主要促進(jìn)因子超家族結(jié)構(gòu)域蛋白2a在腦病中的作用研究進(jìn)展

皇馮玉，陳思凱，衛(wèi)培峰，2，奚苗苗，董泰瑋，*

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院國(guó)家藥物臨床試驗(yàn)機(jī)構(gòu)，陜西 咸陽(yáng) 712000；3.西安天工生物醫(yī)藥研究所，陜西 西安 710032)

主要促進(jìn)因子超家族結(jié)構(gòu)域蛋白2a (major facilitator superfamily domain-containing protein 2a，MFSD2A)是主要促進(jìn)因子超家族中的一員，其在維持血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)完整性和轉(zhuǎn)運(yùn)二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)過(guò)程中具有極其重要的作用[1]。

BBB在控制大腦代謝活動(dòng)和神經(jīng)元功能所必需的生物物質(zhì)的流入和流出方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，BBB的功能和結(jié)構(gòu)完整性對(duì)于維持大腦微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[2]，因此，BBB 是研究治療腦病的關(guān)鍵。然而，BBB作為維持大腦微環(huán)境的屏障，阻止了98%的藥物進(jìn)入大腦發(fā)揮作用。近年來(lái)，MFSD2A 在血腦屏障、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝、腫瘤發(fā)生、眼部發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、胎盤發(fā)育以及消化系統(tǒng)相關(guān)疾病的研究已成為國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)[3-4]。本文就MFSD2A 在腦部的生理功能，以及在腦血管疾病、阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)、膿毒癥相關(guān)性腦病(sepsis associated encephalopathy，SAE)、常染色體隱性遺傳原發(fā)性小頭癥(autosomal recessive primary microcephaly，MCPH)等腦病中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為腦病的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用提供參考。

1 MFSD2A基因及其生理功能

MFSD2A 是一種非典型溶質(zhì)載體，能夠運(yùn)輸藥物穿過(guò)BBB發(fā)揮作用[5]，這可能跟它具有與MFS 超家族成員相似的中央空腔(圖1)有關(guān)，同時(shí)該空腔也可能是它與底物蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，結(jié)合位點(diǎn)上氨基酸的殘基決定了其同源底物的特異性[6]。MFSD2A雖然在人體多個(gè)組織中均有表達(dá)，但在BBB腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)最強(qiáng)[7]，這暗示了MFASD2A 在BBB 上的重要作用，研究表明MFSD2A可以通過(guò)抑制囊泡跨細(xì)胞作用維持和保護(hù)BBB[8]。

圖1 人類MFSD2A蛋白的結(jié)構(gòu)

圖2 MFSD2A在腦部的主要功能

BBB具有雙重功能，一方面它能夠轉(zhuǎn)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)入腦，阻止有害物質(zhì)進(jìn)入腦組織，并排出腦部的代謝廢物，維持穩(wěn)定的中樞神經(jīng)環(huán)境；另一方面BBB也阻止了大多數(shù)有治療作用的藥物進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)。MFSD2A 在腦部的生理功能如圖2 所示，主要可以總結(jié)為3種：一是通過(guò)抑制腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)小窩囊泡的形成，維持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)的特異性轉(zhuǎn)運(yùn)體，轉(zhuǎn)運(yùn)S1P維持BBB的完整性[10]；三是作為DHA 的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，將DHA 轉(zhuǎn)運(yùn)至大腦。因此當(dāng)MFSD2A基因缺失或者M(jìn)FSD2A 蛋白表達(dá)量降低，就會(huì)導(dǎo)致Cav-1 介導(dǎo)的囊泡轉(zhuǎn)胞吞作用上調(diào)，BBB 通透性增加，發(fā)生嚴(yán)重泄漏，而MFSD2A 過(guò)表達(dá)則會(huì)降低Cav-1 的表達(dá)，降低BBB 通透性[11]。此外，MFSD2A基因敲除的小鼠腦組織中DHA 水平顯著降低，同時(shí)伴有海馬和小腦的神經(jīng)細(xì)胞丟失，嚴(yán)重的認(rèn)知障礙和焦慮，以及小頭畸形，并且基因敲除的小鼠在學(xué)習(xí)、短期和長(zhǎng)期記憶方面存在嚴(yán)重缺陷[7]。綜上所述，通過(guò)增強(qiáng)MFSD2A的表達(dá)來(lái)抑制跨細(xì)胞反應(yīng)，增強(qiáng)DHA的轉(zhuǎn)運(yùn)有助于恢復(fù)BBB的完整性。

MFSD2A是目前發(fā)現(xiàn)的DHA唯一轉(zhuǎn)運(yùn)體[1]，而DHA依賴于飲食攝取，人體大腦無(wú)法自主合成[6]。DHA 涉及多種生理過(guò)程，包括學(xué)習(xí)能力、記憶形成、記憶鞏固、衰老、突觸膜功能、生物發(fā)生、光感受器功能和神經(jīng)保護(hù)[12]，此外內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)高濃度的LPC-DHA 能抑制Cav-1 介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)胞吞作用，維持BBB完整性[1]。目前DHA被認(rèn)為在預(yù)防神經(jīng)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 的表達(dá)對(duì)出生后腦發(fā)育過(guò)程中DHA 的增加是必不可少的。然而MFSD2A 只能通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)血液中的LPC-DHA 補(bǔ)充大腦中的DHA，而不能轉(zhuǎn)運(yùn)沒(méi)有酯化的DHA[15]。此外，MFSD2A 還可以轉(zhuǎn)運(yùn)LPC 形式的其他脂肪酸類，MFSD2A 轉(zhuǎn)運(yùn)功能與鈉離子有關(guān)，當(dāng)MFSD2A 蛋白上的鈉離子結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變時(shí)會(huì)導(dǎo)致MFSD2A基因轉(zhuǎn)運(yùn)功能喪失。MFSD2A基因突變也會(huì)影響到胎兒或兒童的大腦發(fā)育，形成小頭畸形。

此外，基于MFSD2A的特殊生理功能，產(chǎn)生了一種獨(dú)特的跨BBB給藥策略。通過(guò)MFSD2A的可逆抑制暫時(shí)誘導(dǎo)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中轉(zhuǎn)胞吞作用的全面去抑制，從而將大分子藥物轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)BBB；正常生理狀況下也可以通過(guò)MFSD2A 轉(zhuǎn)運(yùn)一些與LPC化學(xué)偶聯(lián)的小分子藥物穿過(guò)BBB。

2 MFSD2A在腦病中的作用研究進(jìn)展

2.1 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病(AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，它表現(xiàn)為病人患有記憶減退、認(rèn)知障礙、思維障礙和行為障礙等癥狀，而AD 的生物標(biāo)志物包括大腦中β-淀粉樣蛋白(amloidy-β，Aβ)的沉積和含有高磷酸化微管相關(guān)蛋白質(zhì)tau 的神經(jīng)原纖維纏結(jié)的形成，以及血脂中DHA含量和全血中的MFSD2A蛋白表達(dá)量降低[16-17]。因此，大量研究表明通過(guò)降低大腦中Aβ和tau 積累量，增加DHA 和MFSD2A 的含量可以減輕AD 患者的癥狀，如膳食攝入含DHA 的食物，能夠減輕AD 患者Aβ和tau 積累量，改善AD 早期的病理狀況[18-19]。MFSD2A 作為DHA 的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，增加它的表達(dá)量可以促進(jìn)DHA向腦內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，而MFSD2A又具有調(diào)節(jié)BBB 通透性的生理功能，這能夠改善AD 后期患者出現(xiàn)的神經(jīng)血管單元受損的情況[20]。此外，作為AD 的發(fā)病因素之一，慢性腦低灌注(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)會(huì)導(dǎo)致MFSD2A 的表達(dá)減少，破壞BBB 的通透性，而高表達(dá)的MFSD2A 則能夠通過(guò)抑制囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)減輕CCH 誘導(dǎo)的BBB 損傷，從而改善CCH導(dǎo)致的空間學(xué)習(xí)記憶障礙[21]。綜上所述，通過(guò)MFSD2A 蛋白維持BBB 的穩(wěn)態(tài)、增加DHA 的含量可以改善AD 患者的癥狀，無(wú)論是在預(yù)防AD 早期還是治療AD 后期均具有一定的作用。MFSD2A作為維持BBB的關(guān)鍵因素，同時(shí)是轉(zhuǎn)運(yùn)DHA 進(jìn)入人腦的主要途徑，因此，MFSD2A 在治療或預(yù)防AD上可能具有良好的前景。

2.2 膿毒性腦病

膿毒性腦病(sepsis associated encephalopathy，SAE)是膿毒癥發(fā)生時(shí)所引起的一種破壞性的綜合征，伴隨著B(niǎo)BB 的破壞、腦部炎癥以及神經(jīng)功能障礙、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活、內(nèi)皮屏障功能受損和BBB功能障礙[22]。目前治療膿毒性腦病的策略有抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞焦亡，減輕血腦屏障損傷，降低tau磷酸化、抑制炎癥小體等[23-26]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)患有SAE 的膿毒癥小鼠MFSD2A 表達(dá)減少，同時(shí)BBB 被破壞[27]，這暗示了MFSD2A 可能參與了SAE 導(dǎo)致的BBB 破壞。目前MFSD2A 被證實(shí)通過(guò)抑制囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)維持BBB 的通透性，且MFSD2A 轉(zhuǎn)運(yùn)的DHA 可以降低tau 磷酸化，因此MFSD2A 可能作為一種新的治療途徑來(lái)防止膿毒癥發(fā)生時(shí)BBB通透性增加而導(dǎo)致的膿毒性腦病，它的作用機(jī)制可能是因?yàn)镸FSD2A抑制了囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)而保護(hù)了BBB的通透性，使得內(nèi)毒素和炎癥因子難以進(jìn)入腦組織，以及轉(zhuǎn)運(yùn)DHA 入腦降低tau磷酸化，從而阻礙了膿毒性腦病的發(fā)展。

2.3 腦轉(zhuǎn)移瘤

腦轉(zhuǎn)移瘤是最常見(jiàn)的腦腫瘤類型，在所有癌癥患者中的發(fā)病率大約為20%[28]，由于缺乏有效的治療方法，與腦轉(zhuǎn)移瘤相關(guān)的死亡率約占癌癥死亡的90%。目前，用于治療腦轉(zhuǎn)移瘤的化療方法通常會(huì)被BBB所阻斷，因此治療腦轉(zhuǎn)移瘤迫切需要能夠有效穿過(guò)BBB的腦靶向藥物輸送系統(tǒng)。Ju等[29]構(gòu)建了一個(gè)新的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)方法，通過(guò)抑制MFSD2A，促進(jìn)化療藥物跨越BBB，從而實(shí)現(xiàn)有效的BBB 穿越和腦蓄積、選擇性腫瘤攝取，并且具有優(yōu)異的抗腫瘤功效和低肝毒性。BBB在腦轉(zhuǎn)移瘤中被選擇性破壞，部分原因是MFSD2A的表達(dá)被抑制，正常腦內(nèi)皮細(xì)胞中MFSD2A 的表達(dá)受TGFβ和bFGF 信號(hào)通路的協(xié)同調(diào)控，這些通路在腦轉(zhuǎn)移瘤內(nèi)皮細(xì)胞中病理性減弱，而腫瘤內(nèi)皮中MFSD2A 表達(dá)的缺失導(dǎo)致BBB 滲漏增加[30]。因此MFSD2A 在腦轉(zhuǎn)移癌的治療中非常有前景，但是目前關(guān)于MFSD2A在治療腫瘤中的研究數(shù)據(jù)較少，還需要進(jìn)一步的研究。

2.4 常染色體隱性遺傳原發(fā)性小頭畸形

常染色體隱性遺傳原發(fā)性小頭畸形(autosomal recessive primary microcephaly，MCPH)是一種神經(jīng)發(fā)育障礙疾病，可以分為先天性小頭畸形和繼發(fā)性小頭畸形，小頭畸形患者可能有輕度至重度智力障礙、發(fā)育遲緩、癲癇發(fā)作或先天性聽(tīng)力損失等[31]。已知MFSD2A失活突變或MFSD2A 蛋白的缺乏會(huì)表現(xiàn)出與LPC 脂質(zhì)攝取不足有關(guān)的小頭畸形[32-33]。目前有大量研究者發(fā)現(xiàn)MFSD2A基因與小頭畸形存在關(guān)聯(lián)性，如MFSD2A基因敲除小鼠會(huì)表現(xiàn)出大腦中DHA水平顯著降低，神經(jīng)元細(xì)胞損失，認(rèn)知缺陷、嚴(yán)重焦慮和小頭畸形[7]；MFSD2A基因突變純合子、MFSD2A殘基(p.Ser339Leu)純合突變以及MFSD2A等位基因突變的個(gè)體表現(xiàn)為嚴(yán)重的原發(fā)性小頭畸形，腦畸形，嚴(yán)重的發(fā)育遲緩和癲癇[34-36]。此外，MFSD2A的多種功能喪失突變是致死性或進(jìn)行性小頭畸形綜合征的基礎(chǔ)，如T519M 突變、S166L突變、S170L 突變、T198M 突變、T202M 突變等，這些突變會(huì)降低MFSD2A 蛋白的運(yùn)輸能力以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[37]。Harel 等[38]在兩個(gè)具有共同父母血統(tǒng)的小頭畸形病例中發(fā)現(xiàn)MFSD2A的純合錯(cuò)義突變體，且血漿中LPC水平升高，運(yùn)輸LPC入腦的能力減弱。Scala 等[39]報(bào)道了7 個(gè)影響MFSD2A 功能的雙等位基因變異的新家族，進(jìn)一步證實(shí)了LPC 轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)人腦發(fā)育的功能重要性。與此同時(shí)，寨卡病毒(Zika virus，ZIKV)被發(fā)現(xiàn)與包括小頭畸形在內(nèi)的先天性缺陷有關(guān)，懷孕期間感染ZIKV 會(huì)增加產(chǎn)后小頭畸形的風(fēng)險(xiǎn)，ZIKV 會(huì)破壞大腦中的MFSD2A，損害DHA的攝取，補(bǔ)充DHA 可以改善ZIKV 引起的生長(zhǎng)受限和小頭畸形[40]。這些結(jié)果表明，MFSD2A 與小頭畸形的發(fā)生有明顯的關(guān)系，其可能是由于MFSD2A表達(dá)降低或減少?gòu)亩鴮?dǎo)致DHA轉(zhuǎn)運(yùn)受限，大腦發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足而最終導(dǎo)致的小頭畸形。

2.5 腦血管類疾病

腦卒中是一種高發(fā)病率、高致殘率和高死亡率的疾病，分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中。目前研究表明膳食攝入DHA可以預(yù)防腦卒中并降低腦卒中死亡率；DHA代謝物神經(jīng)保護(hù)素D1(neuroprotectin D1，NPD1)可以阻斷神經(jīng)凋亡，與DHA 一起可以阻斷神經(jīng)元損傷并預(yù)防中風(fēng)[41]。已知在創(chuàng)傷性腦損傷后，小鼠體內(nèi)發(fā)生了MFSD2A 水平顯著下降，Cav-1 和白蛋白水平升高，腦實(shí)質(zhì)中S1P轉(zhuǎn)運(yùn)不足，BBB 通透性、神經(jīng)功能缺損評(píng)分、腦含水量顯著增高的情況[42]，這提示了MFSD2A 與腦卒中可能存在聯(lián)系。眾所周知，藥物可以通過(guò)減輕BBB的通透性來(lái)治療腦卒中及其相關(guān)的并發(fā)癥，如腦缺血再灌注損傷。研究表明，Nrf-2/HO-1 信號(hào)通路激活介導(dǎo)MFSD2A 表達(dá)增加，促進(jìn)血-腦脊液屏障修復(fù)，減輕腦水腫與腦梗死，改善缺血性腦卒中大鼠神經(jīng)功能[43]。已知，MFSD2A具有維持BBB 并轉(zhuǎn)運(yùn)DHA的功能，DHA可減少tau蛋白、淀粉樣β斑塊和神經(jīng)元損失，以及減輕炎癥癥狀和提高學(xué)習(xí)能力，因此，MFSD2A可以作為治療腦卒中的新靶點(diǎn)。

腦出血(intra-cerebral hemorrhage，ICH)是一種較高死亡率相關(guān)的腦卒中亞型，目前，對(duì)于ICH尚無(wú)有效的藥物治療。已知血管阻斷是腦出血的根本原因，包括腦內(nèi)出血、蛛網(wǎng)膜下腔出血和腦室出血，在蛛網(wǎng)膜下腔出血后，BBB被破壞，運(yùn)動(dòng)能力和空間記憶能力也受到傷害，而MFSD2A的表達(dá)量降低后將加劇這種狀況，增加MFSD2A表達(dá)量可以保護(hù)BBB，改善大鼠的運(yùn)動(dòng)能力和空間記憶能力[44]。MFSD2A 對(duì)腦出血后BBB 損傷的保護(hù)作用可能是通過(guò)抑制囊泡的跨細(xì)胞作用而實(shí)現(xiàn)的，MFSD2A過(guò)表達(dá)可抑制腦出血后小泡介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)，減少小泡數(shù)，顯著降低腦出血后腦組織血腫程度，減輕腦出血所致的BBB損傷。綜上所述，增加MFSD2A的表達(dá)量可以明顯改善腦出血后的生理狀況，減輕BBB損傷。

2.6 其他疾病

MFSD2A 除在以上中樞神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)疾病中具有非常重要的作用之外，還對(duì)其他一些腦部疾病具有治療前景。例如，有學(xué)者在研究硝酸甘油引發(fā)偏頭痛的機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)硝酸甘油給藥改變了某些功能蛋白包括MFSD2A和結(jié)構(gòu)蛋白以至于BBB通透性增加，增加外周IL-17A 對(duì)延髓的滲透，激活小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)炎癥，最終引起痛覺(jué)過(guò)敏和偏頭痛發(fā)作[45]。這表明在治療硝酸甘油引起的慢性偏頭痛等疾病中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)MFSD2A 蛋白維持BBB 通透性平衡，來(lái)減少外周有害物質(zhì)對(duì)BBB的滲透，即MFSD2A可以作為治療因BBB通透性增加而引起的慢性偏頭痛等疾病的新靶點(diǎn)。

3 總結(jié)與展望

MFSD2A作為一種獨(dú)特的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在維持BBB的完整性和調(diào)節(jié)BBB的通透性上有著至關(guān)重要的作用。目前，BBB的雙重功能在治療腦病的過(guò)程中較為重要，一方面完整的BBB能阻止血液中的代謝廢物和內(nèi)毒素等進(jìn)入大腦而引起相關(guān)疾病，同時(shí)又選擇性透過(guò)大腦所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)大腦發(fā)育，另一方面，完整的BBB又嚴(yán)重限制了藥物向大腦轉(zhuǎn)運(yùn)。已知MFSD2A可以抑制腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)囊泡的形成及其介導(dǎo)的胞吞作用，從而影響B(tài)BB的通透性，因此MFSD2A可能在治療大腦相關(guān)疾病如神經(jīng)退行性疾病、腦部感染、腦腫瘤等方面具有藥物輸送作用。此外，MFSD2A可以增強(qiáng)輸送某些大腦需要的物質(zhì)來(lái)促進(jìn)大腦發(fā)育、預(yù)防某些腦部疾病的產(chǎn)生，如LPC-DHA。同時(shí)MFSD2A 可以通過(guò)控制BBB 的通透性調(diào)控物質(zhì)進(jìn)入BBB，也可以作為某些載藥顆粒來(lái)運(yùn)輸藥物進(jìn)入BBB發(fā)揮作用。因此，目前開(kāi)發(fā)MFSD2A的增強(qiáng)劑、抑制劑以及一些偶聯(lián)的重組蛋白載體都是MFSD2A作為治療手段的延伸。

MFSD2A基因缺失或突變均可導(dǎo)致小頭畸形，而與MFSD2A基因相關(guān)的小頭畸形都與DHA相關(guān)，即MFSD2A基因突變或缺失導(dǎo)致DHA運(yùn)輸量降低，胎兒大腦發(fā)育受到限制，從而表現(xiàn)出小頭畸形相關(guān)的癥狀。DHA在腦部發(fā)育具有重要的作用，因此在MFSD2A基因缺失或突變的個(gè)體上，應(yīng)該考慮如何增加人體MFSD2A 的表達(dá)，或者研發(fā)出與MFSD2A基因能力相似的轉(zhuǎn)運(yùn)體或藥物承擔(dān)運(yùn)輸DHA 的重任，這可能有助于MFSD2A基因相關(guān)的小頭畸形患者治療。

目前，MFSD2A 在腦病中的研究并不深入，還有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討。其中，大腦內(nèi)的周細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞等其他細(xì)胞是否參與MFSD2A維持和調(diào)節(jié)BBB完整性和通透性的生物過(guò)程。研究表明MFSD2A是通過(guò)運(yùn)輸DHA等脂類抑制Cav-1蛋白形成和腦內(nèi)皮細(xì)胞囊泡跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，但其具體機(jī)制尚未明確。同時(shí)MFSD2A也通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)DHA進(jìn)入大腦治療神經(jīng)退行性疾病，然而并不清楚MFSD2A是否參與其他生物過(guò)程，且MFSD2A蛋白在AD 患者腦組織中表達(dá)量是如何降低的，這可能是研究MFSD2A 蛋白在AD 病理過(guò)程中作用的關(guān)鍵。同時(shí)作為一種新的跨BBB給藥策略，其靶向性、適用性也需要進(jìn)一步的探索從而得出更加優(yōu)良的結(jié)果。此外，因?yàn)榧膊≈虏∫蛩氐亩鄻有?，本文僅探討了這些疾病與MFSD2A相關(guān)的作用機(jī)制變化，并不能代表該疾病僅與MFSD2A基因相關(guān)。