主要促进调解超家族蛋白2A(major facilitator superfamily domain-containing protein 2a, Mfsd2a)是目前为止第一个确定的可以抑制脑微血管内皮细胞跨膜胞吞转运的分子，同时Mfsd2a亦被证实是二十二碳六烯酸(DHA)进入血脑屏障的主要受体，Mfsd2a被剔除的小鼠表现为脑中DHA水平降低、神经元数量减少、脑的大小和功能均降低。目前对Mfsd2a维持血脑屏障功能的研究极少，Mfsd2a在临床神经系统疾病(包括感染、脑肿瘤、阿尔茨海默病)的研究国内尚刚刚起步，本文将主要对Mfsd2a维持血脑屏障功能的研究进展做一综述，以探讨Mfsd2a在神经系统疾病的研究和临床应用价值。

1 血脑屏障的功能

血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障^[1]。BBB是由无窗孔的脑微血管内皮细胞(brain microvascular mndothelial cell, BMEC)及其细胞间紧密连接(tight junctions, Tjs)、基膜(毛细血管基底膜)及嵌入其中的周细胞、胶质细胞等共同组成细胞复合体^[2]。其中BMEC和Tjs是BBB的主要形态学基础；基膜主要由纤维蛋白和Ⅳ型胶原组成，能防止由压力改变引起的血管变形^[3]；星形细胞(astrocyte)的足突组成坚韧的胶质膜，覆盖了毛细血管周围大部分表面，维持BBB的完整性^[4]。三者共同组成紧密连接的网状结构，控制血液与中枢神经系统的物质交换^{[1, 2, 5]}。机体内BBB这种特殊结构能阻挡病原生物和其他大分子物质由血液循环进入脑组织，只允许一些选择性的分子从血液进入到脑脊液中，将毒素和病原体阻断在外^[6]。BBB若受到破坏，使本不能透过BBB大分子物质(内毒素和炎症因子)自由进出大脑，最终导致脑功能紊乱或丧失^{[7, 8]}。为什么新生儿的BBB不完整？哪些分子在BBB的成熟过程中起着重要的作用？作为大脑中的含量最为丰富“脑黄金”——DHA是通过何种途径进入大脑发挥作用的？这些一直是未解之谜^[9]。

2 Mfsd2a

Mfsd2a是哺乳动物主要促进因子超级家族的一个成员，以前被认为是“孤儿运输因子”，含有12个α-螺旋的跨膜区结构(transmembrane domains, TMDs)的碳水化合物的运载体，每个α-螺旋至少含有17种氨基酸作为他们的TMDs^[10]，Mfsd2a位于人类染色体1p34，小鼠Mfsd2a基因位于鼠类染色体4D2.2，其在演变过程中相对保守，Mfsd2a编码形成一个59 kDa的MFSD2A跨膜蛋白，并特异性的表达于大脑的血管内皮细胞中，其在大脑的内皮细胞表达量是肺内皮细胞的78.8倍。目前证实有两个Mfsd2蛋白质：Mfsd2a和Mfsd2b，这两个蛋白的序列和结构与细菌渗透酶和同向转运蛋白极其相似，Mfsd2a基因长14.3 kb，由14个外显子和13个内含子，而Mfsd2b基因由13个外显子和12个内含子，Mfsd2a包含一个Mfsd2b没有的基因——内含子9，这种基因组结构上的相似性表明Mfsd2a和Mfsd2b源于一个共同的祖先基因。通过对Mfsd2a/b和不同细菌的Na⁺/蜜二糖同向转运(melibiose symporter, MelB)的比对发现，其与念珠藻属的藻青菌和大肠杆菌分别有47%和43%的同源性^[11]。通过对Mfsd2a序列和结构域的分析表明，这种蛋白质参与了Na⁺/MelB和其他相关细菌的碳水化合物转运蛋白/透性酶，这表明Mfsd2a亦是主要促进因子超级家族的一个成员，故命名为Mfsd2a，以区别于Mfsd2b^[12]。

共聚焦显微镜证明Mfsd2a定位在内质网上，Mfsd2a在许多组织和饥饿诱导的肝脏和褐色脂肪组织(brown adipose tissue, BAT)中高表达^[13]。Mfsd2a在BAT和肝脏中以振荡表达方式存在，其在细胞中的表达量从0 am开始稳步上升，12 am达到顶峰，然后迅速周期性的下降，基本上成正态分布，表明Mfsd2a是一个昼夜节律的振荡表达模式^[14]，新生儿及儿童体温中枢发育未完善，体温调节能力差，Mfsd2a与之是否有关联值得进一步研究。有研究证实Mfsd2a表达方式与饥饿因素引起的肝脏的变化有关，它同时与抗生素运输^[15]以及人类胎盘细胞的融合有关，Mfsd2a在肝脏只有低水平表达，但它在小鼠中的整个大脑是高度表达的，小鼠缺乏Mfsd2a虽然表现为肝脏代谢正常，但在肝脏受损时，Mfsd2a可以促进肝脏的再生^[16]。DHA在大脑中的目标仍是未知，也不清楚DHA是通过何种形式跨越完全覆盖大脑的周细胞。此外，Ben-Zvi等^[17]和Nguyen等^[18]的研究还表明Mfsd2a抑制内皮细胞的跨膜转运，这种跨膜结构运输着血浆中蛋白质的转运。

2.1 Mfsd2a是BBB发育和功能的一个重要调控因子

BBB对维持中枢神经系统正常生理状态具有重要的生物学意义，但对于以脑为方向的治疗药物却是一个障碍。现在约98%的小分子药物和100%的大分子药物及抗体都不能通过BBB，仅有不到1%的药物靶向这一屏障^[7]。Ben-Zvi等^[17]发现Mfsd2a似乎影响了不太受到关注的第二种屏障跨越机制：胞吞转运作用(transcytosis)。在这一过程中一些物质借助囊泡转运通过屏障细胞^[19]。来自哈佛的研究小组在小鼠中鉴别出了一个叫做Mfsd2a的基因，其可能是限制BBB通透性的原因。BBB在缺失Mfsd2a^-/-的小鼠中会变得有泄漏，这可能是跨细胞的小泡运输量增加所造成的后果。研究成年生物BBB“泄漏”的研究人员通常是将染料直接注入到血管中，但难以判断泄漏是由于BBB不成熟或是操作染料所引起^[20]。这种创新的注射技术为我们提供了明确的证据^[21]。Ben-Zvi等^[17]证实在胚胎发育过程中BBB开始起作用，同时确定了BBB在小鼠体内形成的时间为胚胎15.5 d，研究人员通过与来自外周血管和脑血管的内皮细胞对比，筛选出了Mfsd2a基因。现研究人员已将BBB退化与几种脑疾病联系到一起，提高Mfsd2a有可能使得医生能够缓解阿尔茨海默病^[22]、肌萎缩侧索硬化症(ALS)和多发性硬化症一类的疾病。Ungaro等^[23]证实Mfsd2a通过囊泡的跨膜转运来降低颅内出血造成的BBB的损伤，这为BBB损伤的监测具有重要的意义。

除在证实Mfsd2a脑血管BMEC中的开启作用，Ben-Zvi等^[17]还证实了Mfsd2a还在胎盘和睾丸中活化，发现Mfsd2a在不影响紧密连接的情况下调控胞吞转运，同时她们还发现星形细胞调控了Mfsd2a。Ungaro等^[24]2017年刚刚证实Mfsd2a通过促进内皮细胞炎症降解脂质介质，从而降低小鼠结肠炎的发生。将来有希望通过研究星形细胞，明确内皮细胞的机制。小鼠BBB的脑内皮细胞与肺内皮细胞相比在胚胎的E13.5周高表达，而在Mfsd2a敲出的小鼠BBB的损伤是从胚胎15.5 d到成年，那么人的BBB形成是在多少周？周细胞在Mfsd2a调控BBB的机制也有待于进一步研究。

2.2 Mfsd2a是DHA进入BBB的主要受体

DHA是一种omega-3长链多不饱和脂肪酸(LCPUFA)，DHA对正常大脑的大脑发育和认知功能的重要性是众所周知的^[25]，Mfsd2a是omega-3脂肪酸DHA向脑中运输的主要运输因子^[18]。Mfsd2a只在BBB的内皮中表达，Mfsd2a被剔除的小鼠脑中DHA水平降低、神经元数量减少、脑的大小和功能均降低。这一发现将有助于人们进一步理解DHA的作用机制。只有当DHA这种脂肪酸是附加到脂质溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine, LPC)，形成LPC-DHA的形式后，Mfsd2a才能够跨膜传输DHA^[25]。大脑的60%是由结构脂质构成，其中含量最丰富的就是AA和DHA，它们对大脑的生长发育和完整性有着重要的作用^[26]。丹麦科学家Lauritzen等^[27]证实DHA这样的组织特异性分布提示其在神经组织中发挥着重要的功能。

英国科学家Michael研究证实在脑部发育早期，缺乏DHA对脑发育的影响是有害且永久的^[28]，过去人们一直认为LPC对细胞有毒，不清楚它们在体内有何作用^[29]。他们的研究首次为人们提供了一个研究DHA缺乏及其功能的遗传学模型，同时证实了Mfsd2a是胎儿大脑和成年人大脑摄取DHA的主要途径^[25]。他们的发现可以帮助人们更有效地将DHA整合在食物中，挖掘DHA促进大脑生长和功能的最大潜力。这对于胎儿发育时期没有获得足够DHA的婴儿来说特别有意义。

2.3 Mfsd2a还参与了其他屏障(如胎盘屏障和血-视网膜屏障)功能的形成

Toufaily等^[30]通过在滋养层融合及其表达在正常与子痫前期胎盘进行了研究，发现Mfsd2a是Syncytin-2的受体，证实了Mfsd2a在滋养层融合和胎盘发展的重要性。此外Liang等^[31]证实GCM1是一个通过Syncytin2和其受体Mfsd2a基因调控胎盘细胞融合表达关键蛋白，GCM1也可能在Syncytin2基因表达的表观遗传调控发挥重要作用。在胎盘中Mfsd2a充当一个受体ERVFRD-1/syncytin-2和滋养层需要融合。Mfsd2a在单核细胞滋养层中不断的通过融合增殖使细胞滋养层形成合胞体滋养层，使Mfsd2a在合胞体滋养层中高度表达^[30]。与BBB的功能成熟相关的Mfsd2a蛋白，通过在视网膜内的时空表达模式，像静脉输送AAV9一样抑制视网膜的转导，这表明AAV9也是通过跨膜的形式穿过血-视网膜屏障的^[32]。

3 Mfsd2a在抑制药物通过血脑屏障和肿瘤的机制

作为运输载体的衣霉素(tunicamycin, TM)是一种天然的核苷抗生素，也是N-糖链抑制剂，可通过抑制蛋白糖基化途径中十四糖二磷酸长萜醇的生成，阻碍了内质网内新生蛋白质糖基化修饰。Mfsd2a作为介导TM毒性的关键蛋白，细胞没有Mfsd2a表现为TM耐药，而Mfsd2a高表达的细胞则表现为高度敏感。Moritake等^[33]在小鼠模型中证实衣霉素在Mfsd2a展开的蛋白质反应中起着关键作用。Mfsd2a是公认的TM透过细胞膜进入机体的运输车，能够促进TM转运进入肿瘤细胞发挥作用^[34]。Mfsd2a是否是其他抗生素的受体有待于进一步证实，针对通过星形细胞设计打开BBB的药物是不适合的(因为这些细胞存在于血管内皮细胞的脑细胞一侧而不是血液一侧)，但是针对存在于内皮细胞管腔一侧的Mfsd2a(接触血液)设计药物可能是可行的。

通过连锁不平衡(linkage disequilibrium, LD)分析，研究人员确定一个106 kb的LD的区域，这其中包括MYCL1、TRIT1(tRNA-isopentenyl transferase 1)和Mfsd2a，现在已证实了Mfsd2a是一种新型的肿瘤抑制基因可以调节细胞周期和基膜黏附，同时在该区域的这三个邻居基因MYCL1、TRIT1和Mfsd2a的多态性和单倍型也与胃癌患病风险和临床病理特点有关，这可能有助于胃癌风险评估和预后的预测^[35]。在小鼠中已经证实可以通过减少周细胞密度，可以增加血管内皮细胞的跨膜转运，导致了Ben-Zvi等^[17]和Nguyen等^[18]发现了大脑内皮细胞的表达Mfsd2a取决于星形细胞的存在。Mfsd2a在脑肿瘤中的致病机制及预后监测的价值有待于进一步的深入研究。

4 展望

Nature同期发表的两篇文章就像一石双鸟一样，阐明了Mfsd2a在DHA如何通过结合跨膜转运进入脑细胞和抑制跨膜转运中的双重作用机制。但还几个细节有待探讨：Mfsd2a如何调节内皮细胞的跨膜转运？是直接机制还是间接通过缺陷的脂质运输？现在已知DHA通过Mfsd2a受体进入HBMEC，但DHA如何在大脑中发生的机制目前尚不清楚。在大脑中DHA虽然可能在膜或结构的形成和在调节细胞信号中发挥重要作用，进一步研究Msfd2a敲除的小鼠将有助于这些问题的解决。同时，研究Mfsd2a分子运输将有必要了解Mfsd2a的生理功能和机制，以及Mfsd2a在神经系统的疾病(包括感染、脑肿瘤和阿尔茨海默病等神经退行性疾病)中的致病机制和预后监测的价值也有待于进一步深入研究证实。