溶质载体家族4成员A1在心血管疾病中的研究进展

欧尾妹、付志方综述，刘梅林审校

心血管疾病是威胁人类健康最主要的疾病之一，致残率和致死率均较高。根据《中国心血管病报告2016》推算，我国心血管病患病人数2.9 亿，其中冠心病患者1 100万，心力衰竭患者450万；心血管病死亡率居首位，高于肿瘤和其他疾病，占居民疾病死亡构成的40%以上[1]。我国心血管疾病负担日渐加重，已成为重大的公共卫生问题，防治心血管病刻不容缓。

溶质载体家族4成员A1（solute carrier family 4 member A1，SLC4A1）是红细胞膜上一类重要的跨膜糖蛋白，主要介导细胞内外氯离子/碳酸氢根离子（）等阴离子跨膜转运，也称阴离子交换体1（anion exchanger 1，AE1）[2]。因在红细胞膜蛋白电泳条带中排第三，故也称带3蛋白（band 3）[3]。SLC4A1在维持红细胞膜结构稳定、调控红细胞携氧-释氧过程和调控能量代谢等方面具有重要作用，可参与遗传性球形红细胞增多症、远曲肾小管酸中毒、心肌肥厚、糖尿病、高血压等多种疾病的发生、发展。

1　SLC4A1概述

1.1　溶质载体家族4

溶质载体家族4（solute carrier family 4，SLC4）是一类参与细胞膜内外物质转运的转运蛋白，共有10个成员，因SLC4A6是不编码蛋白的假基因，故SLC4家族成员有SLC4A1～5和SLC4A7～11蛋白[2]。这些蛋白可分为三种类型：（1）非Na+依赖性的电中性Cl-/交换蛋白，有SLC4A1、SLC4A2和 SLC4A3；（2）Na+依赖性的交换蛋白，有SLC4A4、SLC4A5、SLC4A7、SLC4A8、SLC4A10和部分SLC4A9；（3）介导植物和真菌硼酸转运的SLC4A11[4]。在非Na+依赖性的电中性Cl-/交换蛋白中，人SLC4A1表达于红细胞膜、肾脏、肺、心脏等，其N端缺失65个氨基酸残基的截断体（kidney AE1，kAE1）主要表达于肾脏。SLC4A2和SLC4A3广泛表达于脑、视网膜、心脏和肾脏等。

1.2　SLC4A1基因

人SLC4A1基因位于17号染色体q21上，大小为18 kb，有20 个外显子，cDNA序列由4 906个核苷酸组成，其中不包括poly(A)尾[5,6]。小鼠SLC4A1只有17 kb，其cDNA的3’非编码区域缺乏人SLC4A1位于内含子13和外显子20之间的Alu重复序列[6]。人的SLC4A1基因有两个潜在的启动子区，使其转录产生红细胞膜SLC4A1和肾SLC4A1两种表型[6]。SLC4A1基因突变可引起遗传性球形红细胞增多症、遗传性口形红细胞增多症、东南亚卵圆形红细胞增多症、远曲肾小管酸中毒、心肌肥厚等，是导致多种疾病发生的根本原因[7-10]。

1.3　SLC4A1蛋白

SLC4A1蛋白也称带3蛋白或AE1，占红细胞膜蛋白总量的25%～30%，每个细胞约含有106拷贝量，是一类普遍存在于脊椎动物体内的膜蛋白[11]。SLC4A1在膜上以二聚体或四聚体形式存在[4]，故分子量也由93～110 KDa不等[12,13]。人SLC4A1蛋白是由911个氨基酸组成，每个氨基酸可分为三个结构域： （1）N端亲水性胞浆结构域，由残基1～403组成，作为红细胞支架的膜固定位点，与锚蛋白、血影蛋白、4.1蛋白和4.2蛋白等蛋白结合，还可与多种酶结合，如糖酵解酶、整合素连接酶等；（2）含有12～14次α-螺旋跨膜结构的疏水性跨膜区，由残基404～882组成，是Cl-与等阴离子交换的区域，可促进CO2由组织转入肺泡。（3）位于细胞质内的亲水性C端结构域，由残基 883～ 911组成，其内含有碳酸酐酶Ⅱ的结合位点，后者可将进入红细胞内的CO2水合化成和H+从而调节细胞内pH[2,4]。

1.4　SLC4A1蛋白的生理功能

SLC4A1蛋白在红细胞膜上的主要功能是介导阴离子的交换，主要包括、Cl-、草酸根离子、硫酸根离子、磷酸氢根离子等，调节细胞内pH，从而对红细胞携氧-释氧过程起调控作用。在实验条件下，SLC4A1蛋白的单体和寡聚体甚至部分片段都具有阴离子转运活性。SLC4A1蛋白的胞浆区主要有三大功能： （1）调节血红蛋白与氧气的结合；（2）使红细胞膜骨架保持稳定，维持红细胞正常的细胞形状；（3）参与糖酵解酶活性的调节，从而参与调节能量代谢[5]。

2　SLC4A1与心血管疾病

SLC4A1基因突变可导致蛋白质结构与功能发生变化，红细胞膜变形能力下降，刚性增强，红细胞变成球形、卵圆形或口形，当血液流经脾脏毛细血管时，红细胞易被脾脏破坏。红细胞破坏增多，导致溶血性贫血。严重贫血可引起循环血量增加，导致左心室心肌肥厚，进而引起心室扩大，最终出现心功能障碍[14]。Cingolani等[15]认为，SLC4A1可促进心肌细胞内的排出，从而增加细胞内的H+，后者通过Na+/H+转换增加细胞内Na+浓度，细胞内高Na+浓度通过增加Na+/Ca2+转换使细胞内Ca2+浓度升高，而细胞内Ca2+是心肌肥厚的信号，它可通过蛋白激酶C和（或）钙调磷酸酶发挥作用，也可激活兴奋-收

缩偶联。Alvarez等[16]研究发现，SLC4A1基因完全缺失（AE1-/-）的小鼠存在严重溶血性贫血，其心脏与体重重量比显著高于SLC4A1基因正常（AE1+/+）的同窝小鼠；形态学检查显示，AE1-/-小鼠的左心室重量增加并伴有胶原沉着和纤维化；超声心动图结果显示，AE1-/-小鼠左心室舒张末期和收缩末期均扩大，存在心脏收缩功能障碍。研究者综上结果认为，SLC4A1基因完全缺失的小鼠存在心肌肥厚。但是进一步研究显示，心肌肥厚的进展并不依赖于SLC4A1蛋白活性， SLC4A3基因编码的SLC4A3fl蛋白才是促心肌肥厚的转运蛋白。最近研究表明，介导心肌细胞Cl-/转运最主要的蛋白是SLC26A6， 而非SLC4A1[17]。关于SLC4A1在心脏的作用仍需进一步研究。

3　SLC4A1与心血管疾病危险因素

3.1　SLC4A1与糖尿病

红细胞流变学异常如聚集率增加、变形能力下降、黏稠度增加、附着力增加等与糖尿病的发生、发展密切相关。SLC4A1蛋白的胞浆区是多种蛋白的结合域，可与多种膜蛋白结合从而影响红细胞膜的稳定，进而参与糖尿病的发生、发展。Gaczynska等[18]报道，糖尿病患者SLC4A1蛋白和血影蛋白降解速率异常。Adewoye等[19]报道，1型糖尿病患者红细胞膜缺乏血影蛋白，而锚蛋白、带6蛋白等在1型糖尿病和2型糖尿病患者中显著增加。Kaymaz 等[20]报道，在糖尿病猫中带5蛋白减弱，带4.5蛋白和带4.9蛋白缺失，推测膜蛋白异常可能与非酶糖基化作用有关。Petropoulos等[21]首次发现，糖尿病视网膜病变患者红细胞膜蛋白结构发生改变，SLC4A1蛋白迁移率增加且出现异常分子量的蛋白，可能与糖尿病微血管病变的进展有关，未来可能成为提示糖尿病微血管病变的血清标记物。姜德友等[22]开展的研究显示，SLC4A1 mRNA在糖尿病心肌组织中表达下调。生理状态下，SLC4A1蛋白结合糖酵解酶，不仅调节糖酵解过程，而且可以保护糖酵解酶活性免受胞浆蛋白酶降解。在糖尿病性心肌损伤状态下，大鼠心肌SLC4A1蛋白含量明显减少，糖酵解酶失去保护而降解，使心肌ATP生成不足，ATP不足引起Ca2+超载从而使心肌收缩性减弱，心脏舒张期顺应性下降。同时心肌细胞内的Ca2+过负荷可导致左心室舒张末期压力升高，进一步加重糖尿病性心肌病大鼠的心肌损伤。

3.2　SLC4A1与高血压

SLC4A1蛋白与体内氧化应激水平有着密切的关系。随着体内氧化应激水平的增强，红细胞膜蛋白的巯基在脂质过氧化作用下被氧化，蛋白发生交联，易被降解，导致红细胞变形能力和携氧功能下降，成为相关疾病中组织局部供血不足的潜在致病因素[23]。而高血压患者体内存在氧化应激增强，使得包括红细胞膜在内的生物膜受自由基攻击发生氧化损伤，红细胞膜蛋白诸如SLC4A1蛋白、锚蛋白等成为攻击靶点而降解，SLC4A1蛋白水平下降。Kokubo等[24]筛查15 200例日本高血压患者发现，SLC4A1基因Memphis突变（Lys56Glu）与高血压有关，提示SLC4A1基因在日本人群中是高血压易感基因。常文露等[25]研究发现，单纯收缩压升高者SLC4A1蛋白含量占红细胞膜蛋白总量的23.33%，明显低于正常人的水平（24.20%，P＜0.05），收缩压和舒张压与SLC4A1蛋白水平均呈负相关。

3.3　SLC4A1与血液高凝状态

SLC4A1基因完全缺失小鼠不易存活，新生期存活率只有5%～10%，可能与SLC4A1蛋白缺乏小鼠血液呈高凝状态有关。Hassoun等[11]对3只成年、11只新生SLC4A1基因完全缺失小鼠进行组织学检查发现，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变，4只新生小鼠有大量静脉血栓；凝血检查显示，SLC4A1基因完全缺失小鼠凝血时间显著缩短，提示SLC4A1蛋白缺乏红细胞膜可能产生促凝血表层，后者促进凝血酶原酶复合物激活；流式细胞术显示，SLC4A1蛋白缺乏红细胞平均荧光密度增加，表明SLC4A1蛋白缺乏导致的膜磷脂成分改变可能增加磷脂酰丝氨酸在外膜的暴露，后者可使血栓形成速度提高成千上万倍，这可能是SLC4A1蛋白缺乏小鼠血液呈高凝状态的根源。

3.4　SLC4A1与凋亡

Mandal等[26]首次报道，N-末端胞浆区是细胞凋亡蛋白酶3的底物，在N-末端胞浆区有两个剪切位点TATD45和EQGD205；衰老的红细胞中凋亡蛋白酶3被激活，激活的凋亡蛋白酶3剪切SLC4A1从而破坏N-末端胞浆区与细胞骨架相互作用，红细胞失去正常的形状而被清除。Akel等[27]发现，AE1-/-小鼠压力刺激性Ca2+渗透性高于AE1+/+小鼠，而Ca2+浓度增加可引起Ca2+敏感的细胞膜脂紊乱，进而导致磷脂酰丝氨酸暴露于细胞膜外，后者是凋亡细胞上被巨噬细胞磷脂酰丝氨酸受体识别和吞噬细胞的信号，最终凋亡细胞被清除，证实SLC4A1参与细胞的凋亡。

4　小结

SLC4A1是红细胞膜上重要的糖蛋白，具有介导Cl-/等阴离子跨膜转运、维持红细胞膜结构稳定、调控红细胞携氧-释氧过程和调控能量代谢等重要作用。SLC4A1基因突变、蛋白结构改变和功能失调可引起多种疾病。最近研究提示，SLC4A1也可参与糖尿病、高血压、血栓形成等心血管病危险因素的发生、发展过程。鉴于SLC4A1与心血管系统疾病关系密切，因此应对其具体作用及机制进行深入研究，探讨其在心血管疾病中的细胞分子基础和病理生理变化，从而为临床心血管疾病的诊治提供新的思路。

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