主要促进因子超家族结构域蛋白2a在脑病中的作用研究进展

皇冯玉，陈思凯，卫培峰，2，奚苗苗，董泰玮，*

(1.陕西中医药大学药学院，陕西 咸阳 712046；2.陕西中医药大学第二附属医院国家药物临床试验机构，陕西 咸阳 712000；3.西安天工生物医药研究所，陕西 西安 710032)

主要促进因子超家族结构域蛋白2a (major facilitator superfamily domain-containing protein 2a，MFSD2A)是主要促进因子超家族中的一员，其在维持血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)完整性和转运二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)过程中具有极其重要的作用[1]。

BBB在控制大脑代谢活动和神经元功能所必需的生物物质的流入和流出方面发挥关键作用，BBB的功能和结构完整性对于维持大脑微环境的稳态至关重要[2]，因此，BBB 是研究治疗脑病的关键。然而，BBB作为维持大脑微环境的屏障，阻止了98%的药物进入大脑发挥作用。近年来，MFSD2A 在血脑屏障、脂质转运与代谢、肿瘤发生、眼部发育、神经系统疾病、胎盘发育以及消化系统相关疾病的研究已成为国内外的热点[3-4]。本文就MFSD2A 在脑部的生理功能，以及在脑血管疾病、阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)、脓毒症相关性脑病(sepsis associated encephalopathy，SAE)、常染色体隐性遗传原发性小头症(autosomal recessive primary microcephaly，MCPH)等脑病中的作用研究进展进行综述，旨在为脑病的基础研究和临床应用提供参考。

1 MFSD2A基因及其生理功能

MFSD2A 是一种非典型溶质载体，能够运输药物穿过BBB发挥作用[5]，这可能跟它具有与MFS 超家族成员相似的中央空腔(图1)有关，同时该空腔也可能是它与底物蛋白的结合位点，结合位点上氨基酸的残基决定了其同源底物的特异性[6]。MFSD2A虽然在人体多个组织中均有表达，但在BBB脑微血管内皮细胞表达最强[7]，这暗示了MFASD2A 在BBB 上的重要作用，研究表明MFSD2A可以通过抑制囊泡跨细胞作用维持和保护BBB[8]。

图1 人类MFSD2A蛋白的结构

图2 MFSD2A在脑部的主要功能

BBB具有双重功能，一方面它能够转运营养物质入脑，阻止有害物质进入脑组织，并排出脑部的代谢废物，维持稳定的中枢神经环境；另一方面BBB也阻止了大多数有治疗作用的药物进入脑实质。MFSD2A 在脑部的生理功能如图2 所示，主要可以总结为3种：一是通过抑制脑微血管内皮细胞内小窝囊泡的形成，维持BBB 的通透性[8]；二是和Spinster 同系物2(Spans 2)形成鞘氨醇-1-磷酸(S1P)的特异性转运体，转运S1P维持BBB的完整性[10]；三是作为DHA 的转运蛋白，将DHA 转运至大脑。因此当MFSD2A基因缺失或者MFSD2A 蛋白表达量降低，就会导致Cav-1 介导的囊泡转胞吞作用上调，BBB 通透性增加，发生严重泄漏，而MFSD2A 过表达则会降低Cav-1 的表达，降低BBB 通透性[11]。此外，MFSD2A基因敲除的小鼠脑组织中DHA 水平显著降低，同时伴有海马和小脑的神经细胞丢失，严重的认知障碍和焦虑，以及小头畸形，并且基因敲除的小鼠在学习、短期和长期记忆方面存在严重缺陷[7]。综上所述，通过增强MFSD2A的表达来抑制跨细胞反应，增强DHA的转运有助于恢复BBB的完整性。

MFSD2A是目前发现的DHA唯一转运体[1]，而DHA依赖于饮食摄取，人体大脑无法自主合成[6]。DHA 涉及多种生理过程，包括学习能力、记忆形成、记忆巩固、衰老、突触膜功能、生物发生、光感受器功能和神经保护[12]，此外内皮细胞内高浓度的LPC-DHA 能抑制Cav-1 介导的细胞转胞吞作用，维持BBB完整性[1]。目前DHA被认为在预防神经退行性疾病上有良好的研究前景[13]，Chan 等[14]研究表明MFSD2A 在BBB 的表达对出生后脑发育过程中DHA 的增加是必不可少的。然而MFSD2A 只能通过转运血液中的LPC-DHA 补充大脑中的DHA，而不能转运没有酯化的DHA[15]。此外，MFSD2A 还可以转运LPC 形式的其他脂肪酸类，MFSD2A 转运功能与钠离子有关，当MFSD2A 蛋白上的钠离子结合位点发生突变时会导致MFSD2A基因转运功能丧失。MFSD2A基因突变也会影响到胎儿或儿童的大脑发育，形成小头畸形。

此外，基于MFSD2A的特殊生理功能，产生了一种独特的跨BBB给药策略。通过MFSD2A的可逆抑制暂时诱导脑微血管内皮细胞中转胞吞作用的全面去抑制，从而将大分子药物转运穿过BBB；正常生理状况下也可以通过MFSD2A 转运一些与LPC化学偶联的小分子药物穿过BBB。

2 MFSD2A在脑病中的作用研究进展

2.1 阿尔茨海默病

阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病，它表现为病人患有记忆减退、认知障碍、思维障碍和行为障碍等症状，而AD 的生物标志物包括大脑中β-淀粉样蛋白(amloidy-β，Aβ)的沉积和含有高磷酸化微管相关蛋白质tau 的神经原纤维缠结的形成，以及血脂中DHA含量和全血中的MFSD2A蛋白表达量降低[16-17]。因此，大量研究表明通过降低大脑中Aβ和tau 积累量，增加DHA 和MFSD2A 的含量可以减轻AD 患者的症状，如膳食摄入含DHA 的食物，能够减轻AD 患者Aβ和tau 积累量，改善AD 早期的病理状况[18-19]。MFSD2A 作为DHA 的转运蛋白，增加它的表达量可以促进DHA向脑内的转运，而MFSD2A又具有调节BBB 通透性的生理功能，这能够改善AD 后期患者出现的神经血管单元受损的情况[20]。此外，作为AD 的发病因素之一，慢性脑低灌注(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)会导致MFSD2A 的表达减少，破坏BBB 的通透性，而高表达的MFSD2A 则能够通过抑制囊泡转运来减轻CCH 诱导的BBB 损伤，从而改善CCH导致的空间学习记忆障碍[21]。综上所述，通过MFSD2A 蛋白维持BBB 的稳态、增加DHA 的含量可以改善AD 患者的症状，无论是在预防AD 早期还是治疗AD 后期均具有一定的作用。MFSD2A作为维持BBB的关键因素，同时是转运DHA 进入人脑的主要途径，因此，MFSD2A 在治疗或预防AD上可能具有良好的前景。

2.2 脓毒性脑病

脓毒性脑病(sepsis associated encephalopathy，SAE)是脓毒症发生时所引起的一种破坏性的综合征，伴随着BBB 的破坏、脑部炎症以及神经功能障碍、神经炎症反应、小胶质细胞过度激活、内皮屏障功能受损和BBB功能障碍[22]。目前治疗脓毒性脑病的策略有抑制内质网应激和细胞焦亡，减轻血脑屏障损伤，降低tau磷酸化、抑制炎症小体等[23-26]。一项研究发现患有SAE 的脓毒症小鼠MFSD2A 表达减少，同时BBB 被破坏[27]，这暗示了MFSD2A 可能参与了SAE 导致的BBB 破坏。目前MFSD2A 被证实通过抑制囊泡转运来维持BBB 的通透性，且MFSD2A 转运的DHA 可以降低tau 磷酸化，因此MFSD2A 可能作为一种新的治疗途径来防止脓毒症发生时BBB通透性增加而导致的脓毒性脑病，它的作用机制可能是因为MFSD2A抑制了囊泡转运而保护了BBB的通透性，使得内毒素和炎症因子难以进入脑组织，以及转运DHA 入脑降低tau磷酸化，从而阻碍了脓毒性脑病的发展。

2.3 脑转移瘤

脑转移瘤是最常见的脑肿瘤类型，在所有癌症患者中的发病率大约为20%[28]，由于缺乏有效的治疗方法，与脑转移瘤相关的死亡率约占癌症死亡的90%。目前，用于治疗脑转移瘤的化疗方法通常会被BBB所阻断，因此治疗脑转移瘤迫切需要能够有效穿过BBB的脑靶向药物输送系统。Ju等[29]构建了一个新的药物转运方法，通过抑制MFSD2A，促进化疗药物跨越BBB，从而实现有效的BBB 穿越和脑蓄积、选择性肿瘤摄取，并且具有优异的抗肿瘤功效和低肝毒性。BBB在脑转移瘤中被选择性破坏，部分原因是MFSD2A的表达被抑制，正常脑内皮细胞中MFSD2A 的表达受TGFβ和bFGF 信号通路的协同调控，这些通路在脑转移瘤内皮细胞中病理性减弱，而肿瘤内皮中MFSD2A 表达的缺失导致BBB 渗漏增加[30]。因此MFSD2A 在脑转移癌的治疗中非常有前景，但是目前关于MFSD2A在治疗肿瘤中的研究数据较少，还需要进一步的研究。

2.4 常染色体隐性遗传原发性小头畸形

常染色体隐性遗传原发性小头畸形(autosomal recessive primary microcephaly，MCPH)是一种神经发育障碍疾病，可以分为先天性小头畸形和继发性小头畸形，小头畸形患者可能有轻度至重度智力障碍、发育迟缓、癫痫发作或先天性听力损失等[31]。已知MFSD2A失活突变或MFSD2A 蛋白的缺乏会表现出与LPC 脂质摄取不足有关的小头畸形[32-33]。目前有大量研究者发现MFSD2A基因与小头畸形存在关联性，如MFSD2A基因敲除小鼠会表现出大脑中DHA水平显著降低，神经元细胞损失，认知缺陷、严重焦虑和小头畸形[7]；MFSD2A基因突变纯合子、MFSD2A残基(p.Ser339Leu)纯合突变以及MFSD2A等位基因突变的个体表现为严重的原发性小头畸形，脑畸形，严重的发育迟缓和癫痫[34-36]。此外，MFSD2A的多种功能丧失突变是致死性或进行性小头畸形综合征的基础，如T519M 突变、S166L突变、S170L 突变、T198M 突变、T202M 突变等，这些突变会降低MFSD2A 蛋白的运输能力以及结构稳定性[37]。Harel 等[38]在两个具有共同父母血统的小头畸形病例中发现MFSD2A的纯合错义突变体，且血浆中LPC水平升高，运输LPC入脑的能力减弱。Scala 等[39]报道了7 个影响MFSD2A 功能的双等位基因变异的新家族，进一步证实了LPC 转运对人脑发育的功能重要性。与此同时，寨卡病毒(Zika virus，ZIKV)被发现与包括小头畸形在内的先天性缺陷有关，怀孕期间感染ZIKV 会增加产后小头畸形的风险，ZIKV 会破坏大脑中的MFSD2A，损害DHA的摄取，补充DHA 可以改善ZIKV 引起的生长受限和小头畸形[40]。这些结果表明，MFSD2A 与小头畸形的发生有明显的关系，其可能是由于MFSD2A表达降低或减少从而导致DHA转运受限，大脑发育所需营养物质不足而最终导致的小头畸形。

2.5 脑血管类疾病

脑卒中是一种高发病率、高致残率和高死亡率的疾病，分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中。目前研究表明膳食摄入DHA可以预防脑卒中并降低脑卒中死亡率；DHA代谢物神经保护素D1(neuroprotectin D1，NPD1)可以阻断神经凋亡，与DHA 一起可以阻断神经元损伤并预防中风[41]。已知在创伤性脑损伤后，小鼠体内发生了MFSD2A 水平显著下降，Cav-1 和白蛋白水平升高，脑实质中S1P转运不足，BBB 通透性、神经功能缺损评分、脑含水量显著增高的情况[42]，这提示了MFSD2A 与脑卒中可能存在联系。众所周知，药物可以通过减轻BBB的通透性来治疗脑卒中及其相关的并发症，如脑缺血再灌注损伤。研究表明，Nrf-2/HO-1 信号通路激活介导MFSD2A 表达增加，促进血-脑脊液屏障修复，减轻脑水肿与脑梗死，改善缺血性脑卒中大鼠神经功能[43]。已知，MFSD2A具有维持BBB 并转运DHA的功能，DHA可减少tau蛋白、淀粉样β斑块和神经元损失，以及减轻炎症症状和提高学习能力，因此，MFSD2A可以作为治疗脑卒中的新靶点。

脑出血(intra-cerebral hemorrhage，ICH)是一种较高死亡率相关的脑卒中亚型，目前，对于ICH尚无有效的药物治疗。已知血管阻断是脑出血的根本原因，包括脑内出血、蛛网膜下腔出血和脑室出血，在蛛网膜下腔出血后，BBB被破坏，运动能力和空间记忆能力也受到伤害，而MFSD2A的表达量降低后将加剧这种状况，增加MFSD2A表达量可以保护BBB，改善大鼠的运动能力和空间记忆能力[44]。MFSD2A 对脑出血后BBB 损伤的保护作用可能是通过抑制囊泡的跨细胞作用而实现的，MFSD2A过表达可抑制脑出血后小泡介导的细胞转运，减少小泡数，显著降低脑出血后脑组织血肿程度，减轻脑出血所致的BBB损伤。综上所述，增加MFSD2A的表达量可以明显改善脑出血后的生理状况，减轻BBB损伤。

2.6 其他疾病

MFSD2A 除在以上中枢神经系统有关疾病中具有非常重要的作用之外，还对其他一些脑部疾病具有治疗前景。例如，有学者在研究硝酸甘油引发偏头痛的机制研究中发现硝酸甘油给药改变了某些功能蛋白包括MFSD2A和结构蛋白以至于BBB通透性增加，增加外周IL-17A 对延髓的渗透，激活小胶质细胞和神经炎症，最终引起痛觉过敏和偏头痛发作[45]。这表明在治疗硝酸甘油引起的慢性偏头痛等疾病中，可以通过调节MFSD2A 蛋白维持BBB 通透性平衡，来减少外周有害物质对BBB的渗透，即MFSD2A可以作为治疗因BBB通透性增加而引起的慢性偏头痛等疾病的新靶点。

3 总结与展望

MFSD2A作为一种独特的转运蛋白在维持BBB的完整性和调节BBB的通透性上有着至关重要的作用。目前，BBB的双重功能在治疗脑病的过程中较为重要，一方面完整的BBB能阻止血液中的代谢废物和内毒素等进入大脑而引起相关疾病，同时又选择性透过大脑所需的营养物质促进大脑发育，另一方面，完整的BBB又严重限制了药物向大脑转运。已知MFSD2A可以抑制脑微血管内皮细胞内囊泡的形成及其介导的胞吞作用，从而影响BBB的通透性，因此MFSD2A可能在治疗大脑相关疾病如神经退行性疾病、脑部感染、脑肿瘤等方面具有药物输送作用。此外，MFSD2A可以增强输送某些大脑需要的物质来促进大脑发育、预防某些脑部疾病的产生，如LPC-DHA。同时MFSD2A 可以通过控制BBB 的通透性调控物质进入BBB，也可以作为某些载药颗粒来运输药物进入BBB发挥作用。因此，目前开发MFSD2A的增强剂、抑制剂以及一些偶联的重组蛋白载体都是MFSD2A作为治疗手段的延伸。

MFSD2A基因缺失或突变均可导致小头畸形，而与MFSD2A基因相关的小头畸形都与DHA相关，即MFSD2A基因突变或缺失导致DHA运输量降低，胎儿大脑发育受到限制，从而表现出小头畸形相关的症状。DHA在脑部发育具有重要的作用，因此在MFSD2A基因缺失或突变的个体上，应该考虑如何增加人体MFSD2A 的表达，或者研发出与MFSD2A基因能力相似的转运体或药物承担运输DHA 的重任，这可能有助于MFSD2A基因相关的小头畸形患者治疗。

目前，MFSD2A 在脑病中的研究并不深入，还有许多问题需要进一步探讨。其中，大脑内的周细胞、胶质细胞等其他细胞是否参与MFSD2A维持和调节BBB完整性和通透性的生物过程。研究表明MFSD2A是通过运输DHA等脂类抑制Cav-1蛋白形成和脑内皮细胞囊泡跨膜转运，但其具体机制尚未明确。同时MFSD2A也通过转运DHA进入大脑治疗神经退行性疾病，然而并不清楚MFSD2A是否参与其他生物过程，且MFSD2A蛋白在AD 患者脑组织中表达量是如何降低的，这可能是研究MFSD2A 蛋白在AD 病理过程中作用的关键。同时作为一种新的跨BBB给药策略，其靶向性、适用性也需要进一步的探索从而得出更加优良的结果。此外，因为疾病致病因素的多样性，本文仅探讨了这些疾病与MFSD2A相关的作用机制变化，并不能代表该疾病仅与MFSD2A基因相关。