单羧酸转运泵基因家族研究进展

　　单羧酸转运泵基因家族研究进展张桂芝x黄桂君郭先健（第三军医大学全军呼吸内科研究所，重庆400037）功能，包括胞内pH值调节及乳酸跨膜转运等。目前，已克隆出至少8个MCT亚型的cDNA，构成了哺乳动物细胞离子转运泵的一个新基因家族。各亚型具有底物和抑制剂的特异性以及组织学分布的差异性。因此，研究MCT的结构功能及调控机制，将可能为肿瘤等疾病诊治提供新的手段。

　　学科分类号Q78由于糖代谢酶谱的改变及其远大于毛细血管的生长速度，因此肿瘤细胞生长于相对缺氧的环境中，糖酵解是其获取能量的主要方式。而糖酵解产生大量乳酸、丙酮酸等酸性产物，造成细胞内酸化，抑制其生长。要获得较高的糖酵解率，必须将乳酸等转出细胞。而实验证明肿瘤细胞内pH值反而高于胞外；研究表明肿瘤细胞膜上除Na+/H+泵外，跨膜单羧酸转运泵（monocarboxylatetransporter，MCT）在细胞内外乳酸转运及H+调节方面也具有重要作用。至今，列。各亚型均可促进H+/乳酸的转运，各自又具有底物和抑制剂的特异性及不同的组织学分布。

　　目前虽证实了哺乳动物MCT1-MCT4质子偶联的乳酸和丙酮酸的转运，但仅对MCT1和MCT2作了底物和抑制剂动力学的详细分析。而MCT各亚型在组织中的表达、调控及其生理作用是当前的研究热点。

　　1MCT基因的结构与功能现已明确人类单羧酸转运泵家族的存在，并知道它至少有8个成员。已鉴定的人类MCT家族成员的跨膜域排列见。

　　已证明哺乳动物细胞中至少存在8种MCT相关序该序列为人类MCT丨序列生物化学与生物物理进展11MCT家族基因的共同特征拓扑学预测所有MCT家族成员有12个跨膜（ransmembraneTM）螺旋，包括胞内C端、N端和TM片段6~7之间的一个大的细胞内环。N、C端位于胞质（）。这已用蛋白质水解法和标记MCT1的研究证实。其他膜转运泵，如葡萄糖家族也有12个跨膜环结构与这些家族一样，MCT家族成员在TM跨膜区和其间较短的环区显示了大的序列保守性。而亲水区（TM1前的N端、TM6、TM7之间的的大环区及TM12之后的C端）保守性极低。实际上，TMs6和TMs7之间的环区大小变化很大，对MCT5和MCT7，有105和93个残基，而MCT1、MCT3、MCT2、MCT6和MCT8分别为67、66、49、47和40个残基，MCT4只有29个残基。这种歧异的亲水区是TM12转运泵家族的共同特征GWVV，它横越首位进入TM1；另一个是FXKXAXAG序列，它引导TM5（括号外的黑体残基在序列中是恒定的，括号内的残基是可变化的氨基酸，正常状态的残基是共同氨基酸）。该分子的C端一半（TMs7~12）只有一个恒定残基显示了较低的保守性。TM11和每一侧的环区是这个区域的高保守区，有一个缘。有证据表明MCT1的C端一半涉及底物的特异性。例如，中国仓鼠MCT1的TM10由苯丙氨酸变成半胱氨酸，MCT1则由一个乳酸/丙酮酸转运泵变成甲羟戊酸转运泵。而且，4，4-双-异硫氰酸二苯乙烯-2，2'-硫氰酸盐（DIDS）在MCT1中的结合位点（结合在底物结合位点处或其附近），就位于C端一半。

　　有一个能结合羧酸盐阴离子的正电荷集团是所有MCTs的一个特征。红细胞MCT1中的精氨酸可能发挥了此作用，因精氨酸反应物苯乙二醛可抑制MCT1的乳酸转运。TM8中的一个精氨酸残基（人类MCT1的Arg313）在高等真核生物所公认的MCTs（除MCT5以外）和几乎所有的S.cerevisiae和C.efegans序列中是保守的，研究证明该残基的点直接诱变极大地降低了MCT对乳酸的亲和力。序列中完全保守的另一精氨酸/赖氨酸残基，位于TMs4和TMs5之间的保守区内。

　　2晡乳动物MCTs的组织分布与生理作用MCT异构体的重要生理意义与其性质及调控有关。目前，RNA印迹分析已确定MCT异构体的mRNA在人类很多组织中表达。Lin等对MCT1和MCT2也作了类似研究。现已有大鼠、小鼠和仓鼠组织MCT1和MCT2的报道，对MCT3，只有鸡组织的相关数据。各研究表明，8个MCT异构体mRNA的表达均有特定的组织依赖性。MCT1几乎存在于所有组织，尤其集中于心脏和红肌纤维，表明与乳酸氧化有关。而MCT2只在少量组织与MCT1?起表达，且二者在组织内的确切定位不同，表明各有的功能；并且其氨基酸序列和组织分布有物种差舁10.MCT2的底物亲和力是MCT1和MCT4的10倍，主要存在于底物浓度较低的细胞中，如肾小管、神经细胞和精子尾部。MCT3仅在鸡和大鼠的视网膜色素上皮细胞（RPE）中表达，其蛋白质定位在RPE的基底膜，而MCT1在RPE尖端表面。MCT4常出现于高酵解的细胞中，如白肌纤维、白细胞和肿瘤细胞，可见其表达与乳酸外流有关。

　　多数异构体在一种或两种组织中均可显示较高的mRNA水平，如MCT2在睾丸，MCT4在骨骼肌，MCT5在胎盘，MCT6在肾脏和胎盘，MCT7在胰腺和脑，MCT8在肝脏、肾脏和心脏。

　　用蛋白质印迹和免疫荧光显微镜及免疫金电子显微LXGPPXXGXLXD的结构突出在TM11外表面边镜已得到MCT14质定位。

　　3MCT基因的表达调控3.1MCT的基因调控新生动物大脑中有大量MCT1表达，同时伴有mRNA的升高，提示有一个转录调控的过程。

　　研究表明，有些MCT异构体可通过5'或3'非翻译区的选择性拼接进行表达调控。对大鼠和人类的MCT2进行测序并对比后发现有两种5'非翻译区，且两物种序列的差异在起始密码上游30nt处，表明不同的启动子有不同的主导外显子。小鼠MCT2个编码的外显子上游存在另一序列，预示有一个更长的或附加的外显子，可见哺乳动物细胞MCT2是采用几个启动子和/或5'非翻译区的选择性拼接进行调控的，其他转运泵也如此。在小鼠和人的MCT5中5'非翻译区包含了短链重迭开放阅读框，该小顺反子也存在于人类Na+/H+泵NHE-1的上游区，对翻译有抑制作用。

　　可见，MCT5倾向于翻译调控。目前，还未发现MCTs的编码区存在选择性拼接。

　　如前所述，MCT1的3'非翻译区可进行翻译水平调控，也可认为MCT1的mRNA库实际保存在线粒体的核糖核蛋白中，当需要时可快速翻译，但启动表达的信号还有待确定。卩肾上腺素对心肌和骨骼肌的刺激可能是这样一种信号，因它提高M型乳酸脱氢酶的稳定性并参与蛋白激酶A介导的特定蛋白对3'非翻译区的U富含区的结合。升高的乳酸浓度和缺氧是另一种信号，缺氧通过参与调控其他糖酵解酶和G表达的几种转录因子与反应元件，如缺氧诱导因子I、cAMP反应元件和红细胞生成素缺氧增强子，上调M型乳酸脱氢酶的表达。因MCT4与M型乳酸脱氢酶的分布相似，故缺氧也可由同样机制提高MCT4的表达。

　　3.2OX-47蛋白对MCT的调控调控MCT表达或活性的另一途径是借助一种辅助蛋白质OX-47.当红细胞与DIDS?起培养时，MCT1与一种70ku的跨膜糖蛋白（GP-70）发生交联。GP-70是免疫蛋白超家族中的一种细胞粘附分子。该家族主要在胚胎组织中表达，进行发育调控，但在多数成体组织中表达微弱，而大鼠中一种与之密切相关的蛋白OX-47却表达强烈。OX-47的跨膜区在种属间高度保守，有一个带负电荷的谷氨酸残基可能与其他膜蛋白发生特定的相互作用。这提示肿瘤细胞单羧酸转运泵异构体的选择性抑制剂对肿瘤的治疗有一定作用。