家族性高胆固醇血症致病基因PCSK9的研究进展

颜　丽，杨兰生(综述)，何津春，车团结(审校)

(1.兰州大学 a.第一临床医学院，b.生命科学学院，兰州730000； 2.兰州大学第一医院 a.病理科，b.医学检验中心，兰州730000)

家族性高胆固醇血症致病基因PCSK9的研究进展

颜丽1a△，杨兰生2a(综述)，何津春1a,2b※，车团结1b(审校)

(1.兰州大学 a.第一临床医学院，b.生命科学学院，兰州730000； 2.兰州大学第一医院 a.病理科，b.医学检验中心，兰州730000)

摘要：家族性高胆固醇血症(FH)是一种常染色体单基因显性遗传性疾病，其主要的临床特征为血浆低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平明显升高、肌腱或皮肤黄色瘤、早发冠状动脉粥样硬化和冠状动脉粥样硬化性心脏病等。人类枯草溶菌素转化酶9(PCSK9)基因是FH的致病基因之一。PCSK9 通过调节低密度脂蛋白受体在肝脏降解，从而间接调节LDL-C水平。PCSK9基因突变可分为失功能性突变和功能获得性突变，是目前降脂药物的研究热点。

关键词：家族性高胆固醇血症；人类枯草溶菌素转化酶9；低密度脂蛋白受体；低密度脂蛋白胆固醇

家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia,FH)纯合子发病率为1/100万，患者在儿童时期便可发生心血管疾病，如不治疗大多数在30岁之前去世；杂合子发病率为1/500，患者症状较轻，心血管疾病发病年龄一般可延迟到40～50岁[1-2]。FH主要的致病基因为低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor，LDLR)，但仍有20%～35%为其他基因突变导致[3]，如载脂蛋白B100基因、人类枯草溶菌素转化酶9(proprotein convertase subtilin/kexin type 9,PCSK9)基因等。现就PCSK9的生物学功能、基因结构及PCSK9基因突变与血脂异常及临床疾病相关性的研究进展予以综述。

1PCSK9的基因结构与生物学功能

PCSK9基因位于人类染色体1p32,约22 kb,其中含有12个外显子，编码含692个氨基酸的糖蛋白。该糖蛋白又称为神经凋亡调节转化酶1，属于前蛋白转化酶家族，是丝氨酸蛋白酶K亚类的独特前蛋白转化酶，其结构主要由信号肽、前体肽、催化区域和富含半胱氨酸组氨酸的C端构成[4]，主要表达于肝脏，其次为小肠、肾脏和脑[5]。PCSK9主要合成于内质网中，在内质网中首先形成一个大小为74 000的前体蛋白，并以一过性可溶性酶原的形式存在，然后在第152位氨基酸残基处进行自身催化裂解，在其N端释放14 000的前肽，最终形成大小为60 000含540个氨基酸的成熟蛋白，经转运到达高尔基体进行乙酰化等修饰后分泌并储存在血浆中[6-9]。

LDLR分子的表皮生长因子前体同源域由表皮生长因子样重复序列(表皮生长因子A、B、C)构成。正常情况下，血浆PCSK9在肝细胞表面通过富含半胱氨酸、组氨酸的C端与LDLR富含半胱氨酸的表皮生长因子A区域结合，通过细胞内吞作用进入细胞的核内体，在核内体的酸性环境中(pH为5～6)，PCSK9与LDLR之间的亲和力增强，约为pH 7.0时的50倍，两者结合更加牢固[10-13]。然后，PCSK9护送LDLR到达溶酶体进行降解，通过减少细胞表面LDLR从而间接调节低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C)水平。PCSK9基因过表达可增加肝脏对LDLR基因转录之后的降解作用，调节LDLR转录后水平，使机体通过LDLR清除胆固醇的作用减弱，导致血浆LDL-C水平升高,从而引起动脉粥样硬化及心血管疾病[11]。

2PCSK9与血脂代谢异常

PCSK9是FH致病基因之一，当PCSK9基因发生突变时则可导致血脂水平异常，尤其是LDL-C水平。截止2011年2月，英国FH基因突变数据库(http://www.ucl.ac.uk/ldlr/)的数据显示，已发现的PCSK9突变数达163种，其中特殊突变为101种。

根据PCSK9基因突变对LDL-C水平影响不同，PCSK9基因突变可分为失功能性突变和功能获得性突变(图1)[14]。

PCSK9：人类枯草溶菌素转化酶9;LDL-C:低密度脂蛋白胆固醇；图中所示为PCSK9的4个结构域：信号肽(SP)、前体肽(PRO-DOMAIN)、催化区域(CATALYTIC DOMAIN)和C端(C-TERMINAL DOMAIN)，↑所指的为功能获得性突变，↓所指的为失功能性突变

图1PCSK9常见基因突变

2.1失功能性突变PCSK9基因失功能性突变主要导致PCSK9合成、自身催化裂解、成熟和分泌障碍，使其在血浆中的水平降低，对肝细胞表面LDLR降解减少，机体摄取并降解血浆LDL-C的作用增强，最终引起胆固醇降低。常见的失功能性突变有R46L、Y142X、L253F、C679X等。

研究显示，在细胞内PCSK9的Y142X突变可抑制其合成，L253F突变可抑制其自身催化裂解，而C679X突变则可抑制蛋白的正常折叠，最终结果为抑制PCSK9从细胞内分泌出来，从而影响PCSK9的功能，使血浆中总胆固醇(total cholesterol,TC)、LDL-C水平降低[15]。Cohen等[16]研究显示，C679X和Y142X突变可使LDL-C水平降低28%，冠心病发病危险降低88%，R46L突变可使LDL-C水平降低15%，冠心病发病危险降低47%。在之后的报道中也证实了R46L突变与LDL-C呈负相关，其主要机制可能是PCSK9与LDLR之间的亲和力降低[17-18]。

PCSK9基因突变存在种族差异。研究发现，在加拿大白种人中，发生在信号肽的L10Ins突变和前体肽的A53V突变相关，引起连锁不平衡，失功能性突变L10InsA53V的基因频率较高并伴有低LDL-C水平，然而此现象在非裔加拿大人中并不存在[18]。Cohen等[16]的研究显示，在3363名美国黑人中检测到无义突变Y142X和C679X，分别占1.8%和0.8%，而在9537例美国白人中分别只有2例和4例检测到上述突变，同样，在美国白人中有3.2%检测到序列突变R46L，而在美国黑人中只有0.6%检测到该突变。

2.2功能获得性突变PCSK9功能获得性突变导致PCSK9对LDLR的降解作用增加，细胞表面LDLR数量减少，机体对LDL的摄取不足，血浆LDL-C水平升高，最终导致高胆固醇血症，进而引发心血管疾病。常见的功能获得性突变有D374Y、S127R、D129G、E670G等。

其中，D374Y突变是一种较为严重的突变形式，与野生型相比，D374Y突变可使PCSK9与LDLR之间的亲和力升高25倍[19]，从而减少细胞表面LDLR数量，使其升高血清胆固醇水平的能力更强，形成粥样斑块更广泛[20]。研究显示，功能获得性突变S127R和D129G可使PCSK9自动催化裂解功能以及分泌功能减弱，但与这两种功能均正常的A168E突变相比，S127R和D129G能更明显降低LDLR的表达以及LDL与细胞结合能力，因此提示PCSK9介导的LDLR抑制作用可能不需要其催化裂解及分泌，而直接在细胞内发挥作用[21]。

Futema等[22]对FH患者LDLR/载脂蛋白B/PCSK9基因进行全外显子测序，通过全基因组关联研究分析，在检测出有基因突变的英国患者中，约1.7%为PCSK9基因功能获得性突变。2007年我国首次报道，在FH患者中检测发现PCSK9基因R306S错义突变，可能与PCSK9功能增强进而导致LDLR 代谢异常并出现心血管系统早发动脉硬化有关[23]。在高胆固醇血症患者PCSK9基因第6外显子发现错义突变D320N、V312F、R319E和框移突变934delGV312S，这些患者均有心血管疾病家族史，可见这几种突变与TC、LDL-C升高密切相关，可能引起PCSK9功能增强，导致LDLR代谢异常，血浆胆固醇水平升高[24]。

国内研究表明，发生在PCSK9基因第12号外显子的E670G突变可引起血清TC、LDL-C水平升高，同时E670G等位基因频率在中国台湾白裤瑶族和汉族之间存在种族差异，白裤瑶族人的G等位基因频率低于汉族人[25-26]。Aung等[27]研究了饮酒后E670G多态性对血浆TC、LDL-C水平的影响，结果显示，饮酒者与非饮酒者相比有较低的TC、LDL-C和载脂蛋白B水平，且饮酒对AA型基因的作用比AG型基因更大，使其TC水平较AG型更低。

3PCSK9与临床疾病

高胆固醇水平可促进肿瘤细胞的生长和转移[28-31]，PCSK9 失功能性突变可降低黑色素瘤在肝脏的转移[32]，主要是由于这类突变可降低胆固醇水平、抑制肿瘤细胞的生长以及增强肿瘤坏死因子α介导的细胞凋亡。

促甲状腺激素不仅可作用于甲状腺，还可作用于其他器官，如促甲状腺激素可上调肝脏3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶的表达，参与胆固醇的代谢[33]。Gagnon等[34]也发现在甲状腺功能正常的机体内，促甲状腺激素升高与血浆中PCSK9相关，两者呈正相关，但在甲状腺癌切除术联合射频消融治疗的患者，给予人工甲状腺刺激素急性升高促甲状腺激素后，机体PCSK9水平并未有明显改变，促甲状腺激素是否可上调PCSK9仍有待进一步研究。

阿尔茨海默病，又叫老年性痴呆，是一种神经退行性疾病，引起这种疾病的一个重要因素是β淀粉样蛋白肽过度生成和在大脑内的累积。PCSK9可能降解β淀粉样前体蛋白裂解酶1，这种酶是生成β淀粉样蛋白肽的关键酶，因此PCSK9 可通过这一途径抑制神经元细胞的凋亡[35]。同时，氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein,ox-LDL)也是神经退行性疾病细胞凋亡的关键诱因之一，PCSK9基因表达与ox-LDL诱导的巨噬细胞和内皮细胞凋亡呈正相关，ox-LDL 可上调PCSK9，促进神经元细胞的凋亡[35-36]。PCSK9这种调节细胞凋亡的双重性作用在阿尔茨海默病的发展中至关重要。PCSK9 siRNA也可通过Bcl/Bax-caspase9-caspase3途径抑制ox-LDL诱导的人脐静脉内皮细胞和巨噬细胞凋亡[36]。

4PCSK9与临床降脂药物治疗

动物实验显示，小檗碱具有明显的调节血糖、血脂代谢的作用[37]，可通过固醇调控元件结合蛋白2途径增加PCSK9的表达[38]，升高血浆PCSK9水平，从而降低LDL-C水平。目前临床常用的降脂药物，如伊替米贝、血脂康、匹伐他汀均可使血中PCSK9水平明显升高，且当伊替米贝和匹伐他汀联合使用时PCSK9水平升高更显著，这种升高往往优先于血脂的改变，限制了降脂药物的作用[39]。对此，正在研发的PCSK9抑制剂单克隆抗体则可能解决这一问题，血脂异常患者使用PCSK9抑制剂效果可能更好。目前正在研究的PCSK9抑制剂——单克隆抗体Evolocumab是一种IgG2抗体，Ⅰ期及Ⅱ期临床试验均显示Evolocumab可以明显降低LDL-C水平[40-41]。Blom等[42]在Ⅲ期临床试验中证实这一结论的同时，提示对于接受高剂量他汀类药物治疗的患者，PCSK9抑制剂进一步上调LDLR的能力会降低，并且提示Evolocumab最常见的不良反应是鼻咽炎、上呼吸道感染、流感和背部疼痛等。

5问题与展望

虽然目前人们已进行了很多关于PCSK9的研究，对PCSK9 有了较多的了解，但仍有许多领域未被发现，需要进一步的探究。如PCSK9与多种临床疾病(如肿瘤、阿尔茨海默病等)相关，但PCSK9基因突变与PCSK9表达水平、血脂异常、神经元细胞凋亡以及其他临床疾病之间的联系还不是很明确，需要进一步的研究和证实。同时，PCSK9参与胆固醇代谢，与LDLR的相互作用的具体机制还不明确，有待于更深层次的研究。PCSK9是FH的致病基因之一，可通过降解LDLR调节血浆胆固醇水平，是目前高胆固醇血症治疗药物研究的重要靶点。但是，由于研究时间较短、PCSK9功能复杂，未能长期观察PCSK9抑制剂对血浆PCSK9和脂质的影响，对其分子机制也有待进一步的研究和探讨。

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Research Progress on the Virulence Genes of Familial Hypercholesterolemia:PCSK9YANLi1a,YANGLan-sheng2a,HEJin-chun1a,2b,CHETuan-jie1b.(1a.FirstSchoolofClinicalMedicine,1b.CollegeofLifeScience,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China; 2a.DepartmentofLaboratoryMedicine,2b.Departmentofpathology,theFirstHospitalofLanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)

Abstract:Familial hypercholesterolemia(FH) is an autosomal monogenic dominant genetic disease,the main clinical features of which are significant plasma low-density lipoprotein cholesterol(LDL-C) levels increase,tendon or yellow skin tumor,early coronary atherosclerosis and coronary heart disease,etc.Proprotein convertase subtilin/kexin type 9(PCSK9) is one of the virulence genes of FH.PCSK9 regulates the LDL-C degradation in liver,thus indirectly regulates LDL-C level. PCSK9 gene mutation includes function losing mutation and function acquiring mutation,which is currently a hotspot of lipid-lowering drugs research.

Key words:Familial hypercholesterolemia; Proprotein convertase subtilin/kexin type 9; Low-density lipoprotein receptor; Low-density lipoprotein cholesterol

收稿日期：2015-01-04修回日期：2015-06-15编辑：伊姗

基金项目：国家科技攻关计划(2002BA711A08-17)；教育部科技基础平台建设(505015)；甘肃省自然科学研究基金(1308RJZA218，1302FKDA034)；甘肃省科技厅课题(2011y0217)；甘肃省横向课题(2012620111000212)；甘肃省戒毒管理局横向课题(2014-02)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.002

中图分类号：R589.2

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)21-3844-04