冉麗丹 蔡孝莉 劉雪梅 文國容 金 海 庹必光▲
1.遵義醫(yī)學(xué)院,貴州遵義 563000;2.遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化內(nèi)科,貴州遵義 563000
近年來諸多研究發(fā)現(xiàn)離子通道蛋白可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜電位、改變細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞內(nèi)外離子濃度差及pH值的變化、改變表達部位及功能活性等參與調(diào)節(jié)腫瘤的血管形成、增殖、轉(zhuǎn)移及凋亡等,為探究腫瘤發(fā)生機制、預(yù)防及治療提供了新的思路[1-3]。SLC26是既SLC4蛋白家族后發(fā)現(xiàn)的另一組陰離子蛋白家族,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,生理功能多樣,目前發(fā)現(xiàn)其家庭成員有11個[4]。研究發(fā)現(xiàn),該家族成員基因突變與先天性營養(yǎng)不良、先天性氯化物腹瀉、先天性耳聾等疾病密切相關(guān)[5-7]。本文就SLC26蛋白家族的結(jié)構(gòu)功能、各家族成員及其主要功能、相關(guān)調(diào)節(jié)因素及其與相關(guān)疾病的關(guān)系等作一淺述。
研究發(fā)現(xiàn)SLC26成員共有11個,但推測SLC26A10可能是一個假基因[4]。SLC26家族蛋白是由700~1000個氨基酸組成,家族成員之間存在21%~43%的氨基酸同源性[8],多肽性特征在N末端細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域,有10~14個疏水跨膜結(jié)構(gòu)域[9]和胞質(zhì)C-末端的硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白、抗σ因子(STAS)結(jié)構(gòu)域[8]。SLC26基因家族編碼多種陰離子交換劑和陰離子通道,運送各種陰離子,包括氯離子、、硫酸鹽、草酸鹽、I-和甲酸鹽[10]。海洋細(xì)菌的SLC26家族可能運輸?shù)南嚓P(guān)SulP蛋白質(zhì),其提供的硫酸鹽成分可用于抗生素生物合成。SLC26蛋白家族的功能特點與ClC家族相似[11]。哺乳動物的SLC26陰離子蛋白家族存在二聚體,其結(jié)構(gòu)的裝配能夠影響其生理功能[4]。SLC26家族成員在組織器官中特異性表達并賦予其特異功能,其特異性表達發(fā)生變化、蛋白部位遷移、基因缺失都能引起細(xì)胞內(nèi)外離子流的改變,從而導(dǎo)致組織器官功能的變化。
SLC26家族中SLC26A1和SLCA6A2是最親密的成員,SLC26A1作為SLC26陰離子蛋白家族的第1個成員,早在1985年Meier等[12]在人類肝臟和腎臟組織中檢測到,在其他組織也有少量表達,如胰腺和睪丸組織[13-14],SLC26A1的主要生理功能是作為轉(zhuǎn)運蛋白[15],也能運輸少量的氯離子[12]。 有報道稱SLC26A1轉(zhuǎn)運草酸鹽和轉(zhuǎn)運硫酸鹽具有相似性[16-17],但其具體機制尚不清楚。SLC26A1通過介導(dǎo)細(xì)胞外的鹵化物和調(diào)節(jié)細(xì)胞外pH能夠增強對的攝取,表明其生理功能不是作為交換器功能[17]。Hastbacka等[18]最初發(fā)現(xiàn)SLC26A2蛋白,后續(xù)在大多數(shù)上皮組織和結(jié)締組織中均被檢測到,尤其是在肋軟骨和小腸組織中有高度表達,由于與SLC26A1在結(jié)構(gòu)上相似性高,故其生理功能與SLC26A1也十分相似,可作為運輸,SLC26A2在蛋白多糖合成時可提供硫酸鹽,發(fā)揮對蛋白多糖進行硫酸化的作用,這一作用對軟骨發(fā)育十分重要[19]。SLC26A11在上皮組織中廣泛表達,其主要參與介導(dǎo)轉(zhuǎn)運功能[20]。但目前相關(guān)研究甚少,具體生理機制仍待一步研究。
SLC26陰離子蛋白家族成員中發(fā)揮陰離子交換器 的 有 SLC26A3、SLC26A4、SLC26A6 及 SLC26A8。SLC26A3和SLC26A6多在上皮組織的管腔膜上表達,SLC26A6是一種由738個氨基酸殘基組成的跨膜蛋白,編碼SLC26A6的基因位于第3號常染色體短臂上(3p21.3),含有20個外顯子[21]。有研究表明SLC26A6表達具有明顯的組織特異性,其結(jié)構(gòu)功能與SLC26A3存在相似性,參與Cl-的吸收及的分泌[22]。宋瑩等[23]實驗發(fā)現(xiàn)盡管在胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞腔面膜管SLC26A3和SLC26A6均表達,其介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)Cl-和細(xì)胞外的跨膜交換比例是不同的。一般認(rèn)為,SLC26A3介導(dǎo)2Cl-/1交換,而SLC26A6介導(dǎo)1Cl-/交換[24]。SLC26A4在甲狀腺濾泡膜、內(nèi)耳、腎皮質(zhì)集合管以及唾液腺上有高度表達[25],參與I-轉(zhuǎn)運以及交換。在腎上腺組織上表達的SLC26A4參與調(diào)節(jié)醛固酮的分泌[26]。SLC26A8在睪丸組織特異性表達,據(jù)最新報道[27]其在男性生殖系統(tǒng)中作為一種陰離子交換劑參與調(diào)節(jié)氯離子、硫酸鹽、草酸的運輸,從而對男性生殖系統(tǒng)功能發(fā)揮一定的調(diào)節(jié)作用。
SLC26家族中可作為陰離子通道蛋白的成員包括SLC26A7和SLC26A9,SLC26A7在腎臟、內(nèi)皮小靜脈組織中有高度表達[28]。Lin等[29]研究報道,SLC26A9在正常胃黏膜上皮組織、肺組織中有高度表達。曾有報道稱,這兩種蛋白在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中參與氯離子、硫酸及草酸的運輸[30]。SLC26A7位于人類第8號染色體上,其完整的序列為1971 bp,含656個氨基酸。SLC26A7與SLC26A2、SLC26A3有50%以上的相似性[30],但其生理功能卻不同。SLC26A7可作為選擇性的氯離子通道,曾報道其在腎臟組織通過介導(dǎo)氯離子、硫酸鹽、草酸鹽的轉(zhuǎn)運從而參與腎臟電解質(zhì)平衡的調(diào)節(jié)[10]。在爪蟾卵母細(xì)胞和HEK細(xì)胞實驗中發(fā)現(xiàn)SLC26A7作為高選擇性的氯離子通道是以最小的來參與[31],但其具體的生理功能機制有待進一步研究證實。SLC26A9位于人類1號染色體上的1q31~32,其完整的cDNA序列包括2373 bp,編碼791個氨基酸的蛋白質(zhì)。SLC26A9有兩個糖基化位點Asn153和Asn156。Profile Scan分析SLC26A9序列揭示其結(jié)構(gòu)存在 ST(AA187~497)和 STAS(AA520~733)兩個結(jié)構(gòu)域[30]。小鼠的SLC26A9和人類SLC26A9的C端均存在Ⅰ型的PDZ蛋白結(jié)構(gòu)域。SLC26A9的C-端由與PDZ蛋白相互作用的序列構(gòu)成,其在胞內(nèi)蛋白N末端結(jié)構(gòu)域和胞外C-末端結(jié)構(gòu)域含有9個跨膜結(jié)構(gòu)[30]。SLC26A9在組織特異性表達,其生理功能十分復(fù)雜,推測SLC26A9的主要生理功能模式有交換器、氯離子通道、鈉氯共轉(zhuǎn)運體三種[32],這三種生理功能在特定組織中發(fā)揮的具體功能仍需要進一步探索研究。既往研究表明在哺乳動物SLC26A5不發(fā)揮轉(zhuǎn)運蛋白的功能,而是作為分子“馬達”[33],但最新研究發(fā)現(xiàn)其仍轉(zhuǎn)運蛋白,只是相對于其他家族蛋白,作為一種相對較弱的逆向轉(zhuǎn)運蛋白[33-34]。
多種機制可參與SLC26蛋白家族的成員表達及功能變化的調(diào)節(jié),如轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)運輸、蛋白質(zhì)的翻譯、激素及炎癥因子的激活[35]等機制。Lee等[36]研究表明甲狀腺激素能夠調(diào)節(jié)SLC26A1的表達。胃樂散能上調(diào)CFTR、SLC26A3及SLC26A6的表達[37]。研究表明,胃、十二指腸上皮細(xì)胞與分泌有關(guān)的轉(zhuǎn)運蛋白主要是CFTR和SLC26Ax家族,其中CFTR對胃、十二指腸上皮細(xì)胞的分泌起著重要的作用[37]。文獻報道,SLC26A3、SLC26A6與囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(CFTR)相互綁定、相互作用,其主要通過SLC26A3、SLC26A6的STAS結(jié)構(gòu)域與CFTR的R區(qū)綁定[38]。SLC26A4、SLC26A5也受甲狀腺激素的調(diào)節(jié)[39],SLC26A4影響醛固酮分泌的同時也受其調(diào)節(jié)。在大腸埃希菌感染后以及生理炎癥時能減少SLC26A3的表達,然而感染幽門螺桿菌后卻能誘導(dǎo)SLC26A9表達[34]。SLC26A9的活性能被WNK1、WNK3及WNK4抑制[40]。研究表明SLC26A9結(jié)構(gòu)功能主要與囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(CFTR)相關(guān),主要通過位于C-末端STAS結(jié)構(gòu)域與CFTR的R區(qū)域鏈接綁定,相互作用[41]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),CFTR與SLC26A9之間作用關(guān)系存在爭議,兩者之間相互抑制還是相互協(xié)同仍需進一步探究[42-43]。張陽陽等[44]實驗證實,SLC26A9作為MIR-378的靶基因,受其下調(diào),MicroRNA可能參與血管的生成、細(xì)胞增殖及凋亡從而與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),推測SLC26A9蛋白結(jié)構(gòu)功能的變化可能參與人類某些疾病的發(fā)生。
目前離子通道蛋白在人類疾病的發(fā)病機制上發(fā)揮重要的角色,通過基因多態(tài)性分析尚未發(fā)現(xiàn)SLC26A1突變引起的疾病,但是在敲出了SLC26A1基因的SLC26A1-/-小鼠中,發(fā)現(xiàn)有低硫酸鹽血癥或者高硫酸血癥以及尿路結(jié)石、高草酸尿癥[10]。目前已知先天性營養(yǎng)發(fā)育不良系 SLC26A2基因突變所致[45],SLC26A3基因突變導(dǎo)致先天性氯化物腹瀉[6]。SLC26A4是大前庭水管綜合征的致病基因,也是中國第2位耳聾基因[46],推測可能是SLC26A4基因突變導(dǎo)致前庭水管或內(nèi)淋巴囊擴大所致[47]。SLC26A4基因突變可誘發(fā)Pendred病以及DFNB4疾病[7]。SLC26A5基因缺失突變可導(dǎo)致人類非綜合征耳聾[21]。研究發(fā)現(xiàn)SLC26A8功能受損,能夠?qū)е履行圆鸸δ苷系K,影響男性生育能力[48]。最新研究發(fā)現(xiàn),SLC26A9基因缺失能夠?qū)е率改c黏膜近端碳酸氫鹽分泌和流體吸收的改變,從而打破HCO3-分泌的動態(tài)平衡,影響胃內(nèi)黏液屏障在保護胃黏膜免受胃酸損害的過程中發(fā)揮的作用[49]。有研究發(fā)現(xiàn),在SLC26A9基因敲除的小鼠上表現(xiàn)出一系列與胃癌發(fā)生相關(guān)的病理變化:如泌酸腺體萎縮、壁細(xì)胞大量減少、H+/K+-ATPase表達下降等一系列的癌前病理變化,進而增加演變?yōu)槲赴┑男螒B(tài)學(xué)表現(xiàn)的危險[50]。SLC26A9參與調(diào)節(jié)人類多種生理機制,如在腎臟組織中參與調(diào)節(jié)腎血管血壓[51],為治療高血壓提供新的方向,在呼吸系統(tǒng)疾病中,SLC26A9基因的表達與支氣管哮喘密切相關(guān)[52]。
SLC26陰離子蛋白家族結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了生理功能的多樣性,參與體內(nèi)多種陰離子的運輸轉(zhuǎn)運功能,其家族成員多,表達及結(jié)構(gòu)功能不盡相同,可作為轉(zhuǎn)運蛋白、陰離子交換器、陰離子通道蛋白等在組織上特異性表達并發(fā)揮其功能,其表達及功能變化受多種機制調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)SLC26家族蛋白與人類先天性營養(yǎng)不良、先天性氯化物腹瀉、先天性耳聾及胃癌等疾病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān),但具體機制有待進一步深入研究。期待通過對SLC26蛋白家族成員的深入研究,為探索人類相關(guān)疾病的發(fā)病機制提供新的思路,對治愈人類疾病提供新的靶點。
[1]Le Guennec JY,Ouadid-Ahidouch H,Soriani O,et al.Voltage-gatedion channels,new targets in anti-cancer research[J].Recent Pat Anticancer Drug Discov,2007,2(3):189-202.
[2]Kim Y,Kim WJ,Cha EJ.Quercetin-induced growth inhibition in human bladder cancer cells is associated with an increase in Ca-activated K channels[J].Korean J Physiol Pharmacol,2011,15(5):279-283.
[3]Pardo LA,Stühmer W.Eag1: an emerging oncologicaltarget[J].Cancer Res,2008,68(6):1611-1613.
[4]OhanaE,YangD,ShcheynikovN,et al.Diverse transport modesby the solutecarrier 26 family of anion transporters [J].Physiol,2009,587(10):2179-2185.
[5]Spyroglou A,Bozoglu T,Rawal R,et al.Diastrophic dysplasia sulfate transporter (SLC26A2) is expressed in the adrenal cortex and regulates aldosterone secretion[J].Hypertension,2014,63(5):1102-1109.
[6]Lee ES,Cho AR,Ki CS.Identification of SLC26A3 mutations ina Koreanpatient with congenital chloridediarrhea[J].Ann Lab Med,2012,32(4):312-315.
[7]Hu EW,Liu LB,Jiang RY,et al.Goiter and hearing impairment:A case of a male patient with Pendred syndrome[J].Oncol Lett,2014,8(5):2059-2062.
[8]Compton EL,Page K,F(xiàn)indlay HE,et al.Conserved structure and domain organization among bacterial Slc26 transporters[J].Biochem J,2014,463(2):297-307.
[9]Aravind L,Koonin EV.The STASdomain-a link between anion transporters and antisigma-factor antagonists[J].Curr Biol,2000,10(2):R53-R55.
[10]Seth LA,Alok KS.The SLC26 gene family of anion transporters and channels[J].Mol Aspects Med,2013,34(2-3):494-515.
[11]Zifarelli G,Pusch M.CLC chloride channels and transporters:a biophysical and physiological perspective [J].Rev Physiol Biochem Pharmacol,2007,158:23-76.
[12]Meier PJ,Knickelbein R,Moseley RH et al.Evidence forcarrier-mediated chloride/bicarbonate exchange in canalicularrat liverplasma membrane vesicle[J].Clin Invest,1985,75(4):1256-1263.
[13]Detro-Dassen S,Schanzler M,Lauks H,et al.Conserved dimeric subunit stoichiometry of SLC26 multifunctional anion exchangers[J].Biol Chem,2007,283(7):4177-4188.
[14]Brzica H,Breljak D,Krick W,et al.The liver and kidney expression of sulfate anion transporter sat-1 in rats exhibits male-dominant gender differences[J].Pflugers Arch,2009,457(6):1381-1392.
[15]Watanabe T,Takei Y.Molecular physiology and functional morphology ofexcretion by the kidney of seawater-adapted eels[J].J Exp Biol,2011,214(10):1783-1790.
[16]Aravind L,Koonin EV.The STASdomain: a link between anion transporters and antisigma-factor antagonists.[J].Curr Biol,2000,10:53-55.
[17]Xie Q,Welch R,Mercado A,et al.Molecular characterization of the murine Slc26a6 anion exchanger:functional comparison with Slc26a1[J].Am JPhysiol Renal Physiol,2002,283(4):826-838.
[18]Hastbacka J,Chapelle A,Mahtani MM,et al.The diastrophicdysplasia gene encodes a novel sulfatetransporter:positional cloning by fine-structurelinkage disequilibriummapping[J].Cell,1994,78(6):1073-1087.
[19]Makitie O,Geiberger S,Horemuzova E.SLC26A2 diseasespectrumin Sweden-high frequency of recessive multiple epiphyseal dysplasia (rMED)[J].Clin Gene,2015,87(3):273-278.
[20]Zhou JB,Zhang T,Wang BF,et al.Identification of a novel gene fusion RNF213 SLC26A11 in chronic myeloid leukemia by RNA-Seq[J].Mol Med Rep,2013,7(2):591-597.
[21]Alper SL,Sharma AK.The SLC26 gene family of anion transporters and channels[J].Mol Aspects Med,2013,34(2-3):494-515.
[22]Boyle D,Clifford AM,Orr E,et al.Mechanisms of Cl-uptake in rainbow trout: Cloning and expression of slc26a6,a prospectiveexchanger[J].Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol,2014, 180:43-50.
[23]宋瑩,趙岳,劉伯純,等.Slc26a6敲除對小鼠胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞Slc26a3和CFTR表達水平的影響[J].中國實驗診斷學(xué),2011,15(1):26-29.
[24]Shcheynikov N,Wang Y,Park M,et al.Coupling modes and stoichiometry ofexchange by slc26a3 and slc26a6[J].Gen Physiol,2006,127:511.
[25]Amlal H,Petrovic S,Xu J,et al.Deletion of the anion exchanger Slc26a4 (pendrin) decreases apical Cexchanger activity and impairs bicarbonate secretion in kidney collectingduct[J].WFSM,2010,299(1):33-41.
[26]Wall SM,Kim YH,Stanley L,et al.NaCl restriction upregulates renal Slc26a4 through subcellular redistribution: role in Cl-conservation.[J].Hypertensio,2004,982-987.
[27]Dirami T,Rode B,Jollivet M,et al.Missense mutations in SLC26A8,encoding a sperm-specific activator of CFTR,are associated with human asthenozoospermia[J].Am J Hum Genet,2013,92(5):760-766.
[28]Xu J,Song PH,Nakamura S,et al.Deletion of the Chloride transporter Slc26a7 causes distal renal tubular acidosis and impairs gastric acid secretion[J].Biol Chem,2009,284(43):29470-29479.
[29]Liu X,Li T,Riederer B,et al.Loss of Slc26a9 anion transporter alters intestinal electrolyte and HCO3-transport and reduces survival in CFTR-deficient mice[J].Pflug Arch Eur JPhy,2015,467(6):1261-1275.
[30]Lohi H,Kujala M,Makela S,et al.Functional characterization of three novel tissue-specific anion exchangers SLC26A7,-A8,and-A9[J].JBiol Chem,2002,277(16):14246-14254.
[31]Kim KX,Sanneman JD,Kim HM,et al.Slc26a7 chloride channel activity and localization in mouse reissner′s membrane epithelium[J].PLoSOne,2014,9(5): e97191.
[32]Chang MH,Plata C,Zandi-Nejad K,et al.Slc26a9-anion exchanger,channel and Na+transporter[J].J Membr Biol,2009,228(3):125-140.
[33]Gorbunov D,Sturlese M,Nies F,et al.Molecular architecture and the structural basis for anion interaction in prestin and SLC26 transporters[J].Nat Commun,2014,5:3622.
[34]Mistrík P,Daudet N,Morandell K,et al.Mammalian prestin is a weakelectrogenic antiporter[J].JPhysiol,2012,590(22):5597-610.
[35]Henriksnas J,Phillipson M,Storm M,et al.Impaired mucus-bicarbonate barrier in Helicobacter pylori-infected mice[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2006,291(1):G396-G403.
[36]Lee A,Beck L,Markovich D.The mouse sulfate anion transporter gene Sat1 (Slc26a1): cloning,tissue distribution,gene structure,functional characterization,and transcriptional regulation thyroid hormone[J].DNA Cell Biol,2003,22(1):19-31.
[37]文國容,徐靖宇,劉雪梅,等.胃樂散對大鼠胃潰瘍黏膜碳酸氫鹽轉(zhuǎn)運蛋白CFTR、SLC26A3及SLC26A6的作用[J].中國中西醫(yī)結(jié)合雜志,2013,33(1):81-84.
[38]Singh AK,Riederer B,Chen M,et al.The switch of intestinal Slc26 exchangers from anion absorptive toFormula secretory mode is dependent on CFTR anion channel function[J].Am J Physiol Cell Physiol,2010,298(5):C1057-C1065.
[39]Weber T,Zimmermann U,Winter H,et al.Thyroid hormone is a critical determinant for the regulation of the cochlear motor protein prestin[J].Proc Natl Acad Sci USA,2002,99(5):2901-2906.
[40]Dorwart MR,Shcheynikov N,Wang YX,et al.SLC26A9 is a Cl-channel regulated by the WNK kinases[J].JPhysiol,2007,584(1):333-345.
[41]Bozoky Z,Krzeminski M,Muhandiram R,et al.Regulatory R region of the CFTR chloride channel is a dynamic integrator of phospho-dependent intra-and intermolecular interactions[J].Proc Natl Acad Sci USA,2013,110(47):E4427-E4436.
[42]Chang MH,Plata C,Sindic A,et al.Slc26a9 is inhibitedby the R -region of the cystic fibrosis transmembraneconductance regulator via the STAS domain[J].J Biol Chem,2009,284(41):28306-28318.
[43]Avella M,Loriol C,Boulukos K,et al.SLC26A9 stimulates CFTR expression and function in human bronchialcell lines[J].Cell Physiol,2011,226(1):212-223.
[44]張陽陽,戴立勝,周乾,等.miR-378在牛不同組織中的表達規(guī)律及功能分析[J].黑龍江動物繁殖,2014,22(3):15-18.
[45]Le Guennec JY,Ouadid-Ahidouch H,Soriani O,et al.Voltage-gatedion channels,new targets in anti-cancer research[J].Recent Pat Anticancer Drug Discov,2007,2(3):189-202.
[46]ReyesS,WangG,OuyangX,etal.Mutationanalysis of SLC26A4 in mainland Chinese patients with enlarged vestibular aqueduct[J].Otolaryngol Head Neck Surg,2009,141(4):502-508.
[47]崔慶佳,王國建,張媛,等.GJB2、SLC26A4基因相關(guān)耳聾兒童的聽力損失特點分析[J].聽力學(xué)及言語疾病雜志,2014,22(2):120-123.
[48]Rode B,Dirami T,Bakouh N,et al.The testis anion transporter TAT1 (SLC26A8) physically and functionally interacts with the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator channel:a potential role during sperm capacitation[J].Hum Mol Genet,2012,21(6):1287-1298.
[49]Liu X,Riederer B,Anagnostopoulou P,et al.Absence of Slc26a9 results in altered tracheobronchial anion transport and high mortality inneonate mice[J].Acta Physiol,2014,210(Suppl 695):128.
[50]Xu J,Song P,Miller ML,et al.Deletion of Slc26a9 causes loss of tubulovesicle and impaired acid secretion in the stomach[J].PNAS,2009,105(46):17955-17960.
[51]Amlal H,Xu J,Barone S,et al.The chloride channel/transporter Slc26a9 regulates the systemic arterial pressure and renal chloride excretion[J].Mol Med(Berl),2013,91(5):561-572.
[52]Anagnostopoulou P,Riederer B,Duerr J,et al.SLC26A9-mediated chloride secretion prevents mucus obstruction in airway inflammation[J].Clin Invest,2012,122(10):3629-3634.