离子转运体26家族A2在消化系统及其疾病中表达和功能

文斌 牟兰兰 赵逵

(1遵义医科大学，贵州 遵义 563000；2遵义医科大学附属医院消化内科)

据癌症统计报告显示，癌症是人类的第二大死亡原因，其中结直肠癌的新发癌症发病率处于第三位(10.2%)，胃癌第五位(5.7%)；死亡率前五位中，消化系统肿瘤就占了三位(结肠直肠癌9.2%、胃癌8.2%、肝癌8.2%)；中国的消化系统癌症的新发病率与死亡率排名均靠前〔1,2〕。恶性肿瘤一直以来都是严重威胁中国人群健康的主要公共卫生问题之一，尽管关于恶性肿瘤的研究和治疗从未中断，但仍缺乏有效防治恶性肿瘤的手段。

近年来，关于离子转运功能在各部位疾病发生发展中作用的相关研究已成为热点，SLC26A2是阴离子转运体SLC26家族中的一员，主要在软骨发育不良方面进行了大量的研究〔3〕。研究发现SLC26A2在肠道疾病及其肿瘤的发生发展中扮演重要角色。本文对SLC26A2在消化系统及其疾病中的表达和功能进行综述。

1 SLC26阴离子转运体家族

离子跨膜转运在维持有机体中电解质及水的循环平衡、PH缓冲调节、营养与维生素吸收和二氧化碳转运等机制中有着重要的意义。溶质载体(SLC)蛋白大约有456个成员，将其划分为52个膜转运蛋白家族，其中SLC26家族作为人类基因组中的第二大膜蛋白群，通过编码多功能阴离子交换剂并形成阴离子通道，被视为阴离子的多功能转运蛋白，主要作用就是输送阴离子底物，转运的阴离子包括硫酸盐、氯化物、碳酸氢盐、碘化物、草酸盐和甲酸盐〔4～6〕。目前，已经证实了SLC26家族中有10种基因(SLC26A1～A11，A10为假基因)可编码成为阴离子转运蛋白，并且SLC26家族不同转运蛋白的失调会导致相应疾病的发生〔7〕。离子转运体26家族(SLC26)A1，又称硫酸盐阴离子转运蛋白Sat-1，主要存在于肝脏、肾脏、胰腺和脑，可转运硫酸盐和草酸盐。有研究发现，SLC26A1突变后会导致人体产生肾结石,然而这一结论却被另一项研究推翻，该研究发现SLC26A1缺乏后并不会导致草酸钙尿石症的发生，也无法调节肠道草酸盐的吸收与分泌〔8～10〕；SLC26A2(又称为萎缩性发育不良硫酸盐转运蛋白DTDST)转运硫酸盐和Cl-，在全身各组织中均有分布，其中在软骨和肠道中表达量最为丰富，研究证实SLC26A2突变后由于软骨细胞中蛋白多糖硫酸化不足导致4种类型的软骨发育不良(营养性发育不良、成骨Ⅱ型、ⅠB型软骨发育不全和多发型骨骺发育不良)〔11,12〕；Zhang等〔13〕发现了SLC26A3(又称先天性氯化物腹泻CLD或腺瘤下调基因DRA)在正常结肠上皮中大量表达，在精囊和汗腺等部位也有少量表达，在恶性肿瘤细胞中明显下调，并与SLC26A2转运蛋白有60%的相似，SLC26A3的主要功能是调节Cl-/HCO3-的转运，在突变的情况下会造成新生儿先天性氯化物腹泻，此外，还发现了SLC26A3失调与男性生育能力受损也存在着关联〔14,15〕；SLC26A4在甲状腺、肾脏以及耳蜗高表达，作为Cl-、HCO3-、OH-、I-和甲酸盐的阴离子转运体，SLC26A4的表达受阻与听力严重受损之间存在着密切的联系〔16～18〕；SLC26A5作为一种分子运动蛋白，发现只在耳蜗外毛细胞表达，虽然SLC26A4和SLC26A5基因在突变时都会导致耳聋，但其有不一致的功能特性〔19,20〕；SLC26A6主要在肾脏、胰腺和骨骼肌表达，担任转运Cl-、HCO3-、OH-、草酸盐和甲酸盐的功能，以前的观点认为SLC26A1与泌尿系肾结石的发生存在着联系，而近年来发现SLC26A6与肾结石的发生有着密切的联系〔21,22〕，有研究表明，SLC26A6上调后会促进正常肝细胞的恶性转化及肝癌细胞的增殖，SLC26A6下调能够抑制正常肝细胞及肝癌细胞的增殖，促进肝癌细胞的凋亡〔23〕；SLC26A7在肾脏、胎盘和睾丸等部位大量表达，主要转运Cl-，有研究发现，SLC26A7突变后，自身会成为甲状腺激素合成过程中的一个新缺陷〔24〕；SLC26A8(又称1-TAT1)完全由精母细胞和精子细胞表达，Qiu等〔25〕确定了SLC26A8蛋白能同时运输Cl-和硫酸盐，也可能具有运输草酸盐的能力，有研究发现SLC26A8的突变会导致人类弱精子症；SLC26A9主要在呼吸道和上消化道表达，转运Cl-、OH-和HCO3-等阴离子，有研究发现SLC26A9在近端十二指肠中对于介导HCO3-的分泌起着重要的作用，除此之外，SLC26A9功能失调与囊性纤维化相关性糖尿病的发生也有着非常显著的关联，发掘囊性纤维化相关性糖尿病的治疗也成为了热点研究〔26～28〕；目前为止，人们对SLC26A11的认识还处于探索阶段，只了解SLC26A11如同SLC26A2一样，可在很多部位表达，近期研究发现SLC26A11功能失调与细胞毒性脑水肿有关〔29〕。

2 SLC26A2在不同组织器官中的表达和功能

SLC26A2基因位于5号染色体上的5q32-q33.1，其编码的蛋白质含739个氨基酸，该蛋白具有N-糖基化位点和C-末端的14个跨膜结构，C-末端存在着硫酸盐转运蛋白和抗血清拮抗剂(STAS)结构域〔30,31〕。SLC26A2可编码萎缩性发育不良的硫酸盐转运蛋白(DTDST)，主要介导硫酸盐和Cl-等阴离子的交换〔32〕。SLC26A2主要在人的软骨和肠道中表达，在其他组织(包括软骨、小肠、结肠、胃、肝脏、肾脏、胎盘、汗腺、胰腺、支气管汗腺)也有一定的表达〔33〕。大量关于SLC26A2与软骨发育不良的研究表明，SLC26A2基因突变会导致不同程度的软骨发育不良及骨骼畸形〔4〕。早期有研究在非洲爪蟾卵母细胞和HEK293细胞中发现硫酸盐转运在DTDST介导的过程中并不依赖钠进行〔34,35〕。且Karniski〔35〕在大鼠实验中发现细胞外氯化物、草酸盐和碳酸氢盐都可以抑制大鼠DTDST介导的硫酸盐摄取，说明除了转运硫酸盐和氯化物，还可转运其他的阴离子。Simmons等〔36〕通过测定人类胎盘中的SLC26家族10个已知的硫酸盐转运蛋白mRNA的表达，发现SLC26A2的表达量最为丰富，人从胎儿时期就通过胎盘运输来自母体循环的硫酸盐，作为胎儿生长发育的重要营养物质，之后硫酸盐的获得主要通过饮食与含硫氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)在细胞质中分解代谢形成。在细胞质中，半胱氨酸被氧化为半胱氨酸-亚磺酸盐，通过转氨化形成亚磺酰丙酮酸，此物质可自发分解为丙酮酸和亚硫酸盐，接着又被亚硫酸盐氧化酶氧化成硫酸盐，成为机体硫酸盐的来源之一〔37〕。

无机硫酸盐(SO42-)是生物体内不可缺少的阴离子，人体内大部分的细胞都需要无机硫酸盐才能发挥正常的功能，并在有机体的生长发育过程中提供细胞生长的条件、细胞基质的合成、细胞膜的平衡、有机体内的生物合成及形成解毒物质的作用〔38〕。SO42-作为人血浆中第四丰富的阴离子，是细胞重要的常量营养素之一，更是生物体的主要硫源〔39〕。硫酸盐在机体中最重要的功能是参与翻译程序后蛋白的硫酸化。硫酸化是硫酸盐基团向不同底物的转移，此过程可发生在所有组织中(涉及蛋白质、脂质、激素和药等大分子)及结构成分的硫酸化(包括糖胺聚糖和硫酸脑苷脂)，对维持组织的正常结构和功能是必不可少的〔40〕。大量的物质参与和硫酸化的程度表明，该途径参与了有机体中内环境稳态的很多方面。且硫酸化过程参与内源性化合物的活化，如肝素、胃泌素、缩胆囊素和硫酸乙酰肝素〔41〕，上述研究均表明硫酸化过程在维持有机体内环境的稳态起着重要作用。一般无机形式的硫酸盐占90%～95%，反之，磺基缀合物仅占总硫酸盐的5%～10%，由于硫酸盐不能轻易穿过细胞的脂质双层，因而细胞内无机硫酸盐浓度取决于特定硫酸盐转运蛋白(如SLC26A2)的活性〔41〕。大分子硫酸化是翻译以后发生的事件，然而与其他翻译后修饰如糖基化、磷酸化、甲基化等相比研究却并不多。SLC26A2在目前主要被研究的是作为细胞膜的硫酸盐/氯化物反向转运体产生突变而引起一系列疾病，包括从非致命的矮小发育不良到全身性骨骼发育不全，甚至导致死亡等远期发展结果〔37〕。有研究发现SLC26A2在消化系统疾病中也有着重要作用，但SLC26A2是如何影响消化系统病理生理过程尚未明确。

3 SLC26A2在消化系统及疾病中的作用

3.1SLC26A2与胃 SLC26家族成员在胃黏膜转运碳酸氢盐、氯化物和硫酸盐等阴离子，其中硫酸盐的转运主要由SLC26A2来完成。研究发现在胃黏膜中，SLC26A2转运硫酸盐的过程受pH的调控， 当pH呈酸性，硫酸盐/2OH-的交换可介导大多数SO42-的吸收〔42〕。重点关注吸收的硫酸盐参与大分子蛋白的硫酸化，继而活化胃泌素(促胃液素)。胃泌素由胃窦G细胞分泌，主要是增强胃黏膜生长、促进胃动力及盐酸(HCl)分泌，且能结合壁细胞基底膜上的胆囊收缩素(CCK)B受体，继而诱导H+/K+腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的表达，促进盐酸分泌，继而导致胃食管反流病和胃溃疡〔43,44〕。有研究发现胃泌素的表达升高会促进胃癌细胞的增殖能力，在胃癌发生部位，CCKB受体明显上调，胃泌素显示出血管生成和抗凋亡特性〔43〕。另有研究认为SLC26A2可能通过影响细胞外基质(Ecm)关键蛋白的硫酸化进而破坏正常的Ecm，促进肿瘤细胞迁移〔45〕、增殖〔46〕和细胞黏附〔47〕，其中Versican(VCAN)基因编码蛋白是Ecm的主要成分之一。VCAN基因在胃癌中发挥着重要作用，并且被认为最有可能代表胃癌的新型预后生物标志物〔48〕。由以上研究得出，SLC26A2在胃组织中可能通过以下两方面发挥作用：一是SLC26A2在胃黏膜转运的硫酸盐能活化胃泌素，促进胃酸分泌，并导致胃食管反流和胃溃疡等；二是SLC26A2也可能通过影响Ecm关键蛋白(如VCAN基因编码蛋白)硫酸化继而促进胃癌发展。

3.2SLC26A2与肝 Dimberg等〔49〕通过肿瘤微阵列数据集结果发现，与多种肿瘤类型(包括肝细胞癌、肾母细胞瘤、胶质母细胞瘤、淋巴瘤、卵巢癌、乳腺癌、皮肤癌等)的正常组织比较，肿瘤组织中SLC26A2的表达明显增加。在人体肝细胞中硫酸盐吸收可通过钠依赖性和钠非依赖性的机制进行，其钠非依赖性吸收硫酸盐机制的转运速度及效果远远高于另一种机制,且SLC26A2是通过钠非依赖性介导硫酸盐转运。研究发现，在大鼠肝脏中阴离子转运体可介导硫酸盐与胞内阴离子(如羟基离子、碳酸氢盐)的反向转运，硫酸盐的主要功能即为大分子物质硫酸化提供原料，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为一种哺乳动物分泌的复合大分子，主要分布在细胞表面和细胞外基质，根据核心蛋白的差异分为4类：磷脂酰肌醇蛋白聚糖(Glypican)、多配体蛋白多糖(Syndecan)、基底膜蛋白多糖(Perlecan)和集聚蛋白多糖(Agrin)〔50〕。其中Glypican作为细胞表面的糖蛋白可通过糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定于外部细胞膜上，有研究证实其与肝细胞癌和其他癌症有关，并揭示Glypican可通过Wnt通路调节癌症的发展〔51〕。以上研究表明，SLC26A2可能通过转运硫酸盐，影响蛋白质硫酸化过程(如硫酸乙酰肝素硫酸化)，并通过硫酸乙酰肝素蛋白聚糖成员Glypican影响肿瘤细胞的增殖。

3.3SLC26A2与胰腺 研究发现SLC26A2在人胰腺组织中有一定表达且能转运硫酸盐。研究证实Wnt信号异常激活后在许多癌症的发生发展中起着重要的作用(包括胰腺癌)，而HSPG是Wnt信号传导中的一部分，其在细胞外与Wnt配体结合并调节它们与细胞表面上的信号转导受体相互作用，启动经典Wnt途径的激活，导致非磷酸化的β-catenin在细胞质中的积累，在转移至细胞核后，β-catenin与T细胞因子(TCF)/淋巴增强因子(LEF)转录因子家族成员形成复合物，并激活下游靶标〔52,53〕。上述研究表明，在胰腺组织中，SLC26A2可能通过影响HSPG硫酸化进而通过Wnt信号通路促进肿瘤细胞的增殖，但目前SLC26A2在胰腺中的研究相对较少，具体机制需进一步研究。

3.4SLC26A2与肠道 SLC26A2在肠道转运硫酸盐、氯化物、草酸盐和OH-等离子，维持着肠道阴离子转运的平衡。Haila等〔54〕发现SLC26A2主要在肠隐窝结构的上1/3的黏膜表面表达，此部位主要为杯状细胞和吸收性上皮细胞，具有吸收与分泌的功能，且隐窝底部并未发现SLC26A2的表达〔36〕。SLC26A2在肠道可由细胞外Cl-强烈激活，并从胞外吸收硫酸盐和草酸盐，同时排出氯化物和OH-，而且SLC26A2介导硫酸盐转运被氯化物和草酸盐顺势抑制〔32，55〕。最新研究发现低表达的SLC26A2在体外可促进结肠癌细胞增殖，并认为SLC26A2的表达下调对肿瘤在体内的转移有重要作用，一方面可能是由于Ecm关键蛋白的硫酸化，局部Ecm结构和成分改变通常伴随着疾病的进展，如致癌转化，另一方面也可能是因为细胞表面碳水化合物决定簇唾液酸路易斯(Lewisx)和唾液酸6-磺基-Lewisx的表达差异而促进肿瘤细胞增殖〔56～58〕。SLC26A2转运的硫酸盐可作为正常的肠上皮细胞表面Lewisx抗原的唾液酸基团硫酸化，在正常的肠上皮细胞能表达唾液酸6-磺基-Lewisx和二唾液酸Lewisa，无法表达唾液酸Lewisx，在结肠癌细胞中却高表达了碳水化合物决定簇唾液酸Lewisx，而唾液酸6-磺基-Lewisx的表达明显降低〔4,59〕。在正常的结肠上皮表达的唾液酸6-磺基-Lewisx在恶性转化后降低了SLC26A2的表达，也导致了唾液酸Lewisx的出现〔60〕。另外SLC26A2的表达下降，也使得硫酸盐转运蛋白的转运功能降低，出现硫酸盐及其他离子的紊乱，导致唾液酸化Lewisx的硫酸化反应普遍减少，继而引发硫酸乙酰肝素的6-0-硫酸化损失，并促进Wnt信号传导〔61〕。当硫酸乙酰肝素的6-0-硫酸化减少，会造成硫酸化衍生物唾液酸化6-磺基-Lewisx表达的下降及唾液酸化Lewisx的表达增加，其原因是表达在正常的肠上皮细胞上的唾液酸化6-磺基-Lewisx在发生恶性转化的时候该物质硫酸化失败，导致肿瘤细胞失去了该决定簇，由非硫酸化的唾液酸化Lewisx占据此位，并促进癌细胞增殖〔60〕。此外有研究表明，由于β-D-葡萄糖醛酸N-乙酰化(GlcNac)6-硫酸化减少会直接导致唾液酸Lewisx表达的增加，同时也明显的抑制唾液酸化6-磺基-Lewisx的表达，加剧肿瘤细胞的增殖〔62〕。且Lewisx可与血管选择素相互作用而发生血行转移，主要是通过自体作为血管选择素的特异性配体参与肿瘤细胞和内皮细胞的黏附，继而能促进血行转移和肿瘤血管形成，成为癌细胞恶性转移与扩散的生长优势〔63,64〕。唾液酸化Lewisx多糖的生理功能是作为选择素的配体的主要原因，不仅在结直肠，也在胰腺和胆道来源的肿瘤内皮细胞中发挥作用〔62〕。而唾液酸6-磺基-Lewisx和二唾液酸Lewisa是结肠黏膜巨噬细胞/树突状细胞中的免疫抑制分子唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素(Siglec)-7和Siglec-9的特异性配体，Siglec-7可避免过量的激活黏膜免疫细胞而抑制肿瘤细胞炎症因子环氧化酶(COX)-2的产生继而达到维持结肠黏膜免疫稳态的效果，并抑制肿瘤细胞的增殖〔65,66〕。Rapp等〔67〕发现N-糖基化起到支持SLC26A2表达的作用，包括稳定细胞表面蛋白、使错误折叠的蛋白得以在内质网中保留和保持转运蛋白的持续功能状态，当N-糖基化损失以后，细胞表面蛋白无法维护其自身的平衡，这些蛋白就可能出现内吞及降解，也出现了SLC26A2的表达下降。低表达的SLC26A2能促进大肠癌肿瘤细胞的生长，为肿瘤的恶性转变与增殖提供有利条件。

综上，SLC26A2在软骨发育不良及严重骨骼畸形方面研究较多，近年来关于SLC26A2与消化系统病理生理过程的联系成为研究热点。SLC26A2作为硫酸盐转运体，其自身及转运的硫酸盐均发挥着重要的作用，在维持机体正常稳态、大分子硫酸化及影响Wnt信号通路等机制是应该关注的焦点，可帮助人们更好认识消化系统疾病的发病机制，以期为临床靶向治疗提供依据。