Slc4a11-KO 基因敲除小鼠

SLC4A11，也称为NaBC1，是SLC4家族的一员，是一种Na+依赖性HCO3-转运蛋白，主要在角膜内皮细胞中表达。SLC4A11的突变会导致先天性遗传性内皮营养不良（CHED）和某些Fuchs内皮角膜营养不良的病例。SLC4A11在维持角膜内皮细胞的离子稳态和能量代谢中发挥着重要作用。此外，SLC4A11还参与细胞黏附和细胞骨架组织，对于维持角膜的完整性和功能至关重要。

在SLC4A11-/-小鼠角膜中，RNA测序结果显示，共有100个基因的表达发生了显著改变。这些基因主要富集在细胞外区、细胞骨架、细胞黏附和质膜功能等方面。这些基因表达的改变进一步被分为细胞命运和发育、细胞外基质和细胞黏附、细胞骨架、离子稳态和能量代谢等类别。这些基因表达的改变证实了SLC4A11在离子稳态、能量代谢、细胞黏附和细胞骨架组织中的重要作用[1]。

研究发现，SLC4A11在调节脱氧雪腐镰刀菌毒素（DON）的细胞毒性方面发挥着重要作用。DON处理导致IPEC-J2细胞活力下降、细胞周期阻滞在G2/M期、细胞凋亡率增加。SLC4A11和MFSD3基因的表达在DON处理后显著下调。过表达SLC4A11和MFSD3可以增强细胞活力。DNA甲基化分析表明，SLC4A11和MFSD3启动子的甲基化水平显著升高，与mRNA表达呈负相关。进一步分析发现，SLC4A11和MFSD3的mC-1位于NF-1和Sp1转录因子结合位点上。这些发现揭示了猪SLC4A11和MFSD3基因在调节DON引起的细胞毒性效应中的新生物学功能，并可能有助于DON潜在毒性的预测和消除[2]。

在印度CHED2家庭中进行的突变分析发现，SLC4A11基因中存在四种新的突变（p.Thr262Ile、p.Gly417Arg、p.Cys611Arg和p.His724Asp）和一种已知的p.Arg869His纯合突变。这些突变增加了SLC4A11基因的突变谱。文献回顾表明，迄今为止，SLC4A11基因中已报道的突变总数为78个，其中大多数为错义突变，其次是插入-缺失突变。这项研究将有助于这些家庭的遗传诊断[3]。

CHED是一种罕见的常染色体隐性遗传性角膜内皮疾病，其特征是出生时出现非进行性双侧角膜水肿和混浊。SLC4A11基因编码SLC4家族的跨膜蛋白，在角膜内皮和内耳中表达，导致CHED和听觉障碍（Harboyan综合征）。slc4a11-null小鼠模型复制了CHED的疾病表型，从而证实了SLC4A11在CHED中的作用。然而，SLC4A11的转运功能尚未明确。SLC4A11被认为具有H+和NH4+渗透、电生性Na+-H+交换和水转运等功能。未来对SLC4A11功能失调后果的研究以及进一步了解角膜内皮细胞离子转运，将有助于阐明SLC4A11在CHED病理生理学中的作用[4]。

SLC4A11在感觉系统中的作用尚不清楚。SLc4a11(-/-)小鼠的研究表明，NaBC1在螺旋韧带成纤维细胞中表达，从耳蜗基底部到顶部均有免疫反应。NaBC1免疫反应还存在于前庭迷路中，在前庭囊、球囊和囊壶腹的非免疫反应感觉上皮下的间质细胞中。Slc4a11(-/-)小鼠的听觉脑干反应和前庭诱发电位波形均显著异常。在角膜中，NaBC1在角膜内皮细胞层中高度表达，在上皮细胞中表达较少。然而，与人类不同，角膜表型较轻，裂隙灯检查正常。角膜内皮细胞形态正常；然而，与野生型小鼠相比，Slc4a11(-/-)小鼠角膜基底上皮细胞的绝对高度和基底上皮细胞/总角膜厚度的相对值均显著增加。这些结果首次证明了NaBC1在听觉前庭系统中的重要性，并为SLC4A11作为具有孤立性前庭听觉障碍患者的潜在候选基因提供了支持[5]。

SLC4A11是一种电生性H+转运蛋白，由NH3和碱性pH激活。SLC4A11突变可导致角膜内皮营养不良和听力下降，在SLC4A11敲除小鼠中得到复制。SLC4A11在细胞内线粒体膜上促进谷氨酰胺分解代谢，并抑制线粒体超氧的产生，通过提供对氨敏感的H+解偶联，减少谷氨酰胺驱动的线粒体膜电位过度极化。SLC4A11 KO中的线粒体氧化应激还会触发功能障碍的自噬和溶酶体，以及内质网应激。SLC4A11的表达通过转录因子NRF2，抗氧化基因的主要调节因子，在氧化应激下被诱导。除了角膜内皮细胞，SLC4A11的功能在耳蜗成纤维细胞、唾液腺和肾脏中得到了证实，但在整体上仍然有待进一步探索。SLC4A11表达的升高是某些“谷氨酰胺依赖性”癌症的一个组成部分，可能与依赖谷氨酰胺分解代谢的细胞和组织有关[6]。

在人类角膜中，SLC4A11的表达与两种盲性角膜营养不良有关：儿童期发病的先天性遗传性内皮营养不良（CHED）和某些晚期发病的Fuchs内皮角膜营养不良（FECD）。三种N端SLC4A11变体：v1、v2和v3在人类中表达。研究发现，在人类角膜内皮细胞中，只有v2和v3 mRNA，但v2最为丰富。免疫印迹分析表明，v2蛋白在人类角膜内皮细胞中的含量是v3的约四倍。生物信息学和蛋白质分析使用变体特异性抗体发现，v2的开放阅读框中的第二个甲硫氨酸（M36）在人类角膜中作为SLC4A11 v2的翻译起始位点。v2从M1（v2-M1）和M36（v2-M36）开始的变体在细胞表面转运和运输功能（水通量）方面没有区别。v2-M36和v3的结构同源模型表明存在结构差异，但其意义尚不清楚。生物信息学、RNA定量和变体特异性抗体的组合分析表明，SLC4A11变体2在角膜内皮细胞中占主导地位[7]。

β-连环蛋白的激活通过刺激谷氨酰胺分解代谢增加HCC中的氨产生。β-连环蛋白/LEF1激活了GLUD1的转录，然后促进氨的利用，增强谷氨酸、天冬氨酸和脯氨酸的产生。β-连环蛋白/TCF4诱导SLC4A11的转录，SLC4A11是一种氨转运蛋白，用于排泄过量的氨。SLC4A11在HCC肿瘤组织中上调，高SLC4A11表达与不良预后和晚期疾病阶段相关。SLC4A11的缺失在体外诱导HCC细胞衰老，通过阻断氨的排泄，并在体内减少β-连环蛋白驱动的肿瘤生长。此外，氨水平的升高促进了β-连环蛋白突变HCC的进展，而SLC4A11的缺失则阻碍了这种进展。SLC4A11的下调导致肿瘤间质液中氨的积累和HCC中激活β-连环蛋白的血浆氨水平降低。总的来说，这项研究表明β-连环蛋白的激活重新编程了氨代谢，而通过靶向SLC4A11阻断氨的排泄可能是一种有希望的诱导β-连环蛋白突变HCC衰老的方法。由β-连环蛋白的异常激活介导的氨代谢重新编程导致HCC对衰老的抵抗，并且可以通过抑制SLC4A11作为β-连环蛋白突变肝细胞癌的潜在治疗方法[8]。

SLC4A11、ZEB1、LOXHD1和AGBL1基因的突变在Fuchs内皮角膜营养不良（FECD）的发展中可能起着一定的作用。SLC4A11基因的突变与FECD的发病密切相关。通过系统回顾SLC4A11、ZEB1、LOXHD1和AGBL1基因在FECD病例中的变异，发现SLC4A11基因的变异在FECD的发病中起着重要作用。然而，ZEB1、LOXHD1和AGBL1基因的变异在FECD中的致病作用尚未得到证实。需要进一步的研究来明确这些基因变异在FECD发病中的确切作用[9]。

研究发现，tBHQ或Nrf2过表达导致HeLa和人类角膜内皮细胞中SLC4A11表达的升高。在几种哺乳动物物种的SLC4A11启动子中发现了一个保守的Nrf2结合序列。报告基因分析显示，tBHQ处理和Nrf2过表达对SLC4A11启动子有转录激活作用。染色质免疫沉淀分析证实了Nrf2与SLC4A11启动子的保守序列结合。Nrf2途径的诱导还导致内源性SLC4A11蛋白含量增加。另一方面，Nrf2的耗竭抑制了SLC4A11的转录和翻译活性。总之，研究发现Nrf2直接结合到SLC4A11启动子内的抗氧化反应元件位点上，并且观察到Nrf2诱导剂导致SLC4A11表达增加。据我们所知，这是首次研究Nrf2在SLC4A11基因表达调节中的重要作用[10]。

综上所述，SLC4A11在维持角膜内皮细胞的离子稳态和能量代谢中发挥着重要作用，同时还参与细胞黏附和细胞骨架组织。SLC4A11的突变与多种疾病相关，包括CHED、FECD和HCC等。SLC4A11的功能失调会导致角膜水肿、听力下降和细胞衰老等病理现象。进一步研究SLC4A11的功能和调控机制，将有助于深入理解其在疾病发生中的作用，并为相关疾病的治疗提供新的思路和策略。