NHE1生物學(xué)功能的研究進(jìn)展

王巖，趙蒙，魏倩倩，唐毓，張穎，楊鎰峰，許保增

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所特種經(jīng)濟(jì)動物分子生物學(xué)重點實驗室，吉林 長春 130112）

鈉氫交換蛋白（NHE）主要通過細(xì)胞外的Na+交換細(xì)胞內(nèi)H+來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH 和細(xì)胞體積，是一種在哺乳動物細(xì)胞中廣泛表達(dá)的整合膜蛋白[1]。NHE 有10個亞型，分別命名為NHE1～NHE10，它們共同構(gòu)成膜交換蛋白基因家族，每種亞型代表不同的基因產(chǎn)物，具有獨特的組織表達(dá)、膜定位、生理效應(yīng)及對藥物抑制劑的敏感性。其中，NHE1 是首個被發(fā)現(xiàn)的亞型，通常被稱為NHEs 家族的“管家”亞型，在很多組織細(xì)胞質(zhì)膜中都表達(dá)，它通過離子交換維持細(xì)胞內(nèi)pH 的穩(wěn)定，可調(diào)節(jié)細(xì)胞體積、細(xì)胞內(nèi)的滲透壓及維持細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，并且對細(xì)胞生長、增殖、分化、細(xì)胞遷移和凋亡等有影響，同時，NHE1 在人的病理過程中也扮演著重要角色，在腫瘤、癌癥、人的心肌梗死及心血管疾病中也發(fā)揮重要作用。NHE1 有兩個結(jié)構(gòu)域，包括N 端的膜結(jié)構(gòu)域和C 端的胞質(zhì)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域，調(diào)節(jié)其活性。NHE1通過ERM、磷脂酰肌醇三激酶和Akt等信號通路恢復(fù)細(xì)胞骨架。NHE1 參與細(xì)胞的分化、增殖和凋亡，當(dāng)NHE1 缺失或抑制時，將損壞分化途徑。在幾類質(zhì)子通量交換劑中，Na+/H+和HCO3-/Cl-交換劑可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH 和細(xì)胞體積，并對細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及卵母細(xì)胞減數(shù)分裂過程有影響。本文對NHE1 及其家族成員的分子特性、細(xì)胞內(nèi)pH 調(diào)節(jié)、細(xì)胞體積調(diào)節(jié)、卵母細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的影響和NHE1 在卵母細(xì)胞減數(shù)分裂及植入前胚胎的作用進(jìn)行綜述。

1 NHE1 及其家族成員的分子特性

鈉氫交換蛋白有10 個亞型，它們共同構(gòu)成膜交換蛋白基因家族，其中NHE1 在家族中是比較重要的亞型，參與很多生理過程，在調(diào)節(jié)細(xì)胞體積、細(xì)胞內(nèi)pH、細(xì)胞骨架、心臟病、癌癥和信號分子中起關(guān)鍵的作用。NHE1 對細(xì)胞的生長、增殖、分化、凋亡及調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、細(xì)胞形狀和細(xì)胞遷移的影響，主要是通過維持細(xì)胞內(nèi)pH 的穩(wěn)定，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透壓和細(xì)胞體積來發(fā)揮作用[2-4]。

NHE1 在家族中常被稱為“管家基因”，它幾乎在所有組織的質(zhì)膜上都有表達(dá)，參與體內(nèi)平衡、細(xì)胞體積調(diào)節(jié)和生長因子對細(xì)胞增殖的反應(yīng)。NHE1 是在細(xì)胞膜上廣泛表達(dá)的膜蛋白，通過交換細(xì)胞內(nèi)的氫離子和細(xì)胞外的鈉離子，維持細(xì)胞內(nèi)pH和細(xì)胞體積。當(dāng)NHE1在腫瘤酸性微環(huán)境時，影響腫瘤的發(fā)生、遷移、基質(zhì)降解和血管生成等。NHE2～NHE5 主要在質(zhì)膜上表達(dá)，調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)pH、細(xì)胞的容積和細(xì)胞內(nèi)液的分泌，是通過與碳酸氫鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)同后起到作用[5]。NHE2和NHE4在胃和腸道上皮細(xì)胞的頂端膜上表達(dá)，NHE2 參與Na+重吸收，主要在胃和腸道中表達(dá)量較高，可能與NHE4共同作用[6]。NHE3 不僅在腎小管近端上皮的頂膜和腸上皮邊緣膜表達(dá)，大部分還在循環(huán)胞漿內(nèi)質(zhì)膜的小囊泡中表達(dá)[7]。NHE4 主要在胃上皮、腎內(nèi)髓質(zhì)和海馬中表達(dá)。NHE5 主要在大腦上表達(dá)，在非上皮組織中也表達(dá)，如脾臟、睪丸和骨骼肌中[8]。NHE6～NHE9 主要在細(xì)胞器（內(nèi)膜）膜上表達(dá)，參與細(xì)胞器內(nèi)pH 和離子濃度的調(diào)節(jié)，不僅能轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞外的Na+和Li+，還可以轉(zhuǎn)運(yùn)K+[9]。NHE6 主要在心臟、大腦和骨骼肌中表達(dá)，以及在早期循環(huán)的核內(nèi)體和線粒體中表達(dá)。NHE7 在反式高爾基體網(wǎng)絡(luò)中表達(dá)。NHE8 在反式高爾基體的中間表達(dá)。NHE9 在晚期恢復(fù)的核內(nèi)體中表達(dá)，與精神疾病及各種癌癥相關(guān)，其通過核內(nèi)體調(diào)節(jié)功能和蛋白間相互作用而發(fā)揮作用[10-12]。NHE10 主要在破骨細(xì)胞中高表達(dá)。

NHE1 是由N 端的膜結(jié)構(gòu)域（疏水結(jié)構(gòu)域）和C端的胞質(zhì)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域（親水結(jié)構(gòu)域）的12 個跨膜段組成，由815 個氨基酸殘基組成，N 端的膜結(jié)構(gòu)域是由第1～500 氨基酸殘基組成，參與細(xì)胞外的Na+和細(xì)胞內(nèi)的H+的交換。C端的胞質(zhì)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域是由第501～815氨基酸殘基組成，并介導(dǎo)細(xì)胞骨架相互作用，它包括CaM、CHP 和ERM 等蛋白結(jié)合位點以及胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域參與磷酸化和活性調(diào)節(jié)的區(qū)域。當(dāng)CaM 與NHE1 結(jié)合時，CaM消除了自我抑制，激活了NHE1 的活性，當(dāng)CHP 和ERM 在胞質(zhì)調(diào)節(jié)尾結(jié)合，使NHE1 參與生理活動（見圖1）[12]，因此C 端的胞質(zhì)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域?qū)φ{(diào)節(jié)鈉氫交換劑活性起著重要作用[13]。NHE1 的功能活性主要是通過跨膜區(qū)6（TM6）、跨膜區(qū)7（TM7）與第242位氨基酸和260 位氨基酸的緊密聯(lián)系發(fā)揮活性，當(dāng)兩種氨基酸分別發(fā)生突變時，NHE1 的活性喪失，而這兩種氨基酸同時突變時，NHE1 的活性不發(fā)生變化。有研究表明，NHE1 的12 個跨膜片段中，有3 個膜相關(guān)的環(huán)區(qū)IL2（胞內(nèi)環(huán)2）、IL4 和EL5（胞外環(huán)5），這些氨基酸殘基的突變導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)NHE1 敏感性發(fā)生改變，參與胞內(nèi)質(zhì)子變構(gòu)反應(yīng)的形成。

圖1 NHE1 結(jié)構(gòu)[14]Fig.1 Structure of NHE1[14]

2 NHE1 單獨激活調(diào)控細(xì)胞pH 的生物學(xué)作用機(jī)制

Na+/H+交換蛋白NHE1 在很多生理過程中起到核心作用，其功能是將細(xì)胞內(nèi)的H+交換成細(xì)胞外的Na+，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的pH，改變細(xì)胞的生長或者功能狀態(tài)。NHE1 交換劑在細(xì)胞內(nèi)pH 調(diào)節(jié)有Na+/H+交換泵、Na+/HCO3-共同轉(zhuǎn)運(yùn)交換器、H+/ATP 酶交換器、H+-乳酸交換器和Na+獨立的Cl-/HCO3-交換泵等5 種途徑，其中Na+/H+交換泵起主要作用。NHE1 參與細(xì)胞內(nèi)信號通路介導(dǎo)發(fā)揮作用，主要有蛋白激酶C、p42/44 促分裂原活化蛋白激酶通路，它們直接磷酸化NHE1 或者通過結(jié)合NHE1 的中間蛋白起作用。

細(xì)胞內(nèi)pH（pHi）在6.9～7.2 正常生理范圍內(nèi)，對維持細(xì)胞的正常生理功能很重要，pHi 的變化可能會影響蛋白質(zhì)、離子通道、細(xì)胞增殖、分裂和細(xì)胞生長分化的速度以及胞內(nèi)酶活性等生理過程的正常功能以及細(xì)胞骨架的相互整合，因此保持細(xì)胞內(nèi)正常的pH 非常重要[14]。NHE1 可以保護(hù)細(xì)胞免受酸化，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)pH降低時，NHE1 被激活，在發(fā)生酸中毒時，蛋白質(zhì)的活性增加進(jìn)行補(bǔ)償，使細(xì)胞內(nèi)的pH 值提高到正常值。在各種細(xì)胞類型中，NHE 是Na+主要途徑，NHE1 通過滲透收縮調(diào)節(jié)鈉通量和細(xì)胞體積，進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞免受細(xì)胞內(nèi)酸化[15]。當(dāng)細(xì)胞處于高滲透壓溶液中時，NHE1活性增加，導(dǎo)致細(xì)胞液呈堿性，這一反應(yīng)包括細(xì)胞體積增加，補(bǔ)償了由外部高滲引起的收縮[16]。有研究表明，在細(xì)胞受到刺激后，胞內(nèi)pH 下降，導(dǎo)致NHE1 被激活，使Na+和H+出現(xiàn)交換作用[17]。NHE1 在一些復(fù)雜的病理過程中，由于在缺氧和缺血的情況下，細(xì)胞內(nèi)ATP酶不足，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的Na+不能交換到細(xì)胞外，使細(xì)胞內(nèi)的Na+含量增加。NHEl 的激活以及基因表達(dá)增加與血管平滑肌細(xì)胞、心肌肥厚增殖有關(guān)，通過雙向性Na+/Ca2+交換機(jī)制使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，細(xì)胞內(nèi)的Ca2+不斷累積，可引發(fā)血管平滑肌細(xì)胞增殖與肥大，因此高鹽誘導(dǎo)下的血管平滑肌細(xì)胞隨著細(xì)胞外Na+濃度升高，導(dǎo)致Na+/H+交換增強(qiáng)，進(jìn)而NHE1 激活使細(xì)胞內(nèi)pH 升高，可能是高鹽誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞發(fā)生表型轉(zhuǎn)化、增殖導(dǎo)致血管重構(gòu)的一個重要因素。細(xì)胞內(nèi)Na+濃度的增加，激活了Na+和Ca+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，使細(xì)胞中Ca+濃度不斷積累，引發(fā)各種細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[18-20]。細(xì)胞在有絲分裂過程中刺激NHE1 交換蛋白表達(dá)量增加，其表達(dá)增加有助于細(xì)胞生長過程中細(xì)胞內(nèi)pH 的升高和維持[21]。NHE1 蛋白的基因表達(dá)水平和產(chǎn)量受NHE1 啟動子的影響，而細(xì)胞中NHE1 蛋白的量影響離子交換的速度，因此在許多環(huán)境的刺激下，影響Slc9a1 基因mRNA 水平的表達(dá)量、蛋白表達(dá)量及鈉氫交換劑的活性[19,22]。

NHE1 對腫瘤生長很重要，在很多類型惡性腫瘤細(xì)胞中，NHE1 引起了細(xì)胞內(nèi)pH 梯度的逆轉(zhuǎn)，使腫瘤細(xì)胞內(nèi)環(huán)境是堿性的，細(xì)胞外環(huán)境是酸性的，與正常細(xì)胞相反[23]，NHE1 也是癌癥轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟，在一些未轉(zhuǎn)化的細(xì)胞類型中，腫瘤微環(huán)境可激活該蛋白，在一些乳腺癌細(xì)胞中，血清缺失是一種常見的腫瘤微環(huán)境條件，這導(dǎo)致該細(xì)胞類型的NHE1 異常激活。NHE1 激活被證明是由腫瘤細(xì)胞特異性的RhoA 和Rac1 的作用介導(dǎo)的。在癌細(xì)胞中，血清缺失會抑制偽足前緣的RhoA活性，而在非腫瘤細(xì)胞中則不會發(fā)生這種情況[23,24]。

3 NHE1 偶聯(lián)HCO3-/Cl-交換通道對細(xì)胞體積的調(diào)節(jié)機(jī)制

鈉是NHE1 偶聯(lián)陽離子，具有滲透活性，對調(diào)節(jié)細(xì)胞體積至關(guān)重要[22]，當(dāng)細(xì)胞收縮時NHE1 活性被激活，細(xì)胞膨脹時NHE1 活性被抑制，細(xì)胞收縮或者膨脹可能導(dǎo)致細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)完整性被破壞[25-27]。細(xì)胞體積的調(diào)節(jié)對細(xì)胞活力的影響很重要，哺乳動物體細(xì)胞通過無機(jī)離子運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中來糾正急性細(xì)胞體積減少，當(dāng)細(xì)胞體積減少時，通過無機(jī)滲透壓調(diào)節(jié)通道Na+/H+交換劑NHE1 與HCO3-/Cl-交換劑偶聯(lián)快速恢復(fù)機(jī)制，當(dāng)Na+和Cl-進(jìn)入到細(xì)胞，增加了細(xì)胞內(nèi)滲透壓，使細(xì)胞恢復(fù)正常大小，由于細(xì)胞質(zhì)的離子增多，使一些細(xì)胞累積出滲透壓的能力，通過特定的轉(zhuǎn)運(yùn)體來取代無機(jī)離子的一部分，但仍然保持細(xì)胞內(nèi)的滲透性（圖2）。細(xì)胞體積的減少激活了NHE 家族Na+/H+交換活性，使NHE1 在調(diào)節(jié)細(xì)胞體積時，排出去的H+在細(xì)胞內(nèi)緩沖液中再生，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性滲透壓增加。NHE1 激活是因為細(xì)胞體積減少引起，而不是因為滲透壓的關(guān)系，盡管細(xì)胞體積的改變激活了很多激酶，但磷酸化后不會因細(xì)胞的收縮而發(fā)生很大改變。當(dāng)細(xì)胞體積減少時，在大多數(shù)哺乳動物體細(xì)胞的最初急性恢復(fù)是通過Na+/H+和HCO3-/Cl-交換劑的功能偶聯(lián)，而快速輸入無機(jī)離子來介導(dǎo)[14]。細(xì)胞體積減少，激活了NHE1 的Na+/H+交換活性，當(dāng)Na+輸入細(xì)胞、H+輸出細(xì)胞，兩個離子進(jìn)行交換時，使細(xì)胞內(nèi)pH 升高。相反的，激活了Slc4 家族的HCO3-/Cl-交換活性，當(dāng)HCO3-輸入到細(xì)胞、H+輸出細(xì)胞時，細(xì)胞內(nèi)pH降低，進(jìn)而Na+和Cl-偶聯(lián)，增加了細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，并恢復(fù)了細(xì)胞體積。因此細(xì)胞內(nèi)pH 在正常的生理范圍，對維持細(xì)胞骨架組裝和解聚、生長分化及細(xì)胞內(nèi)酶的活性等生理過程十分重要。Slc9 基因家族的Na+/H+交換劑和Slc4 基因家族HCO3-/Cl-交換劑在哺乳動物的細(xì)胞體積調(diào)節(jié)和細(xì)胞內(nèi)pH 穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮作用[27,28]。當(dāng)細(xì)胞在高滲培養(yǎng)液中時，細(xì)胞收縮會觸發(fā)細(xì)胞體積調(diào)節(jié)增加，并刺激Cl-/HCO3-交換體，Na+/K+/2Cl-共轉(zhuǎn)運(yùn)體和Na+/H+交換體共同激活，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生NaCl。鉀離子被鈉、鉀三磷酸腺苷酶泵交換為細(xì)胞內(nèi)鈉離子，最終導(dǎo)致細(xì)胞KCl吸收（見圖3）。

圖2 細(xì)胞體積調(diào)節(jié)機(jī)制[29]Fig.2 Mechanism of the cell volume regulation[29]

圖3 細(xì)胞收縮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)節(jié)過程[14]Fig.3 Regulation of various transporters on the membrane during cell contraction[14]

4 NHE1 作為腳手架蛋白調(diào)控細(xì)胞骨架組裝的分子機(jī)制

NHE1 通過影響細(xì)胞體積、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酸堿度進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞體積骨架元素的組裝和活性。NHE1 作為肌動蛋白絲的漿膜錨定蛋白的一種功能蛋白，獨立于離子轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生，是細(xì)胞黏附和皮層肌動蛋白絲動態(tài)重組的重要決定因素，參與細(xì)胞骨架錨定，該蛋白質(zhì)大約由315 個氨基酸組成C 端的膜結(jié)構(gòu)域調(diào)控蛋白質(zhì)，介導(dǎo)參與調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架組織，控制細(xì)胞質(zhì)的完整性，對細(xì)胞黏附到細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和細(xì)胞遷移起重要作用，但這種結(jié)構(gòu)作用與它作為離子交換器功能無關(guān)。

NHE1 作用于整合素受體和RhoGTPases的下游，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架事件，包括細(xì)胞黏附、細(xì)胞形狀以及肌動蛋白絲的組裝，NHE1 的肌動蛋白錨定功能，不是它在離子轉(zhuǎn)運(yùn)中的功能，而是皮質(zhì)細(xì)胞骨架響應(yīng)細(xì)胞外信號的動態(tài)重組。在RhoA 通路中，NHE1 作用于G 蛋白偶聯(lián)受體和整合素受體的下游，來調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架組織、局灶粘連的組裝、肌動蛋白應(yīng)激纖維的形成和細(xì)胞形狀[24,30]，當(dāng)NHE 缺失會損害細(xì)胞骨架組織。在某些細(xì)胞中，NHE1 局限于特殊的膜結(jié)構(gòu)，細(xì)胞形狀不規(guī)則，在劃痕試驗中，細(xì)胞的遷移能力受到嚴(yán)重?fù)p害[31,32]。NHE1 在細(xì)胞遷移中起主要作用，細(xì)胞遷移可能與細(xì)胞體積調(diào)節(jié)、細(xì)胞骨架穩(wěn)定性和質(zhì)膜錨定有關(guān)，并且細(xì)胞的遷移依賴于定向細(xì)胞骨架的重組[33,34]。NHE1 調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架組織和細(xì)胞形狀的能力獨立于離子轉(zhuǎn)移，NHE 活性和pH 的變化基于pH 依賴的肌動蛋白絲動力學(xué)發(fā)揮作用。NHE1 除了調(diào)節(jié)Na+/H+以外，細(xì)胞形態(tài)和黏附的維持主要是通過肌動蛋白絲與細(xì)胞膜的結(jié)合，它作為肌動蛋白絲的錨定物，可通過NHE1 細(xì)胞質(zhì)尾部與ERM（ezrin,radixin,moesin）蛋白的相互作用錨定到細(xì)胞骨架上（肌動蛋白與質(zhì)膜交聯(lián)），這種相互作用調(diào)節(jié)NHE1 和ERM蛋白在膜突起遠(yuǎn)端邊緣定位，并在調(diào)節(jié)皮質(zhì)肌動蛋白絲的組織和細(xì)胞形狀、黏附、細(xì)胞的遷移和對凋亡的抵抗中發(fā)揮作用。ERM 被破壞時這些相互作用影響細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)、外部黏附和細(xì)胞遷移[35-38]。因此NHE1 通過與細(xì)胞骨架的相互作用及有限的位置變化在細(xì)胞遷移中起著關(guān)鍵作用。

5 NHE1 調(diào)控哺乳動物卵母細(xì)胞減數(shù)分裂及植入前胚胎發(fā)育的分子機(jī)制

Na+/H+交換劑NHE1 和HCO3-/Cl-交換劑AE2 偶聯(lián)作用，共同調(diào)節(jié)哺乳動物細(xì)胞體積減少，是細(xì)胞體積減少急性恢復(fù)的主要機(jī)制，而單獨作用時，可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酸堿度。細(xì)胞有絲分裂的刺激與Na+/H+交換蛋白的表達(dá)增加有關(guān)，這種表達(dá)的增加可能有助于細(xì)胞生長過程中細(xì)胞內(nèi)pH 的升高和維持[27,39]。在細(xì)胞的周期進(jìn)展和分化過程中NHE1 也起到很重要的作用，可保護(hù)細(xì)胞免受細(xì)胞內(nèi)酸化[40,41]，并調(diào)節(jié)鈉通量和細(xì)胞體積后滲透收縮[42]。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)pH 降低時，NHE1 被激活使細(xì)胞內(nèi)的H+排出交換細(xì)胞外Na+，使細(xì)胞在酸中毒中恢復(fù)。細(xì)胞內(nèi)酸中毒時，刺激NHE1 活性存在于排卵前生發(fā)泡期（GVBD）小鼠卵母細(xì)胞中，在減數(shù)分裂成熟過程中降低。而在生發(fā)囊泡（GV）卵母細(xì)胞中，細(xì)胞體積減少刺激的NHE1 活性較低，但在減數(shù)分裂成熟過程中，隨著卵母細(xì)胞從透明帶分離，該活性變得活躍，在成熟卵中，NHE1 活性再次降低。有研究證明，NHE1 在成熟卵母細(xì)胞、受精卵和植入前胚胎等哺乳動物細(xì)胞中也發(fā)揮作用[43-45]，并且NHE1 在卵母細(xì)胞成熟過程中表現(xiàn)出復(fù)雜的發(fā)育變化，將卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)換成可受精的卵子[46]。對處于發(fā)育中小的卵母細(xì)胞不能檢測到Na+/H+和HCO3-/Cl-交換劑，它們不能獨立地調(diào)節(jié)自身細(xì)胞內(nèi)的pH[51]。而在生長中的卵母細(xì)胞pHi受周圍卵泡顆粒細(xì)胞環(huán)境的調(diào)節(jié)，通過卵母細(xì)胞顆粒間隙鏈接發(fā)揮作用[47,48]。在GV 時期的卵母細(xì)胞中Na+/H+和HCO3-/Cl-交換劑可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH，在減數(shù)分裂成熟過程中，這兩種交換劑出現(xiàn)失活現(xiàn)象。HCO3-/Cl-交換活性在排卵后逐漸降低，在成熟的卵母細(xì)胞中呈靜止?fàn)顟B(tài)。在哺乳動物植入前胚胎可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH，HCO3-/Cl-交換活性可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酸中毒，在小鼠2-cell胚胎階段中被發(fā)現(xiàn)，并在植入前發(fā)現(xiàn)1-cell 和2-cell 活性最強(qiáng)[49,50]，而在未受精的排卵小鼠和倉鼠卵中幾乎沒有HCO3-/Cl-交換活性，當(dāng)卵被激活后，卵原核形成時，其活性完全被激活。成熟的卵子在受精后幾個小時內(nèi)，交換劑重新被激活，實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)pH調(diào)節(jié)。綜上所述，Na+/H+和HCO3-/Cl-交換劑在GV時期的卵母細(xì)胞、1-cell 和2-cell 胚胎中存在，可通過激活兩個交換劑活性來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH[48]。NHE1 交換劑似乎是哺乳動物胚胎中廣泛研究的交換劑，在胚胎的所有階段調(diào)節(jié)酸中毒，其中在倉鼠和牛的胚胎中活性最強(qiáng)，而在人類的胚泡階段無法從細(xì)胞內(nèi)pH 的小幅度下降中恢復(fù)。有研究發(fā)現(xiàn)，小鼠在著床胚胎的所有階段中，介導(dǎo)Na+/H+交換被激活，使細(xì)胞體積減少，事實證明在MII、1-cell 和2-cell 中都存在Na+/H+交換被激活時，會隨著卵母細(xì)胞減數(shù)分裂過程不斷降低，而在受精后活性升高[51]。在NHE家族中，NHE1～NHE5是定位于質(zhì)膜上的Na+/H+交換劑，而其他亞型都定位于細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器中，并且很多亞型都在植入前胚胎（PI）中表達(dá)，其中NHE1 的整個轉(zhuǎn)錄本在整個PI 胚胎發(fā)育過程中被檢測到[43]。有研究表明，通過分子技術(shù)等研究發(fā)現(xiàn)Na+/H+交換基因Slc9a1～Slc9a5 在卵母細(xì)胞GV 期和植入前胚胎1-cell、2-cell、4-cell、8-cell、桑椹胚和囊胚階段都有表達(dá)，其中Na+/H+交換基因Slc9a1、Slc9a3 和Slc9a4 在GV 期、卵子和幾個胚胎階段都有表達(dá)。Slc9a1 擴(kuò)增子在卵母細(xì)胞和整個植入前胚胎中都有表達(dá)，而Slc9a3 擴(kuò)增子在GV 期卵母細(xì)胞、卵子和單細(xì)胞胚胎中可檢測到，在二細(xì)胞階段略有發(fā)現(xiàn)，而Slc9a4 擴(kuò)增子似乎存在于GV 期卵母細(xì)胞、卵子和單細(xì)胞胚胎中[27]。采用免疫熒光技術(shù)檢測卵母細(xì)胞減數(shù)分裂和交換劑失活時NHE1 在亞細(xì)胞中的定位變化，發(fā)現(xiàn)NHE1 在GV期卵母細(xì)胞的質(zhì)膜上表達(dá)，并導(dǎo)致NHE1 交換劑活性增加，但僅限于與CHP1 共表達(dá)時，當(dāng)表達(dá)功能性NHE1 的卵母細(xì)胞成熟后，NHE1 的膜定位和Na+/H+交換劑活性喪失[45]。

6 展望

NHE1 作為一種滲透壓調(diào)節(jié)劑，對細(xì)胞骨架有著很重要的影響，在哺乳動物中，細(xì)胞骨架對卵母細(xì)胞的成熟和受精起關(guān)鍵作用，但目前關(guān)于NHE1 對細(xì)胞骨架的作用機(jī)制尚不明確。隨著體外控制技術(shù)的不斷發(fā)展，為保存優(yōu)良的種質(zhì)資源，采用超低溫冷凍技術(shù)保存卵母細(xì)胞，在細(xì)胞冷凍時采用高濃度的冷凍保護(hù)劑使細(xì)胞內(nèi)、外的濃度達(dá)到平衡，通過滲透到細(xì)胞內(nèi)的保護(hù)劑將大部分的水分置換，使細(xì)胞內(nèi)胞質(zhì)發(fā)生變化，因此在今后的研究中，可著重研究通過調(diào)節(jié)NHE1 來降低卵母細(xì)胞冷凍對細(xì)胞骨架的損傷。