Slc13a3,也称为Na+/dicarboxylate cotransporter 3(NaDC3),是一种重要的细胞膜上的钠依赖性转运蛋白,主要在肾脏、星形胶质细胞和脉络丛中表达。它负责将4到6个碳的二羧酸与3个钠离子一起转运到细胞质中。Slc13a3的功能对于维持细胞内外的电解质平衡、营养物质的吸收和代谢废物的排出至关重要。
最近的研究表明,Slc13a3在免疫调节中也发挥着重要作用。Itaconate是一种免疫调节性代谢物,由炎症巨噬细胞中的线粒体酶免疫应答基因1(IRG1)产生。研究发现,Slc13a3是Itaconate的转运蛋白,负责将其从炎症巨噬细胞中释放出来,并将其转运到非髓系细胞中,从而发挥免疫调节功能。在肝脏中,Slc13a3的缺失会损害肝脏的抗细菌天然免疫能力,因为它会导致溶酶体生物合成受损,进而降低肝细胞的抗菌能力[1]。
此外,Slc13a3在肝脏癌症的发生中也扮演着重要的角色。在激活的Wnt/β-catenin信号通路中,Slc13a3是下游的主要效应因子。研究发现,在人类肝脏癌症样本中,Slc13a3的表达水平升高,这与编码β-catenin的基因CTNNB1的功能获得性突变有关。激活的β-catenin会上调Slc13a3的表达,导致细胞内Slc13a3底物的积累。Slc13a3被鉴定为一种低亲和力的谷胱甘肽(GSH)转运蛋白。沉默Slc13a3会通过c-MYC信号通路下调亮氨酸转运蛋白Slc7a5的表达,导致亮氨酸耗竭和mTOR失活。此外,沉默Slc13a3还会耗尽GSH并诱导β-catenin激活的肝癌细胞发生自噬铁死亡。重要的是,Slc13a3的遗传抑制和一种小分子Slc13a3抑制剂都能抑制小鼠中的β-catenin驱动的肝细胞癌的发生[2]。
Slc13a3的突变也与智力障碍有关。智力障碍是一种临床表现和遗传基础差异很大的疾病,它显著影响患者的学习能力,降低他们的智商。研究发现,患有急性可逆性脑白质病和α-酮戊二酸积累(ARLIAK)的患者携带Slc13a3基因的致病性突变。此外,X连锁神经发育疾病Christian综合征是由编码NHE6(也称为钠-氢交换器-6)的Slc9a6基因的突变引起的。NHE6是一种位于回收内体上的碱金属阳离子/质子交换器,它在神经发育中起着重要作用。通过计算方法,研究发现,Slc13a3和Slc9a6基因的突变会导致患者的精神能力、身体技能和适应性行为严重受损[3]。
Slc13基因家族包括5个序列相关的蛋白,它们在动物、植物、酵母和细菌中都有发现。这些蛋白被分为两个功能上不相关的转运蛋白组:Na+硫酸盐(NaS)共转运蛋白和Na+羧酸盐(NaC)共转运蛋白。Slc13家族成员(按升序排列)包括:Slc13a1(NaS1)、Slc13a2(NaC1)、Slc13a3(NaC3)、Slc13a4(NaS2)和Slc13a5(NaC2)。Slc13蛋白编码具有8-13个跨膜结构域的细胞膜多肽,并在各种组织中表达。它们都是Na+耦合的同向转运蛋白,对Na+有很强的阳离子偏好,对stilbene 4,4'-diisothiocyanatostilbene-2,2'-disulfonic acid(DIDS)不敏感。它们的Na+:阴离子耦合比率为3:1,表明具有电生性质。它们对二价阴离子有底物偏好,包括NaS共转运蛋白的四面体氧阴离子或NaC共转运蛋白的三羧酸循环中间体(包括单、二和三羧酸盐)[4]。
Slc13家族的转运蛋白在调节各种代谢性疾病中起着重要作用,包括癌症、糖尿病、肥胖、脂肪肝疾病和中枢神经系统疾病。其中,NaDC1、NaDC3和NaCT是钠依赖性转运蛋白,属于二羧酸盐(琥珀酸、苹果酸、α-酮戊二酸)和三羧酸盐(柠檬酸)家族。细胞质中的柠檬酸是脂肪酸合成、胆固醇和低密度脂蛋白的前体。通过这些转运蛋白,细胞质外的柠檬酸被转运到细胞质中进行脂肪酸合成,从而通过下调糖酵解、三羧酸循环(TCA)和脂肪酸分解来控制能量平衡。这些转运蛋白在调节各种代谢性疾病中起着重要作用,包括肥胖和糖尿病。NaCT功能的突变会导致多种神经系统疾病,包括新生儿癫痫和大脑发育受损,而编码肝脏中柠檬酸转运蛋白的基因的突变可能具有积极的效果。因此,需要继续努力开发柠檬酸抑制剂[5]。
Slc13a3基因的突变也与慢性肾脏病(CKD)的易感性有关。研究发现,Slc13a3基因中的单核苷酸多态性(SNP)与CKD的易感性相关。在中央印度患者中,Slc13a3基因中的rs6066043位点的GG基因型与CKD的易感性显著相关[6]。
综上所述,Slc13a3是一种重要的细胞膜上的钠依赖性转运蛋白,参与维持细胞内外的电解质平衡、营养物质的吸收和代谢废物的排出。Slc13a3在免疫调节、肝脏癌症的发生、智力障碍和慢性肾脏病的发生中发挥着重要作用。进一步研究Slc13a3的功能和机制将为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Chen, Chao, Liu, Caiyun, Sun, Pengkai, Liu, Ping, Li, Xinjian. 2024. Itaconate uptake via SLC13A3 improves hepatic antibacterial innate immunity. In Developmental cell, 59, 2807-2817.e8. doi:10.1016/j.devcel.2024.07.011. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39116875/
2. Zhao, Wennan, Wang, Xue, Han, Lifeng, Chen, Xin, Zhang, Youcai. 2024. SLC13A3 is a major effector downstream of activated β-catenin in liver cancer pathogenesis. In Nature communications, 15, 7522. doi:10.1038/s41467-024-51860-2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39215042/
3. Hussain, Syeda Iqra, Muhammad, Nazif, Shah, Salah Ud Din, Wasif, Naveed, Khan, Saadullah. 2023. Structural and functional implications of SLC13A3 and SLC9A6 mutations: an in silico approach to understanding intellectual disability. In BMC neurology, 23, 353. doi:10.1186/s12883-023-03397-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37794328/
4. Markovich, Daniel. . Sodium-sulfate/carboxylate cotransporters (SLC13). In Current topics in membranes, 70, 239-56. doi:10.1016/B978-0-12-394316-3.00007-7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23177988/
5. Akhtar, Md Jawaid, Khan, Shah Alam, Kumar, Bhupinder, Bhatia, Rohit, Singh, Karanvir. 2022. Role of sodium dependent SLC13 transporter inhibitors in various metabolic disorders. In Molecular and cellular biochemistry, 478, 1669-1687. doi:10.1007/s11010-022-04618-7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36495372/
6. Kumari, Ravita, Tiwari, Shikha, Atlani, Mahendra, Goel, Sudhir K, Kumar, Ashok. 2023. Association of Single Nucleotide Polymorphisms in KCNA10 and SLC13A3 Genes with the Susceptibility to Chronic Kidney Disease of Unknown Etiology in Central Indian Patients. In Biochemical genetics, 61, 1548-1566. doi:10.1007/s10528-023-10335-7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36696070/