSD2A通過DHA的運輸抑制腦血管內皮細胞的胞吞作用，從而促進自身的表達[3]。另有研究表明MFSD2A可以輔助大腦內皮細胞轉運鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)，MFSD2A和鞘脂轉運蛋白2(spinster homolog 2，Spns2)形成蛋白質復合物促進S1P的轉運，S1P又可以促進血腦屏障的形成和維持，三者形成正向的調控機制，維護血腦屏障的平衡[12]。

2.3 MFSD2A參與血視網膜屏障的形成

血視網膜屏障可以阻止大分子物質通過脈絡膜毛細血管進入視網膜，它主要由兩部分組成：視網膜血管內皮細胞和視網膜色素上皮細胞。當血視網膜屏障受損時，會引起視網膜水腫和視力障礙[11]。研究發現MFSD2A在小鼠胚胎期視網膜色素上皮中高度表達，且小鼠的感光細胞中富含DHA。其機制與Wnt/β-catenin/MFSD2A/CAV-1信號軸有 關，Wnt信號通過βcatenin依賴性方式激活MFSD2A的轉錄，抑制視網膜血管內皮細胞的胞吞作用。此外，Wnt信號通過微囊蛋白-1(caveolin-1，CAV-1)通路控制血管內皮細胞的胞吞作用[13]。研究表明在未成熟血管中抑制胞吞作用，會使得內皮細胞通透性降低，但此時內皮細胞間的緊密連接已經形成，因此抑制胞吞作用是血視網膜屏障形成的主要原因[14]。在全身敲除MFSD2A基因的小鼠實驗中，小鼠眼睛的感光細胞中DHA含量減少，含有花生四烯酸的磷脂補償性增加，含有單不飽和脂肪酸的視黃醛含量增加，超長鏈脂肪酸含量減少，這雖然不影響光感受器對光的反應能力，但是不利于感光細胞的長期生存[15]。因此，MFSD2A的表達是小鼠眼睛感光細胞攝取DHA的重要途徑，并且可以影響到感光細胞的生存時長。

2.4 MFSD2A參與胎盤的發育

胎盤屏障是指在臍帶和胎盤的交界處，能夠使胎兒血液與母體血液交換營養物質，但隔絕胎兒和母體血液的屏障。MFSD2A在胎盤發育過程中也起著重要的調控作用。在胎盤發育過程中，胎盤滋養層細胞融合形成合體滋養層，這個過程受到合胞素-1和合胞素-2的調控。MFSD2A是合胞素-2的受體，轉錄因子膠質細胞缺失因子1(glial cell missing 1，GCM1)通過調控胎盤中的合胞素-2和MFSD2A的表達從而控制胎盤細胞的融合[4]。MFSD2A還參與胎盤屏障中DHA的轉運過程，通過對胎兒臍帶血中DHA含量及胎盤中MFSD2A含量的檢測發現，DHA的含量與胎盤中MFSD2A的含量呈正相關，因此MFSD2A參與血胎屏障中DHA的運輸過程[16]。

2.5 MFSD2A參與棕色脂肪組織的代謝

在寒冷環境中，機體通過增加產熱維持體溫。在棕色脂肪組織中可以觀察到，MFSD2A的表達量升高。而在寒冷環境刺激下，機體的產熱依賴于β-腎上腺素能。因此，在對小鼠注射β-腎上腺素能誘導劑的時候，可以觀察到棕色脂肪中MFSD2A的表達明顯上升，棕色脂肪代謝旺盛。而對敲除β-腎上腺素能受體的小鼠注射誘導劑，則棕色脂肪中MFSD2A的表達量無變化。所以在棕色脂肪遇冷產熱的過程中，β-腎上腺素會影響MFSD2A的表達，進而調控棕色脂肪的代謝，影響機體產熱[6]。

3 MFSD2A在疾病中的作用

3.1 MFSD2A在神經系統疾病中的作用

MFSD2A是構成血腦屏障的主要組成部分，所以在許多神經系統疾病中，均可以看到因為血腦屏障的損傷，導致腦內滲透壓改變，引發一系列的神經系統癥狀。因此，在許多神經系統疾病的發生過程中，MFSD2A起著非常重要的作用。比如在蛛網膜下腔出血(SAH)的大鼠模型中發現血腦屏障的破壞是引起腦損傷的主要原因之一。在SAH后，大鼠大腦中MFSD2A的表達量顯著降低，于72 h后達到最低水平，此時大腦的血腦屏障被嚴重破壞，大腦的胞吞作用顯著增強，大鼠嘔吐加重，躁動不安，嗜睡甚至昏迷，72 h后MFSD2A的表達量逐漸恢復，大腦的血腦屏障功能也逐漸恢復[3]。在小鼠實驗中也證實MFSD2A通過抑制腦出血后的胞吞作用，進而抑制血腦屏障通透性的改變，保護大腦內環境穩態[17]。

在慢性腦灌注不足(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)的大鼠中也可以看到MFSD2A的表達量下降。CCH可以引起大鼠學習能力下降，記憶功能損傷，認知功能障礙，血腦屏障通透性增加。當MFSD2A過表達時，大鼠腦血管內皮細胞的胞吞作用顯著降低，血腦屏障通透性降低，從而減輕CCH大鼠的血腦屏障損傷，改善其認知功能[18]。

手術后腦損傷(sepsis induced IPH，SBI)是腦手術后因為血腦屏障被破壞而形成的腦水腫，是腦外科手術后常見的并發癥之一。大鼠腦手術后，可以觀察到手術區周圍MFSD2A的表達水平顯著降低，CAV-1、NRF-2和HO-1水平升高。當MFSD2A過表達時，MFSD2A可以通過CAV-1/NRF-2/HO-1信號通路減弱大鼠SBI中血腦屏障的受損程度，大鼠腦水腫減輕、神經功能障礙減弱、CAV-1表達減少、KEAP-1/NRF-2解離增加、NRF-2和HO-1表達水平均增加，使得血腦屏障通透性減弱[19]。

燒傷后患者也經常出現神經系統綜合征，如腦水腫等。對燒傷患者的研究發現患者體內MFSD2A的表達降低，血腦屏障的通透性增高，所以引起腦水腫等神經系統癥狀[20]。

在阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)患者中發現MFSD2A的表達量與患者的病情嚴重程度呈負相關。AD是一種進行性神經退行性疾病，主要癥狀有認知功能障礙、學習和記憶功能喪失、影響大腦皮質和海馬體區域的神經變性，其主要特點是血脂中DHA水平較低，因此，MFSD2A可能是AD潛在的診斷及治療靶點。在CCH模型的AD小鼠中發現，CCH可以促進β-淀粉樣蛋白的沉積，加快腦血管淀粉樣病變，降低MFSD2A的表達[21]。長期補充魚油可以改善AD的早期病理學變化，而這些患者的血清中MFSD2A的含量升高。大量飲酒是AD的主要危險因素，實驗表明長期飲酒會加速人體認知能力下降，MFSD2A表達量下降，增加血腦屏障通透性，這些情況均表明MFSD2A與AD的進展關系密切，有可能成為AD治療的突破點[22]。

在對嬰兒小頭畸形的研究中發現，這些患者均有MFSD2A等位基因突變，而這些患兒在影像中顯示有不同程度的腦白質減少、腦室擴大、胼胝體及腦橋發育不全，肌張力減弱，四肢痙攣，智力發育障礙等，大腦中DHA含量明顯降低。孕婦在懷孕期間感染寨卡病毒，會增加產后小頭畸形的風險。在小鼠實驗中，寨卡病毒包膜(E)蛋白可以與MFSD2A特異性結合，促進MFSD2A泛素化，導致MFSD2A蛋白降解，并且實驗發現感染寨卡病毒后，小鼠胎仔腦中DHA含量明顯降低，而補充DHA可以降低小鼠胎仔的生長受限率和小頭畸形率[23]。

上述的神經系統的疾病中，均發現MFSD2A的異常表達，改變了腦血管內皮細胞的通透性，也影響了DHA的轉運，最后導致許多神經系統疾病，影響神經系統的發育。

3.2 MFSD2A在糖尿病中的作用

我國的糖尿病患者人數逐年增長，糖尿病的并發癥一直是研究的重點。在糖尿病視網膜病變的患者中發現DHA飲食與MFSD2A過表達聯合治療可明顯抑制視網膜上產生異常的新生血管，降低視網膜上血管的通透性，有效延緩糖尿病視網膜病變的進程[24]。在對妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)患者的研究中發現GDM母親臍帶血中的DHA水平較低[25]，新生兒頭圍小于正常母親分娩的新生兒頭圍。因此，懷孕期間母體血液中MFSD2A水平的改變會影響胎盤營養物質的轉運和胎兒的神經發育，而孕期母體血液MFSD2A蛋白表達水平也可以用于判斷早期胎兒神經發育程度的生物標志物[26]。

3.3 MFSD2A在免疫系統中的作用

研究發現MFSD2A可以影響免疫反應的強度，在活化的CD8+T細胞中，MFSD2A的表達量升高，有助于維持記憶性CD8+T細胞的數量。在敲除MFSD2A基因的小鼠中，可以觀察到記憶性CD8+T細胞的數量較低，且發生重復感染的概率要高于正常小鼠[27]。

MFSD2A還可以通過調節DHA的攝取，促進炎癥消退信號通路，降低潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis，UC)的發病率。在小鼠實驗中，MFSD2A過表達的結腸炎小鼠在炎癥部位也有表達，且具有轉運DHA的能力，使小鼠結腸炎緩解。因此MFSD2A是一個治療潰瘍性結腸炎的潛在靶點[28]。

3.4 MFSD2A在腫瘤中的作用

關于MFSD2A在腫瘤中的研究中尚處于初始狀態，目前研究表明MFSD2A可以調控細胞的生長、增殖、侵襲，促進細胞的凋亡。對胃癌患者的研究表明，MFSD2A表達量高的患者預后明顯優于MFSD2A表達量低的患者。因此，MFSD2A可能有助于預測胃癌患者的預后[29]。

在轉移性腦腫瘤的研究中發現，癌細胞可以通過抑制MFSD2A的表達，增加血腦屏障的通透性，促進腫瘤的發生和轉移。同時，研究發現在星形膠質細胞中，TGF-β和bFGF信號通路可以調控MFSD2A的表達。因此，通過恢復腫瘤微環境中DHA代謝，促進MFSD2A的表達，可能是一種新的抑制腫瘤腦轉移的治療策略[30]。

對肺癌患者的研究表明，由于MFSD2A基因位于連鎖不平衡區域，這片區域包含MYCL1基因，所以MFSD2A可能與肺癌的進展及預后有關[31]。在肺癌細胞的體外試驗中發現MFSD2A可以誘導肺癌細胞停滯在G1期，使得肺癌細胞體外黏附效應和遷移能力減弱，體外肺癌細胞集落數顯著減少。在對肺腺癌轉錄組數據分析表明，MFSD2A表達量越高，患者總生存期越長[32]，所以MFSD2A可能是一種新型的肺癌抑制基因。

肝癌細胞的研究中發現MFSD2A過表達可以顯著抑制細胞增殖，促進細胞凋亡，降低細胞侵襲能力，而MFSD2A敲降的肝癌細胞，可得出相反的結果。因此，MFSD2A可能在肝癌的發生及發展中起到抑癌基因的作用[33]。對肝細胞肝癌的樣本分析顯示，MFSD2A表達量低的樣本，組織分化較差，且患者生存期比表達量高的患者短，證明MFSD2A可以用于預測肝細胞癌患者的預后[5]。

因此，在許多腫瘤的研究中都發現MFSD2A對腫瘤的發生起著重要的作用，但其作用機制還有待進一步研究。

4 問題與展望

MFSD2A是一種轉運相關蛋白，同時在維持血腦屏障的低通透性中發揮著重要作用。目前MFSD2A在血腦屏障、DHA轉運、促進細胞融合、細胞生長調控方面有著比較深入的研究，但是對其轉運機制仍然存在許多值得探索的地方，比如，MFSD2A在腫瘤中發生、演進中的功能研究；MFSD2A在治療結腸炎中發揮作用的機制；MFSD2A在免疫系統中是通過什么樣的方式調控T細胞的表達；MFSD2A作為轉運蛋白，在針對MFSD2A突變引起的疾病中，應該以什么樣的藥物去治療；作為控制血腦屏障通透性的靶點分子，如何應用于針對腦部藥物，這些問題都值得我們繼續深入研究。