MFSD2A在不同生理病理状态下的作用和机制研究进展

马 晟，肖 汀*

(国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院，分子肿瘤学国家重点实验室，癌发生及预防分子机理北京市重点实验室，北京100021)

2008年，Angers等[1]的研究首次发现主要促进因子超家族成员2a(major facilitator superfamily domain containing protein-2a，MFSD2A)的结构域，由12次跨膜的α-螺旋结构域组成，是一种属于主要协同转运蛋白超家族的转运蛋白。MFSD2A基因主要表达于心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、肌肉、大脑和脊髓等组织，亚细胞定位于细胞膜和内质网[1]。随着对MFSD2A的研究不断深入，发现MFSD2A蛋白在脑组织中作为二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)的转运体使其穿过脑血管上皮细胞进入大脑，并且可以促进脑血管内皮细胞间形成紧密连接，构成血脑屏障[2]。在大脑发育过程中，如果缺乏MFSD2A基因的表达，则会导致DHA无法转运进入大脑，使得小鼠脑组织中神经元数量减少，形成小头畸形，认知功能缺陷等[3]。MFSD2A还可以促进血视网膜屏障的形成，促进胎盘中滋养层细胞的融合和胎盘的发育[4]。此外，在许多神经系统疾病中，如蛛网膜下腔出血、慢性脑灌注不足、术后脑损伤、阿尔茨海默病等疾病中，通过检测MFSD2A的表达水平，可判断患者病情的严重程度。在肿瘤性疾病中，如胃癌、肝癌、肺癌等研究中发现，MFSD2A可以调节细胞周期，促进细胞凋亡，降低细胞侵袭能力[5]。因此，本文在回顾过往文献的基础上，对MFSD2A在机体各部位的生理、病理功能做出总结，为MFSD2A的进一步研究提供思路。

1 MFSD2A的结构与功能

MFSD2A是一种属于主要协同转运蛋白超家族的转运蛋白，有12次跨膜的α-螺旋结构域。人类MFSD2A基因位于染色体1p33，长约14.3 kb，由14个外显子和13个内含子组成[6]。MFSD2A基因编码的蛋白由两个相同的6次跨膜单元组成，是钠依赖性溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine，LPC)的转运体[7]，由530个氨基酸组成。在MFSD2A蛋白模型中，有12次跨膜的螺旋结合环，这代表在转运过程中，MFSD2A蛋白具有向外开放、向外关闭、向内开放的3种状态，这是转运蛋白的结构基础；在这个螺旋结合环中有3个保守的钠结合位点，只有在钠离子的协助下，转运过程才能进行；还有3个独特的结构：磷酸盐头基结合位点，容纳疏水烃尾的疏水裂缝和稳定向外开放构象的3组离子锁；Lys-436是MFSD2A蛋白上第436位的氨基酸赖氨酸，在转运过程中发挥着关键作用，DHA通过与Lys-436结合，打开MFSD2A蛋白的空间结构，使得LPC-DHA复合物可以在MFSD2A转运体腔内翻转，从而实现跨膜转运。

2 MFSD2A的生理学功能

2.1 MFSD2A参与血脑屏障的形成和维护

大脑的物质代谢活动需要非常稳定的内环境，因此会严格控制物质进出大脑，血脑屏障是控制物质进入大脑的主要途径。血脑屏障主要由脑血管内皮细胞构成，血管内皮细胞之间是紧密连接结构。血管内皮细胞的胞吞胞吐速率极低，因此形成低通透性、高选择性的血脑屏障。研究发现在小鼠胚胎期第15.5天开始，小鼠大脑中MFSD2A在血管内皮细胞中选择性表达[2]，并且抑制血管内皮细胞的胞吞作用，使水溶性物质难以通过血脑屏障进入大脑。当选择性敲除小鼠大脑MFSD2A基因时，小鼠大脑血管内皮细胞的胞吞作用会明显增加，血脑屏障的通透性增高[8]。在MFSD2A基因突变的斑马鱼体内，也可以观察到脑血管上皮细胞胞吞作用增加，血脑屏障通透性增高，形成局部脑水肿[9]。这些研究均证明MFSD2A在血脑屏障形成及维持的过程中起着关键的调控作用。进一步深入探究其机制发现MFSD2A的功能与PTEN/AKT/NEDD4-2/MFSD2A信号轴有关，敲除脑血管内皮细胞的PTEN基因，细胞的MFSD2A表达量降低，细胞通透性升高。PTEN/AKT信号通路可以抑制E3泛素连接酶NEDD4-2(neural precursor cell expressed developmentally down-regulated 4-2)对MFSD2A的降解，从而抑制血管内皮细胞的胞吞作用，因此PTEN/AKT/NEDD4-2/MFSD2A信号轴可以调节血脑屏障的通透性[10]。

2.2 MFSD2A参与二十二碳六烯酸等脂质的转运

MFSD2A作为转运蛋白，是血脑屏障中特殊的脂质转运体。它可以将DHA以LPC-DHA复合物的形式转运通过血脑屏障和血视网膜屏障进入大脑和视网膜[11]。DHA是一种不饱和脂肪酸，是大脑生长和发育的必需营养物质，但大脑无法合成DHA，所以依赖于MFSD2A将DHA转运进入大脑。当选择性敲除小鼠大脑中MFSD2A基因时，小鼠大脑中DHA含量显著降低，海马体和小脑中的神经元细胞数量减少，小鼠形成小头畸形，认知功能缺陷，产生严重的焦虑症状。因此，MFSD2A是大脑转运DHA所必需的。当减少大鼠食物中DHA含量时，大鼠大脑中MFSD2A的表达水平显著降低，大鼠脑血管内皮细胞的胞吞作用也会显著增强，血脑屏障通透性增高，而恢复DHA的饲养后，大鼠大脑中MFSD2A的表达量恢复正常水平，脑血管内皮细胞的胞吞作用减弱，血脑屏障通透性下降，证明MFSD2A通过DHA的运输抑制脑血管内皮细胞的胞吞作用，从而促进自身的表达[3]。另有研究表明MFSD2A可以辅助大脑内皮细胞转运鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)，MFSD2A和鞘脂转运蛋白2(spinster homolog 2，Spns2)形成蛋白质复合物促进S1P的转运，S1P又可以促进血脑屏障的形成和维持，三者形成正向的调控机制，维护血脑屏障的平衡[12]。

2.3 MFSD2A参与血视网膜屏障的形成

血视网膜屏障可以阻止大分子物质通过脉络膜毛细血管进入视网膜，它主要由两部分组成：视网膜血管内皮细胞和视网膜色素上皮细胞。当血视网膜屏障受损时，会引起视网膜水肿和视力障碍[11]。研究发现MFSD2A在小鼠胚胎期视网膜色素上皮中高度表达，且小鼠的感光细胞中富含DHA。其机制与Wnt/β-catenin/MFSD2A/CAV-1信号轴有 关，Wnt信号通过βcatenin依赖性方式激活MFSD2A的转录，抑制视网膜血管内皮细胞的胞吞作用。此外，Wnt信号通过微囊蛋白-1(caveolin-1，CAV-1)通路控制血管内皮细胞的胞吞作用[13]。研究表明在未成熟血管中抑制胞吞作用，会使得内皮细胞通透性降低，但此时内皮细胞间的紧密连接已经形成，因此抑制胞吞作用是血视网膜屏障形成的主要原因[14]。在全身敲除MFSD2A基因的小鼠实验中，小鼠眼睛的感光细胞中DHA含量减少，含有花生四烯酸的磷脂补偿性增加，含有单不饱和脂肪酸的视黄醛含量增加，超长链脂肪酸含量减少，这虽然不影响光感受器对光的反应能力，但是不利于感光细胞的长期生存[15]。因此，MFSD2A的表达是小鼠眼睛感光细胞摄取DHA的重要途径，并且可以影响到感光细胞的生存时长。

2.4 MFSD2A参与胎盘的发育

胎盘屏障是指在脐带和胎盘的交界处，能够使胎儿血液与母体血液交换营养物质，但隔绝胎儿和母体血液的屏障。MFSD2A在胎盘发育过程中也起着重要的调控作用。在胎盘发育过程中，胎盘滋养层细胞融合形成合体滋养层，这个过程受到合胞素-1和合胞素-2的调控。MFSD2A是合胞素-2的受体，转录因子胶质细胞缺失因子1(glial cell missing 1，GCM1)通过调控胎盘中的合胞素-2和MFSD2A的表达从而控制胎盘细胞的融合[4]。MFSD2A还参与胎盘屏障中DHA的转运过程，通过对胎儿脐带血中DHA含量及胎盘中MFSD2A含量的检测发现，DHA的含量与胎盘中MFSD2A的含量呈正相关，因此MFSD2A参与血胎屏障中DHA的运输过程[16]。

2.5 MFSD2A参与棕色脂肪组织的代谢

在寒冷环境中，机体通过增加产热维持体温。在棕色脂肪组织中可以观察到，MFSD2A的表达量升高。而在寒冷环境刺激下，机体的产热依赖于β-肾上腺素能。因此，在对小鼠注射β-肾上腺素能诱导剂的时候，可以观察到棕色脂肪中MFSD2A的表达明显上升，棕色脂肪代谢旺盛。而对敲除β-肾上腺素能受体的小鼠注射诱导剂，则棕色脂肪中MFSD2A的表达量无变化。所以在棕色脂肪遇冷产热的过程中，β-肾上腺素会影响MFSD2A的表达，进而调控棕色脂肪的代谢，影响机体产热[6]。

3 MFSD2A在疾病中的作用

3.1 MFSD2A在神经系统疾病中的作用

MFSD2A是构成血脑屏障的主要组成部分，所以在许多神经系统疾病中，均可以看到因为血脑屏障的损伤，导致脑内渗透压改变，引发一系列的神经系统症状。因此，在许多神经系统疾病的发生过程中，MFSD2A起着非常重要的作用。比如在蛛网膜下腔出血(SAH)的大鼠模型中发现血脑屏障的破坏是引起脑损伤的主要原因之一。在SAH后，大鼠大脑中MFSD2A的表达量显著降低，于72 h后达到最低水平，此时大脑的血脑屏障被严重破坏，大脑的胞吞作用显著增强，大鼠呕吐加重，躁动不安，嗜睡甚至昏迷，72 h后MFSD2A的表达量逐渐恢复，大脑的血脑屏障功能也逐渐恢复[3]。在小鼠实验中也证实MFSD2A通过抑制脑出血后的胞吞作用，进而抑制血脑屏障通透性的改变，保护大脑内环境稳态[17]。

在慢性脑灌注不足(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)的大鼠中也可以看到MFSD2A的表达量下降。CCH可以引起大鼠学习能力下降，记忆功能损伤，认知功能障碍，血脑屏障通透性增加。当MFSD2A过表达时，大鼠脑血管内皮细胞的胞吞作用显著降低，血脑屏障通透性降低，从而减轻CCH大鼠的血脑屏障损伤，改善其认知功能[18]。

手术后脑损伤(sepsis induced IPH，SBI)是脑手术后因为血脑屏障被破坏而形成的脑水肿，是脑外科手术后常见的并发症之一。大鼠脑手术后，可以观察到手术区周围MFSD2A的表达水平显著降低，CAV-1、NRF-2和HO-1水平升高。当MFSD2A过表达时，MFSD2A可以通过CAV-1/NRF-2/HO-1信号通路减弱大鼠SBI中血脑屏障的受损程度，大鼠脑水肿减轻、神经功能障碍减弱、CAV-1表达减少、KEAP-1/NRF-2解离增加、NRF-2和HO-1表达水平均增加，使得血脑屏障通透性减弱[19]。

烧伤后患者也经常出现神经系统综合征，如脑水肿等。对烧伤患者的研究发现患者体内MFSD2A的表达降低，血脑屏障的通透性增高，所以引起脑水肿等神经系统症状[20]。

在阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)患者中发现MFSD2A的表达量与患者的病情严重程度呈负相关。AD是一种进行性神经退行性疾病，主要症状有认知功能障碍、学习和记忆功能丧失、影响大脑皮质和海马体区域的神经变性，其主要特点是血脂中DHA水平较低，因此，MFSD2A可能是AD潜在的诊断及治疗靶点。在CCH模型的AD小鼠中发现，CCH可以促进β-淀粉样蛋白的沉积，加快脑血管淀粉样病变，降低MFSD2A的表达[21]。长期补充鱼油可以改善AD的早期病理学变化，而这些患者的血清中MFSD2A的含量升高。大量饮酒是AD的主要危险因素，实验表明长期饮酒会加速人体认知能力下降，MFSD2A表达量下降，增加血脑屏障通透性，这些情况均表明MFSD2A与AD的进展关系密切，有可能成为AD治疗的突破点[22]。

在对婴儿小头畸形的研究中发现，这些患者均有MFSD2A等位基因突变，而这些患儿在影像中显示有不同程度的脑白质减少、脑室扩大、胼胝体及脑桥发育不全，肌张力减弱，四肢痉挛，智力发育障碍等，大脑中DHA含量明显降低。孕妇在怀孕期间感染寨卡病毒，会增加产后小头畸形的风险。在小鼠实验中，寨卡病毒包膜(E)蛋白可以与MFSD2A特异性结合，促进MFSD2A泛素化，导致MFSD2A蛋白降解，并且实验发现感染寨卡病毒后，小鼠胎仔脑中DHA含量明显降低，而补充DHA可以降低小鼠胎仔的生长受限率和小头畸形率[23]。

上述的神经系统的疾病中，均发现MFSD2A的异常表达，改变了脑血管内皮细胞的通透性，也影响了DHA的转运，最后导致许多神经系统疾病，影响神经系统的发育。

3.2 MFSD2A在糖尿病中的作用

我国的糖尿病患者人数逐年增长，糖尿病的并发症一直是研究的重点。在糖尿病视网膜病变的患者中发现DHA饮食与MFSD2A过表达联合治疗可明显抑制视网膜上产生异常的新生血管，降低视网膜上血管的通透性，有效延缓糖尿病视网膜病变的进程[24]。在对妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)患者的研究中发现GDM母亲脐带血中的DHA水平较低[25]，新生儿头围小于正常母亲分娩的新生儿头围。因此，怀孕期间母体血液中MFSD2A水平的改变会影响胎盘营养物质的转运和胎儿的神经发育，而孕期母体血液MFSD2A蛋白表达水平也可以用于判断早期胎儿神经发育程度的生物标志物[26]。

3.3 MFSD2A在免疫系统中的作用

研究发现MFSD2A可以影响免疫反应的强度，在活化的CD8+T细胞中，MFSD2A的表达量升高，有助于维持记忆性CD8+T细胞的数量。在敲除MFSD2A基因的小鼠中，可以观察到记忆性CD8+T细胞的数量较低，且发生重复感染的概率要高于正常小鼠[27]。

MFSD2A还可以通过调节DHA的摄取，促进炎症消退信号通路，降低溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)的发病率。在小鼠实验中，MFSD2A过表达的结肠炎小鼠在炎症部位也有表达，且具有转运DHA的能力，使小鼠结肠炎缓解。因此MFSD2A是一个治疗溃疡性结肠炎的潜在靶点[28]。

3.4 MFSD2A在肿瘤中的作用

关于MFSD2A在肿瘤中的研究中尚处于初始状态，目前研究表明MFSD2A可以调控细胞的生长、增殖、侵袭，促进细胞的凋亡。对胃癌患者的研究表明，MFSD2A表达量高的患者预后明显优于MFSD2A表达量低的患者。因此，MFSD2A可能有助于预测胃癌患者的预后[29]。

在转移性脑肿瘤的研究中发现，癌细胞可以通过抑制MFSD2A的表达，增加血脑屏障的通透性，促进肿瘤的发生和转移。同时，研究发现在星形胶质细胞中，TGF-β和bFGF信号通路可以调控MFSD2A的表达。因此，通过恢复肿瘤微环境中DHA代谢，促进MFSD2A的表达，可能是一种新的抑制肿瘤脑转移的治疗策略[30]。

对肺癌患者的研究表明，由于MFSD2A基因位于连锁不平衡区域，这片区域包含MYCL1基因，所以MFSD2A可能与肺癌的进展及预后有关[31]。在肺癌细胞的体外试验中发现MFSD2A可以诱导肺癌细胞停滞在G1期，使得肺癌细胞体外黏附效应和迁移能力减弱，体外肺癌细胞集落数显著减少。在对肺腺癌转录组数据分析表明，MFSD2A表达量越高，患者总生存期越长[32]，所以MFSD2A可能是一种新型的肺癌抑制基因。

肝癌细胞的研究中发现MFSD2A过表达可以显著抑制细胞增殖，促进细胞凋亡，降低细胞侵袭能力，而MFSD2A敲降的肝癌细胞，可得出相反的结果。因此，MFSD2A可能在肝癌的发生及发展中起到抑癌基因的作用[33]。对肝细胞肝癌的样本分析显示，MFSD2A表达量低的样本，组织分化较差，且患者生存期比表达量高的患者短，证明MFSD2A可以用于预测肝细胞癌患者的预后[5]。

因此，在许多肿瘤的研究中都发现MFSD2A对肿瘤的发生起着重要的作用，但其作用机制还有待进一步研究。

4 问题与展望

MFSD2A是一种转运相关蛋白，同时在维持血脑屏障的低通透性中发挥着重要作用。目前MFSD2A在血脑屏障、DHA转运、促进细胞融合、细胞生长调控方面有着比较深入的研究，但是对其转运机制仍然存在许多值得探索的地方，比如，MFSD2A在肿瘤中发生、演进中的功能研究；MFSD2A在治疗结肠炎中发挥作用的机制；MFSD2A在免疫系统中是通过什么样的方式调控T细胞的表达；MFSD2A作为转运蛋白，在针对MFSD2A突变引起的疾病中，应该以什么样的药物去治疗；作为控制血脑屏障通透性的靶点分子，如何应用于针对脑部药物，这些问题都值得我们继续深入研究。