陰離子轉運體Slc26a9在消化系統中的表達和功能及相關疾病的研究進展

劉雪梅，文國容，金 海，程曉明 綜述，庹必光，李濤浪△ 審校

(1.遵義醫學院附屬醫院消化內科，貴州遵義 563003；2.貴州省消化疾病研究所，貴州遵義 563003；3.遵義醫學院附屬醫院甲乳外科，貴州遵義 563003)

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·綜 述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2017.19.040

陰離子轉運體Slc26a9在消化系統中的表達和功能及相關疾病的研究進展

劉雪梅1，2，文國容1，2，金 海1，2，程曉明3綜述，庹必光1,2▲，李濤浪3△審校

(1.遵義醫學院附屬醫院消化內科，貴州遵義 563003；2.貴州省消化疾病研究所，貴州遵義 563003；3.遵義醫學院附屬醫院甲乳外科，貴州遵義 563003)

Slc26a9；消化系統；生理功能；相關疾病狀態

Slc26a9是新近發現的多功能陰離子轉運家族中的一員，主要表達在肺[1]和胃[2]的黏膜上皮細胞上，通過不同的生理學功能模式參與調節氯離子(Cl-)和碳酸氫根離子(HCO3-)的轉運。目前，已有的研究發現Slc26a9在不同器官中有著不同的生理功能，并與某些疾病的發生關系密切，但其在消化道中研究較少。本文就Slc26a基因家族的分類情況，Slc26a9在不同組織器官中的表達和可能的功能模式，在消化系統中的表達和最有可能扮演的生理學角色及其與消化道相關疾病發生、發展的關聯進行綜述和評論。旨在系統、全面地認識Slc26a9作為一個全新發現的陰離子轉運體在消化系統中的重要作用，對于豐富消化道相關疾病的發病機制和尋求后續靶點治療有著十分重要的科學價值和臨床意義。

1 Slc26a基因多功能陰離子轉運家族

Slc26a陰離子轉運器是新近發現的多功能跨膜轉運蛋白基因家族，對Cl-、HCO3-、硫酸根離子(SO42-)、碘離子(I-)等各種單價和二價陰離子進行跨膜轉運，以此來調節機體的pH值和液體的分泌[3]。該基因家族共包含11個亞基，除了Slc26a10可能是假基因外，其余亞基根據轉運特性可分成三大類[4]：第一類是選擇性SO42-轉運體，包括了Slc26a1和Slc26a2。Slc26a1表達在肝臟和腎臟的基底膜上[5-7]，是4,4′-二異硫氰酸二丙乙烯-2,2′-二磺酸(DIDS)敏感的SO42-轉運體并伴有微量轉運Cl-的功能[5]。Slc26a2在腎臟的近端小管和腸道中表達[8-10]，介導電中性的離子交換，接收SO42-、Cl-和草酸鹽作為底物并兼有轉運I-和硝酸根離子的功能[10]。第二類是一系列的Cl-/HCO3-轉運體，包括Slc26a3、Slc26a4和Slc26a6，他們都表達在上皮細胞的黏膜側細胞膜上，對于調節上皮細胞的Cl-和HCO3-轉運有著十分重要的作用。Slc26a3最初由于其在結腸腺瘤和腺癌中表達下調故被定義為腫瘤的抑癌基因[11]，而其功能主要是在消化系統中作為Cl-/HCO3-轉運體調節腸腔側Cl-的吸收和HCO3-的分泌[12-14]，Slc26a3基因的突變會導致先天性氯離子腹瀉[15]。Slc26a6廣泛表達在各個器官中，其功能也主要取決于所表達的器官。在胰腺中，Slc26a6主要是調節HCO3-的分泌[16]，而在空腸中卻扮演了調節HCO3-吸收的角色[17]。Slc26a4在腎臟中主要是轉運陰離子和I-[18-20]。而該蛋白的突變與一些基因病如潘氏綜合征和遺傳性耳聾相關[4，20-21]。第三類是由Slc26a7和Slc26a9組成的離子通道。Slc26a7在腎臟和胃壁細胞的基底膜上表達[22-23]。Slc26a7的缺失導致了遠端腎小管性酸中毒和胃酸缺乏[24]。Slc26a9主要在呼吸道[1]和上消化道[25]中表達，其具體的生理功能及其與相關疾病的關聯將在本文中進行闡述。Slc26a5、Slc26a8、Slc26a11目前均未納入以上三組分類，他們的生物學特性仍需要進一步研究。

2 Slc26a9在不同組織器官中的表達和功能

Slc26a9是Slc26家族中的一員，是在Slc26a家族中的其他亞型基礎上進行的同源性克隆。Slc26a9定位于人類一號染色體上的1q31-32，編碼791個氨基酸的蛋白質[26]。SLC26A9(人類)/Slc26a9(小鼠)主要表達在肺[26]和胃[2，27]的黏膜上皮上，少量表達在近端十二指腸[25]，極少量表達在遠端十二指腸、胰腺[25]、腎臟[28]、神經系統[29]、生殖道[30]和前列腺[26]。以往的電生理研究通過測量表達有Slc26a9的非洲爪蟾卵母細胞、人胚胎腎(human embryonic kidney，HEK)細胞及COS-7細胞的電流，表明Slc26a9可以作為高選擇性的Cl-通道同時對氫氧根離子(OH-)/HCO3-有少量的通透性，而這個功能在不同細胞中被WNK激酶和囊性纖維化跨膜電導調節因子(CFTR)調節[30-33]。另外，Loriol等[31]研究發現高濃度的HCO3-能夠增強Slc26a9導電性。目前，對其功能的研究焦點主要在Slc26a9與CFTR之間的相互調節作用。大部分研究都發現Slc26a9在呼吸道中能增強CFTR的功能和活性[32，34]，而在不同狀態下，Slc26a9的功能可被CFTR進行正負調節[33，35]。與此同時，通過在非洲爪蟾卵母細胞、HEK細胞和動物實驗為基礎的電生理研究發現了Slc26a9有可能具備三種功能模式：(1)Cl-通道[28，31-32，34-35]；(2)Cl-/HCO3-交換體[27，29，36]；(3)鈉離子轉運體[29]。此外，Slc26a9蛋白質還可以和不同的傳導體共同作用對I-、葡萄糖、SO42-和鈀離子等進行傳導[30-31]。因此，目前Slc26a9確切的生理功能仍十分爭議。

3 Slc26a9在消化道中的生理功能

在消化道中，Slc26a9主要集中表達在胃的壁細胞、表面上皮細胞和胃腺體深層細胞黏膜側的細胞膜上，并與氫-鉀腺苷三磷酸酶(H+/K+-ATP酶)的定位相同[2，27]。最初發現Slc26a9在胃表面細胞上表達并介導HCO3-的分泌，而該功能在體外可被銨根離子(NH4+)所抑制[27]。該結果的發表在當時產生了另一個科學疑問：既然NH4+能抑制Slc26a9的功能，而幽門螺桿菌感染時會產生大量的氨，是否在該疾病狀態下Slc26a9的表達會減少；此外，是否可以解釋幽門螺桿菌感染時導致的胃酸對胃黏膜的損傷及潰瘍的形成是由Slc26a9轉運HCO3-的功能被削弱而發生。然而，在之后的動物研究中卻發現，幽門螺桿菌感染的小鼠胃表面細胞的mRNA和蛋白質較對照組均明顯上調，這可能是為了克服由于幽門螺桿菌感染后慢性抑制Slc26a9介導的HCO3-分泌功能的代償反應[37]。之后，Demitrack等[36]基于Slc26a9基因敲除小鼠模型，利用雙光子共聚焦顯微鏡造成對小鼠胃黏膜的損傷，證實了在胃黏膜損傷時胃表面細胞上的Slc26a9可被激活，通過其陰離子轉運功能來調節HCO3-的分泌。以上研究表明：在胃中Slc26a9可以作為Cl-/HCO3-轉運體參與胃HCO3-分泌的調節，可能在胃黏膜保護機制中扮演重要角色。然而之后的報道卻質疑了這種說法，首先是Xu等[2]利用Slc26a9基因敲除動物模型發現，Slc26a9基因的缺失導致了小鼠胃酸分泌的驟減，并伴有壁細胞管狀囊泡的缺失，提出了在胃中Slc26a9也許是作為Cl-通道參與調節胃酸的分泌。此外，本研究小組發現：利用Ussing chamber實驗測定胃竇部的HCO3-分泌和短路電流，Slc26a9基因敲除小鼠的各項數據較野生型小鼠明顯增高(劉雪梅未發表的數據)，這表明雖然Slc26a9在胃竇中高表達[25]，但其缺失并未影響小鼠胃竇HCO3-的分泌和Cl-轉運。顯然，這并不支持Slc26a9的生理功能是作為Cl-/HCO3-轉運體。因此，Slc26a9在胃中，乃至整個消化道中的生理功能仍需要進一步研究。

近期基因多態性分析發現Slc26a9基因單核苷酸多態性增加了囊性纖維化(cystic fibrosis，CF)所導致的嬰兒胎糞性腸梗阻的發生風險[38]，研究者們對Slc26a9在腸道中的表達和功能進行了研究。早期研究顯示，Slc26a9在十二指腸上有微弱的表達[27]，活體動物實驗也發現Slc26a9基因的缺失導致了小鼠十二指腸的HCO3-分泌無論是基礎狀態下，還是在低酸刺激下抑或是前列腺素E2刺激下都銳減，這說明Slc26a9在十二指腸中對于酸誘導的HCO3-分泌有著十分重要的調節作用[39]。為了更好地了解Slc26a9在胃腸道中的表達和功能，本研究團隊進行了更進一步的研究[25]。實驗結果顯示，Slc26a9在小鼠和人類胃腸道中的表達是一致的：主要表達在胃體、胃竇，其次是近端十二指腸，而在發生胎糞性腸梗阻的遠端腸道(結腸和回腸)并無表達。本研究團隊研究發現，盡管Slc26a9在近端十二指腸僅有微弱表達，但其缺失不僅使CFTR敲除小鼠的生存率銳減，還削弱了近端十二指腸HCO3-和水的分泌。這表明，Slc26a9對于調節近端十二指腸HCO3-的分泌起著至關重要的作用，而Slc26a9基因與胎糞性腸梗阻發生相關的原因可能是其缺失引起了上消化道功能的紊亂，導致了消化失調并削弱了消化道下游的信號[25]。作者認為，該項研究更為關鍵的是闡述了在近端十二指腸中對于介導HCO3-的分泌，Slc26a9具有以下幾個可能的功能模式，這對豐富認知Slc26a9的生理作用有著十分重要的意義。(1)Cl-通道：基于Slc26a9是除CFTR以外的表達在十二指腸隱窩的離子通道[25]，故其可扮演一個類似于CFTR的Cl-通道與十二指腸黏膜上其他的Cl-/HCO3-交換體共同作用來調節HCO3-的分泌。(2)Cl-/HCO3-交換體：其本身可以充當一個交換體，與Cl-通道CFTR一起對HCO3-進行轉運。(3)與在呼吸道中所報道的結果一致[32，34]，Slc26a9與CFTR在結構和功能上相互作用，Slc26a9加強了CFTR對十二指腸HCO3-分泌的作用。(4)基于Slc26a9在十二指腸隱窩表達，其可能與跨膜上皮的離子轉運不直接相關，而是與細胞容積的調節、遷移、凋亡、分化相關，在這種情況下，其對離子轉運的調節有可能是基于細胞生長和分化改變后的繼發現象。

4 Slc26a9與消化系統疾病的關聯

Slc26a9基因的變異可以導致某些消化道疾病的發生，目前的研究主要關注該基因與CF引起的相關消化道疾病之間的關系。CF是由于CFTR基因的突變導致的一組包括新生兒胎糞性腸梗阻、生長緩慢、膽汁分泌異常、慢性肺部感染及相關性糖尿病的遺傳性疾病[40]。因在對Slc26a9生理功能的探尋中發現其與CFTR在結構和功能上相互作用，不僅能夠激活CFTR的活性還能改變Slc26a9的功能[3]，故近年來人們越來越關注Slc26a9基因的變異是否與CF相關疾病存在關系。

Sun等[38]在Nature Genetics上報道，利用全基因組關聯性分析發現了位于Slc26a9基因內區的rs4077468，該位點的突變增加了CF新生兒發生胎糞性腸梗阻的風險性[38]。隨后，另一實驗結果顯示，通過測定循環免疫胰蛋白酶原發現了Slc26a9基因上的一個危險的等位基因位點rs7512462，其不僅增加了胎糞性腸梗阻的發生風險，同時與胰腺疾病的發病相關[41]。同期的研究中更加肯定了Slc26a9基因的單核苷酸多態性與囊性纖維化相關性糖尿病(cystic fibrosis related diabetes，CFRD)發病的直接關聯[40]。令人驚訝的是，Slc26a9基因中兩個處于完全連鎖不平衡的核苷酸多態性(rs4077468、rs4077469)增加了CFRD的發病，但同樣的基因改變在2型糖尿病的發病中卻對機體起到了保護作用[40，42]。這一系列研究結果提示：在胰腺中，由于Slc26a9基因的突變使其作為Cl-通道功能出現異常，可能通過逐步破壞胰腺外分泌組織和削弱β細胞的功能來影響胰腺的外分泌功能；也可能是其本身通過調節胰島素的分泌在糖代謝中起重要的調節作用[40]。因此，基于以上的發現和Slc26a9在胰腺中確實有表達[25]，以動物實驗為基礎的研究用于探尋Slc26a9對于胰腺內、外分泌功能的影響顯得十分有意義。本研究團隊利用Slc26a9基因敲除小鼠模型發現：相比正常野生型小鼠,在活體狀態下Slc26a9基因敲除小鼠胰液的分泌和對葡萄糖的耐受均是顯著降低的，這提示Slc26a9的缺失確實影響了胰腺的內、外分泌功能(李濤浪未發表的數據)。因此，作者相信隨著研究的逐步深入，探尋Slc26a9影響胰腺功能的機制將很好地解釋該基因的單核苷酸多態性與CF相關胎糞性腸梗阻及CFRD的關系。

而其他一些與CF不相關的消化系統疾病，如消化性潰瘍和普通糖尿病的發病，雖然目前尚缺乏文獻報道，但根據本研究團隊的前期實驗，作者認為上述消化系統疾病可能也與Slc26a9基因突變和功能的改變密切相關，而相關研究也是本研究團隊未來的規劃。作者相信相關的靶點治療也應該是未來胃黏膜保護機制研究和糖尿病治療的方向，這將會對相關疾病的診治提供一個全新的切入點。

5 結 語

Slc26a9作為一個新近發現的基因，其在消化系統中的生理功能和與相關疾病的關聯仍需更加深入的研究，這對豐富消化系統相關疾病發病機制的認識和新藥物靶點的開發有著十分重要的科學意義和臨床價值。

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國家自然科學基金資助項目(81560456,81660098，81572438)，貴州省科技計劃項目(黔科合平臺人才[2016]5608)，貴州省留學人員科技創新項目(黔人項目資助合同[2016]-14號)。 作者簡介：劉雪梅(1983-)，副主任醫師，博士/博士后，主要從事離子通道在消化道腫瘤及胃腸黏膜保護機制中作用的研究。△

，E-mail：0078029@sina.com；▲共同通信作者，E-mail：tuobiguang@aliyun.com。

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