【综述】SLCO2A1基因相关慢性肠病的发病机制研究进展

文献来源：中华炎性肠病杂志，2024年第8卷第6期

作者：黄婧怡1  刘长征2  李玥1

作者单位：1中国医学科学院  北京协和医学院  北京协和医院消化内科；2中国医学科学院基础医学研究所  北京协和医学院基础学院  疑难重症及罕见病全国重点实验室

通信作者：李玥

引用本文： 黄婧怡,刘长征,李玥. SLCO2A1基因相关慢性肠病的发病机制研究进展 [J]. 中华炎性肠病杂志（中英文）,2024,08(06)：458-461.DOI:10.3760/cma.j.cn101480-20240319-00039

SLCO2A1基因相关慢性肠病（chronic enteropathy associated with SLCO2A1 gene，CEAS）是一种以多发性非特异性小肠溃疡为特征，贫血、水肿、腹痛、腹泻、间歇性黑便或便血为主要临床表现的罕见疾病 [ 1 , 2 ]。CEAS患者可反复出现消化道梗阻、隐匿或显性消化道出血，目前临床缺乏有效的内科治疗手段。与 SLCO2A1基因相关的疾病还包括原发性肥厚性骨关节病AR2型（primary hypertrophic osteoarthropathy AR2，PHOAR2），典型临床表现为皮肤增厚、骨膜增厚及杵状指。本文将从前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）代谢障碍学说、免疫学说、内皮功能障碍学说、Maxi-Cl通道学说、表观遗传学学说5个方面对CEAS的发病机制研究进展进行综述，旨在促进该病的机制研究。

人类 SLCO2A1基因位于染色体的3q22.1-q22.2区，介导编码有机阴离子转运多肽2A1（organic anion transporter polypeptide 2A1，OATP2A1） [ 3 ]。OATP2A1是前列腺素转运体家族成员之一，主要位于细胞膜上，具有12个跨膜结构域，可将PGE2为主的前列腺素转运至胞内，进一步被15-羟前列腺素脱氢酶（15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase，15-HPGD）降解 [ 4 ]。由于15-HPGD几乎仅在细胞内表达， SLCO2A1转运前列腺素入胞内为前列腺素失活的限速步骤，发挥调节胞外PGE2浓度的重要作用 [ 3 ]。此外， SLCO2A1还被报道可发挥"外流模式"将胞内前列腺素转运至胞外，或通过"矢量释放"的模式将I型肺泡上皮中的PGE2由上皮细胞的顶侧转运至基底侧形成胞内局部PGE2梯度浓度 [ 5 , 6 ]。

OATP2A1蛋白以乳酸作为反向基质来介导PGE2的内流和外流，调节细胞周围PGE2浓度并影响前列腺素信号传导，进而调节细胞内cAMP浓度 [ 3 ]。PGE2是一种由花生四烯酸在环氧合酶（COX）作用下代谢生成的类花生酸类物质，通过与前列腺素受体EP 1-4结合在炎症、生殖及肿瘤生长等多个生理病理过程中发挥重要作用。外周血循环中PGE2的降解主要依赖于肺、肝脏等血供丰富器官的血管内皮细胞。PGE2被OATP2A1蛋白转运至内皮细胞胞内，进一步被15-HPGD降解为无生物学活性的前列腺素代谢物（PGE-M）排出胞外。

人 SLCO2A1基因的表达量在不同组织中具有差异性。在mRNA层面， SLCO2A1基因的转录在心脏、骨骼肌、胰腺、睾丸及卵巢组织中大量表达，而在脑、胎盘、肺、肝、肾、脾、胸腺、前列腺、小肠、结肠组织和外周血白细胞中表达量稍低。在蛋白质层面，OATP2A1蛋白在肾和精囊腺中大量表达，在卵巢、胃及大脑中中量表达，在结直肠、肝、胰腺、唾液腺、肺、睾丸等组织中低量表达 [ 3 ]。

人 SLCO2A1基因在不同种类细胞中的表达也具有差异性。SLCO2A1基因的mRNA在内皮细胞和前列腺基底上皮细胞中最为富集，在脂肪细胞、Ⅰ型肺泡上皮细胞、浆液腺细胞、肠上皮细胞、平滑肌细胞及黏液腺细胞中的表达量依次降低。在结直肠和小肠中，OATP2A1蛋白主要分布在血管内皮细胞的胞膜上，而在肠上皮细胞、间质细胞、外周神经细胞、免疫细胞等细胞中表达极低 [ 3 ]。

SLCO2A1基因的功能丧失性突变可导致PGE2转运入胞受限，进而导致CEAS患者血清PGE2浓度升高 [ 7 ]。然而，既往研究显示PGE2对胃肠道黏膜具有明确的保护性作用，且CEAS患者使用COX抑制剂后胃肠道损伤无明显改善，提示 SLCO2A1突变后的PGE2浓度升高并非导致CEAS胃肠道黏膜损伤的唯一因素 [ 8 ]。

（一）PGE2代谢障碍学说

CEAS患者常见的 SLCO2A1基因的突变包括无义突变、移码突变、剪接突变等，此类功能丧失型的突变可导致OATP2A1蛋白部分或完全的合成障碍及降解，可导致PGE2转运功能的障碍。RNA干扰和基因全敲的技术手段无法准确在体外模拟CEAS患者 SLCO2A1基因突变后OATP2A1转运PGE2能力的异常。2022年Seki等 [ 9 ]使用强制表达CEAS患者OATP2A1蛋白的非洲角蟾卵母细胞，探究突变蛋白摄取和转运PGE2的能力；选取CEAS患者中发现的其中11种 SLCO2A1突变基因型，通过将携带突变的 SLCO2A1基因或正常的 SLCO2A1基因的质粒转染入卵母细胞构建强迫表达OATP2A1蛋白的细胞模型；放射性同位素标记的PGE2检测显示11种突变 SLCO2A1突变体中的10种导致PGE2转运功能的下降或丧失；证实CEAS患者突变的OATP2A1蛋白导致其PGE2转运功能的障碍。

在 SLCO2A1突变的PHOAR2患者的血清和尿液中均检测到PGE2浓度较健康对照明显升高，提示突变后OATP2A1内向转运PGE2功能可能受到影响。然而，在CEAS和PHOAR2患者的血液和尿液中，前列腺素代谢物PGE-M的浓度亦出现升高，而在15-HPGD突变导致PHOAR1患者中，其血清、尿液PGE-M浓度较健康对照下降 [ 7 , 10 ]。以上现象提示 SLCO2A1突变可能同时影响OATP2A1蛋白转运PGE2内流、外流、矢量释放模式中的多种模式。由于前列腺素受体同时存在于胞膜和胞内核膜上，胞外PGE2浓度增高可致多种细胞胞外前列腺素受体激活的增加和胞内前列腺素受体激活的减少。

（二）免疫学说

PGE2通过调节胃酸分泌、碳酸氢盐分泌、黏液生成、黏膜血流以及维持黏膜完整性对胃肠道黏膜起到保护作用 [ 11 ]。近年来有关于PGE2及其受体在肠道中的免疫调节作用学界也有了更新的认识。2021年Patankar等 [ 12 ]发现PGE2通过肠上皮表面的前列腺素E受体4（prostaglandin E receptor 4，EP4）受体信号传导可抑制上皮坏死性凋亡并诱导结肠炎缓解。2022年Zhou等 [ 13 ]发现PGE2通过激活3型固有淋巴样细胞（group 3 innate lymphoid cells，ILC3）表面的前列腺素E受体2（prostaglandin E receptor 2，EP2）使其分泌肝素结合性表皮生长因子（heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor，HB-EGF）从而起到抗炎的作用。

除黏膜保护作用外，PGE2在胃肠道中也具有促炎效应。既往文献显示，高水平PGE2与肠道黏膜屏障受损、肠道炎症及炎症性肠病相关。炎症性肠病患者的直肠黏膜组织、血液、尿液及粪便中均可发现PGE2的明显升高 [ 14 ]。此外，Sheibanie等 [ 15 ]研究通过细胞模型和三硝基苯磺酸（trinitrobenzenesulfonic acid，TNBS）诱导结肠炎的小鼠模型评估PGE2对DC细胞及T细胞的影响，发现高浓度的PGE2促进活化的DC细胞产生和释放IL-23，继而有利于Th17分化和IL-17表达，得出高水平的PGE2通过IL-23/IL-17轴加剧炎症性肠病的炎症过程的结论。为探究 SLCO2A1突变导致胞外高PGE2浓度对肠道的影响，2020年Nakata等 [ 16 ]建立 SLCO2A1基因敲除的小鼠模型，发现 SLCO2A1全身敲除小鼠较野生型小鼠更易发生DSS诱导的结肠炎。同时，DSS诱导下 SLCO2A1敲除小鼠结肠巨噬细胞NLRP3炎性小体出现明显上调，而NLRP3特异抑制剂的使用可以减轻 SLCO2A1敲除小鼠被DSS诱导的结肠炎。此外，巨噬细胞特异性 SLCO2A1基因敲除的小鼠较肠上皮特异性 SLCO2A1基因敲除小鼠更易出现DSS诱导的结肠炎。以上实验结果提示 SLCO2A1缺失可能通过提升胞外PGE2浓度激活巨噬细胞NLRP3炎性小体，从而加剧肠道炎症。

目前，尚无法确认PGE2在胃肠道中抗炎、促黏膜修复及促炎、促黏膜损伤作用是否存在一定浓度阈值。因此， SLCO2A1突变所导致的高PGE2血清浓度在CEAS患者胃肠道中的免疫调节作用仍有待进一步探究。

（三）内皮功能障碍学说

由于OATP2A1蛋白在肠道内主要在血管内皮细胞中富集，而在CEAS患者的肠道血管内皮中缺失，这种细胞类别特异性受到关注，提示 SLCO2A1突变可能影响CEAS患者血管内皮细胞的功能 [ 1 , 17 , 18 ]。2017年Nakanishi等 [ 19 ]发现通过化学方法抑制OATP2A1的功能或siRNA敲低 SLCO2A1基因均可显著降低人脐静脉内皮细胞的管形成能力和细胞迁移能力，胞内PGE2浓度改变可能通过核EP受体参与突变内皮细胞增殖及迁移能力的调节，导致其功能障碍。然而，亦有其他研究显示高浓度的胞外PGE2可能通过激活细胞EP2及EP4受体促进基质细胞分泌VEGF，从而间接促进血管内皮细胞增殖，但该现象具体由胞外还是胞内EP通路介导以及具体机制尚不明确 [ 20 ]。有研究报道在人脐静脉内皮细胞、人真皮微血管内皮细胞及糖尿病小鼠模型中化学抑制OATP2A1可通过促进血管生成加速伤口愈合 [ 21 , 22 , 23 ]。因此， SLCO2A1突变对于内皮功能的影响是否存在器官特异性，以及突变后通过抑制性还是增殖性机制导致发病还有待进一步探索。

（四）Maxi-Cl通道学说

除转运PGE2外，OATP2A1还具备Maxi-Cl通道的特性。Maxi-Cl通道是一种ATP选择性的Maxi-阴离子通道（maxi-anion channels，MAC），可被渗透压改变、氧化应激、机械应力及热能等激活。2017年，OATP2A1被证实是Maxi-Cl通道的重要组成部分，其与膜联蛋白A2和S100A10一起组成的复合物可作为细胞ATP外排的Cl离子通道 [ 24 ]。OATP2A1可能在稳态条件下介导PGE2转运，而受到刺激后作为Maxi-Cl通道组成部分介导瞬时的ATP外排。

为验证 SLCO2A1基因突变对细胞Maxi-Cl通道功能的影响，Sabirov等 [ 24 ]在小鼠乳腺癌细胞C127中过表达2种原发性肥厚性骨关节病（primary hypertrophic osteoarthropathy，PHO）患者突变的 SLCO2A1基因型，表达突变 SLCO2A1的细胞相比于野生型出现Maxi-Cl通道活性的下降，提示 SLCO2A1突变可能同时影响了细胞PG代谢和ATP转运。

相比于OATP2A1的前列腺素转运功能，OATP2A1调节细胞ATP转运的具体机制和生理病理学作用的相关研究目前十分少见。由于ATP是能量代谢物质，且可通过嘌呤能受体发挥信号传导作用， SLCO2A1突变导致的Maxi-Cl通道功能障碍亦有可能是CEAS致病的机制之一。SLCO2A1突变后所致Maxi-Cl通道功能障碍在内皮细胞及上皮细胞中的影响仍有待进一步探究。

（五） SLCO2A1表观遗传学学说

近两年，表观遗传学在CEAS发病中可能的作用机制逐渐得到重视。2023年Nakamura等 [ 25 ]发现 SLCO2A1敲除小鼠的肾脏、肝脏、脾脏及肺中缺乏野生型小鼠存在的N-糖基化的OATP2A1蛋白。SLCO2A1基因N-糖基化位点特异突变的人HEK293细胞及人HEK/2A1细胞证实OAT2PA1蛋白N-糖基化的3个具体位点和其在哺乳动物中的保守性。值得注意的是，OAT2PA1蛋白N-糖基化3位点均突变的HEK293细胞中OATP2A1蛋白出现亚细胞定位的改变，胞膜上OAT2PA1表达量的下降使其摄取PGE2的能力较野生型下降。以上实验结果提示 SLCO2A1的N-糖基化位点突变导致蛋白亚细胞定位改变在CEAS发病机制中参与的可能。

2023年Ito等 [ 26 ]对 SLCO2A1杂合突变的炎症性肠病患者 SLCO2A1相关表观遗传学进行研究，发现患者炎症病灶中 SLCO2A1的mRNA和蛋白水平均较健康对照黏膜中的mRNA和蛋白水平降低。此外，亚硫酸氢盐测序表明，患者炎症区域中 SLCO2A1的启动子区域存在较健康对照肠黏膜及无基因突变炎症性肠病患者炎症区域中更加密集的甲基化。虽然上述研究中对于2例患者单基因炎症性肠病的诊断仍有待商榷，但该研究提示局部DNA甲基化减弱 SLCO2A1的表达，从而进一步诱发未结合的PG引起黏膜局部炎症的可能。

越来越多的证据提示表观遗传学可能在CEAS的发病中起到重要作用，由于CEAS突变类型较为多样及复杂，为其进一步的表观遗传学研究提出了一定的挑战。

CEAS相关的研究目前仍以临床病例报道为主，发病机制相关的研究仍相对缺乏。在PGE2代谢障碍学说方面， SLCO2A1基因突变后、胞外PGE2浓度增加后核外及核内前列腺素受体下游致病性改变的机制研究仍较为空缺。在内皮功能障碍学说方面， SLCO2A1突变后对于内皮功能的影响是否存在器官特异性，以及突变后通过抑制性还是增殖性机制致病及相应的靶向调控物质仍需进一步探索。在Maxi-Cl通道学说方面，CEAS患者 SLCO2A1基因突变后Maxi-Cl通道功能改变对内皮细胞、上皮细胞的影响相对空白，仍需进一步探究。综上，本文从PGE2代谢障碍、免疫、内皮功能障碍、Maxi-Cl通道及表观遗传学五个方面分别论述了CEAS的发病机制并提出了展望。关于 SLCO2A1基因的功能和CEAS发病机制的认识，仍需要进一步的研究和探讨。