張佳俐 代 鵬 姜雅慧 李江凌

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所,四川省牛低碳養(yǎng)殖與安全生產(chǎn)高校重點實驗室,成都 611130;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,成都 611130;3.四川省畜牧科學(xué)研究院,成都 610066)

動物機(jī)體內(nèi)的乳酸、酮體、丙酮酸、揮發(fā)性脂肪酸等單羧酸是細(xì)胞內(nèi)重要的分解代謝產(chǎn)物,也是機(jī)體代謝途徑中的底物。其中,乳酸和揮發(fā)性脂肪酸在機(jī)體中發(fā)揮重要作用,主要是為機(jī)體供能,還能夠調(diào)控細(xì)胞增殖分化、抗炎、增強免疫等,從而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[1-2]。然而這些單羧酸代謝物的吸收和再分配需要多種轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助才能發(fā)揮生物學(xué)功能,機(jī)體內(nèi)轉(zhuǎn)運單羧酸的蛋白主要為單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白(monocarboxylate transporters,MCTs),它們屬于溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白家族16(solute carrier family 16,SLC16)。MCTs家族目前已發(fā)現(xiàn)14位成員,其中單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1(monocarboxylate transporter 1,MCT1)作為MCTs家族中最早的成員,廣泛分布于動物機(jī)體組織細(xì)胞的質(zhì)膜上,通過轉(zhuǎn)運單羧酸對維持細(xì)胞基本穩(wěn)態(tài)起著關(guān)鍵作用[3]。并且,MCT1的異常表達(dá)或功能失活會導(dǎo)致多種不良反應(yīng),包括乳酸轉(zhuǎn)運缺陷癥(symptom defect lactate transporter,SDLT)、高胰島素血癥(hyperinsulinism)、單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1缺乏癥(monocarboxylate transporter 1 deficiency,MCT1D)等[4]。此外,MCT1在多種癌癥細(xì)胞中的高表達(dá)與癌癥的發(fā)展密切相關(guān)[5]。MCT1在動物機(jī)體中參與營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH以及控制機(jī)體代謝平衡等,這些功能決定了其在動物組織中廣泛分布,單胃動物中主要分布在結(jié)腸,反芻動物中主要分布在瘤胃和網(wǎng)胃。MCT1在動物體內(nèi)的表達(dá)受轉(zhuǎn)錄、翻譯以及蛋白質(zhì)等水平的調(diào)控[6]。基于此,本文主要對MCT1在動物體內(nèi)的定位分布、表達(dá)差異、生物學(xué)功能及轉(zhuǎn)運調(diào)控機(jī)制做了系統(tǒng)綜述,以期進(jìn)一步了解MCT1在動物體內(nèi)的功能和調(diào)控機(jī)制,以及為動物的營養(yǎng)代謝穩(wěn)衡提供新的方法。

1 MCT1的基本概述

1.1 MCT1的基因結(jié)構(gòu)

MCTs家族的基因結(jié)構(gòu)已被預(yù)測,其中MCT1基因研究最為廣泛。MCT1基因位于人類1號染色體12.0～13.2區(qū)帶附近,長度約44 kb。MCT1上有5個外顯子和4個內(nèi)含子,第1個內(nèi)含子位于5’端非編碼區(qū)(5’UTR),其長度大于26 kb,約占整個轉(zhuǎn)錄單元的60%,外顯子約含500個核苷酸。MCT1基因上具有多個轉(zhuǎn)錄調(diào)控位點,包括基因啟動子特異性蛋白1(specificity protein 1,SP1)、活化因子蛋白2(activity protein 2,AP2)、核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)[7]等。

1.2 MCT1的蛋白結(jié)構(gòu)

MCT1的蛋白結(jié)構(gòu)目前已被廣泛研究,MCT1蛋白由494個氨基酸構(gòu)成,有C端和N端2個末端,C端的氨基酸更具特異性。疏水性分析表明,MCT1蛋白的二級結(jié)構(gòu)由位于質(zhì)膜內(nèi)的N端、C端和12個跨膜α螺旋結(jié)構(gòu)域(transmembrane domain,TM)組成(圖1),其中TM6和TM7之間具有一個大的細(xì)胞內(nèi)環(huán),而膜外無大的環(huán)狀結(jié)構(gòu),并且TM4和TM5之間存在一個保守序列,對于底物選擇和蛋白質(zhì)穩(wěn)定性具有重要作用[8]。

圖1 MCT1蛋白的二級結(jié)構(gòu)

運用大腸桿菌甘油三磷酸轉(zhuǎn)運蛋白(Escherichiacoliglycerol-3-phosphate transporter,GLpT)的結(jié)構(gòu)和定點突變對MCT1的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模[9],該三維結(jié)構(gòu)上具“封閉”和“開放”2種構(gòu)象(圖2),并通過膜通道蛋白上的“搖臂開關(guān)”機(jī)制轉(zhuǎn)換2種構(gòu)象,從而實現(xiàn)底物的轉(zhuǎn)運。其中,賴氨酸38(K38)、天冬氨酸302(D302)和精氨酸306(R306)殘基對MCT1的轉(zhuǎn)運具有重要影響,位于蛋白中央的K38殘基對MCT1具有關(guān)鍵作用[10]。

K:賴氨酸 lysine;F:苯丙氨酸 phenylalanine;helix:螺旋;-3 Angstrom in Y:Y軸上平移3埃的距離 translate distance of 3 angstrom on the Y-axis;-4 Angstrom in Z:Z軸上平移4埃的距離 translate distance of 4 angstrom on the Z-axis;DIDS:4,4′-二異硫氰酸基-2,2′-二苯乙烯磺酸二鈉 4,4′-diisothiocyano-2,2′-disodium diphenylethene sulfonate。

1.3 MCT1的伴侶蛋白

Kirk等[12]在研究非洲爪蟾卵母和哺乳動物細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn),共表達(dá)MCT1和某種跨膜糖蛋白的細(xì)胞中乳酸轉(zhuǎn)運速率比僅表達(dá)MCT1的細(xì)胞顯著增強,這種糖蛋白被驗證為CD147,也稱為basigin,是一種高度糖基化的單次跨膜蛋白。CD147具有2個免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域和1個含谷氨酸跨膜結(jié)構(gòu)域,此結(jié)構(gòu)使得每2個MCT1單體結(jié)合1個basigin二聚體,以此幫助MCT1在膜上定位,從而更好地發(fā)揮轉(zhuǎn)運功能,故其被稱為MCT1的伴侶蛋白[13]。MCT1還可與另一種免疫球蛋白超家族Embigin(又名GP70)結(jié)合。免疫共沉淀研究表明,通常CD147與MCT1和單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白4(monocarboxylate transporter 4,MCT4)結(jié)合,而Embigin與單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白2(monocarboxylate transporter 2,MCT2)結(jié)合,但缺乏Basigin時,MCT1可與Embigin結(jié)合(圖3),其結(jié)合位置為MCT1的TM3和TM6之間的跨膜區(qū)域[10,12]。

Bsg:Basigin;MCT:單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白 monocarboxylate transporter;K:賴氨酸 lysine;C-term epitope:C-末端抗體表位;X-link:X形連接;7/8 loop epitope containing K282,K284 &K290:肽鏈上7/8環(huán)的第282位、284位和290位賴氨酸;11/12 loop epitipe containing K13:肽鏈上11/12環(huán)的第13位賴氨酸;Tryosin cleavage:胰蛋白酶裂解。

2 MCT1在動物體內(nèi)的分布和表達(dá)

2.1 神經(jīng)系統(tǒng)

生長中的神經(jīng)元能夠通過MCT1在血腦屏障中轉(zhuǎn)運單羧酸獲得能量,此外,機(jī)體處于病理情況(糖尿病、長期饑餓、高血糖、腦缺血)下神經(jīng)元更偏向利用乳酸和酮體作為能源物質(zhì)[15]。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞為大腦血腦屏障的組成部分,通過體外培養(yǎng)的人腦細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn),MCT1分布在星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、室管膜細(xì)胞中,并且星形膠質(zhì)細(xì)胞中分布較多[16]。周圍神經(jīng)系統(tǒng)也表達(dá)MCT1,蛋白質(zhì)免疫印跡和原位雜交結(jié)果顯示,MCT1與葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1(glucose transporter1,GLUT1)共表達(dá)于小鼠的坐骨神經(jīng)的神經(jīng)外鞘中[17]。小鼠中進(jìn)一步研究表明,MCT1定位在有髓神經(jīng)纖維上的施萬細(xì)胞中[18]。

2.2 運動系統(tǒng)

劇烈運動時,肌細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)生大量乳酸,MCT1轉(zhuǎn)運乳酸為運動系統(tǒng)中的骨骼肌供能,MCT1在骨骼肌中表達(dá)較豐富。根據(jù)肌球蛋白和線粒體數(shù)量,骨骼肌可被分為3種類型:慢縮氧化型(slow oxidative,SO)、快縮氧化糖酵解型(fast oxido-glycolytic,FOG)和快縮酵解型(fast glycolytic,FG)。大鼠中檢測到MCT1分布在骨骼肌的SO和FOG纖維膜上[19]。大鼠中缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)對MCT1的表達(dá)研究進(jìn)一步表明,MCT1的表達(dá)量順序為質(zhì)膜>三聯(lián)管膜>肌質(zhì)網(wǎng)膜=T小管膜>細(xì)胞內(nèi)膜[20]。

2.3 生殖系統(tǒng)

乳酸是生殖細(xì)胞的優(yōu)先能源底物,睪丸中的支持細(xì)胞產(chǎn)生乳酸和丙酮酸,并將其提供給精原細(xì)胞和精子。Garcia等[21]首次在倉鼠生精小管和附睪導(dǎo)管中檢測到MCT1,并在附睪導(dǎo)管尾部消失。小鼠和大鼠中檢測到MCT1表達(dá)于精子、精原細(xì)胞、精母細(xì)胞中,且精原細(xì)胞中表達(dá)量較高;同時MCT1在支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞中也表達(dá),但其研究結(jié)果有所差異[22]。而MCT1在女性整個生殖道都表達(dá),其主要定位于顆粒細(xì)胞、輸卵管纖毛細(xì)胞和陰道上皮細(xì)胞中,其中顆粒細(xì)胞中表達(dá)量最高[23]。

2.4 消化系統(tǒng)

胃腸道是哺乳動物消化系統(tǒng)的主要組成,對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收起著重要作用,其中,碳水化合物通過發(fā)酵在胃腸道中產(chǎn)生大量單羧酸,故MCTs在胃腸道表達(dá)最為豐富。MCT1是胃腸道最重要的MCTs亞型,且在胃腸道的不同部位表達(dá)有所差異。MCT1在單胃動物結(jié)腸(或盲腸)中表達(dá)豐富,小腸和胃次之,小腸的表達(dá)強度取決于絨毛和隱窩位置。小鼠和大鼠的盲腸中MCT1表達(dá)最為豐富,其次是結(jié)腸,但在胃和小腸中略低[24];豬的大腸中MCT1表達(dá)量大約是小腸的20倍[25];人腸道中MCT1的表達(dá)量順序為結(jié)腸>小腸>胃[26];腸上皮細(xì)胞屬于單層細(xì)胞,其細(xì)胞膜分為頂膜和外側(cè)膜2層。最初在豬和人中發(fā)現(xiàn)MCT1定位于的結(jié)腸頂膜和外側(cè)膜上參與丁酸鹽的運輸,之后在小鼠和大鼠檢測到MCT1主要定位于在腸上皮細(xì)胞基底外側(cè)膜[27-28]。反芻動物的胃腸道中MCT1表達(dá)也很豐富,但其分布表達(dá)與單胃動物有所不同。成年綿羊中MCT1的表達(dá)量順序為瘤胃>網(wǎng)胃>瓣胃>盲腸>結(jié)腸>皺胃>小腸[29]。而犢牛MCT1的表達(dá)量順序為瘤胃>網(wǎng)胃>瓣胃,結(jié)腸、空腸、盲腸、回腸、盲腸的MCT1表達(dá)量差異不大,皺胃和十二指腸的MCT1表達(dá)量相對較低[30]。MCT1在小牛和成年母奶牛的胃腸道中存在,瘤胃中表達(dá)最豐富[31]。瘤胃中4個部位的MCT1表達(dá)量順序為瘤胃腹囊>瘤胃前庭>后背盲囊>瘤胃背囊[32]。瘤胃上皮細(xì)胞與腸上皮細(xì)胞有所不同,其由角質(zhì)層、顆粒層、棘狀層和基底層4層細(xì)胞構(gòu)成,MCT1大量分布在瘤胃棘層和基底層的細(xì)胞基底外側(cè)膜[33]。

3 MCT1在動物體內(nèi)的生物學(xué)功能

3.1 參與營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運

碳水化合物通過單胃動物的后腸和反芻動物瘤胃中的微生物產(chǎn)生的大量單羧酸(短鏈脂肪酸、乳酸)被機(jī)體作為能源利用,研究表明,單羧酸必須通過MCT1的主動轉(zhuǎn)運進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)才能作為能源物質(zhì)被機(jī)體利用[34]。此過程中,MCT1有2種運輸機(jī)制,從而使得單羧酸轉(zhuǎn)運到血液循環(huán)中,第一種是氫離子(H+)共轉(zhuǎn)運機(jī)制,單羧酸解離產(chǎn)生大量H+使得MCT1上的賴氨酸(Lys)38發(fā)生質(zhì)子化,從而有利于將單羧酸鹽結(jié)合在轉(zhuǎn)運蛋白上,單羧酸再被傳遞給MCT1上的天冬酰胺(Asp)和精氨酸(Arg)電子對(Asp302-和Arg306+),并通過Lys38去質(zhì)子化和Asp302-、Arg306+暴露于細(xì)胞質(zhì),從而單羧酸被釋放于血液中,此機(jī)制中H+和羧酸鹽以1∶1的比例同向轉(zhuǎn)運,實現(xiàn)單羧酸的吸收,故稱為H+共轉(zhuǎn)運機(jī)制。同時,H+共轉(zhuǎn)運機(jī)制中H+在小腸上皮刷狀緣膜產(chǎn)生電化學(xué)梯度促進(jìn)了氨基酸、小分子肽等與H+在小腸上的共轉(zhuǎn)運[35]。第2種轉(zhuǎn)運機(jī)制是與碳酸氫根(HCO3-)有關(guān),已在大鼠遠(yuǎn)端結(jié)腸、豚鼠盲腸和近端結(jié)腸、人類結(jié)腸、豬近端結(jié)腸、小馬結(jié)腸及綿羊結(jié)腸中證實,該過程中一部分未解離單羧酸和解離的單羧酸鹽通過被動擴(kuò)散交換HCO3-進(jìn)入腸道細(xì)胞中,再通過MCT1的轉(zhuǎn)運作用進(jìn)入血液中,其具體的轉(zhuǎn)運過程尚不清楚[36]。無論哪種機(jī)制都離不開MCT1的作用,因此,通過調(diào)控MCT1的表達(dá)強弱可間接影響單羧酸在動物體的能量利用過程。

3.2 作為癌癥治療的靶點

癌細(xì)胞中會發(fā)生Warburg效應(yīng),細(xì)胞代謝從氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒?從而產(chǎn)生大量乳酸,會上調(diào)MCT1的表達(dá),影響癌細(xì)胞與正?；|(zhì)細(xì)胞的代謝[37]。Sun等[38]闡述了MCT1通過在癌細(xì)胞、正常基質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞之間運輸乳酸從而對它們的代謝產(chǎn)生影響,如增殖、免疫等。Miranda-Gon?alves等[39]在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)AR-C155858分別對MCT1進(jìn)行分子和化學(xué)抑制,導(dǎo)致MCT1轉(zhuǎn)運乳酸減少,從而減少癌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞生成。Guan等[40]在小鼠乳腺癌中比較AZD3965(MCT1的特異性抑制劑)和α-氰基-4-羥基肉桂酸(CHC)的抑制效果,相對于CHC,使用AZD3965減少了腫瘤體積和白細(xì)胞數(shù)量。此外,MCT1還參與癌細(xì)胞攝取化療藥物,通過它們在癌細(xì)胞中的高表達(dá)可以介導(dǎo)化療劑進(jìn)入細(xì)胞并選擇性殺死癌細(xì)胞,即MCT1將成為化療反應(yīng)的介體[41]。目前,靶向MCT1來調(diào)控癌細(xì)胞的代謝,從而開發(fā)治療癌癥的抑制劑是MCT1的一個研究熱點[42]。

3.3 維持葡萄糖代謝平衡

在缺氧條件下,細(xì)胞內(nèi)的糖酵解作用產(chǎn)生大量乳酸、丙酮酸和酮體等物質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)的單羧酸類代謝物(乳酸、丙酮酸、酮體)過多產(chǎn)生會使細(xì)胞內(nèi)環(huán)境酸化,并阻礙細(xì)胞內(nèi)糖酵解的進(jìn)行,從而影響細(xì)胞生長。因此,細(xì)胞內(nèi)單羧酸的外排對于細(xì)胞的正常代謝非常重要,MCT1是動物機(jī)體中表達(dá)最為廣泛的MCTs亞型,可通過調(diào)控其活性,促進(jìn)單羧酸進(jìn)入血液循環(huán),發(fā)生糖異生作用和生成其他脂質(zhì),從而實現(xiàn)葡萄糖穩(wěn)衡。單胃動物肝臟中通過MCT1將L-乳酸轉(zhuǎn)運到肝細(xì)胞中進(jìn)行糖異生[43]。成年反芻動物中,胰島素通過影響MCT1的啟動子活性,從而調(diào)控肝臟中丙酸的糖異生作用[44]。

3.4 調(diào)節(jié)胃腸道細(xì)胞內(nèi)pH

胃腸道中轉(zhuǎn)運羧酸鹽的同時,MCT1的2種轉(zhuǎn)運機(jī)制都會導(dǎo)致H+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),細(xì)胞內(nèi)的pH也因此受到影響,特別是反芻動物瘤胃中表現(xiàn)明顯。Kirat等[45]在牛盲腸中發(fā)現(xiàn)MCT1轉(zhuǎn)運羧酸鹽的同時調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的pH。Aschenbach等[46]闡述了瘤胃中轉(zhuǎn)運單羧酸時pH的調(diào)控過程:一進(jìn)入瘤胃上皮細(xì)胞內(nèi)就會解離,產(chǎn)生大量H+,這些H+可通過鈉離子(Na+)-HCO3-共轉(zhuǎn)運中和或由Na+-H+交換從基底外側(cè)膜排出細(xì)胞外,丁酸被代謝為酮體(即β-羥基丁酸、乙酰乙酸),丙酸在細(xì)胞內(nèi)被部分代謝為乳酸。這些代謝產(chǎn)物通過MCT1從基底外側(cè)膜排出,同時也排出了H+,從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH。

4 MCT1的分子調(diào)控機(jī)制

4.1 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

MCT1在轉(zhuǎn)錄上的調(diào)控主要通過多種轉(zhuǎn)錄因子與啟動子的作用來進(jìn)行(圖4)。Saksena等[47]在腸道細(xì)胞中丁酸鹽的轉(zhuǎn)運吸收中發(fā)現(xiàn),蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)激動劑佛波醇12-肉豆蔻酸13-乙酸酯(phorbol 12-myristate 13-acetate,PMA)通過誘導(dǎo)AP2活化因子過度表達(dá)刺激了MCT1的啟動子,從而上調(diào)了MCT1表達(dá)。Borthakur等[48]在結(jié)腸Caco-2細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn),利用NF-κB抑制劑可顯著抑制丁酸對MCT1啟動子的上調(diào)作用,并且證明了MCT1啟動子的作用區(qū)域為-229～+91。Doherty等[49]在淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)原癌基因c-myc直接與MCT1的啟動子相互結(jié)合,從而增強MCT1啟動子的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)了MCT1的表達(dá)。Wang等[50]在胃癌中發(fā)現(xiàn),原癌基因MACC-1促進(jìn)MCT1的表達(dá)。此外,Aveseh等[51]在乳腺癌中發(fā)現(xiàn),運動通過激活雌激素相關(guān)受體α(estrogen-related receptor α,ERRα)抑制了MCT1的表達(dá),其相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α, PGC-1α)調(diào)控尚未證實。Diehl等[52]在結(jié)腸癌中發(fā)現(xiàn)MCT1 mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)隨著核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)表達(dá)的增加而增加,但是否與啟動子作用尚不清楚。Benesch等[53]在綿羊瘤胃上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),過氧化物酶增殖體激活受體α(peroxisome proliferator activated receptor α,PPARα)通過激活PPARα的靶基因脂酰輔酶A氧化酶(acyl-CoA oxidase,ACO)間接促進(jìn)MCT1的基因轉(zhuǎn)錄,但這種上調(diào)并未觀察到明顯的蛋白表達(dá)增加。

4.2 轉(zhuǎn)錄后和翻譯后水平的調(diào)控

MCT1轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要通過miRNA與MCT1 mRNA上的特異性序列結(jié)合,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的MCT1 mRNA分子降解,如miR-29a、miR-29b、miR-495等[54]。Wu等[55]在胰腺導(dǎo)管癌中發(fā)現(xiàn)miR-124與MCT1的3′UTR非翻譯區(qū)結(jié)合,從而使MCT1表達(dá)降低。Komoll等[56]在肝癌中發(fā)現(xiàn)MCT1 mRNA與miR-342-3p表達(dá)負(fù)相關(guān),但結(jié)合的MCT1 mRNA的特定區(qū)域并不清楚。MCT1的表達(dá)還受翻譯后調(diào)控。Smith等[57]研究發(fā)現(xiàn),腦血管內(nèi)皮細(xì)胞系(RBE4)中β腎上腺素能以受體介導(dǎo)的途徑激活腺苷酸環(huán)化酶,進(jìn)而環(huán)腺苷酸(cAMP)發(fā)出信號減少MCT1的磷酸化,從而MCT1的蛋白表達(dá)降低。Baaske等[58]研究發(fā)現(xiàn),通過10 mmol/L丁酸鹽激活綿羊瘤胃上皮中G蛋白偶聯(lián)受體109(G protein-coupled receptor 109,GPR109)和游離脂肪酸受體2(free fatty acid receptor 2,FFAR2)可降低細(xì)胞內(nèi)cAMP水平,從而減少MCT1的磷酸化,增加MCT1蛋白的活性。Liu等[59]發(fā)現(xiàn)RBE4中通過激活Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號通路,減少了溶酶體系統(tǒng)中MCT1的泛素化,從而上調(diào)MCT1表達(dá),并且該調(diào)控需要在Notch信號途徑的作用下才能發(fā)生。Diers等[60]在乳腺癌中發(fā)現(xiàn)MCT1蛋白上的半胱氨酸通過巰基亞硝化作用抑制MCT1的表達(dá)。

4.3 蛋白質(zhì)的間接調(diào)控

MCT1的表達(dá)也可通過間接與蛋白質(zhì)作用改變其活性從而調(diào)控。CD147是MCT1的輔助蛋白,即CD147的表達(dá)對于MCT1的活性起著重要作用。Aspatwar等[36]在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)催化無活性的碳酸酐酶Ⅱ(carbonic anhydrase Ⅱ,CAⅡ)可通過CAⅡ的64位上組氨酸(His)殘基與MCT1 C末端的谷氨酸(Glu)殘基簇結(jié)合來提高M(jìn)CT1的活性。Slomiany等[61]在腫瘤中發(fā)現(xiàn)透明質(zhì)酸與透明質(zhì)酸受體(CD44)結(jié)合有利于乳腺癌細(xì)胞質(zhì)膜中的MCT1定位和轉(zhuǎn)運功能。Hashimoto等[62]在L6大鼠骨骼肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)MCT1和乳酸脫氫酶、細(xì)胞色素C氧化酶在線粒體中共免疫沉淀,表明至少在這些細(xì)胞的線粒體水平上,MCT1和乳酸脫氫酶、細(xì)胞色素C氧化酶存在相互作用,并與線粒體乳酸氧化復(fù)合物的形成有關(guān)。Sun等[38]進(jìn)一步在大腦和癌癥中指出LDH的一種調(diào)節(jié)機(jī)制:糖酵解型細(xì)胞中存在高糖酵解代謝,腦中葡萄糖通過葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(glucose transporters,GLUTs)進(jìn)入糖酵解型細(xì)胞中,并依次通過糖酵解和乳酸脫氫酶A的作用生成乳酸和ATP,乳酸通過MCT1轉(zhuǎn)入到氧化型細(xì)胞,在乳酸脫氫酶B作用下氧化成丙酮酸。這表明LDH與MCT1之間的調(diào)控機(jī)制與轉(zhuǎn)運方向有關(guān),但該機(jī)制還存在爭議。

AP2:活化因子蛋白2 activity protein 2;Myc:原癌基因Myc protooncogene Myc;MACC-1:原癌基因MACC-1 protooncogene MACC-1;β-catenin:β-連環(huán)蛋白;Wnt pathway:Wnt通路;Notch signaling:Notch信號;PMA:佛波醇12-肉豆蔻酸13-乙酸酯 phorbol 12-myristate 13-acetate;PKC:蛋白激酶C protein kinase C;PPARα:過氧化物酶增殖體激活受體 peroxisome proliferator activated receptor-α;ACO:脂酰輔酶A氧化酶 acyl-CoA oxidase;ROS:活性氧 reactive oxygen;Nrf2:核因子E2相關(guān)因子2 nuclear factor E2-related factor 2;butyrate:丁酸;adrenergic agonist:腎上腺素能激動劑;MCT1:單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1 monocarboxylate transporter 1;PKA:蛋白激酶A protein kinase A;FFAR2:游離脂肪酸受體2 free fatty acid receptor 2;AC:腺苷酸環(huán)化酶 adenylate cyclase;GPR109:G蛋白偶聯(lián)受體109 G protein-coupled receptor 109;EE:早期內(nèi)體 early endosome;LE:次級內(nèi)體 late endosome;U:泛素化 ubiquitination;P:磷酸化 phosphorylation;-SH:巰基 sulfydryl;SNO:S-亞硝化 S-nitrosation;L-cysNO:L型S-亞硝基半胱氨酸 L-S-nitroso cysteine;D-cysNO:D型S-亞硝基半胱氨酸 D-S-nitroso cysteine。

5 小 結(jié)

MCT1在動物體中廣泛分布,通過參與單羧酸、酮體運輸發(fā)揮著參與營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運、調(diào)節(jié)pH、作為癌癥治療的靶點、調(diào)控代謝平衡的生物學(xué)功能,并通過多種分子調(diào)控機(jī)制調(diào)控MCT1的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄水平,通過激活A(yù)P2、PPARα、Nrf2、HIF-1α、ERRα、原癌基因和NF-κB途徑調(diào)控MCT1的轉(zhuǎn)錄;轉(zhuǎn)錄后水平,通過miRNA靶向結(jié)合其mRNA的3′-非翻譯區(qū)來下調(diào)MCT1的表達(dá);翻譯后水平,通過cAMP、Wnt/β-catenin、Notch信號途徑來影響泛素化或磷酸化作用來調(diào)控MCT1蛋白的表達(dá)量,以及巰基亞硝化作用;CD147、CAⅡ、乳酸脫氫酶、細(xì)胞色素C氧化酶、CD44等蛋白質(zhì)與MCT1蛋白的相互作用也影響著MCT1的活性和轉(zhuǎn)運功能。因此,進(jìn)一步細(xì)化MCT1在動物體各個部位的調(diào)控通路研究,并且繼續(xù)研究MCT1的專一有效抑制劑,這對于動物的高效生產(chǎn)、疾病治療起著重要作用。