维持体内胆固醇稳态的重要膜蛋白

佟文娟，徐新，张社兵，陶军

· 综述 ·

维持体内胆固醇稳态的重要膜蛋白

佟文娟1，徐新1，张社兵1，陶军2

胆固醇是人体中必不可少的物质，体内胆固醇含量过高会引起动脉粥样硬化性心血管疾病及脂质代谢异常相关疾病，含量过低可引起血管脆性增加、激素缺乏、免疫力下降及癌症发病率增高等病理过程，因此，维持体内胆固醇稳态对人体健康至关重要［1］。人体内胆固醇代谢受多方面的调节，包括自身合成、小肠吸收、胆汁分泌、粪便排泄，其中一些膜蛋白在过程中发挥重要作用。

1　维持消化道胆固醇稳态的重要膜蛋白

体内胆固醇主要是通过肝脏合成和肠道吸收两种途径产生，小肠是其主要吸收场所，肝脏合成仅占20%～25%。

1.1NPC1L1是胆固醇在肠道吸收中的重要膜蛋白 尼曼匹克C1样蛋白1（NPC1L1）是尼曼-匹克样蛋白家族成员之一，主要分布在肠壁的刷状缘细胞，以近端空肠为主，在肝细胞微管膜上也有表达［2］。NPC1L1基因位于染色体7P13，含1359个氨基酸，属于多次跨膜蛋白，共有13个跨膜结构和3个大的胞外区段，其胞外段中存在1个含有5个跨膜结构（氨基端第3至7个跨膜区）的胆固醇敏感结构域（SSD）［3］，这种结构域亦存在于一些调节胆固醇代谢平衡的跨膜蛋白中，如NPC1、HMG-CoA还原酶、Hedgehog信号通路跨膜蛋白质受体Patched、SCAP［4］。

NPC1L1蛋白在小肠中主要是负责胆固醇和植物固醇的运载。目前研究认为NPC1L1对胆固醇的吸收主要是通过与蛋白表面上的NTD及SSD区域结合转运至胞内，运载至内质网从而发挥作用。NPC1L1在内吞循环体（ERC）和质膜之间循环移动，参与了胆固醇的负反馈调节。当胆固醇平衡时，NP1L1蛋白存在于ERC中；当胆固醇缺乏时，NPC1L1将从ERC移动至细胞膜上参与促进胆固醇的吸收［5］。Altmann等给予NPC1L1基因敲除小鼠以高胆固醇饮食，发现胆固醇吸收率下降约70%，且不能诱导出小鼠高胆固醇血症以及脂肪肝，这表明NPC1L1对胆固醇的吸收起重要作用［6］。

1.2ABCG5/8是胆固醇在肠道及胆道排泄的重要膜蛋白 三磷酸腺苷结合盒转运蛋白超家族（ABC超家族）是一类以ATP为能源对多种物质进行转运的膜转运蛋白，在体内胆固醇代谢中发挥重要作用。ABCG5和ABCG8是ABC超家族中的重要成员，分布在近端小肠上皮细胞的刷状缘和肝细胞，能通过小肠上皮细胞将胆固醇和植物固醇排入肠腔并将肝细胞内75%的胆固醇排入胆道，增加体内胆固醇的排泄［7］。

人类ABCG5/8基因位于染色体2p21，均只含有1个跨膜域和1个ATP结合区，属于ABC家族的半转运体，二者通过内质网形成二聚体后到达高尔基体，最终移动至细胞浆膜发挥作用。其单体均无生理功能，必须结合形成异二聚体才能发挥膜转运功能。若ABCG5/8其中一基因发生突变，都可导致β-谷固醇血症［8］。

近年研究表明，ABCG5/8在胆固醇代谢过程中包括小肠吸收和胆汁分泌中均发挥着重要的作用［9］。Yu等［10］在小肠和肝脏过表达ABCG5/ABCG8的转基因小鼠中发现其胆固醇吸收率下降50%，而粪便中的固醇含量上升3-6倍。Ma等［11］在研究膳食钙含量对调节固醇类代谢相关蛋白的实验中发现，通过提高钙的摄取能明显上调ABCG5/8的表达，同时降低小肠对胆固醇的吸收。Dikkers等［7］通过注射携带ABCG5和ABCG8基因的腺病毒，发现注射4 d后该组小鼠的胆汁胆固醇分泌量较普通小鼠高4倍。两年后该研究团队又证实了在最大限度刺激胆盐生成的条件下，肝细胞上的ABCG5/8d蛋白表达量是胆汁胆固醇分泌量的决定因素［12］。然而ABCG5/8对胆固醇的调节机制尚不十分明确。

2　维持血管内胆固醇稳态的重要膜蛋白

外周巨噬细胞、血管平滑肌细胞和血管内皮细胞通过不断摄取累积胆固醇和脂质，形成泡沫细胞，促进动脉粥样硬化形成。通过胆固醇逆转运（RCT），将外周细胞中的胆固醇通过某些膜蛋白转移至细胞外，运输至肝脏，伴随胆汁进行代谢，此过程有效降低血浆中胆固醇的含量，防止血管壁巨噬细胞泡沫化，对维持胆固醇稳态及抗动脉粥样硬化具有重要的作用［13］。大量研究表明，ABC超家族及清道夫受体超家族对血浆中胆固醇的转运及RCT起调控作用。

2.1ABC超家族是调节RCT的重要膜蛋白

2.1.1ABCA1蛋白 三磷酸腺苷结合盒转运蛋白A1（ABCA1）是ABC超家族中的另一成员。人类ABCA1基因位于染色体9q31，分子量约为254kD。ABCA1为膜蛋白，其分子结构分为左右两个半球，每个半球包含1个跨膜域和1个核苷酸结合域（NBD），每个跨膜域含6个螺旋结构，NBD可以结合并水解ATP从而提供能量［14］。

ABCA1主要是对RCT及磷脂代谢起重要作用，ABCA1通过介导细胞磷脂和胆固醇流出，将其结合至细胞膜表面贫脂或无脂的载脂蛋白apoA-I，形成高密度脂蛋白胆固醇（HDL）后转运至肝，从而启动了RCT［15］。米非司酮能促进ABCA1高效表达，Vedhachalam等［16］将经米非司酮处理后的ABCA1转染至BHK细胞，并与apoA-I孵化，发现细胞内磷脂和胆固醇流出显著增加，而未经apoA-I孵化的米非司酮处理组细胞则无此现象，说明ABCA1能够将胆固醇转运至apoA-I而形成HDL的。少量的apoA-I结合至细胞膜的ABCA1上，使磷脂及胆固醇转移至细胞膜外侧，形成具有apoA-I高亲和性结合区域，apoA-I内陷俘获胆固醇和磷脂生成新生HDL颗粒，然后以胞吐形式将其排出细胞外，再转运至肝脏进行代谢，从而减少外周巨噬细胞内胆固醇的积聚，减少斑块形成，对抗动脉粥样硬化形成具有重要的作用［17］。

2.1.2ABCG1蛋白 三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G1（ABCG1）也是ABC超家族的一员，在RCT过程中与ABCA1发挥协同作用。人类ABCG1基因位于第21号染色体上，分子量约76KD，是1个跨膜半转运体。ABCG1单体必须相互结合形成ABCG1-ABCG1同源二聚体或与ABCG4结合形成ABCG1-ABCG4异二聚体才能发挥生物学作用［18］。ABCG1主要起接受体的功能，将细胞内胆固醇及磷脂转运至胞外。

研究表明，给予ABCG1基因敲除小鼠高胆固醇饮食后外周巨噬细胞脂质堆积，泡沫细胞形成增多，胆固醇流向HDL途径受损，显著降低了RCT的功能［19］。Wang等［20］证实了ABCG1能够介导胆固醇流向成熟的HDL，但不介导胆固醇流向贫脂或无脂的apoA-I。用3H-胆固醇与转染ABCG1的细胞及血浆胆固醇共孵育，发现3H-胆固醇流向HDL2和HDL3，当转染细胞与apoA-1共孵育时，3H-胆固醇并没有流向apoA-I，证明了ABCG1的作用主要是介导细胞内胆固醇流出与HDL-2、HDL3、成熟HDL结合，而不是与apoA-I结合［21］。

综上研究，可认为ABCG1表达下调能够促进动脉粥样硬化形成。Out等［22］亦证实敲除ABCG1基因小鼠的外周血胆固醇增多，动脉粥样硬化疾病增加。然而部分研究发现ABCG1基因敲除能显著减少LDLR-/-小鼠体内动脉粥样硬化的发生。Edwards等［23］发现敲除ABCG1基因后，小鼠外周血胆固醇减少，动脉粥样硬化病变减少，且发现其巨噬细胞中部分凋亡基因表达上调，表明ABCG1基因敲除小鼠是通过增加巨噬细胞的凋亡而减少动脉粥样硬化发生的。通过上述研究可发现，ABCG1对于外周巨噬细胞的调控作用十分复杂，其机制尚不十分明确。

2.2清道夫受体超家族是血管壁摄取胆固醇及RCT的重要膜蛋白 清道夫受体（SR）属于糖蛋白受体，位于细胞膜表面，广泛分布于巨噬细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞、单核细胞、血小板及上皮细胞。目前已发现有10类清道夫受体，其基因分布在不同染色体上，同源性低，具有摄入和运输脂质、细胞粘附、吞噬凋亡、固有免疫以及信号传导等功能［24］。部分清道夫受体具有吞噬修饰低密度脂蛋白胆固醇的能力，改变血浆中胆固醇的含量及促进泡沫细胞的形成，其中以A类清道夫受体（如SR-AI、SR-AII）显著；而B类清道夫受体中的SR-BI可作为高密度脂蛋白受体，对RCT过程有重要的调控作用。

2.2.1A类清道夫受体SR-A A类清道夫受体对维持血液中胆固醇浓度具有重要作用。人类SR-A基因位于染色体8p22，约80kD，由于选择性剪切，可将SR-A分为SR-AI、SR-AII和SR-AIII三种亚型。SR-A有6个不同的功能结构域，包括N末端胞浆域、跨膜域、α-螺旋曲域、间隔域、胶原蛋白样域、特异性C末端。SR-AI含有富含半胱氨酸的α-螺旋曲域，而SR-AII缺乏此结构，被约6-17个C-末端氨基酸残基取代。SR-AI/II均位于细胞膜表面，功能基本相同，主要是巨噬细胞结合氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）及乙酰化低密度脂蛋白（ac-LDL）的特异性受体。SR-AI/II在内质网中进行N末端糖基化及排列成三聚体，三聚体在细胞表面与修饰后LDL等结合后，内吞形成小泡并转移至细胞内，在酸性环境中，LDL被释放，SR-AI/II循环至细胞表面。而SR-AIII则位于内质网中，不结合胞外配体，可能通过与SR-AI、SRAII型肽链形成异源三聚体，起阴性调节作用［24］。

SR-A主要介导胆固醇吞噬，Tsukamoto等［25］发现在动脉粥样硬化斑块中SR-A呈高表达，LDL与SR-A结合后转运至巨噬细胞内使胆固醇堆积，最终导致泡沫细胞的形成。研究表明，通过转入SR-AI/II基因，小鼠腹腔内巨噬细胞对ox-LDL的摄入和胆固醇的积聚能力较正常增加了2倍，泡沫细胞形成的数量增加了4倍，而SR-A基因敲除的小鼠动脉粥样硬化发生率明显减少。同时敲除apoE、SR-A基因发现小鼠血浆中胆固醇水平升高，但动脉粥样硬化斑块面积反而减少60%，推测可能是由于SR-A基因敲除后，小鼠巨噬细胞摄取ox-LDL的能力下降，使泡沫细胞形成下降［26］。Babaev VR等［27］在抑制SR-AI/II表达的小鼠高脂饮食后，发现与野生型小鼠相比，其动脉粥样硬化斑块面积减少80%。Li等［28］发现黄连素能够上调apoE基因以及巨噬细胞SR-A的表达，促进泡沫细胞的形成，使动脉粥样斑块明显增加。因此SR-A的表达不但影响血浆中胆固醇的含量，同时对动脉粥样斑块的形成也有重要的作用。

2.2.2B类清道夫受体SR-BI、CD36 B类清道夫受体在胆固醇研究方面主要集中在SR-BI和CD36。研究发现，SR-BI除了结合ox-LDL外，还可结合LDL及HDL，这提示SR-BI在脂代谢调节中的作用机制可能与其他SR不同［29］。

人类SR-BI基因位于染色体12q24，约75kD，SR-BI的结构呈马蹄形，由1个胞外域、2个跨膜域、2个胞浆域构成。与其他类型清道夫受体不同，SR-BI位于细胞膜上，介导RCT过程的双向转运，一方面介导胆固醇从外周细胞流出与HDL结合转运至肝脏，另一方面介导胆固醇从高密度脂蛋白中选择性摄取至肝脏和类固醇生成组织中，对血浆胆固醇的调节具有重要作用［30］。BorisL.Vaisman等［31］通过比较在血管内皮细胞和肝细胞均表达SR-BI的小鼠及和只有肝细胞表达SR-BI的小鼠，发现前者的血浆总脂质（包括HDL）上升36%～76%，说明内皮细胞通过SR-BI将细胞内脂质转运至血液中。Qiu Y等［32］发现给予成年雄性C57BL/6小鼠喂养胆固醇饮食2周后，血浆中胆固醇含量增高，同时肝组织SR-BI mRNA及蛋白表达上调，SR-BI更多地分布在细胞膜或细胞膜附近的脂滴处，证实肝组织SR-BI对于血浆胆固醇具有剂量调节效应，可将血浆中过多的胆固醇摄取入肝脏行进一步清除的作用。

人类CD36基因位于染色体7q11.2，约78-88KD。CD36也包括1个胞外域、2个跨膜域和2个胞浆域。CD36与SR-A的功能相似，位于细胞膜上，可无限地摄取ox-LDL进入胞内，从而促进巨噬细胞向泡沫细胞转化。但与SR-A不同，CD36是与ox-LDL的脂质部分结合。在血浆中氧化和乙酰化修饰LDL代谢的作用中，SR-A和CD36约占75%～90%，其中血浆中的ox-LDL主要是由CD36摄取［33］。Pin等［34］发现给予CD36基因敲除小鼠高胆固醇饮食4周后，血浆胆固醇含量较野生型小鼠增加约1.5～1.7倍，给予4周普通饮食，其血浆胆固醇含量仍增加约1.3～1.6倍。同时还发现实验组小鼠的巨噬细胞ABCA1蛋白总量无明显改变，而膜ABCA1蛋白则增加了2倍，说明通过抑制CD36的表达不仅可降低血浆胆固醇含量，同时还能够促进ABCA1介导的逆转运过程。

3　展望

随着我国人民生活水平的提高及饮食习惯的变化，人体内胆固醇失衡常表现动脉粥样硬化及高脂血症。NPC1L1、ABC超家族、清道夫受体超家族被视为维持胆固醇代谢的重要膜转运蛋白，可成为治疗胆固醇失衡的药物研发新靶点，为动脉粥样硬化疾病及高脂血症提供更有效的治疗。

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本文编辑：田洪榛，田国祥

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