SLC22A家族在肝脏生理病理作用中的研究进展

张颖，庹必光

遵义医科大学，贵州遵义563000

溶质载体家族22(SLC22A家族)由两大亚家族组成：OATs和OCTs，两大亚家族又可进一步分为三个子类，分别被命名为OAT、OAT样、OAT相关及OCT、OCTN、OCT/OCTN相关[1]。最初在进行肾清除研究时发现了SLC22A，随着研究深入，在其他(肝脏、肾脏、脑和心脏等)组织中也发现了其存在[1]。SLC22A对维持机体内环境稳态及正常的生理功能具有重要意义，且与癌症、心脑血管疾病、消化系统疾病、药物成瘾及中枢神经系统疾病的治疗密切相关，尤其是在肝癌中，部分SLC22A可出现异常表达，可作为肝癌早期诊断和临床治疗的生物标志物，而肝癌又是我国常见恶性肿瘤之一，患者治疗效果不佳、预后差，多数患者死于肿瘤转移及复发。因此早期诊断、个性化治疗方案、开发靶向治疗药物及解决化疗耐药性是目前肝癌迫切需解决的问题。现将SLC22A家族在肝脏病理生理中作用研究进展综述如下。除非另有说明，本综述中所包括的所有信息都只涉及人类有机离子转运蛋白。

1 SLC22A家族概述

SLC22A家族成员多在机体上皮组织和(或)生理屏障中表达，且后面多具有类似的12个跨膜α-螺旋结构域(TMD)。在TMD1和TMD2间存在延伸的细胞外环，TMD6和TMD7间存在延伸的细胞内环，细胞外环有糖基化位点并介导同种寡聚[1]，而细胞内环参与转录后调控；TMD9和TMD10中的一些碱基序列含有对蛋白的转运活性至关重要的氨基酸，但该家族成员的遗传变异程度不同。

1.1 转录调控 研究已证实部分SLC22A可被转录调控。肝细胞核因子(HNF)-4α、HNF-1α能调节肝脏和其他组织中的药物代谢酶，且在部分SLC22(OAT1、OAT2、OAT3、URAT1和OCT1)转运体的调节中起重要作用。其中HNF-1α可通过近端启动子中假定的HNF-1α结合元件激活人肝源细胞中的OAT1、OAT3、OAT5、OAT7表达；当敲除HNF-1α时，发现小鼠肝肾中的OAT2表达降低，证实HNF-1α在OAT2中有转录调节作用。另一个肝特异性核受体转录因子HNF-4α，是配体依赖性转录因子的核受体超家族成员，主要参与多种肝脏特异基因的调控。其反式激活了人OAT1、OAT2启动子，通过含有HNF-4α结合位点的荧光素酶连接的OAT2启动子片段对在Huh7细胞(肝癌细胞)中共表达的HNF-4α进行反式激活，但抑制内源性HNF-4α表达的siRNA可降低Huh7细胞中内源性OAT2表达。由于HNF-4α是胆汁酸介导的基因转录抑制的已知靶标，当用合成的法尼醇X受体激动剂GW4064处理Huh7细胞时，结果显示Huh7细胞OAT2 mRNA、蛋白表达及HNF-4α的核结合活性降低。因此OAT2基因可能依赖于HNF-4α的调控，而且可通过胆汁酸来抑制HNF-4α，从而抑制OAT2基因表达。由此分析，与细胞内胆汁酸水平升高相关的疾病，OAT2底物的肝摄取都可能会降低。

1.2 基因多态性 OCT亚家族的成员高度多态，而OAT的遗传变异较少，其中人类OAT2(SLC22A7)存在几个特定种族的单核苷酸多态性(SNP)，但缺乏对SLC22A7基因多态性及功能活动影响的认识，仅有的研究显示SLC22A7编码区的多态性可能对药物配置的个体间变异无影响。而Shin等[2]在人类肝脏样本中发现，OAT2表达与SLC22A7基因型无关。虽然已在健康的肝脏、肾脏和胰腺组织中检测到一种含有OAT2的额外核苷酸序列，且表达比例与野生型转运体大致相同，但该剪接变体却缺乏转运活性。目前几乎找不到OAT2已知基因型的临床相关性，因此基因多态性可能不是影响OAT2表达和转运活性变化的重要决定因素。除此之外，非遗传因素(性别、年龄、术前用药等)和SLC22A9变异体对个体间变异亦无显著影响。

与OATs基因多态性不同的是，OCTs的变异体可改变其功能状态，其中有降低转运活性和(或)改变底物选择性的变异体会影响OCT亚家族转运的某些底物和外源性药物在肝脏中排泄、毒性处置。如OCT1的变异所导致的OCT1功能丧失，可能影响OCT1的mRNA表达[3]，从而影响OCT1底物及外源性药物在肝脏中的代谢；而在携带无功能性的OCT1等位基因的患者中，发现OCT3的mRNA表达显著降低[4]。因此，由于SNP的存在，部分SLC22A在药物配置方面受到变异体的影响，这些变异体的活性变化会影响肝脏的药物代谢和靶组织摄取，当转运相关的功能改变时可显著影响突变患者治疗的有效性和毒性。

2 SLC22A家族在肝脏中的生理作用

包括许多药物在内的其他内源性和异生素都是有机阴离子或阳离子，其处置和消除取决于溶质载体(SLC)转运体和ATP结合盒(ABC)转运体。ABC转运体普遍被认为是底物流出的原因，而SLC转运体则介导底物进入细胞，它包含有机阴离子转运多肽(OATPs)、有机阴离子转运体(OATs)和有机阳离子(OCTs)，介导了药物在肝脏的提取程度。其中SLC22A家族又被称为药物转运体，这是由于肝细胞除了是多数药物生物转化和清除的位点外，还是部分SLC22A所转运药物的药理靶点，而SLC22A在肝脏药物代谢中起重要的作用。如临床上广泛使用的阴离子药物(β-内酰胺类抗生素、利尿剂、非甾体类抗炎药物、核苷类抗病毒药物和抗癌药物)均为OATs的底物。除此之外，临床一些重要的药物也与OCT相互作用，如抗逆转录病毒药物、抗感染药物、平喘药、抗抑郁药、抗糖尿病药、麻醉剂等。

2.1 二甲双胍 二甲双胍是第一个被认定为OCT1底物的胍衍生物，由肝脏和肠道通过OCT1摄取，而OCT1介导肝细胞摄取二甲双胍是机体降血糖作用的必要条件。由于胰岛素和瘦素水平的增加可有助于诱导肝脏OCT1表达，因此高脂饮食型肥胖患者肝脏出现OCT1的表达增加[5]，而该类患者使用二甲双胍后，二甲双胍在肝脏的分布也增加，因此二甲双胍的药物代谢可能依赖于OCT1的表达[6]。但OCT1的表达又与其SNP相关。基因分型表明SLC22A1(OCT1)基因中有200多个SNP，而大部分SNP不同程度地影响OCT1底物特异性或转运功能。其中蛋白质变异体S14F、R61C、S189L、G401S、420Del和G465R与二甲双胍摄取的减少或损失相关。而SLC22A1另一种变异体M408V可增加二甲双胍的内流，而且临床研究发现，对二甲双胍治疗无反应的患者与携带M408V的频率较低相关。此外，二甲双胍也属于OCT3的底物之一，OCT3敲除小鼠实验证实，OCT3参与二甲双胍的吸收和消除，并决定其生物利用度、清除和药理作用。

2.2 非甾体抗炎药 动物实验已证实，非甾体抗炎药(水杨酸和舒林达除外)在小鼠从体内清除的方式主要通过肝脏代谢(包括葡萄糖醛酸化)和胆汁排泄，小鼠肝细胞对酮洛芬、吲哚美辛和水杨酸的摄取活性等级顺序为吲哚美辛>酮洛芬>水杨酸，这是由于OAT2介导了吲哚美辛和酮洛芬作为高亲和力位点在肝脏被摄取。尽管动物实验证实，小鼠肝脏OAT2与非甾体抗炎药的相互作用，但人肝细胞对酮洛芬和吲哚美辛的肝吸收转运特性与大鼠肝细胞是不同的[7]。虽已知非甾体抗炎药是人体OAT2的转运底物，其在人肝脏中代谢率很高，一部分通过肝脏药物代谢的第一阶段和第二阶段，另一部分仅通过葡萄糖醛酸化(第二阶段)。但这不能解释OAT2介导肝细胞基底外侧的非甾体抗炎药摄取会诱导肝损伤的现象，还需进一步实验验证。

2.3 阿片类药物 OCT1介导肝细胞对吗啡和去甲基曲马多等阿片类镇痛药物的吸收。OCT1基因型可以调控吗啡和去甲基曲马多的配置。与野生型OCT1相比，OCT1变异体(M420del、R61C等)的转运能力非常有限，不能转运吗啡，同时还损害了去甲基曲马多转运。这是由于OCT1基因型在很大程度上决定了静脉注射吗啡的药动学，有功能缺陷的OCT1变异体可能导致吗啡清除率降低，从而使药物毒性发作的频率更高[8]。而且在携带功能丧失变异体的健康志愿者的血浆及中枢神经系统中也发现，去甲基曲马多呈现高浓度状态。这些都是OCT1变异体导致药物肝清除率降低的原因[9]。

2.4 其他药物 包括非诺特罗、舒马替坦、托烷司琼、昂丹司琼等。其中，非诺特罗是一种β2受体激动剂，OCT1对此类药物的介导，决定了此类药物从血液转移到肝脏的速度，并且控制该类药物在肝脏的清除率。OCT1也是抗偏头痛药物舒马体坦及镇吐药托烷司琼、昂丹司琼的高亲和力转运体，OCT1功能受损可限制这些药物的肝清除，从而提高其疗效。此外，OCT1还在H2受体拮抗剂雷尼替丁和法莫替丁的肠道吸收和肝脏配置中起重要作用[10]。而癫痫患者中OCT1-M408V多态性还与拉莫三嗪的血清浓度相关，因OCT1介导该药物在肝脏中的摄取[11]。

3 SLC22A家族在肝脏中的病理作用

3.1 SLC22A家族与肝癌 现已发现，人体中多数基因在肿瘤组织中表达失调，其中包括了部分SLC22A。它们的等位基因变异体与疾病发生(肿瘤进展)的各种修饰有关，还与抗癌药物的靶向作用有关。其中高甲基化是部分SLC22A基因表达下降的重要因素。这种由DNA甲基化引起的变化可能会改变基因的表达，从而导致肿瘤生长和进展中线粒体β-氧化的损害。如在肝癌细胞中，OCT1表达下调与启动子的甲基化增强有关，而且启动子内的高甲基化导致HepG2细胞(肝癌细胞)中OCTN2表达下调[12]，而在大鼠肝部分切除后肝转运体的调节作用的研究中证实，OCTN2和OCTN1属于肝再生过程中表达上调的一大类转运体，因此OCTN2表达下调可能会造成正常肝细胞的再生能力降低，最终为肝癌的发展提供有力条件。当这些基因出现表达改变后，除了会影响肿瘤的发生发展外，还进一步影响了肿瘤的化疗效果，如在肝癌细胞中SLC22A1、SLC22A3表达降低，导致抗癌药进入肿瘤细胞的量降低，从而使其药效减弱，肿瘤进展，患者的存活率下降[13]。

3.1.1 SLC22A对肝癌发生发展的影响 在对肝癌患者的癌组织中SLC22A1、SLC22A2和SLC22A3蛋白进行检测时，研究者仅检测到SLC22A1和SLC22A3的存在，而且在多数肝癌患者的肿瘤组织中，二者表达均出现下调状态，并且SLC22A1比SLC22A3的表达下调更明显[13]。此外，与SLC22A1高表达的肝细胞癌组织相比，SLC22A1低表达的肝细胞癌组织中表现出更高的SLC22A3表达，这与在正常肝组织中SLC22A1高表达和SLC22A3低表达的生理状态相反，这些研究表明肝细胞癌的发生与二者的表达失调有关，但二者的表达既不单独影响生存率，也不相互影响[13]。

尽管OCT1和OCT3表达对肝癌患者的生存率没有显著影响，但研究者发现OCT3敲除小鼠的肝脏肿瘤会表现出显著的高增殖、凋亡、纤维化、脂肪变性和炎症。而且Johanna等[14]研究证实，OCT3的缺失的确会使体内细胞过度增殖，并且使肝癌发病率升高，但OCT3的表达与病因、手术年龄或性别等非遗传因素并无相关性，而且研究指出肿瘤分级或组织学分期与SLC22A1表达亦无显著相关性。但在另一项研究中发现，OCT3敲除小鼠的JNK信号通路发生改变；而在此之前已有研究报道JNK1高激活状态的肝细胞癌组织中SLC22A1 mRNA表达降低，因此OCTs似乎可以通过改变JNK信号通路从而促进肝癌的发生发展，但其具体分子作用机制尚不清楚。

除OCTs外，研究发现在肝细胞窦膜上表达的OAT2可以转运乳清酸[15]，而乳清酸具有改善肝功能、促进肝细胞修复的作用，但当肝部分切除的大鼠长期暴露于富含乳清酸的饮食时，会导致肝细胞增殖突变或其他遗传事件的改变，最终促进肝癌的发生[16]。但近来研究显示，肝脏OAT2的低表达会促进肝部分切除术后患者肝癌的发生，OAT2高表达可预防肝部分切除术后患者肝癌的发生[17]。因此，针对这些存在差异的研究结果，除了进一步完善实验研究数据外，目前最好的建议是OAT2高表达的肝部分切除患者最好避免富含乳清酸的膳食。

3.1.2 SLC22A家族在肝癌诊断中的潜在作用 根据MFS的多变量分析结果，已将OAT2表达下降确定为肝脏多灶性肿瘤发生的独立风险因素，OAT2表达可能是判断肝癌预后和治疗的可靠生物标志物。而且人类肝脏中OAT2表达降低也是慢性丙型肝炎病毒(HCV)感染患者发生肝细胞癌的显著风险因素[18]，OAT2在慢性HCV组织标本中的表达可作为预测慢性HCV患者未来肝细胞癌发展的重要指标。在对日本非病毒性肝癌患者的一项研究中发现，在健康人和非病毒性肝癌患者中，rs2270860基因型和等位基因频率在日本人中存在显著差异，表明在OAT2基因编码区的整个序列中，rs2270860可能是日本非病毒性肝癌易感性的生物标志物[19]。

3.1.3 SLC22A家族在肝癌治疗中的作用 由转运体的SNP导致的药物摄取减少和(或)药物外流增加，是肿瘤对抗癌药物产生耐药的重要机制之一。尽管有研究指出目前克服肝癌化疗耐药性最有希望的策略之一是使用OCT1底物酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)，如厄洛替尼、吉非替尼、索拉菲尼等，但通过大量的临床研究发现，在TKIs中，除索拉菲尼外的其他抗肿瘤药物并未显示显著抗肿瘤作用或生存效益，因此索拉菲尼被认为是治疗晚期肝癌患者惟一的希望。研究发现,将OCT1转染到肝癌细胞中时，肝癌细胞对索拉非尼的毒性效应具有更高的敏感性，尽管临床研究数据分析表明其对肝癌患者的总体存活率的提高作用仍相当温和，但它却是惟一能提高肝癌患者总生存率的药物。而且相对于其他TKIs类药物，其在阻断肿瘤进展和血管生成的分子途径中发挥重要作用，可以用于晚期肝癌患者的全身治疗。除此之外，Daniel等[20]测定了60例接受索拉菲尼治疗的肝癌患者的OCT1基因表达，结果显示肿瘤内OCT1 mRNA的表达可能在以索拉非尼为基础的肝癌治疗中起预后生物标志物的作用，具有很好的应用前景，值得进一步研究。

3.1.4 SLC22A18在肝癌发生发展中的作用 针对SLC22A18，越来越多的证据表明该基因在人类多数肿瘤(乳腺癌、神经胶质瘤、肝癌等)组织中出现异常表达，在功能上，它可以在不同的恶性肿瘤中充当肿瘤抑制因子作用。但迄今为止，该基因在肝癌中的研究仍有限。研究发现，HepG2细胞(肝癌细胞)中敲除SLC22A18时，HepG2细胞的生长被抑制，通过添加游离脂肪酸又可恢复HepG2细胞的生长。而且SLC22A18的敲除还降低了胰岛素样生长因子结合蛋白(IGFBP-1)的表达，提高了HepG2细胞的侵袭能力[21]，当给予外源性IGFBP-1时可抑制SLC22A18基因敲除诱导的侵袭活性增加，因此SLC22A18的表达似乎可以影响肝癌细胞的生长及侵袭能力，但还需更多的实验研究数据来支持这一观点。

3.2 SLC22A家族与肝脏其他疾病

3.2.1 胆汁淤积症 在肝脏疾病中，转运体内源性底物会不可避免地从肝脏分流到肾脏，研究者需要了解药物对肾脏分泌的依赖程度，从而了解各类药物在人肝脏摄取及分流到肾脏的可能性。因此有研究者评估了胆汁淤积症(梗阻性或功能性)对肾脏OAT表达和功能的影响。而在所有模拟大鼠胆汁淤积的研究中，最一致的发现是OAT3表达上调，而OAT1表达根据肝损伤的持续时间和类型而变化。这可能是因为OAT3在胆汁酸过量暴露时出现了代偿性上调，这与OAT3介导的胆汁酸分泌转运有关，因此在诸如胆汁淤积等疾病状态下，OAT3可能比OAT 1更重要，但需要注意的是，胆汁酸对OAT3的潜在过载有可能会增加OAT3介导的药物出现消除受损现象。

3.2.2 慢性丙型病毒性肝炎 迄今为止，可以观察到OCT1表达在各种病理条件下被调节，而这些调节与各种细胞因子有关。其中促炎性细胞因子可减少OCT1表达，在慢性HCV患者肝脏中的OCT1出现下调的原因，至少部分与慢性HCV患者肝脏中促炎细胞因子的产生增加有关。

3.2.3 肝脏脂肪变性 OCT1除在上述疾病中发挥作用外，还可调节脂肪变性。硫胺素是OCT1的主要内源性底物，其功能主要是调节肝脏脂肪变性，硫胺素缺乏可促进能量传感器AMP活化激酶(AMPK)及其下游靶点乙酰辅酶A羧化酶的磷酸化。而在OCT1敲除小鼠实验中发现，OCT1的丢失导致AMP与ATP比值增加，激活了能量传感器AMPK，并显著降低健康和瘦素缺乏小鼠肝脏中甘油三酯水平，因此OCT1时通过调节能量状态在肝脂肪变性中起作用的[22]。

此外，当敲除SLC22A18后会增加HepG2细胞的侵袭性，但同时还发现SLC22A18基因敲除的HepG2细胞积累了富含甘油三酯的脂滴，并显示溶酶体/自噬蛋白的表达降低，表明脂质降解受到了抑制[21]，但SLC22A18是否对正常肝细胞的脂代谢调节具有影响，还需进一步研究。另外，由于OCTN2缺失而导致的遗传性疾病肉碱缺乏症(原发或继发性)的症状之一是脂肪肝，提示OCTN2正常转运肉碱也是维持肝脏正常脂代谢的一个重要条件。

3.2.4 肝硬化及其他肝损害 OCTN2对肉碱的转运失调除可引起肝脏脂代谢失调外，可能还与肝硬化的治疗有关，OCTN2可介导左旋肉碱的转运。此外，肝硬化的发生似乎与OAT2表达存在相关性，研究发现OAT2在人类肝脏中的表达被肝脏生长因子下调，而后者在暴发性肝衰竭或肝硬化患者中显著增加。麦角(ERGO)是OCTN1的特异性底物，非实质性肝细胞可能对有效摄取ERGO起关键作用，研究发现,当外源性给予ERGO时，可提高缺血和再灌注所致肝损伤动物的存活率。

综上所述，肝脏在内源性化合物和外源性物质代谢中起关键作用，肝脏转运体的功能受损可能对药物的配置和分布产生重要影响，尤其是SLC22A家族的转运功能受损。在肝癌中，由于部分SLC22A表达变化和SNP的存在，在实质上决定了对抗癌药物的反应，而且化疗耐药性还随着药物和放射治疗的进展而发展。因此未来的个体化治疗中将需动态监测这些变化，而且现代药理学必须考虑评估每个患者在健康肝脏和靶组织(尤其是肿瘤)中SLC22A表达及SNP存在的可能性，设计最佳个体化治疗方案。