膽固醇流出調(diào)節(jié)蛋白與膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)

1、    膽固醇流出調(diào)節(jié)蛋白與膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)          摘要高密度脂蛋白（HDL）能從外周細(xì)胞攝取多余膽固醇并運(yùn)輸至肝臟排出，防止其在血管壁沉積。外周細(xì)胞內(nèi)膽固醇流向HDL的機(jī)制一直是人們積極探索但尚未弄清的問題。新近發(fā)表在Nature Genetics上的三篇論文在這個環(huán)節(jié)上取得了重大突破，他們通過對Tangier病的研究，發(fā)現(xiàn)由ATP-binding-cassette transporter 1基因編碼的膽固醇流出調(diào)節(jié)蛋白（cholesterol-effl

2、ux regulatory protein）在該過程中起重要作用。該發(fā)現(xiàn)使人們對外周細(xì)胞膽固醇流出的認(rèn)識有了實質(zhì)性突破；為新藥研制，動脈粥樣硬化、冠心病及腦卒中的防治措施提供了新思路。關(guān)鍵詞膽固醇流出調(diào)節(jié)蛋白；膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)；細(xì)胞膽固醇流出；Tangier病學(xué)科分類號早在20世紀(jì)40年代末，Gofman等1利用上浮超速離心法分離血漿脂蛋白獲得成功，為脂蛋白的研究開辟了一個新紀(jì)元。從此，脂蛋白的研究進(jìn)入了第一個飛躍發(fā)展時期。以后許多研究工作者在此基礎(chǔ)上利用超速離心法分離了多種血漿脂蛋白如極低密度脂蛋白（VLDL）、低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白(HDL)等，并對這些脂蛋白的結(jié)構(gòu)、代謝及生理

3、功能進(jìn)行了深入的研究。20年前，Brown和Goldstein2發(fā)現(xiàn)LDL受體基因變異使LDL代謝障礙，血漿LDL累積，形成家族性高膽固醇血癥，進(jìn)而發(fā)展成動脈粥樣硬化、冠心病等。他們的研究闡明了膽固醇的代謝過程及其調(diào)節(jié)機(jī)制，使脂蛋白的研究進(jìn)入了第二個飛躍發(fā)展時期，直接導(dǎo)致了強(qiáng)有效的抑制細(xì)胞膽固醇合成、降低血漿膽固醇濃度藥物的產(chǎn)生及一系列預(yù)防和治療冠心病、腦卒中的有效措施的形成。與此同時，研究也發(fā)現(xiàn)血漿HDL膽固醇（HDL-C）與冠心病的發(fā)生呈負(fù)相關(guān)，半數(shù)的冠心病人血漿HDL-C降低。實驗研究也發(fā)現(xiàn)一些證據(jù)，說明HDL能將外周細(xì)胞的膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，轉(zhuǎn)化成膽汁酸后排出體外。根據(jù)這些流行病學(xué)的資料

4、和實驗研究結(jié)果，人們提出了膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)（reverse cholesterol transport， RCT）3。盡管如此，人們對HDL代謝的認(rèn)識還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于LDL，對RCT的一些細(xì)節(jié)缺乏了解。如：在外周細(xì)胞，膽固醇是怎樣從細(xì)胞內(nèi)流向HDL的。1999年在Nature Genetics上發(fā)表的三篇文章，報道在該環(huán)節(jié)上取得了重大突破46。該項工作由三個研究小組完成，分別由Michael Hayden、Gerd Schmitz和Gerd Assmannn領(lǐng)導(dǎo)。三個小組進(jìn)行的研究都是從Tangier病入手的。該病的基本特征是細(xì)胞膽固醇流出障礙，使巨噬細(xì)胞內(nèi)大量膽固醇酯沉積。這些含有大量膽固醇酯的

5、巨噬細(xì)胞聚集在扁桃體就會使扁桃體腫大、變成橙黃色，聚集在肝、脾就會使肝、脾腫大；還會發(fā)生早發(fā)性冠心??；患者血漿HDL-C濃度很低甚至完全缺乏。三個研究小組的最新研究表明，Tangier病的發(fā)生是由于一個名叫ATP-binding-cassette transporter 1（ABC1）的基因變異，該基因編碼膽固醇流出調(diào)節(jié)蛋白（cholesterol-efflux regulatory protein， CERP）。該發(fā)現(xiàn)不僅使人們對外周細(xì)胞膽固醇從細(xì)胞內(nèi)流向HDL的認(rèn)識有了實質(zhì)性的突破；而且為針對該環(huán)節(jié)的新藥研制，動脈粥樣硬化、冠心病及腦卒中的預(yù)防和治療提供了巨大的機(jī)會，很可能會使脂蛋白的研究

6、進(jìn)入一個新的發(fā)展時期。一、 ABC1的結(jié)構(gòu)與功能ABC1屬于存在于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞中的一個家族7，它有4個結(jié)構(gòu)域，其中2個為跨質(zhì)膜結(jié)構(gòu)域，另2結(jié)構(gòu)域為伸向細(xì)胞質(zhì)的ATP結(jié)合部位，它能為配體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)提供能量。ABC1能轉(zhuǎn)運(yùn)多種配體，其中包括無機(jī)離子、氨基酸、多種藥物、磷脂、類固醇、維生素、離子螯合物和蛋白質(zhì)等。該家族的一典型成員便是多藥物抵抗糖蛋白（multidrug-resistance P-glycoprotein），它的跨膜結(jié)構(gòu)域在細(xì)胞膜中形成一親水小池，小池有2個開口，其中一開口直接通向細(xì)胞外，另一口則開于細(xì)胞膜的脂質(zhì)相，而不是通向質(zhì)膜另一面的細(xì)胞質(zhì)。配體的轉(zhuǎn)運(yùn)可能是先從細(xì)胞膜的脂質(zhì)

7、相轉(zhuǎn)運(yùn)至親水小池，再從親水小池轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外的接受體。在上述三個研究小組報道了Tangier病是因為ABC1基因變異所致后，Remaley等隨即就報道了人的ABC1基因結(jié)構(gòu)8。人ABC1的基因結(jié)構(gòu)與小鼠ABC1基因及其它ABC相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)相似，它含有33249bp大小不等的外顯子49個，總長度超過70kb。人ABC1的蛋白結(jié)構(gòu)尚待闡明，它確切的亞細(xì)胞定位尚不清楚，從ABC家族的亞細(xì)胞定位推測，人ABC1可能位于細(xì)胞質(zhì)膜。如果ABC1確實是跨膜蛋白，又鑒于它參與細(xì)胞膽固醇的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，ABC1就很可能存在于細(xì)胞質(zhì)膜的膽固醇豐富區(qū)域。二、ABC1與膽固醇流出血漿HDL具有十分重要的抗動脈粥樣硬化作用

8、，血漿HDL水平降低是冠心病發(fā)生的一個重要危險因子，而血漿HDL水平取決于血漿HDL的代謝狀況。HDL主要由肝臟和小腸合成和分泌，新生的HDL呈圓盤狀，主要含apo AI和磷脂，它能從外周細(xì)胞攝取膽固醇，在血漿中經(jīng)LCAT酯化后，游離膽固醇轉(zhuǎn)變成膽固醇酯并向HDL的內(nèi)核轉(zhuǎn)移，最終形成球狀的成熟HDL，最后將膽固醇運(yùn)輸至肝臟被攝取，這就是RCT主要過程3。正是通過RCT，機(jī)體將體內(nèi)多余的膽固醇經(jīng)肝臟排出，從而防止膽固醇在動脈壁沉積。通過RCT，正常外周細(xì)胞每分鐘最多能排出細(xì)胞膽固醇總量的0.1，而在Tangier病人，由于細(xì)胞膽固醇流出障礙，新生HDL成熟受阻，不能形成成熟HDL，apo AI就

9、被迅速降解。三個研究小組發(fā)現(xiàn)Tangier病人外周細(xì)胞膽固醇流出障礙是由于ABC1基因變異或CERP缺乏。為了排除細(xì)胞多余膽固醇、防止細(xì)胞內(nèi)膽固醇堆積，必不可少的環(huán)節(jié)就是要有效地將細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)至血漿HDL，這很可能就是CERP的作用。由于CERP缺乏，CERP介導(dǎo)的細(xì)胞膽固醇流出受阻，使外周細(xì)胞、特別是巨噬細(xì)胞內(nèi)膽固醇累積，形成Tangier病。Hayden的研究小組9還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，與冠心病發(fā)生密切相關(guān)的家族性HDL缺乏也是因為CERP的缺乏所致，該結(jié)果與在cerp基因敲除的小鼠獲得的實驗研究結(jié)果一致3。增加細(xì)胞膽固醇的含量會使細(xì)胞ABC1mRNA的含量增加10，這看上去很符合邏輯，但

10、更重要的是要弄清楚ABC1的調(diào)節(jié)是只在轉(zhuǎn)錄水平，還是也進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，甚至還可以通過與細(xì)胞膜上特異的脂質(zhì)相互作用進(jìn)行別構(gòu)調(diào)節(jié)。三、ABC1在血漿脂代謝中的意義ABC1的發(fā)現(xiàn)對認(rèn)識血漿脂蛋白代謝具有十分重要的意義。ABC1很可能是HDL代謝必不可少的參加者，它將缺乏脂質(zhì)的apo AI顆粒轉(zhuǎn)變成新生HDL，再通過與含apo B100脂蛋白的相互作用而在其它的脂蛋白代謝途徑中發(fā)揮作用。脂質(zhì)缺乏apo AI顆粒的活化是否依賴于ABC1與apo AI之間的相互作用尚不清楚，也需要進(jìn)一步研究。ABC1缺乏時，缺乏脂質(zhì)的apo AI顆粒會因不能獲得細(xì)胞脂質(zhì)而迅速在血漿中被降解，導(dǎo)致新生HDL不能形成，HDL

11、的代謝也就不能進(jìn)行下去，這勢必會影響含apo B100脂蛋白的代謝。Tangier病人血漿LDL膽固醇降低，LDL中甘油三酯含量增加便是最好的例證。另外，一些遺傳缺陷如含apo B100脂蛋白的形成障礙、VLDL與HDL之間的極性脂質(zhì)轉(zhuǎn)移障礙等都會嚴(yán)重影響HDL代謝，其血漿HDL仍能達(dá)到一定的水平；而Tangier病人血漿HDL水平卻很低甚至完全缺乏，表明細(xì)胞脂質(zhì)在HDL形成中是必不可少的。為什么含apo B100脂蛋白的游離膽固醇和磷脂不能代替細(xì)胞脂質(zhì)參與HDL的形成，尚待研究。人們同樣感興趣的問題還有：能否在冠心病患者中找到敏感的、能降低HDL的基因變異；高效表達(dá)ABC1的轉(zhuǎn)基因動物可否增

12、加血漿HDL-C濃度，減少膽固醇在動脈粥樣硬化斑塊中沉積等。方定志（華西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)開放實驗室生物化學(xué)教研室，成都 610041）劉秉文（華西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)開放實驗室生物化學(xué)教研室，成都 610041）參考文獻(xiàn)1，Gofman JW, Lindgren FT, Elliott H. Ultracentrifugal studies of lipoproteins of human serum. J Biol Chem, 1948,179973977.2，Brown MS, Goldstein JL. Expression of the familial hypercholes

13、terolemia gene in heterozygotes： mechanism for a dominant disorder in man. Science, 1974,1856163.3，F(xiàn)ielding JF, Fielding PE Molecular physiology of reverse cholesterol transport. J Lipid Res, 1995,36211228.4，Brooks-Wilson A, Marcil M, Clee SM, et al. Mutations in ABC1 in Tangier disease and familial

14、 high-density lipoprotein deficiency. Nat Genet, 1999,223363455，Bodzioch M,Orso E,Klucken J,et al.The gene encoding ATP-binding cassette transporter 1 is mutated in Tangier disease.Nat Genet,1999,22347.6，Rust S, Rosier M, Funke H, et al. Tangier disease is caused by mutations in the gene encoding AT

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