五羟色胺转运体的研究进展---生命科学

第23卷第4期2011年4月Vol.23,No.4Apr.,2011生命科学ChineseBulletinofLifeSciences文章编号：1004-0374(2011)04-0385-05五羟色胺转运体的研究进展范东芬，奚耕思*，梁开丹，张武会(陕西师范大学生命科学学院，动物生殖与发育实验室，西安710062)摘　要：五羟色胺转运体是一种对五羟色胺(5-HT,serotonin)有高度亲和力的跨膜转运蛋白，能够重新摄取细胞间隙内的5-HT，从而调节神经信号的转导。该文简述了五羟色胺转运体的生物学特性、分布以及与人类疾病的关系，通过分析比较发现，五羟色胺转运体的多态性与肠易激综合征、抑郁症、强迫症都有着密切的关系。关键词：五羟色胺；五羟色胺转运体；基因多态性；抑郁症中图分类号：R749.4;R73-36文献标识码：ASerotonintransporterprogressFANDong-Fen,XIGeng-Si*,LIANGKai-Dan,ZHANGWu-Hui(CollegeofLifeScience,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an710062,China)Abstract:5-Hydroxytaminetransporter(SERT)isakindoftransmembranetransporterthathashighaffinitywith5-HTandcanintake5-HTintheintercellularspace.ThenSERTcanregulatethetransductionofneuronalsignals.ThispaperillustratedthebionomicsanddistributionofSERT,andtherelationtothediseasesofhuman.ManyinvestigationfoundthatthepolymorphismoftheSERTmayberelatedtoirritablebowelsyndrome,depressionandobsessivecompulsivedisorder.Keywords:serotonin;serotonintransporter;genepolymorphism;depression收稿日期：2010-09-29；修回日期：2010-10-21基金项目：陕西省农业攻关项目(2008K02-10)*通讯作者：E-mail:[e-mail];Tel:[phone]五羟色胺(5-HT,serotonin)是一种广泛分布在脊椎动物和无脊椎动物中高度保守的传导神经信号的化学物质，存在于大脑和消化道中，在各种调节过程中起着关键性作用，包括情感、动机、认知、喂食、睡眠和伤害性感受等[1]。5-HT在发挥生理作用后灭活，以免产生中毒反应及5-HT受体的脱敏，这个过程主要依靠5-HT转运体来完成。五羟色胺转运体(5-HTtransporter,5-HTT/serotonintransporter,SERT)是一种对5-HT有高度亲和力的跨膜转运蛋白，广泛存在于大脑边缘系统、胃肠道嗜铬细胞膜、肥大细胞和五羟色胺能神经突触前膜上[2]，是神经末梢突触的组成成分，位于神经末梢突触前膜。它从神经突触间隙中重新摄取五羟色胺进入突触前神经元，直接影响突触间隙五羟色胺的浓度，并间接反映五羟色胺能神经纤维末梢的数量[3]。五羟色胺转运体从突触间隙中移除五羟色胺而决定突触后受体介导信号的量和作用持续时间，从而在五羟色胺神经传递的微调中起关键作用。1　五羟色胺转运体的生物学特性五羟色胺转运体是一种约含630个氨基酸残基的蛋白质，在不同种属及不同细胞的克隆中氨基酸残基数目略有差异。人和鼠的五羟色胺转运体的编码基因(SLC6A4)分别位于7号和11号染色体上[4,5]，两者均由跨度约为35kb的14个外显子组成，有保守的外显子/内含子结构及相对较短的5'端非编码区和调节序列，包含12~13个跨膜区，N端及C端位于胞质中，靠近N端处有cAMP依生命科学第23卷386赖性蛋白激酶结合位点，在第三与第四跨膜区之间有一位于细胞外的环状部分，是N-连接的糖基化位点[6]，其主要作用为重摄取突触间隙中的5-HT，在数量、时间上对5-HT的神经传递进行精细调控，是SSRIs的作用靶点。SERT基因存在三个多态性位点。(1)在第二内含子上有一可变数目串联重复区VNTRs(variablenumbertandemrepeats)，形成三个等位基因STin2.9、STin2.10、STin2.12，并可形成STin2.12/12、STin2.12/10、STin2.12/9、STin2.10/10和STin2.9/9共5种基因型，VNTR的功能尚不清楚[7,8]。(2)另一多态性位点5-HTTLPR(SERTgene-linkedpolymorphicregion)，由5'启动子区44bp的插入/缺失形成长型(L)和短型(S)两种等位基因，从而产生L/L、L/S、S/S三种等位基因类型[9]；但5-HTTLPR调节SERT基因的转录，S型较L型转录效率低。(3)在5-HTT基因的3'端，1947~2509bp处有一段非编码区存在一个单碱基突变，引起PstI限制性片段长度多态性(5-HT3/UTRG/T)[10]。SERT属于Na+、Cl-依赖性神经递质转运蛋白基因家族，包括单胺(NE、DA、5-HT)、抑制性氨基酸(gammaaminobutyricacid,GABA)转运蛋白。作为同一家族成员，这些转运蛋白具有很高的氨基酸序列同源性，SERT和DAT(DAtransporter)及NET(norepinephrinetransporter)和DAT之间的同源性分别为69%及80%。神经递质转运蛋白是细胞质膜蛋白，通过吸收胞外释放的神经递质从而阻止神经递质对细胞外受体的作用，它们是递质循环的第一步。这些质膜神经递质转运体利用Na+、Cl-、K+离子的跨膜梯度和内部的负电荷来运输神经递质[11,12]。2　五羟色胺转运体的分布SERT的mRNAs的分布情况与5-HT的阳性免疫反应神经细胞是一致的，这说明SERT主要位于五羟色胺神经细胞处。然而，除了神经细胞外，SERT同样也分布在各种类型的非神经细胞处，包括肺血管内皮细胞、心肌细胞、脉络纵上皮细胞等[13,14]。另外，早在1999年Mortensen等[15]利用RT-PCR技术在牛的胎盘组织、脑干、骨髓、肾、肺、心、肾上腺、肝、甲状旁腺、甲状腺、胰腺和小肠中检测到SERT的RNA的表达。Pavone等[16]通过RT-PCR、免疫组化和Westernblotting首次在哺乳动物的生殖道中评估了SERT的表达。免疫组化显示，SERT在前列腺和前庭腺的薄壁组织细胞中出现，表现为小的圆形颗粒，有时聚集成簇，分布在两种腺体的薄壁组织细胞的细胞质中，表明转运体在哺乳动物生殖道中功能活跃。他们证实牛生殖道中的SERT蛋白与哺乳动物已知的SERT在结构上相似，SERT可能是5-HT(无论是神经分泌细胞分泌的还是通过毛细血管转运的)的清理工具，尤其是SERT在清除腺体内神经内分泌细胞分泌的或通过毛细血管到达组织处的5-HT的过程中起作用。SERT在生殖道中是否还有其他的运输功能还有待确定。3　五羟色胺转运体的药物药理学机制单胺类转运体是可卡因、安非他命等滥用药物高亲和力的目标蛋白[17]，这些转运蛋白同样也是治疗药物，如安非他酮、利他林(哌甲酯)、丙咪嗪、氟西汀和舍曲林等作用的分子靶标，常被用来治疗神经和情绪障碍疾病，例如注意力缺陷多动症、轻微脑功能障碍、抑郁症等[18,19]。选择性五羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)包括氟西汀、舍曲林、帕罗西汀、西肤普兰等都是SERT的抑制剂，是近年来疗效良好的抗抑郁症药物。SERT除了是药物专门的靶标外，也同样受可卡因、苯异丙胺的影响。可卡因作为一个单一的SERT抑制剂同样也和去甲肾上腺素和多巴胺的转运蛋白NSS密切相关[20]。突触前膜上的SERT能够被SSRIs阻断，影响了5-HT的再摄取，从而提高突触间隙5-HT浓度，进而发挥治疗作用。尽管已经有许多研究证明，五羟色胺转运体是可卡因的关键靶蛋白之一，但是可卡因具体结合位点在哪里，与什么样的残基结合还不清楚。Sumandeep等从烟草天蛾(Manducasexta)的中央神经系统中克隆出SERT，这种转运体的氨基酸序列与人类和果蝇的同源性分别是53%和74%，但是与人类和果蝇相反的是M.sexta的转运蛋白不能被氟西汀和可卡因抑制。当在人的五羟色胺转运体(hSERT)中插入烟草天蛾五羟色胺转运体(MasSERT)的一个区域后，其可卡因的敏感性就降低了，于是确定出可卡因拮抗作用的区域是一个胞外域(148~152个氨基酸)。在人类和烟草天蛾五羟色胺转运体中构建了一系列的嵌合体，涉及N端互换包括跨膜区域(transmembranedomain,TMD)1和2[21]，同样，通过构建跨物种的嵌合体，如人和家鸡[22]、人类和果蝇[23]、人类和小鼠[24]等，也发范东芬，等：五羟色胺转运体的研究进展第4期387现了可卡因敏感的两个跨膜区域。研究结果显示，TMD1和TMD2影响底物的运输，通过改变转运体的构象来改变拮抗物的敏感度[21]。从家蚕中克隆到了五羟色胺转运体(bmSERT)。当在培养细胞中进行表达时，bmSERT对可卡因的敏感度要比果蝇五羟色胺运转体(dmSERT)低95%。利用bmSERT和dmSERT进行种突变扫描证实：在家蚕SERT的第十二个跨膜区处有两个相邻的苏氨酸残基(TT)；在果蝇的SERT和哺乳动物的单胺类转运体处是两个丝氨酸残基(SS)。在dmSERT中，用苏氨酸残基TT代替丝氨酸残基SS可以降低可卡因的敏感度；同样，把苏氨酸残基TT转换成丝氨酸残基SS时可以提高可卡因的敏感度[25]。另外，Howard等通过区域划分构建不同的嵌合体和突变体，也鉴定出了五羟色胺转运体可卡因敏感的两个残基。多巴胺转运体结合残基发生突变同样可以改变可卡因的结合力[26]。对于药物结合力的下降可以大体归结为转运体结构的改变，同时药物亲和力的增加也很可能是由于特定的改变直接或间接地增加了药物和转运体之间的相互作用。4　五羟色胺转运体与人类疾病4.1　五羟色胺转运体与肠易激综合征(irritablebowelsyndrome,IBS)目前IBS分为以下几个亚型：(1)IBS便秘型(IBS-C)；(2)IBS腹泻型(IBS-D)；(3)混合型IBS(IBS-M)；(4)不确定型IBS[27]。大量证据表明SERT与IBS关系密切，Ha等[28]发现IBS与5-HTTLPR基因多态性有关，S/S基因型在IBS患者的分布高于正常对照组，而L/L基因型明显低于正常对照和IBS患者中的L/S基因型或S/S基因型。具有L/L基因型和L等位基因的人更易患IBS-C，而具有S/S基因型和S等位基因的人更易患IBS-D，L/L基因型可能是IBS-D的保护因素之一[29]。通过研究肠易激综合征三组病例发现，5-HTTLPRSS基因型与腹泻型紧密相关[30]。L/L型人较易患IBS-C，S/S组和S/L组的替加色罗(5-HT4受体的激动剂)疗效优于L/L组[31]。王邦茂等[32]认为SERT基因VNTRSTin2.12/10基因型可能与IBS相关，具有L/L基因型以及12/12-L/L基因型联合的人群可能更易患IBS-C，L/S基因型的人群易患IBS-D和IBS-M。Pata等[33]认为S/S基因型SERT低表达导致5-HT堆积使突触后5-HT受体下调与C-IBS的发生有关。推测SERT表达降低或缺失，5-HT灭活不足，过多的5-HT作用于受体可能与IBS发病机制有关[34,35]。4.2　五羟色胺转运体与人类精神疾病SERT在五羟色胺能系统中的功能是运输五羟色胺到大脑、血液和外周器官的同源和