SLC7A7 基因與相關(guān)疾病的研究進展

崔豪豪，李克生,2

(1.蘭州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州；2.甘肅省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州)

1 溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白(Solute Carrier，SLC)超家族

溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白(Solute Carrier，SLC)超家族編碼人體第二大類跨膜蛋白超家族[1]，包含55 個基因家族，至少含有362 個具有編碼蛋白功能的基因[2]，基因產(chǎn)物大部分位于細胞膜和細胞器膜，少部分位于細胞質(zhì)，按其功能可分為被動轉(zhuǎn)運蛋白、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)運蛋白、逆向轉(zhuǎn)運蛋白[3]，轉(zhuǎn)運底物除氨基酸外，還包括葡萄糖、陰離 子，OH-和和陽離子(H+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+)、膽汁鹽、羧酸鹽及有機陰離子、乙酰輔酶A、神經(jīng)遞質(zhì)、維生素、脂類、激素、尿素等[2]。溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白通過將上述物質(zhì)轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出細胞來維持機體細胞的正常生命活動。此外，溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白還可調(diào)控內(nèi)源性金屬離子(如銅、鐵、鋅)，同時在調(diào)節(jié)腫瘤血管生成、細胞增殖、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)、癌癥中異常的MAPK 和STAT3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移以及腫瘤耐藥性等方面扮演著重要的角色[4]。氨基酸溶質(zhì)轉(zhuǎn)運載體家族7(solute carrier family 7，SLC7)是SLCs 超家族的一個基因家族，擁有14 個成員蛋白，主要負責(zé)堿性氨基酸和糖蛋白的轉(zhuǎn)運[5-6]。研究發(fā)現(xiàn)，此類基因的突變或異常表與多種人類疾病關(guān)系密切，如SLC7A7 的突變可導(dǎo)致賴氨酸尿性蛋白耐受不良；SLC7A5、SLC7A8 在基底細胞癌中異常高表達[7]等。因此，對該基因家族的深入研究十分必要。

2 SLC7A7 結(jié)構(gòu)與功能

1999 年，Borsani 和Torrents 等人分離出一個新基因，定名SLC7A7(solute carrier family 7 member 7)，為一種溶質(zhì)轉(zhuǎn)運載體基因，屬于SLC7 基因家族的一個成員[8,11]。對人類染色體研究發(fā)現(xiàn)，SLC7A7 基因定位于染色體14q11.2[8-11]，由46590 個堿基對構(gòu)成，包含11 個外顯子(其中9 個具有編碼作用)和10 個內(nèi)含子以及兩個啟動子區(qū)域[6，12-13]，所有內(nèi)含子與外顯子的連接均遵循GT-AG 法則[6]。其cDNA 全長24kb，包括一個527bp 的5’UTR和一個385bp 的3’UTR，polyA 位點位于第2447 個堿基處[14-15]。SLC7A7 翻譯起始位點(甲硫氨酸)位于第二外顯子，終止密碼子(TAA)位于第十外顯子內(nèi)[6]，翻譯產(chǎn)物為含有511 個氨基酸殘基的蛋白質(zhì)(y+LAT1)，蛋白分子量約為56KD[16]，與4F2hc 蛋白(SLC3A2 編碼)形成堿性氨基酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)y+L(systemy+L)，以轉(zhuǎn)運賴氨酸和精氨酸為主，屬于鈉離子(Na+)依賴性轉(zhuǎn)運系統(tǒng)[17]，轉(zhuǎn)運機制為反向轉(zhuǎn)運，即將大量中性氨基酸和鈉離子轉(zhuǎn)入細胞內(nèi)，同時將胞內(nèi)的精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸轉(zhuǎn)運到胞外[18-19]。

3 SLC7A7 與疾病

研究發(fā)現(xiàn)，SLC7A7 基因突變導(dǎo)致的堿性氨基酸轉(zhuǎn)運功能紊亂可引起LPI 等疾?。籗LC7A7 在某些癌癥中呈現(xiàn)高表達，可以作為生物標(biāo)志物。近年來隨著研究的深入，SLC7A7 基因的突變、異常表達或異位表達在一些疾病中的作用受到了越來越多的關(guān)注。

3.1 SLC7A7 與LPI

賴氨酸尿性蛋白耐受不良(LPI)是一種嚴(yán)重的多系統(tǒng)功能紊亂疾病，于1965 年首次由Perheentupa 報道[20]，多由SLC7A7 基因突變引起(SLC7A7 突變后導(dǎo)致小腸基底外側(cè)膜和腎小管細胞堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白缺失)，為常染色體隱性遺傳，以富含蛋白質(zhì)的食物不耐受和繼發(fā)性尿素循環(huán)障礙為特征，常見癥狀包括發(fā)育不良、反復(fù)性嘔吐、進食富含蛋白質(zhì)的食物后出現(xiàn)昏迷、肝脾腫大、肌肉張力減退、骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮、腎功能衰竭、肺泡蛋白沉積、貧血和自身免疫紊亂[21]。研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致LPI 的突變位點分布于整個SLC7A7 基因中，說明SLC7A7 基因中可能并不存在突變熱點[22]。在已知的可導(dǎo)致LPI 的突變中，僅一種突變?yōu)轱@著減弱y+L 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運活性，其他突變均是完全消除該轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的活性[15]。截至2009 年，世界范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)51 種可導(dǎo)致LPI 的SLC7A7 突變，包括插入突變(C.1384-1385 ins ACTA)、缺失突變(C.1185-1188 del TTCT)、點突變(P.R410X， P.Y457X， P.R 468X， P.L124p 等)[14，23-24]。2016 年，中國科學(xué)家在一對患LPI 的中國姐妹體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩個新 的SLC7A7 雜 合 突 變C.1387 del C 和IVS4+1C＞T[24]。Bianca Maria Rotoli[22]等人通過對三種致LPI 的SLC7A7 突變研究后發(fā)現(xiàn)，這些突變均阻礙了y+ LAT1 蛋白在細胞膜上的正確定位，導(dǎo)致循環(huán)單核細胞中 y+L 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)活性顯著受損，從而引發(fā)LPI。Mariona Font-Llitjo’s[14]等研究發(fā)現(xiàn)，某些剪接突變(c.625+1G＞C)導(dǎo)致y+ LAT1 蛋白被刪減而導(dǎo)致跨膜結(jié)構(gòu)域減少，某些錯義突變(c.1273T4C)導(dǎo)致一些非保守性氨基酸發(fā)生交換，如微極性氨基酸(胱氨酸)轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姾砂被?精氨酸)。綜上可知，無論是插入突變、缺失突變、剪接突變、移碼突變還是其他類型的突變，均是影響肽鏈準(zhǔn)確的合成和正確的折疊，從而導(dǎo)致y+ LAT1 蛋白空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得該蛋白不能夠準(zhǔn)確定位或形成有效的跨膜結(jié)構(gòu)域，最終影響溶質(zhì)的轉(zhuǎn)運，發(fā)生LPI。

3.2 SLC7A7 與急性T 淋巴細胞白血病(T-ALL)

急性T 淋巴細胞白血病是一種B 或T 細胞在骨髓內(nèi)異常增生的惡性腫瘤性疾病，0-9 歲兒童多發(fā)。Xiaohui Ji[25]等研究發(fā)現(xiàn)，SLC7A7 在患有急性T 細胞淋巴白血病(T-ALL)的兒童的骨髓中的表達水平顯著高于正常兒童；體外試驗發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染了SLC7A7過表達載體的jurkat 細胞的培養(yǎng)基中精氨酸的含量明顯增高，敲除組細胞的胞外精氨酸含量較對照組則顯著降低，研究結(jié)果證明SLC7A7 蛋白參與了將胞內(nèi)精氨酸轉(zhuǎn)運至胞外的生物過程。精氨酸作為一種非必需堿性氨基酸在體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用，特別是在參與細胞信號傳導(dǎo)，T 細胞激活及免疫應(yīng)答方面扮演者不可替代的角色[26]。當(dāng)精氨酸缺乏時，T 細胞不能被有效地激活、增殖受阻以及無法產(chǎn)生細胞因子[27]。在細胞微環(huán)境中，當(dāng)胞外精氨酸含量較低時，會導(dǎo)致T 淋巴細胞G0-G1 期阻滯以及降低T 淋巴細胞的反應(yīng)性[28-29]。然而，Xiaohui Ji[25]等發(fā)現(xiàn)SLC7A7 的表達對jurkat 細胞的增殖并沒有顯著影響，而轉(zhuǎn)染了SLC7A7 過表達載體的jurkat 細胞發(fā)生凋亡的細胞數(shù)量顯著減少，轉(zhuǎn)染了敲除載體的jurkat 細胞凋亡則增多，說明SLC7A7 在介導(dǎo)jurkat 細胞的凋亡活動時發(fā)揮了重要作用。Blommaart 等研究發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)精氨酸含量的增加，能夠激活mTor 信號通路，引發(fā)細胞凋亡[30-32]，從而推測SLC7A7 是通過對精氨酸的轉(zhuǎn)運而參與細胞凋亡的。此外，Xiaohui Ji 等發(fā)現(xiàn)SLC7A7 能夠影響細胞周期，分子機制可能是SLC7A7 的高表達導(dǎo)致胞內(nèi)精氨酸濃度降低[25]，使得細胞G1 期阻滯[28-29]。敲低SLC7A7 還能夠抑制腫瘤細胞的遷移和侵襲能力[25]。SLC7A7 的低表達使得精氨酸向胞外運輸?shù)倪^程受阻，而L-精氨酸可以抑制CXCL12/CXCR4 信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而抑制細胞的遷移和侵襲[33]。

mTor 信號通路是單細胞真核生物和動植物(包括人)中一條非常保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與調(diào)控細胞的生長和增值等重要生命過程。該通路中重要基因的突變和異常表達與多種人類疾病如癌癥、糖尿病等密切相關(guān)。氨基酸作為mTor 上游的調(diào)控因子對mTor 信號通路的激活十分重要，其中精氨酸和亮氨酸對該通路的激活作用最為有效[34]。SLC7A7 負責(zé)精氨酸的轉(zhuǎn)運，mTorC1 的精氨酸傳感器CASTOR1 可以特異性識別精氨酸，一旦CASTOR1 即與精氨酸結(jié)合，即可激活該信號通路，繼而影響細胞的增殖與凋亡[35]。CXCL12/ CXCR4 信號通路通過轉(zhuǎn)移、血管發(fā)生等方式參與腫瘤進程，CXCL12 的過表達可增加腫瘤細胞的侵襲和遷移能力，CXCR4 過表達則與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和生存期短相關(guān)。L-精氨酸可抑制CXCL12/ CXCR4 信號通路的活性，所以SLC7A7 可通過對精氨酸的轉(zhuǎn)運間接影響CXCL12/ CXCR4 通路的信號傳導(dǎo)，從而影響腫瘤的轉(zhuǎn)移。由此可知，SLC7A7 對T-ALL 的作用是通過利用其自身對精氨酸的轉(zhuǎn)運功能來實現(xiàn)的，所以，SLC7A7 作為一種溶質(zhì)轉(zhuǎn)運載體，有望成為 SLC7A7 高表達T-ALL 患者新的治療靶點。

3.3 SLC7A7 與惡性膠質(zhì)瘤(GBM)

Songhua Fan[36]等研究發(fā)現(xiàn)，SLC7A7 基因的遺傳變異可能影響膠質(zhì)瘤的易感性，特別是SLC7A7 的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與患膠質(zhì)瘤的風(fēng)險之間存在顯著的相關(guān)性，部分SNPs 的等位基因頻率在病例組與對照組間存在顯著差異，其中rs12433985 和rs2065134(SNP 的兩種類型)是膠質(zhì)瘤顯著且獨立的風(fēng)險因子，rs12433985 能夠顯著增加患惡性膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)的風(fēng)險系數(shù)，但rs12433985 與低級別膠質(zhì)瘤的相關(guān)性則不顯著(P=0.055)。在惡性膠質(zhì)瘤中，SLC7A7 在腫瘤組織中的表達顯著高于正常組織，且SLC7A7 高表達患者的無進展生存期和總生存期明顯縮短，經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，顯示SLC7A7 可以作為惡性膠質(zhì)瘤的獨立預(yù)后因子[37]。但Agnelli L[38]等發(fā)現(xiàn)，在多發(fā)性骨髓瘤中，SLC7A7 的高表達與患者的良好預(yù)后呈正相關(guān)。從現(xiàn)有的文獻報道看，SLC7A7在不同腫瘤中發(fā)揮不同的作用，有待進一步研究。

3.4 SLC7A7 與卵巢癌

卵巢癌是女性常見的惡性腫瘤之一。雖然對卵巢癌的研究日趨深入，但目前治療方式仍以早期手術(shù)治療、晚期癌細胞減滅術(shù)、手術(shù)輔以含鉑雙藥聯(lián)合化療及靶向治療為主，且腫瘤耐藥是大多數(shù)患者死亡的主要原因[39-42]。復(fù)發(fā)性卵巢癌分為鉑敏感性復(fù)發(fā)和鉑耐藥性復(fù)發(fā)，對于鉑耐藥性患者，鉑類單藥化療方法并非首選，但非鉑類藥物的作用效果卻十分有限[43-44]。Cheng L[45]等在對卵巢癌的研究中發(fā)現(xiàn)，SLC7A7 在腫瘤細胞的耐藥性方面發(fā)揮了重要作用，分子機制是SLC7A7 能夠轉(zhuǎn)運某些化療藥物進入腫瘤細胞以及調(diào)節(jié)腫瘤細胞對化療藥物的應(yīng)答。因此SLC7A7 可能是一個提高卵巢癌細胞對化療藥物敏感性的一個新的治療靶點。

3.5 非小細胞肺癌(NSCLC)

肺癌是世界上常見的惡性腫瘤之一，且已經(jīng)成為癌癥相關(guān)死亡的主要原因之一，約有80%的肺癌為非小細胞肺癌[46]。非小細胞肺癌分為鱗狀細胞癌、大細胞癌、腺癌，其癌細胞具有生長分裂較慢，擴散轉(zhuǎn)移相對較晚的特點。罹患非小細胞肺癌的患者發(fā)現(xiàn)時多已處于中晚期，治愈的機會非常小。為探究SLC7A7 對非小細胞肺癌放療敏感性的作用，Xie L[47]等通過cDNA 微列陣分析檢測SLC7A7 的表達情況，發(fā)現(xiàn)其在輻射誘導(dǎo)的非小細胞肺癌輻射耐受細胞株(SPC-A1/R)中呈下調(diào)趨勢，提示SLC7A7 在抑制非小細胞肺癌的輻射耐受，提高腫瘤細胞對放療的敏感性等方面發(fā)揮了重要作用。

3.6 SLC7A7 與基底細胞癌

在基底細胞癌中，E.Tina[7]等通過cDNA 微列陣分析發(fā)現(xiàn)：，SLC7A5、SLC7A8、SLC7A7 及TDO2 在癌組織中呈現(xiàn)高表達，但RT-qPCR 試驗發(fā)現(xiàn)SLC7A7 在癌組織與正常組織中的表達并無顯著差異，且免疫組織化學(xué)試驗證明SLC7A7 在癌區(qū)細胞，上皮細胞，濾泡上皮細胞的表達水平普遍較低，而在正常表皮與腫瘤組織的表皮的顆粒層表現(xiàn)為強陽性。研究結(jié)果表明SLC7A7 在皮膚的角質(zhì)化進程中發(fā)揮了一定的作用；結(jié)果統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，SLC7A7 在轉(zhuǎn)錄水平的表達與蛋白水平的表達并無相關(guān)性。表明SLC7A7 基因的表達情況在基底細胞癌的不同表達水平不一致，需要進一步研究。

4 結(jié)論與展望

疾病的發(fā)生、發(fā)展是多種因素共同作用的結(jié)果，包括遺傳、外部環(huán)境變化、生活習(xí)慣改變、基因突變和異常表達導(dǎo)致的信號通路調(diào)節(jié)異常以及腫瘤局部微環(huán)境的變化等，其中基因突變最為復(fù)雜，特別是在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中，當(dāng)某些重要的基因突變后，導(dǎo)致一些信號蛋白異常表達，繼而使得信號通路中的關(guān)鍵分子發(fā)生級聯(lián)式的改變，最終引發(fā)腫瘤細胞的凋亡減少、增殖遷移能力增強等一系列改變。近年來，精準(zhǔn)醫(yī)療逐漸成為疾病治療的熱點，因此，尋找出關(guān)鍵的致病基因?qū)膊〉闹委熅惋@得十分重要。

SLC7A7 基因編碼的蛋白參與了一些重要的信號通路的調(diào)控，如mTor、CXCL12/CXCR4 等，其直接影響了細胞凋亡、細胞遷移和侵襲的能力。當(dāng)SLC7A7 基因發(fā)生突變后，導(dǎo)致表達產(chǎn)物異常，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使之無法在細胞膜上準(zhǔn)確定位，嚴(yán)重阻礙了y+L 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的活性，最終引發(fā)LPI。所以，對SLC7A7 的深入研究對于治療LPI 具有重要的意義。SLC7A7 在T-ALL 異常高表達，可促進T-ALL 癌細胞的遷移和侵襲，進一步探索可作為治療T-ALL 的一個靶點。SLC7A7 在惡性膠質(zhì)瘤中的異常高表達可用作惡性膠質(zhì)瘤不良預(yù)后的判斷指標(biāo)之一。此外，既往研究還表明SLC7A7 在腫瘤細胞耐藥性等方面發(fā)揮了重要作用。綜上所述，這些研究均預(yù)示著SLC7A7 潛在的臨床應(yīng)用價值。但同時也發(fā)現(xiàn)SLC7A7 在不同疾病中發(fā)揮的作用并不相同，在相關(guān)疾病中的表達情況及其與疾病的相關(guān)性的研究還不夠充分，其參與疾病發(fā)生、發(fā)展的作用機制還不夠明確，有待進一步研究。