Slc16a3-flox 基因敲除小鼠

SLC16A3，也称为MCT4，是SLC16基因家族的一员，该家族共包含14个成员。SLC16A3编码的是一种单羧酸转运蛋白，负责将如乳酸、丙酮酸和酮体等单羧酸通过质子偶联转运方式穿过细胞膜。SLC16基因家族成员普遍具有12个跨膜螺旋（TMs），胞内C端和N端，以及一个大的胞内环，位于第6和第7个跨膜螺旋之间。MCTs 1-4的表达和活性需要与basigin或embigin结合，这些是具有单个跨膜和2-3个细胞外免疫球蛋白结构域的糖蛋白。SLC16家族成员在广泛的代谢途径中发挥作用，包括大脑、骨骼肌、心脏和肿瘤细胞的能量代谢，糖异生，T淋巴细胞激活，肠道代谢，精子生成，胰腺β细胞功能障碍，甲状腺激素代谢和药物转运。MCTs 1-4具有不同的性质、组织分布和亚细胞定位，这些特性使其能够胜任上述代谢功能。它们作为药物靶点的潜力已被认可，随着强效和特异性MCT1抑制剂被发现，这些抑制剂可以作为免疫抑制剂药物，通过防止T淋巴细胞的增殖来发挥作用。有研究表明，开发其他专门针对不同MCT亚型的药物可能为癌症化疗提供一种新的方法[1]。

SLC16A3作为一种乳酸转运蛋白，在肿瘤细胞中高度表达，并且与免疫抑制性微环境的形成有关。研究发现，高糖酵解活性的肿瘤细胞会负面影响抗肿瘤免疫反应和免疫治疗、放疗的疗效。SLC16A3作为乳酸转运蛋白，在糖酵解B16-F10细胞和人非小细胞肺癌细胞中高度表达。研究证实，肿瘤细胞中SLC16A3的表达与抗-PD-1疗效呈负相关。肿瘤细胞中SLC16A3的过表达促进了乳酸的产生和排出，降低了肿瘤对抗-PD-1抑制剂的反应性，通过抑制CD8+T细胞功能。SLC16A3的基因和药理抑制显著降低了肿瘤细胞的糖酵解活性和乳酸产生，改善了免疫抑制性肿瘤微环境，通过抗-PD-1阻断增强了抗肿瘤效果。因此，肿瘤细胞内在的SLC16A3可能是逆转肿瘤对免疫治疗耐药性的一个潜在靶点[2]。

SLC16A3基因转录本的编码的转运蛋白MCT4在中央神经系统中表达，尤其是在星形胶质细胞中。它涉及乳酸的释放和糖酵解通量的调节。SLC16A3的表达在正常和/或病理性衰老期间是否会发生变化尚不清楚。研究发现，在年轻和老年小鼠的大脑中，MCT4成熟转录本的存在得到了确定，但在12个月和3个月的小鼠前额叶皮层和海马体中检测到了意外更长的RT-PCR片段。培养的星形胶质细胞表达预期的516碱基对（bp）片段，但用IL-1β处理以模拟炎症，如衰老期间可能发生的情况，导致额外表达了一个928bp的片段，类似于在老年小鼠中看到的片段。相比之下，培养的周细胞（血脑屏障的组成部分）只表现出516bp的片段。有趣的是，培养的内皮细胞固有地表达两种片段。当对阿尔茨海默病小鼠模型（APPswePS1dE9）的大脑亚区进行RT-PCR时，在3个月时没有检测到片段，而在12个月时只存在928bp的片段。MCT4 RT-PCR产物的测序揭示了在编码区2和3之间残留的内含子，这导致了通过RT-PCR检测到的较长片段。这些结果揭示了MCT4基因在中央神经系统中内含子保留的存在。这种选择性剪接似乎随着年龄的增长在大脑中增加，并且在神经退行性疾病如阿尔茨海默病中可能更为突出。因此，需要在体外和体内进一步研究Slc16a3基因转录本中内含子2的保留，以充分了解Slc16a3亚型在衰老和阿尔茨海默病病理学背景下的生物学作用[3]。

肝细胞癌（HCC）是最致命的癌症之一，通常在晚期被发现。代谢重编程在HCC的进展中起着重要作用，可能与免疫逃避有关，但关键的基因尚不清楚。研究发现，SLC16A3是免疫抑制的关键调节因子。过表达SLC16A3与T细胞功能的丧失有关，可能会导致免疫抑制蛋白的上调。基因功能富集分析显示，与SLC16A3相关的基因主要涉及细胞粘附。单细胞分析表明，SLC16A3基因主要在巨噬细胞中表达，尤其是某些肿瘤促进性巨噬细胞。空间转录组数据进一步分析表明，SLC16A3在肿瘤侵袭前沿富集。多色免疫组化（mIHC）显示，SLC16A3表达高的患者的GZMB+细胞浸润显著减少。SLC16A3抑制剂显著抑制了HCC的增殖，同时增强了T细胞的细胞毒性并减少了耗竭。这些结果揭示了免疫逃避通过代谢重编程的现象，并表明SLC16A3可能成为干预的新靶点[4]。

SOX2是干细胞转录因子，在前列腺发育和癌症中起着关键作用。SOX2表达分析表明，SOX2表达与更快的转移时间和生化复发后患者生存率降低有关。SOX2 ChIP-Seq分析揭示了SOX2在前列腺癌细胞中的结合位点，这些位点与典型的胚胎SOX2基因靶点显著不同，并且与多种致癌途径相关。SOX2表达在前列腺癌细胞系中赋予增加的糖酵解和糖酵解能力，以及增加的基础和最大氧化呼吸和增加的备用呼吸能力。此外，SOX2表达与线粒体数量的增加有关，代谢组分析揭示了SOX2与嘌呤、嘧啶、氨基酸和糖的代谢以及戊糖磷酸途径相关的变化。SOX2基因靶点的分析表明，在患者肿瘤和转移的RNA-Seq数据集中，与SOX2显著相关。这些数据支持SOX2在前列腺癌细胞代谢重编程中的关键作用，并揭示了SOX2如何促进转移进展、谱系可塑性和治疗耐药性的新机制。此外，数据还表明，SOX2可作为分期和成像的生物标志物，以及潜在的药物靶点[5]。

MCT4（SLC16A3）是单羧酸转运蛋白（MCT）家族的第三个成员，涉及乳酸、丙酮酸、乙酸和酮体的运输。研究发现，SLC16A3基因在新加坡的汉族（n = 95）和印度族（n = 96）人群中存在遗传变异。通过DNA测序筛选了SLC16A3基因编码的MCT4转运蛋白的启动子、编码区和外显子-内含子连接处的遗传变异。在SLC16A3基因中检测到46个遗传变异，其中33个是新的。在这些变异中，22个位于启动子区域，2个位于5'非编码区（UTR），10个位于编码外显子（5个非同义和5个同义变异），6个位于3'UTR，6个位于内含子。在这5个非同义变异中，只有44C>T（Ala15Val）被PolyPhen和SIFT预测为对蛋白质功能有潜在的损害作用，而55G>A（Gly19Ser）、574G>A（Val192Met）和916G>A（Gly306Ser）在SIFT和PolyPhen算法之间有冲突的结果。最后，641C>T（Ser214Phe）被预测为一个耐受变异[6]。

膀胱癌（BC）中SLC16A3的表达过表达可以促进各种肿瘤的发展，但关于SLC16A3在膀胱癌中的系统性分析却很少报道。研究发现，SLC16A3在膀胱癌细胞中过表达，包括上皮细胞。SLC16A3的高表达水平与膀胱癌患者的预后不良显著相关，并建立了一个可靠的膀胱癌患者预后模型。SLC16A3与m6A修饰（ALKBH5）基因（p＜0.001）、有氧糖酵解的关键基因、M2巨噬细胞浸润（p＝0.0058）和免疫检查点调节之间存在统计学上的显著关联。SLC16A3的过表达是膀胱癌患者的独立预后因素。SLC16A3可能通过调节膀胱癌代谢和m6A甲基化来影响膀胱癌的免疫浸润，最终导致膀胱癌的进展。因此，SLC16A3可能是膀胱癌检测和治疗的有力治疗靶点[7]。

虽然免疫检查点阻断（ICB）疗法在癌症治疗中取得了突破性进展，但许多患者对ICB没有反应或对ICB产生耐药性。RNA中的N6-甲基腺苷（m6A）的甲基化调节了许多病理生理过程。研究发现，删除m6A脱甲基酶Alkbh5使肿瘤对癌症免疫疗法敏感。Alkbh5影响ICB过程中肿瘤中m6A密度和剪接事件。Alkbh5调节Mct4/Slc16a3表达和肿瘤微环境的乳酸含量以及肿瘤浸润性Treg和骨髓来源的抑制细胞。重要的是，小分子Alkbh5抑制剂增强了癌症免疫疗法的疗效。值得注意的是，黑色素瘤患者的ALKBH5基因突变和表达状态与其对免疫治疗的反应相关。因此，肿瘤细胞中的m6A脱甲基酶有助于免疫疗法的疗效，并确定ALKBH5是提高黑色素瘤、结直肠癌和其他潜在癌症免疫治疗结果的一个潜在治疗靶点[8]。

SLC16A3/单羧酸转运蛋白4（MCT4）调节细胞内乳酸转运，在许多肿瘤中高度表达，预示着预后不良。它可能与诱导缺氧、凋亡等机制有关，但关于MCT4在HCC中的研究还远远不够。研究发现，SLC16A3在肿瘤组织中显著上调，并且与TNM分期、组织学分级和主要血管浸润显著相关。TCGA数据和分析显示，SLC16A3的高表达诱导缺氧，敲低可以逆转缺氧并抑制ERK磷酸化，从而限制HCC细胞的恶性行为。此外，SLC16A3的敲低显著增加了脂质过氧化和活性氧（ROS）的水平，同时抑制了GPX4、DHODH和SLC7A11的表达。SLC16A3的表达影响了HCC细胞对化疗和靶向药物的敏感性，RNA测序数据表明，表达水平影响了肿瘤微环境和免疫治疗的反应。因此，SLC16A3与HCC的预后不良相关。抑制SLC16A3表达是HCC的潜在治疗靶点[9]。

综上所述，SLC16A3作为一种单羧酸转运蛋白，在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括能量代谢、免疫调节和肿瘤微环境形成。SLC16A3的表达和功能在多种疾病中受到影响，包括肿瘤、神经退行性疾病和代谢性疾病。SLC16A3作为药物靶点的潜力已经被认可，并且可能为癌症化疗提供一种新的方法。此外，SLC16A3的研究有助于深入理解单羧酸转运蛋白在生物学功能和疾病发生机制中的作用，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。