ABCA3,即ATP结合盒转运蛋白A3,是一种在肺泡II型上皮细胞中高度保守的多跨膜蛋白,它在肺表面活性物质的稳态调节中扮演着关键角色[4]。表面活性物质是一层富含脂质的单分子层,覆盖在肺泡的内衬液体上,对于防止肺泡塌陷和维持肺功能至关重要。ABCA3蛋白定位于肺泡II型细胞中的板层小体,这是表面活性物质储存和分泌的细胞器,表明ABCA3在表面活性物质的代谢中发挥着重要作用[5]。
在新生儿中,严重的表面活性物质缺乏可能导致呼吸窘迫综合征(RDS),这是新生儿期最常见的疾病之一。在晚早产儿和足月儿中,大多数无法解释的RDS病例是由遗传异常引起的,其中最常见的是ABCA3基因突变。这些突变可能导致表面活性物质的生物合成和分泌异常,从而引发RDS[2]。
ABCA3基因突变也可能导致儿童期和成人的弥漫性肺疾病。这些单基因遗传疾病可能导致从新生儿期表面活性物质缺乏引起的呼吸衰竭到儿童或成人的弥漫性肺疾病等一系列病理表现。目前,针对这些疾病的治疗方法有限,但基因治疗作为一种潜在的治疗手段,正在逐渐被探索[3]。
ABCA3基因突变不仅影响肺部疾病,还可能与其他疾病有关。例如,有研究表明,ABCA3表达在肺腺癌(LUAD)中显著降低,低表达ABCA3的LUAD患者总体生存率明显较差。此外,ABCA3表达下调可增强肿瘤细胞的恶性行为,并激活上皮-间质转化(EMT)过程,表明ABCA3可能是一种肿瘤抑制基因,在肿瘤发生发展中发挥保护作用[1]。
除了在人类中的作用,ABCA3基因也在其他生物中有所研究。例如,在海洋双壳类软体动物Tegillarca granosa中,TgABCA3基因的表达与镉积累有关。研究发现,TgABCA3基因在镉暴露的血蛤中表达上调,参与镉离子的转运和解毒过程[6]。
为了更好地理解ABCA3的功能和突变机制,研究人员开发了一种基于A549细胞的模型,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除内源ABCA3基因,并利用慢病毒介导的整合策略稳定表达ABCA3突变体的cDNAs。这种模型为发现ABCA3突变体破坏功能的特定机制和筛选潜在的ABCA3药物纠正剂提供了可扩展的、遗传上通用的、生理相关的功能基因组学平台[7]。
综上所述,ABCA3基因在肺表面活性物质的生物合成和分泌中发挥着关键作用,其突变可能导致严重的肺部疾病,如新生儿呼吸窘迫综合征和弥漫性肺疾病。此外,ABCA3还可能与其他疾病,如肺腺癌和镉中毒有关。随着对ABCA3生物学研究的深入,基因治疗等新型治疗方法有望为这些疾病的治疗提供新的策略和希望。
参考文献:
1. Song, Minglei, Gao, Liping, Zang, Jing, Xing, Xiaoying. 2023. ABCA3, a tumor suppressor gene, inhibits the proliferation, migration and invasion of lung adenocarcinoma by regulating the epithelial‑mesenchymal transition process. In Oncology letters, 26, 420. doi:10.3892/ol.2023.14006. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37664655/
2. Wang, Jianhui, Fan, Juan, Zhang, Yuting, Huang, Lie, Shi, Yuan. . ABCA3 gene mutations shape the clinical profiles of severe unexplained respiratory distress syndrome in late preterm and term infants. In Translational pediatrics, 10, 350-358. doi:10.21037/tp-20-283. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33708521/
3. Cooney, Ashley L, Wambach, Jennifer A, Sinn, Patrick L, McCray, Paul B. 2022. Gene Therapy Potential for Genetic Disorders of Surfactant Dysfunction. In Frontiers in genome editing, 3, 785829. doi:10.3389/fgeed.2021.785829. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35098209/
4. Beers, Michael F, Mulugeta, Surafel. 2016. The biology of the ABCA3 lipid transporter in lung health and disease. In Cell and tissue research, 367, 481-493. doi:10.1007/s00441-016-2554-z. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28025703/
5. Shulenin, Sergey, Nogee, Lawrence M, Annilo, Tarmo, Whitsett, Jeffrey A, Dean, Michael. . ABCA3 gene mutations in newborns with fatal surfactant deficiency. In The New England journal of medicine, 350, 1296-303. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15044640/
6. Li, Zongfang, Li, Min, Xiao, Guoqiang, Teng, Shuangshuang. 2022. Expression of ABCA3 transporter gene in Tegillarca granosa and its association with cadmium accumulation. In Gene, 845, 146865. doi:10.1016/j.gene.2022.146865. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36067865/
7. Wambach, Jennifer A, Yang, Ping, Wegner, Daniel J, White, Frances V, Cole, F Sessions. . Functional Genomics of ABCA3 Variants. In American journal of respiratory cell and molecular biology, 63, 436-443. doi:10.1165/rcmb.2020-0034MA. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32692933/