阴离子转运体Slc26a9在消化系统中的表达和功能及相关疾病的研究进展

刘雪梅，文国容，金 海，程晓明 综述，庹必光，李涛浪△ 审校

(1.遵义医学院附属医院消化内科，贵州遵义 563003；2.贵州省消化疾病研究所，贵州遵义 563003；3.遵义医学院附属医院甲乳外科，贵州遵义 563003)



·综 述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2017.19.040

阴离子转运体Slc26a9在消化系统中的表达和功能及相关疾病的研究进展

刘雪梅1，2，文国容1，2，金 海1，2，程晓明3综述，庹必光1,2▲，李涛浪3△审校

(1.遵义医学院附属医院消化内科，贵州遵义 563003；2.贵州省消化疾病研究所，贵州遵义 563003；3.遵义医学院附属医院甲乳外科，贵州遵义 563003)

Slc26a9；消化系统；生理功能；相关疾病状态

Slc26a9是新近发现的多功能阴离子转运家族中的一员，主要表达在肺[1]和胃[2]的黏膜上皮细胞上，通过不同的生理学功能模式参与调节氯离子(Cl-)和碳酸氢根离子(HCO3-)的转运。目前，已有的研究发现Slc26a9在不同器官中有着不同的生理功能，并与某些疾病的发生关系密切，但其在消化道中研究较少。本文就Slc26a基因家族的分类情况，Slc26a9在不同组织器官中的表达和可能的功能模式，在消化系统中的表达和最有可能扮演的生理学角色及其与消化道相关疾病发生、发展的关联进行综述和评论。旨在系统、全面地认识Slc26a9作为一个全新发现的阴离子转运体在消化系统中的重要作用，对于丰富消化道相关疾病的发病机制和寻求后续靶点治疗有着十分重要的科学价值和临床意义。

1 Slc26a基因多功能阴离子转运家族

Slc26a阴离子转运器是新近发现的多功能跨膜转运蛋白基因家族，对Cl-、HCO3-、硫酸根离子(SO42-)、碘离子(I-)等各种单价和二价阴离子进行跨膜转运，以此来调节机体的pH值和液体的分泌[3]。该基因家族共包含11个亚基，除了Slc26a10可能是假基因外，其余亚基根据转运特性可分成三大类[4]：第一类是选择性SO42-转运体，包括了Slc26a1和Slc26a2。Slc26a1表达在肝脏和肾脏的基底膜上[5-7]，是4,4′-二异硫氰酸二丙乙烯-2,2′-二磺酸(DIDS)敏感的SO42-转运体并伴有微量转运Cl-的功能[5]。Slc26a2在肾脏的近端小管和肠道中表达[8-10]，介导电中性的离子交换，接收SO42-、Cl-和草酸盐作为底物并兼有转运I-和硝酸根离子的功能[10]。第二类是一系列的Cl-/HCO3-转运体，包括Slc26a3、Slc26a4和Slc26a6，他们都表达在上皮细胞的黏膜侧细胞膜上，对于调节上皮细胞的Cl-和HCO3-转运有着十分重要的作用。Slc26a3最初由于其在结肠腺瘤和腺癌中表达下调故被定义为肿瘤的抑癌基因[11]，而其功能主要是在消化系统中作为Cl-/HCO3-转运体调节肠腔侧Cl-的吸收和HCO3-的分泌[12-14]，Slc26a3基因的突变会导致先天性氯离子腹泻[15]。Slc26a6广泛表达在各个器官中，其功能也主要取决于所表达的器官。在胰腺中，Slc26a6主要是调节HCO3-的分泌[16]，而在空肠中却扮演了调节HCO3-吸收的角色[17]。Slc26a4在肾脏中主要是转运阴离子和I-[18-20]。而该蛋白的突变与一些基因病如潘氏综合征和遗传性耳聋相关[4，20-21]。第三类是由Slc26a7和Slc26a9组成的离子通道。Slc26a7在肾脏和胃壁细胞的基底膜上表达[22-23]。Slc26a7的缺失导致了远端肾小管性酸中毒和胃酸缺乏[24]。Slc26a9主要在呼吸道[1]和上消化道[25]中表达，其具体的生理功能及其与相关疾病的关联将在本文中进行阐述。Slc26a5、Slc26a8、Slc26a11目前均未纳入以上三组分类，他们的生物学特性仍需要进一步研究。

2 Slc26a9在不同组织器官中的表达和功能

Slc26a9是Slc26家族中的一员，是在Slc26a家族中的其他亚型基础上进行的同源性克隆。Slc26a9定位于人类一号染色体上的1q31-32，编码791个氨基酸的蛋白质[26]。SLC26A9(人类)/Slc26a9(小鼠)主要表达在肺[26]和胃[2，27]的黏膜上皮上，少量表达在近端十二指肠[25]，极少量表达在远端十二指肠、胰腺[25]、肾脏[28]、神经系统[29]、生殖道[30]和前列腺[26]。以往的电生理研究通过测量表达有Slc26a9的非洲爪蟾卵母细胞、人胚胎肾(human embryonic kidney，HEK)细胞及COS-7细胞的电流，表明Slc26a9可以作为高选择性的Cl-通道同时对氢氧根离子(OH-)/HCO3-有少量的通透性，而这个功能在不同细胞中被WNK激酶和囊性纤维化跨膜电导调节因子(CFTR)调节[30-33]。另外，Loriol等[31]研究发现高浓度的HCO3-能够增强Slc26a9导电性。目前，对其功能的研究焦点主要在Slc26a9与CFTR之间的相互调节作用。大部分研究都发现Slc26a9在呼吸道中能增强CFTR的功能和活性[32，34]，而在不同状态下，Slc26a9的功能可被CFTR进行正负调节[33，35]。与此同时，通过在非洲爪蟾卵母细胞、HEK细胞和动物实验为基础的电生理研究发现了Slc26a9有可能具备三种功能模式：(1)Cl-通道[28，31-32，34-35]；(2)Cl-/HCO3-交换体[27，29，36]；(3)钠离子转运体[29]。此外，Slc26a9蛋白质还可以和不同的传导体共同作用对I-、葡萄糖、SO42-和钯离子等进行传导[30-31]。因此，目前Slc26a9确切的生理功能仍十分争议。

3 Slc26a9在消化道中的生理功能

在消化道中，Slc26a9主要集中表达在胃的壁细胞、表面上皮细胞和胃腺体深层细胞黏膜侧的细胞膜上，并与氢-钾腺苷三磷酸酶(H+/K+-ATP酶)的定位相同[2，27]。最初发现Slc26a9在胃表面细胞上表达并介导HCO3-的分泌，而该功能在体外可被铵根离子(NH4+)所抑制[27]。该结果的发表在当时产生了另一个科学疑问：既然NH4+能抑制Slc26a9的功能，而幽门螺杆菌感染时会产生大量的氨，是否在该疾病状态下Slc26a9的表达会减少；此外，是否可以解释幽门螺杆菌感染时导致的胃酸对胃黏膜的损伤及溃疡的形成是由Slc26a9转运HCO3-的功能被削弱而发生。然而，在之后的动物研究中却发现，幽门螺杆菌感染的小鼠胃表面细胞的mRNA和蛋白质较对照组均明显上调，这可能是为了克服由于幽门螺杆菌感染后慢性抑制Slc26a9介导的HCO3-分泌功能的代偿反应[37]。之后，Demitrack等[36]基于Slc26a9基因敲除小鼠模型，利用双光子共聚焦显微镜造成对小鼠胃黏膜的损伤，证实了在胃黏膜损伤时胃表面细胞上的Slc26a9可被激活，通过其阴离子转运功能来调节HCO3-的分泌。以上研究表明：在胃中Slc26a9可以作为Cl-/HCO3-转运体参与胃HCO3-分泌的调节，可能在胃黏膜保护机制中扮演重要角色。然而之后的报道却质疑了这种说法，首先是Xu等[2]利用Slc26a9基因敲除动物模型发现，Slc26a9基因的缺失导致了小鼠胃酸分泌的骤减，并伴有壁细胞管状囊泡的缺失，提出了在胃中Slc26a9也许是作为Cl-通道参与调节胃酸的分泌。此外，本研究小组发现：利用Ussing chamber实验测定胃窦部的HCO3-分泌和短路电流，Slc26a9基因敲除小鼠的各项数据较野生型小鼠明显增高(刘雪梅未发表的数据)，这表明虽然Slc26a9在胃窦中高表达[25]，但其缺失并未影响小鼠胃窦HCO3-的分泌和Cl-转运。显然，这并不支持Slc26a9的生理功能是作为Cl-/HCO3-转运体。因此，Slc26a9在胃中，乃至整个消化道中的生理功能仍需要进一步研究。

近期基因多态性分析发现Slc26a9基因单核苷酸多态性增加了囊性纤维化(cystic fibrosis，CF)所导致的婴儿胎粪性肠梗阻的发生风险[38]，研究者们对Slc26a9在肠道中的表达和功能进行了研究。早期研究显示，Slc26a9在十二指肠上有微弱的表达[27]，活体动物实验也发现Slc26a9基因的缺失导致了小鼠十二指肠的HCO3-分泌无论是基础状态下，还是在低酸刺激下抑或是前列腺素E2刺激下都锐减，这说明Slc26a9在十二指肠中对于酸诱导的HCO3-分泌有着十分重要的调节作用[39]。为了更好地了解Slc26a9在胃肠道中的表达和功能，本研究团队进行了更进一步的研究[25]。实验结果显示，Slc26a9在小鼠和人类胃肠道中的表达是一致的：主要表达在胃体、胃窦，其次是近端十二指肠，而在发生胎粪性肠梗阻的远端肠道(结肠和回肠)并无表达。本研究团队研究发现，尽管Slc26a9在近端十二指肠仅有微弱表达，但其缺失不仅使CFTR敲除小鼠的生存率锐减，还削弱了近端十二指肠HCO3-和水的分泌。这表明，Slc26a9对于调节近端十二指肠HCO3-的分泌起着至关重要的作用，而Slc26a9基因与胎粪性肠梗阻发生相关的原因可能是其缺失引起了上消化道功能的紊乱，导致了消化失调并削弱了消化道下游的信号[25]。作者认为，该项研究更为关键的是阐述了在近端十二指肠中对于介导HCO3-的分泌，Slc26a9具有以下几个可能的功能模式，这对丰富认知Slc26a9的生理作用有着十分重要的意义。(1)Cl-通道：基于Slc26a9是除CFTR以外的表达在十二指肠隐窝的离子通道[25]，故其可扮演一个类似于CFTR的Cl-通道与十二指肠黏膜上其他的Cl-/HCO3-交换体共同作用来调节HCO3-的分泌。(2)Cl-/HCO3-交换体：其本身可以充当一个交换体，与Cl-通道CFTR一起对HCO3-进行转运。(3)与在呼吸道中所报道的结果一致[32，34]，Slc26a9与CFTR在结构和功能上相互作用，Slc26a9加强了CFTR对十二指肠HCO3-分泌的作用。(4)基于Slc26a9在十二指肠隐窝表达，其可能与跨膜上皮的离子转运不直接相关，而是与细胞容积的调节、迁移、凋亡、分化相关，在这种情况下，其对离子转运的调节有可能是基于细胞生长和分化改变后的继发现象。

4 Slc26a9与消化系统疾病的关联

Slc26a9基因的变异可以导致某些消化道疾病的发生，目前的研究主要关注该基因与CF引起的相关消化道疾病之间的关系。CF是由于CFTR基因的突变导致的一组包括新生儿胎粪性肠梗阻、生长缓慢、胆汁分泌异常、慢性肺部感染及相关性糖尿病的遗传性疾病[40]。因在对Slc26a9生理功能的探寻中发现其与CFTR在结构和功能上相互作用，不仅能够激活CFTR的活性还能改变Slc26a9的功能[3]，故近年来人们越来越关注Slc26a9基因的变异是否与CF相关疾病存在关系。

Sun等[38]在Nature Genetics上报道，利用全基因组关联性分析发现了位于Slc26a9基因内区的rs4077468，该位点的突变增加了CF新生儿发生胎粪性肠梗阻的风险性[38]。随后，另一实验结果显示，通过测定循环免疫胰蛋白酶原发现了Slc26a9基因上的一个危险的等位基因位点rs7512462，其不仅增加了胎粪性肠梗阻的发生风险，同时与胰腺疾病的发病相关[41]。同期的研究中更加肯定了Slc26a9基因的单核苷酸多态性与囊性纤维化相关性糖尿病(cystic fibrosis related diabetes，CFRD)发病的直接关联[40]。令人惊讶的是，Slc26a9基因中两个处于完全连锁不平衡的核苷酸多态性(rs4077468、rs4077469)增加了CFRD的发病，但同样的基因改变在2型糖尿病的发病中却对机体起到了保护作用[40，42]。这一系列研究结果提示：在胰腺中，由于Slc26a9基因的突变使其作为Cl-通道功能出现异常，可能通过逐步破坏胰腺外分泌组织和削弱β细胞的功能来影响胰腺的外分泌功能；也可能是其本身通过调节胰岛素的分泌在糖代谢中起重要的调节作用[40]。因此，基于以上的发现和Slc26a9在胰腺中确实有表达[25]，以动物实验为基础的研究用于探寻Slc26a9对于胰腺内、外分泌功能的影响显得十分有意义。本研究团队利用Slc26a9基因敲除小鼠模型发现：相比正常野生型小鼠,在活体状态下Slc26a9基因敲除小鼠胰液的分泌和对葡萄糖的耐受均是显著降低的，这提示Slc26a9的缺失确实影响了胰腺的内、外分泌功能(李涛浪未发表的数据)。因此，作者相信随着研究的逐步深入，探寻Slc26a9影响胰腺功能的机制将很好地解释该基因的单核苷酸多态性与CF相关胎粪性肠梗阻及CFRD的关系。

而其他一些与CF不相关的消化系统疾病，如消化性溃疡和普通糖尿病的发病，虽然目前尚缺乏文献报道，但根据本研究团队的前期实验，作者认为上述消化系统疾病可能也与Slc26a9基因突变和功能的改变密切相关，而相关研究也是本研究团队未来的规划。作者相信相关的靶点治疗也应该是未来胃黏膜保护机制研究和糖尿病治疗的方向，这将会对相关疾病的诊治提供一个全新的切入点。

5 结 语

Slc26a9作为一个新近发现的基因，其在消化系统中的生理功能和与相关疾病的关联仍需更加深入的研究，这对丰富消化系统相关疾病发病机制的认识和新药物靶点的开发有着十分重要的科学意义和临床价值。

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国家自然科学基金资助项目(81560456,81660098，81572438)，贵州省科技计划项目(黔科合平台人才[2016]5608)，贵州省留学人员科技创新项目(黔人项目资助合同[2016]-14号)。 作者简介：刘雪梅(1983-)，副主任医师，博士/博士后，主要从事离子通道在消化道肿瘤及胃肠黏膜保护机制中作用的研究。△

，E-mail：0078029@sina.com；▲共同通信作者，E-mail：tuobiguang@aliyun.com。

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