Slc26a7-KO 基因敲除小鼠

Slc26a7，也称为Sulphate transporter 7，是SLC26基因家族的一员。该基因家族编码多种多功能阴离子转运蛋白和通道，负责转运氯离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、草酸根离子、碘离子和甲酸等广泛的底物。Slc26a7蛋白由N端细胞质结构域、10-14个疏水跨膜螺旋和C端细胞质STAS结构域组成，并呈现同源寡聚状态。SLC26相关的海洋细菌中的SulP蛋白可能作为海洋碳固定的一部分运输碳酸氢根离子，而存在于抗生素操纵子中的SulP基因可能为抗生素生物合成途径提供硫酸盐。SLC26相关的Sultr蛋白在单细胞真核生物和植物中运输硫酸盐。突变与人类疾病相关，例如SLC26A2突变与软骨发育不良相关，SLC26A3突变与氯离子腹泻相关，SLC26A4突变与耳聋和前庭导水管扩大相关。此外，小鼠敲除模型中出现的疾病表型包括Slc26a6和Slc26a1突变引起的草酸尿结石、Slc26a5突变引起的非综合征性耳聋、Slc26a7和Slc26a9突变引起的胃酸缺乏、Slc26a7突变引起的远端肾小管酸中毒以及Slc26a8突变引起的男性不育。STAS结构域对于SLC26蛋白的细胞表面表达和调节囊性纤维化跨膜调节因子具有重要作用，并且SLC26多肽的蛋白质相互作用组正在积极研究中[6]。

Slc26a7在多个器官的生理过程中起着重要作用。在牙齿发育过程中，尤其是在成熟阶段，Slc26a1、Slc26a6和Slc26a7的碳酸氢盐转运活性对于牙釉质形成至关重要。虽然Slc26a1、Slc26a6和Slc26a7的突变尚未与任何人类疾病相关联，但在动物中抑制这些基因的表达会导致酸碱平衡失调和阴离子稳态紊乱。牙釉质形成需要基于离子转运的复杂pH调节机制。特定阶段的离子转运蛋白的破坏通常会导致动物牙釉质病。研究表明，Slc26a1、Slc26a6和Slc26a7在成熟阶段的小鼠切牙成釉细胞中高度表达，并显示与囊性纤维化跨膜电导调节因子（Cftr）相似的细胞分布，定位在细胞质膜顶端区域。Slc26a7的分布还见于细胞质/亚顶端区域，可能位于溶酶体膜上。Slc26a1和Slc26a7基因敲除小鼠的研究表明，尽管在Slc26a1-/-或Slc26a7-/-动物中没有观察到明显的牙釉质异常表型，但Slc26a1或Slc26a7的缺失会导致Cftr、Ca2+、Slc4a4、Slc4a9和Slc26a9等pH稳态相关基因的上调，这可能是成釉细胞在Slc26基因缺失时的代偿机制。这些数据表明，Slc26a1、Slc26a6和Slc26a7是牙釉质成熟过程中碳酸氢盐外运的新型参与者，其功能作用可能通过与Cftr形成相互作用单元来实现[1]。

Slc26a7也被发现参与甲状腺功能。SLC26A4是已知的碘离子转运蛋白，定位在甲状腺细胞的顶端膜。SLC26A7也被发现参与碘离子转运，并且是先天性甲状腺功能减退症的致病基因。然而，其在体内的详细作用尚待阐明。研究表明，Slc26a7基因敲除小鼠表现出甲状腺肿大和轻度生长迟缓，在低碘环境下表现出明显的生长迟缓。相比之下，Slc26a4基因敲除小鼠在同一低碘环境下没有出现生长迟缓和甲状腺功能减退症。双重缺陷小鼠表现出比Slc26a7-/-小鼠更严重的生长迟缓。RNA-seq分析显示，Slc26a7-/-小鼠中差异表达基因（DEGs）的数量显著高于Slc26a4-/-小鼠。这表明SLC26A7比SLC26A4在碘离子转运和维持甲状腺功能方面起着更重要的作用[2]。

在先天性甲状腺功能减退症（CH）中，甲状腺激素生物合成相关基因的缺陷会导致疾病的发生。研究发现，SLC26A7基因的纯合子截断突变在6个无关家族中导致甲状腺肿大的CH。在人类和小鼠中，该基因主要在甲状腺组织中表达，功能丧失与甲状腺激素合成中碘的可用性受损相关，小鼠通过碘补充部分纠正。SLC26A7与SLC26A4（pendrin）属于同一转运蛋白家族，后者是一种对碘离子和氯离子具有亲和力的阴离子交换蛋白，其基因突变导致先天性耳聋和甲状腺肿大。然而，与pendrin不同，SLC26A7不介导细胞内碘离子外流，受影响个体的听力正常。该研究揭示了SLC26A7在甲状腺激素生物合成中的作用，其机制尚不清楚[3]。

SLC26A7蛋白在肾上皮细胞中是一种氯离子/碳酸氢根离子交换器，其丰度受渗透压和pH值的影响。在酸分泌的集合管闰细胞中，氯离子/碳酸氢根离子肾脏阴离子交换器1（kAE1）和SLC26A7这两种蛋白在基底外侧膜中共定位。尽管SLC26A7蛋白被报道作为一种氯离子/碳酸氢根离子交换器或氯离子通道发挥作用，但SLC26A7的交换活性与细胞外渗透压无关。当SLC26A7蛋白与kAE1野生型或携带dRTA突变R901X的kAE1共表达时，细胞内氯离子/碳酸氢根离子交换速率并不比单独表达这两种蛋白时更具有加和性，这可能是由于整体蛋白表达的减少。此外，细胞内氯离子/碳酸氢根离子交换速率与渗透压无关。这些结果表明，在MDCK细胞中，SLC26A7是一种氯离子/碳酸氢根离子交换器，其丰度在高渗透压生长介质中升高，而酸性细胞外pH值会降低SLC26A7蛋白的丰度[4]。

Slc26a7的缺失会导致小鼠牙釉质矿化延迟。牙釉质形成包括两个主要发育阶段：分泌阶段和成熟阶段。在成熟阶段，羟基磷灰石沉积和基质转换需要由多个离子转运蛋白介导的精细pH调节机制。Slc26基因家族的几个成员（Slc26a1、Slc26a3、Slc26a4、Slc26a6和Slc26a7），这些成员表现出碳酸氢盐转运活性，已被先前的研究认为参与成熟阶段的牙釉质形成，尤其是pH调节的关键过程。然而，关于这些基因在牙釉质形成中的功能作用尚不清楚，因为没有任何单独的突变动物系表现出可察觉的牙釉质缺陷。通过先前对Slc26a1-/-和Slc26a7-/-动物模型的研究，研究人员生成了一个双突变动物系，其中同时缺失了Slc26a1和Slc26a7。研究结果显示，双突变牙釉质的密度在野生型下颌切牙中代表晚期成熟阶段、成熟阶段和分泌阶段的区域显著降低。然而，双突变动物的“成熟”和“分泌”牙釉质微结构与野生型分泌阶段和/或预分泌阶段的牙釉质相似。元素组成分析显示，双突变牙釉质中缺乏矿物质沉积，并且碳和氯的积累。Slc26a1和Slc26a7的缺失不影响牙釉质器官的阶段特异性形态。最后，在双突变动物的成熟阶段牙釉质器官中，与野生型相比，检测到了pH调节基因和离子转运蛋白的补偿性表达。结合先前研究的结果，这些数据表明SLC26A1和SLC26A7是牙釉质成熟过程中pH调节网络的关键离子转运蛋白[5]。

综上所述，Slc26a7基因在多个生理过程中发挥着重要作用。在牙齿发育过程中，Slc26a7参与牙釉质成熟阶段的pH调节。在甲状腺功能方面，Slc26a7是碘离子转运的重要参与者，其功能丧失与甲状腺肿大的先天性甲状腺功能减退症相关。此外，Slc26a7还在肾上皮细胞中发挥氯离子/碳酸氢根离子交换器的功能，其丰度受渗透压和pH值的影响。Slc26a7的研究有助于深入理解其在生理和病理过程中的作用机制，为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。