SLC7A7 基因与相关疾病的研究进展

崔豪豪，李克生,2

(1.兰州大学 生命科学学院，甘肃 兰州；2.甘肃省医学科学研究院，甘肃 兰州)

1 溶质转运蛋白(Solute Carrier，SLC)超家族

溶质转运蛋白(Solute Carrier，SLC)超家族编码人体第二大类跨膜蛋白超家族[1]，包含55 个基因家族，至少含有362 个具有编码蛋白功能的基因[2]，基因产物大部分位于细胞膜和细胞器膜，少部分位于细胞质，按其功能可分为被动转运蛋白、协调转运蛋白、逆向转运蛋白[3]，转运底物除氨基酸外，还包括葡萄糖、阴离 子，OH-和和阳离子(H+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+)、胆汁盐、羧酸盐及有机阴离子、乙酰辅酶A、神经递质、维生素、脂类、激素、尿素等[2]。溶质转运蛋白通过将上述物质转入或转出细胞来维持机体细胞的正常生命活动。此外，溶质转运蛋白还可调控内源性金属离子(如铜、铁、锌)，同时在调节肿瘤血管生成、细胞增殖、上皮-间充质转化(EMT)、癌症中异常的MAPK 和STAT3 信号转导、肿瘤细胞的侵袭和转移以及肿瘤耐药性等方面扮演着重要的角色[4]。氨基酸溶质转运载体家族7(solute carrier family 7，SLC7)是SLCs 超家族的一个基因家族，拥有14 个成员蛋白，主要负责碱性氨基酸和糖蛋白的转运[5-6]。研究发现，此类基因的突变或异常表与多种人类疾病关系密切，如SLC7A7 的突变可导致赖氨酸尿性蛋白耐受不良；SLC7A5、SLC7A8 在基底细胞癌中异常高表达[7]等。因此，对该基因家族的深入研究十分必要。

2 SLC7A7 结构与功能

1999 年，Borsani 和Torrents 等人分离出一个新基因，定名SLC7A7(solute carrier family 7 member 7)，为一种溶质转运载体基因，属于SLC7 基因家族的一个成员[8,11]。对人类染色体研究发现，SLC7A7 基因定位于染色体14q11.2[8-11]，由46590 个碱基对构成，包含11 个外显子(其中9 个具有编码作用)和10 个内含子以及两个启动子区域[6，12-13]，所有内含子与外显子的连接均遵循GT-AG 法则[6]。其cDNA 全长24kb，包括一个527bp 的5’UTR和一个385bp 的3’UTR，polyA 位点位于第2447 个碱基处[14-15]。SLC7A7 翻译起始位点(甲硫氨酸)位于第二外显子，终止密码子(TAA)位于第十外显子内[6]，翻译产物为含有511 个氨基酸残基的蛋白质(y+LAT1)，蛋白分子量约为56KD[16]，与4F2hc 蛋白(SLC3A2 编码)形成碱性氨基酸转运系统y+L(systemy+L)，以转运赖氨酸和精氨酸为主，属于钠离子(Na+)依赖性转运系统[17]，转运机制为反向转运，即将大量中性氨基酸和钠离子转入细胞内，同时将胞内的精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸转运到胞外[18-19]。

3 SLC7A7 与疾病

研究发现，SLC7A7 基因突变导致的碱性氨基酸转运功能紊乱可引起LPI 等疾病；SLC7A7 在某些癌症中呈现高表达，可以作为生物标志物。近年来随着研究的深入，SLC7A7 基因的突变、异常表达或异位表达在一些疾病中的作用受到了越来越多的关注。

3.1 SLC7A7 与LPI

赖氨酸尿性蛋白耐受不良(LPI)是一种严重的多系统功能紊乱疾病，于1965 年首次由Perheentupa 报道[20]，多由SLC7A7 基因突变引起(SLC7A7 突变后导致小肠基底外侧膜和肾小管细胞碱性氨基酸转运蛋白缺失)，为常染色体隐性遗传，以富含蛋白质的食物不耐受和继发性尿素循环障碍为特征，常见症状包括发育不良、反复性呕吐、进食富含蛋白质的食物后出现昏迷、肝脾肿大、肌肉张力减退、骨质疏松、肌肉萎缩、肾功能衰竭、肺泡蛋白沉积、贫血和自身免疫紊乱[21]。研究发现导致LPI 的突变位点分布于整个SLC7A7 基因中，说明SLC7A7 基因中可能并不存在突变热点[22]。在已知的可导致LPI 的突变中，仅一种突变为显著减弱y+L 系统的转运活性，其他突变均是完全消除该转运系统的活性[15]。截至2009 年，世界范围内已发现51 种可导致LPI 的SLC7A7 突变，包括插入突变(C.1384-1385 ins ACTA)、缺失突变(C.1185-1188 del TTCT)、点突变(P.R410X， P.Y457X， P.R 468X， P.L124p 等)[14，23-24]。2016 年，中国科学家在一对患LPI 的中国姐妹体内发现了两个新 的SLC7A7 杂 合 突 变C.1387 del C 和IVS4+1C＞T[24]。Bianca Maria Rotoli[22]等人通过对三种致LPI 的SLC7A7 突变研究后发现，这些突变均阻碍了y+ LAT1 蛋白在细胞膜上的正确定位，导致循环单核细胞中 y+L 转运系统活性显著受损，从而引发LPI。Mariona Font-Llitjo’s[14]等研究发现，某些剪接突变(c.625+1G＞C)导致y+ LAT1 蛋白被删减而导致跨膜结构域减少，某些错义突变(c.1273T4C)导致一些非保守性氨基酸发生交换，如微极性氨基酸(胱氨酸)转变为带正电荷氨基酸(精氨酸)。综上可知，无论是插入突变、缺失突变、剪接突变、移码突变还是其他类型的突变，均是影响肽链准确的合成和正确的折叠，从而导致y+ LAT1 蛋白空间结构发生变化，使得该蛋白不能够准确定位或形成有效的跨膜结构域，最终影响溶质的转运，发生LPI。

3.2 SLC7A7 与急性T 淋巴细胞白血病(T-ALL)

急性T 淋巴细胞白血病是一种B 或T 细胞在骨髓内异常增生的恶性肿瘤性疾病，0-9 岁儿童多发。Xiaohui Ji[25]等研究发现，SLC7A7 在患有急性T 细胞淋巴白血病(T-ALL)的儿童的骨髓中的表达水平显著高于正常儿童；体外试验发现，转染了SLC7A7过表达载体的jurkat 细胞的培养基中精氨酸的含量明显增高，敲除组细胞的胞外精氨酸含量较对照组则显著降低，研究结果证明SLC7A7 蛋白参与了将胞内精氨酸转运至胞外的生物过程。精氨酸作为一种非必需碱性氨基酸在体内发挥着重要的作用，特别是在参与细胞信号传导，T 细胞激活及免疫应答方面扮演者不可替代的角色[26]。当精氨酸缺乏时，T 细胞不能被有效地激活、增殖受阻以及无法产生细胞因子[27]。在细胞微环境中，当胞外精氨酸含量较低时，会导致T 淋巴细胞G0-G1 期阻滞以及降低T 淋巴细胞的反应性[28-29]。然而，Xiaohui Ji[25]等发现SLC7A7 的表达对jurkat 细胞的增殖并没有显著影响，而转染了SLC7A7 过表达载体的jurkat 细胞发生凋亡的细胞数量显著减少，转染了敲除载体的jurkat 细胞凋亡则增多，说明SLC7A7 在介导jurkat 细胞的凋亡活动时发挥了重要作用。Blommaart 等研究发现，细胞内精氨酸含量的增加，能够激活mTor 信号通路，引发细胞凋亡[30-32]，从而推测SLC7A7 是通过对精氨酸的转运而参与细胞凋亡的。此外，Xiaohui Ji 等发现SLC7A7 能够影响细胞周期，分子机制可能是SLC7A7 的高表达导致胞内精氨酸浓度降低[25]，使得细胞G1 期阻滞[28-29]。敲低SLC7A7 还能够抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭能力[25]。SLC7A7 的低表达使得精氨酸向胞外运输的过程受阻，而L-精氨酸可以抑制CXCL12/CXCR4 信号通路转导，从而抑制细胞的迁移和侵袭[33]。

mTor 信号通路是单细胞真核生物和动植物(包括人)中一条非常保守的信号转导通路，参与调控细胞的生长和增值等重要生命过程。该通路中重要基因的突变和异常表达与多种人类疾病如癌症、糖尿病等密切相关。氨基酸作为mTor 上游的调控因子对mTor 信号通路的激活十分重要，其中精氨酸和亮氨酸对该通路的激活作用最为有效[34]。SLC7A7 负责精氨酸的转运，mTorC1 的精氨酸传感器CASTOR1 可以特异性识别精氨酸，一旦CASTOR1 即与精氨酸结合，即可激活该信号通路，继而影响细胞的增殖与凋亡[35]。CXCL12/ CXCR4 信号通路通过转移、血管发生等方式参与肿瘤进程，CXCL12 的过表达可增加肿瘤细胞的侵袭和迁移能力，CXCR4 过表达则与淋巴结转移和生存期短相关。L-精氨酸可抑制CXCL12/ CXCR4 信号通路的活性，所以SLC7A7 可通过对精氨酸的转运间接影响CXCL12/ CXCR4 通路的信号传导，从而影响肿瘤的转移。由此可知，SLC7A7 对T-ALL 的作用是通过利用其自身对精氨酸的转运功能来实现的，所以，SLC7A7 作为一种溶质转运载体，有望成为 SLC7A7 高表达T-ALL 患者新的治疗靶点。

3.3 SLC7A7 与恶性胶质瘤(GBM)

Songhua Fan[36]等研究发现，SLC7A7 基因的遗传变异可能影响胶质瘤的易感性，特别是SLC7A7 的单核苷酸多态性(SNPs)与患胶质瘤的风险之间存在显著的相关性，部分SNPs 的等位基因频率在病例组与对照组间存在显著差异，其中rs12433985 和rs2065134(SNP 的两种类型)是胶质瘤显著且独立的风险因子，rs12433985 能够显著增加患恶性胶质母细胞瘤(GBM)的风险系数，但rs12433985 与低级别胶质瘤的相关性则不显著(P=0.055)。在恶性胶质瘤中，SLC7A7 在肿瘤组织中的表达显著高于正常组织，且SLC7A7 高表达患者的无进展生存期和总生存期明显缩短，经统计学分析，显示SLC7A7 可以作为恶性胶质瘤的独立预后因子[37]。但Agnelli L[38]等发现，在多发性骨髓瘤中，SLC7A7 的高表达与患者的良好预后呈正相关。从现有的文献报道看，SLC7A7在不同肿瘤中发挥不同的作用，有待进一步研究。

3.4 SLC7A7 与卵巢癌

卵巢癌是女性常见的恶性肿瘤之一。虽然对卵巢癌的研究日趋深入，但目前治疗方式仍以早期手术治疗、晚期癌细胞减灭术、手术辅以含铂双药联合化疗及靶向治疗为主，且肿瘤耐药是大多数患者死亡的主要原因[39-42]。复发性卵巢癌分为铂敏感性复发和铂耐药性复发，对于铂耐药性患者，铂类单药化疗方法并非首选，但非铂类药物的作用效果却十分有限[43-44]。Cheng L[45]等在对卵巢癌的研究中发现，SLC7A7 在肿瘤细胞的耐药性方面发挥了重要作用，分子机制是SLC7A7 能够转运某些化疗药物进入肿瘤细胞以及调节肿瘤细胞对化疗药物的应答。因此SLC7A7 可能是一个提高卵巢癌细胞对化疗药物敏感性的一个新的治疗靶点。

3.5 非小细胞肺癌(NSCLC)

肺癌是世界上常见的恶性肿瘤之一，且已经成为癌症相关死亡的主要原因之一，约有80%的肺癌为非小细胞肺癌[46]。非小细胞肺癌分为鳞状细胞癌、大细胞癌、腺癌，其癌细胞具有生长分裂较慢，扩散转移相对较晚的特点。罹患非小细胞肺癌的患者发现时多已处于中晚期，治愈的机会非常小。为探究SLC7A7 对非小细胞肺癌放疗敏感性的作用，Xie L[47]等通过cDNA 微列阵分析检测SLC7A7 的表达情况，发现其在辐射诱导的非小细胞肺癌辐射耐受细胞株(SPC-A1/R)中呈下调趋势，提示SLC7A7 在抑制非小细胞肺癌的辐射耐受，提高肿瘤细胞对放疗的敏感性等方面发挥了重要作用。

3.6 SLC7A7 与基底细胞癌

在基底细胞癌中，E.Tina[7]等通过cDNA 微列阵分析发现：，SLC7A5、SLC7A8、SLC7A7 及TDO2 在癌组织中呈现高表达，但RT-qPCR 试验发现SLC7A7 在癌组织与正常组织中的表达并无显著差异，且免疫组织化学试验证明SLC7A7 在癌区细胞，上皮细胞，滤泡上皮细胞的表达水平普遍较低，而在正常表皮与肿瘤组织的表皮的颗粒层表现为强阳性。研究结果表明SLC7A7 在皮肤的角质化进程中发挥了一定的作用；结果统计分析发现，SLC7A7 在转录水平的表达与蛋白水平的表达并无相关性。表明SLC7A7 基因的表达情况在基底细胞癌的不同表达水平不一致，需要进一步研究。

4 结论与展望

疾病的发生、发展是多种因素共同作用的结果，包括遗传、外部环境变化、生活习惯改变、基因突变和异常表达导致的信号通路调节异常以及肿瘤局部微环境的变化等，其中基因突变最为复杂，特别是在肿瘤的发生发展中，当某些重要的基因突变后，导致一些信号蛋白异常表达，继而使得信号通路中的关键分子发生级联式的改变，最终引发肿瘤细胞的凋亡减少、增殖迁移能力增强等一系列改变。近年来，精准医疗逐渐成为疾病治疗的热点，因此，寻找出关键的致病基因对疾病的治疗就显得十分重要。

SLC7A7 基因编码的蛋白参与了一些重要的信号通路的调控，如mTor、CXCL12/CXCR4 等，其直接影响了细胞凋亡、细胞迁移和侵袭的能力。当SLC7A7 基因发生突变后，导致表达产物异常，蛋白质结构发生改变，使之无法在细胞膜上准确定位，严重阻碍了y+L 转运系统的活性，最终引发LPI。所以，对SLC7A7 的深入研究对于治疗LPI 具有重要的意义。SLC7A7 在T-ALL 异常高表达，可促进T-ALL 癌细胞的迁移和侵袭，进一步探索可作为治疗T-ALL 的一个靶点。SLC7A7 在恶性胶质瘤中的异常高表达可用作恶性胶质瘤不良预后的判断指标之一。此外，既往研究还表明SLC7A7 在肿瘤细胞耐药性等方面发挥了重要作用。综上所述，这些研究均预示着SLC7A7 潜在的临床应用价值。但同时也发现SLC7A7 在不同疾病中发挥的作用并不相同，在相关疾病中的表达情况及其与疾病的相关性的研究还不够充分，其参与疾病发生、发展的作用机制还不够明确，有待进一步研究。