皇馮玉，陳思凱，衛(wèi)培峰，2，奚苗苗，董泰瑋，*

(1.陜西中醫(yī)藥大學藥學院，陜西 咸陽 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院國家藥物臨床試驗機構(gòu)，陜西 咸陽 712000；3.西安天工生物醫(yī)藥研究所，陜西 西安 710032)

主要促進因子超家族結(jié)構(gòu)域蛋白2a (major facilitator superfamily domain-containing protein 2a，MFSD2A)是主要促進因子超家族中的一員，其在維持血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)完整性和轉(zhuǎn)運二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)過程中具有極其重要的作用[1]。

BBB在控制大腦代謝活動和神經(jīng)元功能所必需的生物物質(zhì)的流入和流出方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，BBB的功能和結(jié)構(gòu)完整性對于維持大腦微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[2]，因此，BBB 是研究治療腦病的關(guān)鍵。然而，BBB作為維持大腦微環(huán)境的屏障，阻止了98%的藥物進入大腦發(fā)揮作用。近年來，MFSD2A 在血腦屏障、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運與代謝、腫瘤發(fā)生、眼部發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、胎盤發(fā)育以及消化系統(tǒng)相關(guān)疾病的研究已成為國內(nèi)外的熱點[3-4]。本文就MFSD2A 在腦部的生理功能，以及在腦血管疾病、阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)、膿毒癥相關(guān)性腦病(sepsis associated encephalopathy，SAE)、常染色體隱性遺傳原發(fā)性小頭癥(autosomal recessive primary microcephaly，MCPH)等腦病中的作用研究進展進行綜述，旨在為腦病的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用提供參考。

1 MFSD2A基因及其生理功能

MFSD2A 是一種非典型溶質(zhì)載體，能夠運輸藥物穿過BBB發(fā)揮作用[5]，這可能跟它具有與MFS 超家族成員相似的中央空腔(圖1)有關(guān)，同時該空腔也可能是它與底物蛋白的結(jié)合位點，結(jié)合位點上氨基酸的殘基決定了其同源底物的特異性[6]。MFSD2A雖然在人體多個組織中均有表達，但在BBB腦微血管內(nèi)皮細胞表達最強[7]，這暗示了MFASD2A 在BBB 上的重要作用，研究表明MFSD2A可以通過抑制囊泡跨細胞作用維持和保護BBB[8]。

圖1 人類MFSD2A蛋白的結(jié)構(gòu)

圖2 MFSD2A在腦部的主要功能

BBB具有雙重功能，一方面它能夠轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)入腦，阻止有害物質(zhì)進入腦組織，并排出腦部的代謝廢物，維持穩(wěn)定的中樞神經(jīng)環(huán)境；另一方面BBB也阻止了大多數(shù)有治療作用的藥物進入腦實質(zhì)。MFSD2A 在腦部的生理功能如圖2 所示，主要可以總結(jié)為3種：一是通過抑制腦微血管內(nèi)皮細胞內(nèi)小窩囊泡的形成，維持BBB 的通透性[8]；二是和Spinster 同系物2(Spans 2)形成鞘氨醇-1-磷酸(S1P)的特異性轉(zhuǎn)運體，轉(zhuǎn)運S1P維持BBB的完整性[10]；三是作為DHA 的轉(zhuǎn)運蛋白，將DHA 轉(zhuǎn)運至大腦。因此當MFSD2A基因缺失或者MFSD2A 蛋白表達量降低，就會導致Cav-1 介導的囊泡轉(zhuǎn)胞吞作用上調(diào)，BBB 通透性增加，發(fā)生嚴重泄漏，而MFSD2A 過表達則會降低Cav-1 的表達，降低BBB 通透性[11]。此外，MFSD2A基因敲除的小鼠腦組織中DHA 水平顯著降低，同時伴有海馬和小腦的神經(jīng)細胞丟失，嚴重的認知障礙和焦慮，以及小頭畸形，并且基因敲除的小鼠在學習、短期和長期記憶方面存在嚴重缺陷[7]。綜上所述，通過增強MFSD2A的表達來抑制跨細胞反應(yīng)，增強DHA的轉(zhuǎn)運有助于恢復BBB的完整性。

MFSD2A是目前發(fā)現(xiàn)的DHA唯一轉(zhuǎn)運體[1]，而DHA依賴于飲食攝取，人體大腦無法自主合成[6]。DHA 涉及多種生理過程，包括學習能力、記憶形成、記憶鞏固、衰老、突觸膜功能、生物發(fā)生、光感受器功能和神經(jīng)保護[12]，此外內(nèi)皮細胞內(nèi)高濃度的LPC-DHA 能抑制Cav-1 介導的細胞轉(zhuǎn)胞吞作用，維持BBB完整性[1]。目前DHA被認為在預(yù)防神經(jīng)退行性疾病上有良好的研究前景[13]，Chan 等[14]研究表明MFSD2A 在BBB 的表達對出生后腦發(fā)育過程中DHA 的增加是必不可少的。然而MFSD2A 只能通過轉(zhuǎn)運血液中的LPC-DHA 補充大腦中的DHA，而不能轉(zhuǎn)運沒有酯化的DHA[15]。此外，MFSD2A 還可以轉(zhuǎn)運LPC 形式的其他脂肪酸類，MFSD2A 轉(zhuǎn)運功能與鈉離子有關(guān)，當MFSD2A 蛋白上的鈉離子結(jié)合位點發(fā)生突變時會導致MFSD2A基因轉(zhuǎn)運功能喪失。MFSD2A基因突變也會影響到胎兒或兒童的大腦發(fā)育，形成小頭畸形。

此外，基于MFSD2A的特殊生理功能，產(chǎn)生了一種獨特的跨BBB給藥策略。通過MFSD2A的可逆抑制暫時誘導腦微血管內(nèi)皮細胞中轉(zhuǎn)胞吞作用的全面去抑制，從而將大分子藥物轉(zhuǎn)運穿過BBB；正常生理狀況下也可以通過MFSD2A 轉(zhuǎn)運一些與LPC化學偶聯(lián)的小分子藥物穿過BBB。

2 MFSD2A在腦病中的作用研究進展

2.1 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病(AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，它表現(xiàn)為病人患有記憶減退、認知障礙、思維障礙和行為障礙等癥狀，而AD 的生物標志物包括大腦中β-淀粉樣蛋白(amloidy-β，Aβ)的沉積和含有高磷酸化微管相關(guān)蛋白質(zhì)tau 的神經(jīng)原纖維纏結(jié)的形成，以及血脂中DHA含量和全血中的MFSD2A蛋白表達量降低[16-17]。因此，大量研究表明通過降低大腦中Aβ和tau 積累量，增加DHA 和MFSD2A 的含量可以減輕AD 患者的癥狀，如膳食攝入含DHA 的食物，能夠減輕AD 患者Aβ和tau 積累量，改善AD 早期的病理狀況[18-19]。MFSD2A 作為DHA 的轉(zhuǎn)運蛋白，增加它的表達量可以促進DHA向腦內(nèi)的轉(zhuǎn)運，而MFSD2A又具有調(diào)節(jié)BBB 通透性的生理功能，這能夠改善AD 后期患者出現(xiàn)的神經(jīng)血管單元受損的情況[20]。此外，作為AD 的發(fā)病因素之一，慢性腦低灌注(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)會導致MFSD2A 的表達減少，破壞BBB 的通透性，而高表達的MFSD2A 則能夠通過抑制囊泡轉(zhuǎn)運來減輕CCH 誘導的BBB 損傷，從而改善CCH導致的空間學習記憶障礙[21]。綜上所述，通過MFSD2A 蛋白維持BBB 的穩(wěn)態(tài)、增加DHA 的含量可以改善AD 患者的癥狀，無論是在預(yù)防AD 早期還是治療AD 后期均具有一定的作用。MFSD2A作為維持BBB的關(guān)鍵因素，同時是轉(zhuǎn)運DHA 進入人腦的主要途徑，因此，MFSD2A 在治療或預(yù)防AD上可能具有良好的前景。

2.2 膿毒性腦病

膿毒性腦病(sepsis associated encephalopathy，SAE)是膿毒癥發(fā)生時所引起的一種破壞性的綜合征，伴隨著BBB 的破壞、腦部炎癥以及神經(jīng)功能障礙、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、小膠質(zhì)細胞過度激活、內(nèi)皮屏障功能受損和BBB功能障礙[22]。目前治療膿毒性腦病的策略有抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細胞焦亡，減輕血腦屏障損傷，降低tau磷酸化、抑制炎癥小體等[23-26]。一項研究發(fā)現(xiàn)患有SAE 的膿毒癥小鼠MFSD2A 表達減少，同時BBB 被破壞[27]，這暗示了MFSD2A 可能參與了SAE 導致的BBB 破壞。目前MFSD2A 被證實通過抑制囊泡轉(zhuǎn)運來維持BBB 的通透性，且MFSD2A 轉(zhuǎn)運的DHA 可以降低tau 磷酸化，因此MFSD2A 可能作為一種新的治療途徑來防止膿毒癥發(fā)生時BBB通透性增加而導致的膿毒性腦病，它的作用機制可能是因為MFSD2A抑制了囊泡轉(zhuǎn)運而保護了BBB的通透性，使得內(nèi)毒素和炎癥因子難以進入腦組織，以及轉(zhuǎn)運DHA 入腦降低tau磷酸化，從而阻礙了膿毒性腦病的發(fā)展。

2.3 腦轉(zhuǎn)移瘤

腦轉(zhuǎn)移瘤是最常見的腦腫瘤類型，在所有癌癥患者中的發(fā)病率大約為20%[28]，由于缺乏有效的治療方法，與腦轉(zhuǎn)移瘤相關(guān)的死亡率約占癌癥死亡的90%。目前，用于治療腦轉(zhuǎn)移瘤的化療方法通常會被BBB所阻斷，因此治療腦轉(zhuǎn)移瘤迫切需要能夠有效穿過BBB的腦靶向藥物輸送系統(tǒng)。Ju等[29]構(gòu)建了一個新的藥物轉(zhuǎn)運方法，通過抑制MFSD2A，促進化療藥物跨越BBB，從而實現(xiàn)有效的BBB 穿越和腦蓄積、選擇性腫瘤攝取，并且具有優(yōu)異的抗腫瘤功效和低肝毒性。BBB在腦轉(zhuǎn)移瘤中被選擇性破壞，部分原因是MFSD2A的表達被抑制，正常腦內(nèi)皮細胞中MFSD2A 的表達受TGFβ和bFGF 信號通路的協(xié)同調(diào)控，這些通路在腦轉(zhuǎn)移瘤內(nèi)皮細胞中病理性減弱，而腫瘤內(nèi)皮中MFSD2A 表達的缺失導致BBB 滲漏增加[30]。因此MFSD2A 在腦轉(zhuǎn)移癌的治療中非常有前景，但是目前關(guān)于MFSD2A在治療腫瘤中的研究數(shù)據(jù)較少，還需要進一步的研究。

2.4 常染色體隱性遺傳原發(fā)性小頭畸形

常染色體隱性遺傳原發(fā)性小頭畸形(autosomal recessive primary microcephaly，MCPH)是一種神經(jīng)發(fā)育障礙疾病，可以分為先天性小頭畸形和繼發(fā)性小頭畸形，小頭畸形患者可能有輕度至重度智力障礙、發(fā)育遲緩、癲癇發(fā)作或先天性聽力損失等[31]。已知MFSD2A失活突變或MFSD2A 蛋白的缺乏會表現(xiàn)出與LPC 脂質(zhì)攝取不足有關(guān)的小頭畸形[32-33]。目前有大量研究者發(fā)現(xiàn)MFSD2A基因與小頭畸形存在關(guān)聯(lián)性，如MFSD2A基因敲除小鼠會表現(xiàn)出大腦中DHA水平顯著降低，神經(jīng)元細胞損失，認知缺陷、嚴重焦慮和小頭畸形[7]；MFSD2A基因突變純合子、MFSD2A殘基(p.Ser339Leu)純合突變以及MFSD2A等位基因突變的個體表現(xiàn)為嚴重的原發(fā)性小頭畸形，腦畸形，嚴重的發(fā)育遲緩和癲癇[34-36]。此外，MFSD2A的多種功能喪失突變是致死性或進行性小頭畸形綜合征的基礎(chǔ)，如T519M 突變、S166L突變、S170L 突變、T198M 突變、T202M 突變等，這些突變會降低MFSD2A 蛋白的運輸能力以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[37]。Harel 等[38]在兩個具有共同父母血統(tǒng)的小頭畸形病例中發(fā)現(xiàn)MFSD2A的純合錯義突變體，且血漿中LPC水平升高，運輸LPC入腦的能力減弱。Scala 等[39]報道了7 個影響MFSD2A 功能的雙等位基因變異的新家族，進一步證實了LPC 轉(zhuǎn)運對人腦發(fā)育的功能重要性。與此同時，寨卡病毒(Zika virus，ZIKV)被發(fā)現(xiàn)與包括小頭畸形在內(nèi)的先天性缺陷有關(guān)，懷孕期間感染ZIKV 會增加產(chǎn)后小頭畸形的風險，ZIKV 會破壞大腦中的MFSD2A，損害DHA的攝取，補充DHA 可以改善ZIKV 引起的生長受限和小頭畸形[40]。這些結(jié)果表明，MFSD2A 與小頭畸形的發(fā)生有明顯的關(guān)系，其可能是由于MFSD2A表達降低或減少從而導致DHA轉(zhuǎn)運受限，大腦發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)不足而最終導致的小頭畸形。

2.5 腦血管類疾病

腦卒中是一種高發(fā)病率、高致殘率和高死亡率的疾病，分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中。目前研究表明膳食攝入DHA可以預(yù)防腦卒中并降低腦卒中死亡率；DHA代謝物神經(jīng)保護素D1(neuroprotectin D1，NPD1)可以阻斷神經(jīng)凋亡，與DHA 一起可以阻斷神經(jīng)元損傷并預(yù)防中風[41]。已知在創(chuàng)傷性腦損傷后，小鼠體內(nèi)發(fā)生了MFSD2A 水平顯著下降，Cav-1 和白蛋白水平升高，腦實質(zhì)中S1P轉(zhuǎn)運不足，BBB 通透性、神經(jīng)功能缺損評分、腦含水量顯著增高的情況[42]，這提示了MFSD2A 與腦卒中可能存在聯(lián)系。眾所周知，藥物可以通過減輕BBB的通透性來治療腦卒中及其相關(guān)的并發(fā)癥，如腦缺血再灌注損傷。研究表明，Nrf-2/HO-1 信號通路激活介導MFSD2A 表達增加，促進血-腦脊液屏障修復，減輕腦水腫與腦梗死，改善缺血性腦卒中大鼠神經(jīng)功能[43]。已知，MFSD2A具有維持BBB 并轉(zhuǎn)運DHA的功能，DHA可減少tau蛋白、淀粉樣β斑塊和神經(jīng)元損失，以及減輕炎癥癥狀和提高學習能力，因此，MFSD2A可以作為治療腦卒中的新靶點。

腦出血(intra-cerebral hemorrhage，ICH)是一種較高死亡率相關(guān)的腦卒中亞型，目前，對于ICH尚無有效的藥物治療。已知血管阻斷是腦出血的根本原因，包括腦內(nèi)出血、蛛網(wǎng)膜下腔出血和腦室出血，在蛛網(wǎng)膜下腔出血后，BBB被破壞，運動能力和空間記憶能力也受到傷害，而MFSD2A的表達量降低后將加劇這種狀況，增加MFSD2A表達量可以保護BBB，改善大鼠的運動能力和空間記憶能力[44]。MFSD2A 對腦出血后BBB 損傷的保護作用可能是通過抑制囊泡的跨細胞作用而實現(xiàn)的，MFSD2A過表達可抑制腦出血后小泡介導的細胞轉(zhuǎn)運，減少小泡數(shù)，顯著降低腦出血后腦組織血腫程度，減輕腦出血所致的BBB損傷。綜上所述，增加MFSD2A的表達量可以明顯改善腦出血后的生理狀況，減輕BBB損傷。

2.6 其他疾病

MFSD2A 除在以上中樞神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)疾病中具有非常重要的作用之外，還對其他一些腦部疾病具有治療前景。例如，有學者在研究硝酸甘油引發(fā)偏頭痛的機制研究中發(fā)現(xiàn)硝酸甘油給藥改變了某些功能蛋白包括MFSD2A和結(jié)構(gòu)蛋白以至于BBB通透性增加，增加外周IL-17A 對延髓的滲透，激活小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)炎癥，最終引起痛覺過敏和偏頭痛發(fā)作[45]。這表明在治療硝酸甘油引起的慢性偏頭痛等疾病中，可以通過調(diào)節(jié)MFSD2A 蛋白維持BBB 通透性平衡，來減少外周有害物質(zhì)對BBB的滲透，即MFSD2A可以作為治療因BBB通透性增加而引起的慢性偏頭痛等疾病的新靶點。

3 總結(jié)與展望

MFSD2A作為一種獨特的轉(zhuǎn)運蛋白在維持BBB的完整性和調(diào)節(jié)BBB的通透性上有著至關(guān)重要的作用。目前，BBB的雙重功能在治療腦病的過程中較為重要，一方面完整的BBB能阻止血液中的代謝廢物和內(nèi)毒素等進入大腦而引起相關(guān)疾病，同時又選擇性透過大腦所需的營養(yǎng)物質(zhì)促進大腦發(fā)育，另一方面，完整的BBB又嚴重限制了藥物向大腦轉(zhuǎn)運。已知MFSD2A可以抑制腦微血管內(nèi)皮細胞內(nèi)囊泡的形成及其介導的胞吞作用，從而影響B(tài)BB的通透性，因此MFSD2A可能在治療大腦相關(guān)疾病如神經(jīng)退行性疾病、腦部感染、腦腫瘤等方面具有藥物輸送作用。此外，MFSD2A可以增強輸送某些大腦需要的物質(zhì)來促進大腦發(fā)育、預(yù)防某些腦部疾病的產(chǎn)生，如LPC-DHA。同時MFSD2A 可以通過控制BBB 的通透性調(diào)控物質(zhì)進入BBB，也可以作為某些載藥顆粒來運輸藥物進入BBB發(fā)揮作用。因此，目前開發(fā)MFSD2A的增強劑、抑制劑以及一些偶聯(lián)的重組蛋白載體都是MFSD2A作為治療手段的延伸。

MFSD2A基因缺失或突變均可導致小頭畸形，而與MFSD2A基因相關(guān)的小頭畸形都與DHA相關(guān)，即MFSD2A基因突變或缺失導致DHA運輸量降低，胎兒大腦發(fā)育受到限制，從而表現(xiàn)出小頭畸形相關(guān)的癥狀。DHA在腦部發(fā)育具有重要的作用，因此在MFSD2A基因缺失或突變的個體上，應(yīng)該考慮如何增加人體MFSD2A 的表達，或者研發(fā)出與MFSD2A基因能力相似的轉(zhuǎn)運體或藥物承擔運輸DHA 的重任，這可能有助于MFSD2A基因相關(guān)的小頭畸形患者治療。

目前，MFSD2A 在腦病中的研究并不深入，還有許多問題需要進一步探討。其中，大腦內(nèi)的周細胞、膠質(zhì)細胞等其他細胞是否參與MFSD2A維持和調(diào)節(jié)BBB完整性和通透性的生物過程。研究表明MFSD2A是通過運輸DHA等脂類抑制Cav-1蛋白形成和腦內(nèi)皮細胞囊泡跨膜轉(zhuǎn)運，但其具體機制尚未明確。同時MFSD2A也通過轉(zhuǎn)運DHA進入大腦治療神經(jīng)退行性疾病，然而并不清楚MFSD2A是否參與其他生物過程，且MFSD2A蛋白在AD 患者腦組織中表達量是如何降低的，這可能是研究MFSD2A 蛋白在AD 病理過程中作用的關(guān)鍵。同時作為一種新的跨BBB給藥策略，其靶向性、適用性也需要進一步的探索從而得出更加優(yōu)良的結(jié)果。此外，因為疾病致病因素的多樣性，本文僅探討了這些疾病與MFSD2A相關(guān)的作用機制變化，并不能代表該疾病僅與MFSD2A基因相關(guān)。