前蛋白转化酶枯草溶菌素9的相关研究进展

毛承誉，卜 军（上海交通大学医学院附属仁济医院，上海 200127）

前蛋白转化酶枯草溶菌素9的相关研究进展

毛承誉，卜 军
（上海交通大学医学院附属仁济医院，上海 200127）

前蛋白转化酶枯草溶菌素9（Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9）基因是前蛋白转化酶中的一种，与胆固醇代谢息息相关的基因，是影响心脑血管疾病的重要因子，近年来关于PCSK9的研究逐渐增多，其生物学效应及在疾病中的作用日益受到关注。目前诸多研究证实PCSK9参与多种机体重要的功能，主要包括调节胆固醇代谢，促进肝脏再生，影响神经细胞凋亡，参与炎症反应等。本文就PCSK9在组织及器官上的表达和作用以及其与炎症反应和心肌梗死的关系做一综述。

PCSK9；基因表达；氧化应激；炎症反应；心肌梗死

PCSK9属于前蛋白转化酶家族，全身的大部分器官组织中都存在PCSK9[1]。近年来大量关于PCSK9的研究发现其主要的生物学功能是参与胆固醇代谢，调节血脂水平，其中PCSK9功能缺失型和功能获得型突变与胆固醇血症的发生密切相关。此外，还发现PCSK9在器官发育、细胞凋亡以及炎症过程中有着重要意义[2-3]。

1 PCSK9在器官及组织上的表达及功能

1.1 PCSK9在肝脏上的表达及功能

虽然PCSK9在全身的大部分器官组织中都存在，如肝肾脑脾及空回肠，只有肝脏中的PCSK9可分泌入血[4]。早期已有研究表明，人体肝脏中PCSK9含量最高，成年人肝脏中PCSK9水平与胎儿肝脏中的相比，后者更高，PCSK9的表达在肝脏生长发育时更加明显，由此判断在肝脏的再生过程中PCSK9发挥着一定的作用[5]。亦有研究发现在肝脏部分切除条件下，以PCSK9基因敲除的小鼠为实验组，正常小鼠为对照组，结果发现实验组小鼠的衰老率和死亡率明显高于对照组；两组小鼠免疫细胞比较，实验组增殖细胞核抗原出现时间明显晚于对照组，且表达量也低于对照组；并且在对照组小鼠的肝脏周边有坏死现象发生，该研究结论说明，正常小鼠肝脏细胞的再生能力较PCSK9基因敲除小鼠的强[6]。Petar等在近期发表的一项研究表明，PCSK9在肝脏上亚细胞群中的表达也各有不同，通过聚合酶链式反应、蛋白印记、亚细胞分离、免疫荧光等方法发现PCSK9-mRNA在肝癌FAO-1细胞系中表达最高，该类细胞中的低密度脂蛋白受体（LDL receptor，LDLR）表达也较高。而PCSK9的表达在产生载脂蛋白B（apolipoprotein B100，APOB）的细胞群中偏高，其次PCSK9在胎儿肝脏中的表达水平也具有较高水平，而PCSK9的表达受胆固醇水平的影响最大[7]。然而，至今，PCSK9作用于肝细胞表面导致LDLR降解的具体机制尚不完全明确。有关于人肝癌细胞来源的HepG2细胞的研究，提示淀粉样蛋白β前体样蛋白2抗体（APLP2）可能在介导PCSK9-LDLR复合物转运至溶酶体的过程中发挥重要的作用[8]。因此，目前有诸多PCSK9抑制剂在调节血脂代谢方面的研究，表面其能有效降低高胆固醇血症的发生，可能成为高效的新一代降脂药。

1.2 PCSK9在神经系统的表达及功能

PCSK9影响神经细胞的凋亡。PCSK9主要编码神经细胞凋亡调节转化酶1（NARC-1）蛋白，而NARC-1可以直接影响到神经细胞的凋亡。有学者研究PCSK9在神经细胞凋亡的作用机制，提示造成神经细胞凋亡的主要因素与PCSK9对体内载脂蛋白E受体水平的影响有关，因此，研究结果发现，与正常小鼠相比，PCSK9基因敲除小鼠的颗粒神经元细胞凋亡率较低。此外，在其余器官组织中的研究表明，PCSK9并不仅仅影响神经细胞的凋亡，对于其他细胞的损伤凋亡亦有一定的作用。有关PCSK9在人脐静脉内皮细胞凋亡信号传导通路中的研究，提示PCSK9对RNA具有干扰作用，上调可使凋亡蛋白量增加，下调可使凋亡蛋白量减少，并造成内皮细胞发生损伤、凋亡[9]。

PCSK9在神经组织内发挥的作用与肝脏不同。目前关于PCSK9在脑组织中的研究主要集中在体外实验或动物试验，在人体内的实验较少。在脑组织中PCSK9不同于肝脏，不与LDLR受体结合。在小鼠的发育期及成年期脑组织中，PCSK9与LDLR共同表达，但是在PCSK9基因敲除的小鼠脑组织中，LDLR水平与未敲除PCSK9基因的野生型小鼠相似。由此说明，PCSK9基因对小鼠脑组织中的LDLR影响极小。与肝脏的调节脂质代谢作用不同的是，PCSK9可以下调缺血性脑卒中小鼠的LDLR水平。小鼠小脑中多表达PCSK9、极低密度脂蛋白、载脂蛋白E受体，但仅有较少的LDLR，或者不表达LDLR。小鼠脑组织中PCSK9与极低密度脂蛋白、载脂蛋白E受体协同作用，调节神经系统的发育，中枢神经系统PCSK9的作用底物不明确，但是范围较为广泛[10]。

1.3 PCSK9在其他器官及组织的表达及功能

大量动物实验表明，动物机体脑组织中的PCSK9结合的细胞膜受体与肝脏的不同，因此表达作用不同。脑组织中PCSK9具有变化性，PCSK9的表达于胚胎时期具有短时间的高表达特点。胚胎时期在13.5天时，端脑中PCSK9的表达最高，而小脑中PCSK9表达最高时期则是在胚胎时期的17.5天至出生后的19天。PCSK9基因敲除小鼠胰岛中LDLR的表达明显高于正常小鼠，前者不但出现葡萄糖不耐受、血糖增高的现象，而且其胰岛形态发生异常，如：早期凋亡、出现炎症、发生畸形等，这些现象可说明PCSK9对维持胰岛正常功能具有重要意义[11]。

2 PCSK9与氧化应激及炎症反应的关系

PCSK9与血管炎症之间存在着一定的联系。大量研究表明，常见的心血管疾病，如：高血压、高血脂、糖尿病等以及吸烟均可导致炎症的发生，其中高血脂可使全身发生炎症反应。有研究人员通过动物实验，证实动物常常食用脂肪含量较高的食物，可导致体内IL-1、IL-6、TNF-α的表达增加[12-13]，且明显高于正常饮食的动物。而PCSK9对肝细胞LDLR具有降解作用，同时可降低血浆中LDL清除率，导致血脂水平不断升高，从而间接引发炎症反应[14]。

Feingold等以小鼠为研究对象，试验中小鼠体内注入内毒素，以刺激炎症反应的发生，结果发现 小鼠体内LDLR水平下降，而LDLR mRNA 水平未出现任何变化. 通过进一步的检测表明，当小鼠体内注入内毒素后，其肝细胞内PCSK9 mRNA的表达增加，且随着时间的推移，其增加更明显，毒素注入4 h增加2.5倍，注入时间达38 h增加12.5倍，而肾脏PCSK9 mRNA水平也发生了变化，增加了3倍[15]。常见可引起炎症的物质中，除了内毒素，还有松节油、酵母聚糖等，这些物质均对肝脏PCSK9的表达具有促进作用[16-17]。

在此基础上，有研究通过比较基线水平及脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的炎症条件下的凝素样氧化型低密度脂蛋白受体1（Lectin-like ox-LDL receptor-1，LOX1）和PCSK9表达水平，其结果显示，在LPS诱导的炎症状态下，在血管内皮细胞及平滑肌细胞上，PCSK9及LOX-1的表达较基线水平明显增高，且呈LPS浓度依赖型，而平滑肌细胞增高的程度高于血管内皮细胞。此外通过siRNA敲除的PCSK9细胞中，其LOX-1的功能和表达也有相应下降，反之亦然。而LOX-1基因敲除的细胞也呈现出较低表达的PCSK9水平，反之亦然。由此可见，炎症会增强LOX-1及PCSK9的表达，而lOX-1及PCSK9之间也存在相互影响[18]。

有研究表明[19]，OX-LDL可促进巨噬细胞炎症反应的发生，而此时PCSK9的表达明显增多，且相应的肿瘤坏死因子、白细胞介素-1等炎症因子分泌增多，后通过PCSK9干扰RNS使得PCSK9表达沉默后，降低了炎症因子的合成及分泌，从而抑制了炎症反应。还有研究[20]提示PCSK9能降解抗炎、抗凋亡作用的ApoE受体2。可见，炎症反应的发生与PCSK9具有一定的联系，但炎症反应本身即是一个极其复杂的病理过程，其具体的作用机制还未完全地被阐明，受到了临床研究者的关注，因此还需进行更多的相关研究，以进一步明确。

2.4 PCSK9与心肌梗死

心肌梗死属于一种严重类型的冠状动脉疾病，其发病率较高且逐年增加，具有发病急、病情重、病死率高的特点，严重威胁人类健康。关于心肌梗死候选基因研究的理论基础确定为其部分基因由于编码的蛋白质增加，从而导致心肌梗死的发病[21]。研究表明心肌梗死患者体内伴有SREBP-2活化现象，该转录因子于6 h、12 h时明显上升，这一发现说明心肌梗死对SREBP-2的表达具有上调的作用；HNF1-α因子的转录表达时间早于SREBP-2，而HNF1-α可调控PCSK9 mRNA的表达；于12 h后，PCSK9水平变化主要来自SREBP-2的影响。上述现象说明，SREBP-2、HNF1-α二者均对PCSK9的表达具有调控作用，且前者发挥调控作用的时间[22]早于后者。

近期由渥太华大学及埃默里大学发表的两项回顾性研究（OHGS及EmCB研究）显示，在OHGS研究中，共纳入3273例符合条件的冠心病患者，其中1371例存在急性心梗或心梗病史（799例心梗病史，572例急性心肌梗死），心梗组中有94例（6.8%）（45例急性心梗及49例心梗病史）未行他汀治疗。结果表明，45例未行他汀治疗的急性心肌梗死患者组中血浆PCSK9水平（363.56±140 ng/mL）明显高于398例无心梗相关冠心病组（302.06±91.3 ng/mL，p=0.004）。而在49例心梗病史患者组中，其PCSK9水平（315.96±107.5 ng/mL）与无心梗相关病史的冠心病组患者差异无统计学意义（p=0.977）。而相同的研究结论在EmCB研究中也得以体现[23-24]，可见，PCSK9水平在急性心梗病程中是有明显升高的，但PCSK9水平升高是在急性心梗发生前抑或是作为心梗事件的结果目前尚无进一步研究。

到2003年，第三个高胆固醇血症相关基因被发现，即PCSK9。这就使得PCSK9与心肌梗死的发生发展息息相关，明确PCSK9在心肌梗死中的重要作用。后期关于PCSK9在心肌梗死发生发展中的大量研究，提示缺乏PCSK9能明显延缓心肌梗死的发生，过量的PCSK9则加速心肌梗死的进展。具体机制考虑为肝脏中的PCSK9参与胆固醇代谢，在肝细胞表面降解低密度脂蛋白受体，进而减少其与LDL-C的结合，导致血液中LDL-C水平升高，诱发心肌梗死。而且PCSK9还可通过其他途径促进心肌梗死的发生，如与血管炎症之间也存在着一定的联系。尤其是抑制PCSK9的表达能明显降低机体LDL-C水平，减少高血压、高血脂、动脉粥样硬化等心血管疾病的发生，从而降低心肌梗死的发病率。因此，应该结合近年来国内外的相关报道，提高对PCSK9的全面认识，这对明确心肌梗死的发生机制，全新了解心肌梗死具有重要意义，为临床治疗开辟了一条新道路。

3 结 语

机体中胆固醇代谢的调节、肝脏再生、炎症反应、细胞的凋亡均与PCSK9有关，其对多种疾病的发病机制具有不同程度的影响。目前，人们认为导致胆固醇代谢发生异常有三大因素，而PCSK9表达异常为其中之一。因此，探讨、了解PCSK9的突变情况、分泌特点、所参与的生化代谢过程，对患心脑血管的风险，其严重程度以及引发胆固醇代谢发生异常的因素的评估具有重要意义。研究并制备抑制PCSK9药物可能成为今后预防、治疗高血脂、高胆固醇、高血压、动脉粥样硬化等疾病的主要方向，以此提高检测及治疗的成功率。

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