溶質(zhì)載體家族4成員A1在心血管疾病中的研究進(jìn)展

歐尾妹、付志方綜述，劉梅林審校

心血管疾病是威脅人類(lèi)健康最主要的疾病之一，致殘率和致死率均較高。根據(jù)《中國(guó)心血管病報(bào)告2016》推算，我國(guó)心血管病患病人數(shù)2.9 億，其中冠心病患者1 100萬(wàn)，心力衰竭患者450萬(wàn)；心血管病死亡率居首位，高于腫瘤和其他疾病，占居民疾病死亡構(gòu)成的40%以上[1]。我國(guó)心血管疾病負(fù)擔(dān)日漸加重，已成為重大的公共衛(wèi)生問(wèn)題，防治心血管病刻不容緩。

溶質(zhì)載體家族4成員A1（solute carrier family 4 member A1，SLC4A1）是紅細(xì)胞膜上一類(lèi)重要的跨膜糖蛋白，主要介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外氯離子/碳酸氫根離子（）等陰離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，也稱(chēng)陰離子交換體1（anion exchanger 1，AE1）[2]。因在紅細(xì)胞膜蛋白電泳條帶中排第三，故也稱(chēng)帶3蛋白（band 3）[3]。SLC4A1在維持紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、調(diào)控紅細(xì)胞攜氧-釋氧過(guò)程和調(diào)控能量代謝等方面具有重要作用，可參與遺傳性球形紅細(xì)胞增多癥、遠(yuǎn)曲腎小管酸中毒、心肌肥厚、糖尿病、高血壓等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展。

1　SLC4A1概述

1.1　溶質(zhì)載體家族4

溶質(zhì)載體家族4（solute carrier family 4，SLC4）是一類(lèi)參與細(xì)胞膜內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，共有10個(gè)成員，因SLC4A6是不編碼蛋白的假基因，故SLC4家族成員有SLC4A1～5和SLC4A7～11蛋白[2]。這些蛋白可分為三種類(lèi)型：（1）非Na+依賴性的電中性Cl-/交換蛋白，有SLC4A1、SLC4A2和 SLC4A3；（2）Na+依賴性的交換蛋白，有SLC4A4、SLC4A5、SLC4A7、SLC4A8、SLC4A10和部分SLC4A9；（3）介導(dǎo)植物和真菌硼酸轉(zhuǎn)運(yùn)的SLC4A11[4]。在非Na+依賴性的電中性Cl-/交換蛋白中，人SLC4A1表達(dá)于紅細(xì)胞膜、腎臟、肺、心臟等，其N(xiāo)端缺失65個(gè)氨基酸殘基的截?cái)囿w（kidney AE1，kAE1）主要表達(dá)于腎臟。SLC4A2和SLC4A3廣泛表達(dá)于腦、視網(wǎng)膜、心臟和腎臟等。

1.2　SLC4A1基因

人SLC4A1基因位于17號(hào)染色體q21上，大小為18 kb，有20 個(gè)外顯子，cDNA序列由4 906個(gè)核苷酸組成，其中不包括poly(A)尾[5,6]。小鼠SLC4A1只有17 kb，其cDNA的3’非編碼區(qū)域缺乏人SLC4A1位于內(nèi)含子13和外顯子20之間的Alu重復(fù)序列[6]。人的SLC4A1基因有兩個(gè)潛在的啟動(dòng)子區(qū)，使其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生紅細(xì)胞膜SLC4A1和腎SLC4A1兩種表型[6]。SLC4A1基因突變可引起遺傳性球形紅細(xì)胞增多癥、遺傳性口形紅細(xì)胞增多癥、東南亞卵圓形紅細(xì)胞增多癥、遠(yuǎn)曲腎小管酸中毒、心肌肥厚等，是導(dǎo)致多種疾病發(fā)生的根本原因[7-10]。

1.3　SLC4A1蛋白

SLC4A1蛋白也稱(chēng)帶3蛋白或AE1，占紅細(xì)胞膜蛋白總量的25%～30%，每個(gè)細(xì)胞約含有106拷貝量，是一類(lèi)普遍存在于脊椎動(dòng)物體內(nèi)的膜蛋白[11]。SLC4A1在膜上以二聚體或四聚體形式存在[4]，故分子量也由93～110 KDa不等[12,13]。人SLC4A1蛋白是由911個(gè)氨基酸組成，每個(gè)氨基酸可分為三個(gè)結(jié)構(gòu)域： （1）N端親水性胞漿結(jié)構(gòu)域，由殘基1～403組成，作為紅細(xì)胞支架的膜固定位點(diǎn)，與錨蛋白、血影蛋白、4.1蛋白和4.2蛋白等蛋白結(jié)合，還可與多種酶結(jié)合，如糖酵解酶、整合素連接酶等；（2）含有12～14次α-螺旋跨膜結(jié)構(gòu)的疏水性跨膜區(qū)，由殘基404～882組成，是Cl-與等陰離子交換的區(qū)域，可促進(jìn)CO2由組織轉(zhuǎn)入肺泡。（3）位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的親水性C端結(jié)構(gòu)域，由殘基 883～ 911組成，其內(nèi)含有碳酸酐酶Ⅱ的結(jié)合位點(diǎn)，后者可將進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)的CO2水合化成和H+從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH[2,4]。

1.4　SLC4A1蛋白的生理功能

SLC4A1蛋白在紅細(xì)胞膜上的主要功能是介導(dǎo)陰離子的交換，主要包括、Cl-、草酸根離子、硫酸根離子、磷酸氫根離子等，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH，從而對(duì)紅細(xì)胞攜氧-釋氧過(guò)程起調(diào)控作用。在實(shí)驗(yàn)條件下，SLC4A1蛋白的單體和寡聚體甚至部分片段都具有陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)活性。SLC4A1蛋白的胞漿區(qū)主要有三大功能： （1）調(diào)節(jié)血紅蛋白與氧氣的結(jié)合；（2）使紅細(xì)胞膜骨架保持穩(wěn)定，維持紅細(xì)胞正常的細(xì)胞形狀；（3）參與糖酵解酶活性的調(diào)節(jié)，從而參與調(diào)節(jié)能量代謝[5]。

2　SLC4A1與心血管疾病

SLC4A1基因突變可導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，紅細(xì)胞膜變形能力下降，剛性增強(qiáng)，紅細(xì)胞變成球形、卵圓形或口形，當(dāng)血液流經(jīng)脾臟毛細(xì)血管時(shí)，紅細(xì)胞易被脾臟破壞。紅細(xì)胞破壞增多，導(dǎo)致溶血性貧血。嚴(yán)重貧血可引起循環(huán)血量增加，導(dǎo)致左心室心肌肥厚，進(jìn)而引起心室擴(kuò)大，最終出現(xiàn)心功能障礙[14]。Cingolani等[15]認(rèn)為，SLC4A1可促進(jìn)心肌細(xì)胞內(nèi)的排出，從而增加細(xì)胞內(nèi)的H+，后者通過(guò)Na+/H+轉(zhuǎn)換增加細(xì)胞內(nèi)Na+濃度，細(xì)胞內(nèi)高Na+濃度通過(guò)增加Na+/Ca2+轉(zhuǎn)換使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，而細(xì)胞內(nèi)Ca2+是心肌肥厚的信號(hào)，它可通過(guò)蛋白激酶C和（或）鈣調(diào)磷酸酶發(fā)揮作用，也可激活興奮-收

縮偶聯(lián)。Alvarez等[16]研究發(fā)現(xiàn)，SLC4A1基因完全缺失（AE1-/-）的小鼠存在嚴(yán)重溶血性貧血，其心臟與體重重量比顯著高于SLC4A1基因正常（AE1+/+）的同窩小鼠；形態(tài)學(xué)檢查顯示，AE1-/-小鼠的左心室重量增加并伴有膠原沉著和纖維化；超聲心動(dòng)圖結(jié)果顯示，AE1-/-小鼠左心室舒張末期和收縮末期均擴(kuò)大，存在心臟收縮功能障礙。研究者綜上結(jié)果認(rèn)為，SLC4A1基因完全缺失的小鼠存在心肌肥厚。但是進(jìn)一步研究顯示，心肌肥厚的進(jìn)展并不依賴于SLC4A1蛋白活性， SLC4A3基因編碼的SLC4A3fl蛋白才是促心肌肥厚的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。最近研究表明，介導(dǎo)心肌細(xì)胞Cl-/轉(zhuǎn)運(yùn)最主要的蛋白是SLC26A6， 而非SLC4A1[17]。關(guān)于SLC4A1在心臟的作用仍需進(jìn)一步研究。

3　SLC4A1與心血管疾病危險(xiǎn)因素

3.1　SLC4A1與糖尿病

紅細(xì)胞流變學(xué)異常如聚集率增加、變形能力下降、黏稠度增加、附著力增加等與糖尿病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。SLC4A1蛋白的胞漿區(qū)是多種蛋白的結(jié)合域，可與多種膜蛋白結(jié)合從而影響紅細(xì)胞膜的穩(wěn)定，進(jìn)而參與糖尿病的發(fā)生、發(fā)展。Gaczynska等[18]報(bào)道，糖尿病患者SLC4A1蛋白和血影蛋白降解速率異常。Adewoye等[19]報(bào)道，1型糖尿病患者紅細(xì)胞膜缺乏血影蛋白，而錨蛋白、帶6蛋白等在1型糖尿病和2型糖尿病患者中顯著增加。Kaymaz 等[20]報(bào)道，在糖尿病貓中帶5蛋白減弱，帶4.5蛋白和帶4.9蛋白缺失，推測(cè)膜蛋白異?？赡芘c非酶糖基化作用有關(guān)。Petropoulos等[21]首次發(fā)現(xiàn)，糖尿病視網(wǎng)膜病變患者紅細(xì)胞膜蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，SLC4A1蛋白遷移率增加且出現(xiàn)異常分子量的蛋白，可能與糖尿病微血管病變的進(jìn)展有關(guān)，未來(lái)可能成為提示糖尿病微血管病變的血清標(biāo)記物。姜德友等[22]開(kāi)展的研究顯示，SLC4A1 mRNA在糖尿病心肌組織中表達(dá)下調(diào)。生理狀態(tài)下，SLC4A1蛋白結(jié)合糖酵解酶，不僅調(diào)節(jié)糖酵解過(guò)程，而且可以保護(hù)糖酵解酶活性免受胞漿蛋白酶降解。在糖尿病性心肌損傷狀態(tài)下，大鼠心肌SLC4A1蛋白含量明顯減少，糖酵解酶失去保護(hù)而降解，使心肌ATP生成不足，ATP不足引起Ca2+超載從而使心肌收縮性減弱，心臟舒張期順應(yīng)性下降。同時(shí)心肌細(xì)胞內(nèi)的Ca2+過(guò)負(fù)荷可導(dǎo)致左心室舒張末期壓力升高，進(jìn)一步加重糖尿病性心肌病大鼠的心肌損傷。

3.2　SLC4A1與高血壓

SLC4A1蛋白與體內(nèi)氧化應(yīng)激水平有著密切的關(guān)系。隨著體內(nèi)氧化應(yīng)激水平的增強(qiáng)，紅細(xì)胞膜蛋白的巰基在脂質(zhì)過(guò)氧化作用下被氧化，蛋白發(fā)生交聯(lián)，易被降解，導(dǎo)致紅細(xì)胞變形能力和攜氧功能下降，成為相關(guān)疾病中組織局部供血不足的潛在致病因素[23]。而高血壓患者體內(nèi)存在氧化應(yīng)激增強(qiáng)，使得包括紅細(xì)胞膜在內(nèi)的生物膜受自由基攻擊發(fā)生氧化損傷，紅細(xì)胞膜蛋白諸如SLC4A1蛋白、錨蛋白等成為攻擊靶點(diǎn)而降解，SLC4A1蛋白水平下降。Kokubo等[24]篩查15 200例日本高血壓患者發(fā)現(xiàn)，SLC4A1基因Memphis突變（Lys56Glu）與高血壓有關(guān)，提示SLC4A1基因在日本人群中是高血壓易感基因。常文露等[25]研究發(fā)現(xiàn)，單純收縮壓升高者SLC4A1蛋白含量占紅細(xì)胞膜蛋白總量的23.33%，明顯低于正常人的水平（24.20%，P＜0.05），收縮壓和舒張壓與SLC4A1蛋白水平均呈負(fù)相關(guān)。

3.3　SLC4A1與血液高凝狀態(tài)

SLC4A1基因完全缺失小鼠不易存活，新生期存活率只有5%～10%，可能與SLC4A1蛋白缺乏小鼠血液呈高凝狀態(tài)有關(guān)。Hassoun等[11]對(duì)3只成年、11只新生SLC4A1基因完全缺失小鼠進(jìn)行組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，3只成年、6只新生小鼠心房腔、心室腔及房室瓣膜存在血栓性病變，4只新生小鼠有大量靜脈血栓；凝血檢查顯示，SLC4A1基因完全缺失小鼠凝血時(shí)間顯著縮短，提示SLC4A1蛋白缺乏紅細(xì)胞膜可能產(chǎn)生促凝血表層，后者促進(jìn)凝血酶原酶復(fù)合物激活；流式細(xì)胞術(shù)顯示，SLC4A1蛋白缺乏紅細(xì)胞平均熒光密度增加，表明SLC4A1蛋白缺乏導(dǎo)致的膜磷脂成分改變可能增加磷脂酰絲氨酸在外膜的暴露，后者可使血栓形成速度提高成千上萬(wàn)倍，這可能是SLC4A1蛋白缺乏小鼠血液呈高凝狀態(tài)的根源。

3.4　SLC4A1與凋亡

Mandal等[26]首次報(bào)道，N-末端胞漿區(qū)是細(xì)胞凋亡蛋白酶3的底物，在N-末端胞漿區(qū)有兩個(gè)剪切位點(diǎn)TATD45和EQGD205；衰老的紅細(xì)胞中凋亡蛋白酶3被激活，激活的凋亡蛋白酶3剪切SLC4A1從而破壞N-末端胞漿區(qū)與細(xì)胞骨架相互作用，紅細(xì)胞失去正常的形狀而被清除。Akel等[27]發(fā)現(xiàn)，AE1-/-小鼠壓力刺激性Ca2+滲透性高于AE1+/+小鼠，而Ca2+濃度增加可引起Ca2+敏感的細(xì)胞膜脂紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致磷脂酰絲氨酸暴露于細(xì)胞膜外，后者是凋亡細(xì)胞上被巨噬細(xì)胞磷脂酰絲氨酸受體識(shí)別和吞噬細(xì)胞的信號(hào)，最終凋亡細(xì)胞被清除，證實(shí)SLC4A1參與細(xì)胞的凋亡。

4　小結(jié)

SLC4A1是紅細(xì)胞膜上重要的糖蛋白，具有介導(dǎo)Cl-/等陰離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、維持紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、調(diào)控紅細(xì)胞攜氧-釋氧過(guò)程和調(diào)控能量代謝等重要作用。SLC4A1基因突變、蛋白結(jié)構(gòu)改變和功能失調(diào)可引起多種疾病。最近研究提示，SLC4A1也可參與糖尿病、高血壓、血栓形成等心血管病危險(xiǎn)因素的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。鑒于SLC4A1與心血管系統(tǒng)疾病關(guān)系密切，因此應(yīng)對(duì)其具體作用及機(jī)制進(jìn)行深入研究，探討其在心血管疾病中的細(xì)胞分子基礎(chǔ)和病理生理變化，從而為臨床心血管疾病的診治提供新的思路。

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