影响高密度脂蛋白胆固醇水平的相关基因的研究进展

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(南华大学心血管疾病研究所，动脉硬化学湖南省重点实验室，湖南省分子靶标新药研究协同创新中心，医学研究中心，湖南 衡阳 421001)

·小专论·

影响高密度脂蛋白胆固醇水平的相关基因的研究进展

黄冲，唐朝克

(南华大学心血管疾病研究所，动脉硬化学湖南省重点实验室，湖南省分子靶标新药研究协同创新中心，医学研究中心，湖南 衡阳 421001)

高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平与冠状动脉疾病(CAD)风险呈负相关。HDL-C的水平受环境和遗传因素的双重影响，主要由遗传因素决定。三磷酸腺苷结合盒转运体A1(ABCA1)、卵磷脂胆固醇酰基转移酶(LCAT)、载脂蛋白1(ApoA-I)、脂蛋白脂肪酶(LPL)和血管生成素样蛋白3(ANGPTL3)的基因缺陷与HDL-C水平异常密切相关。本文主要综述了HDL-C水平与相关基因的关系，期望为CAD防治提供新途径。

高密度脂蛋白胆固醇；冠状动脉疾病；相关基因；遗传

冠状动脉疾病(coronary artery disease,CAD)的发病率呈逐年升高趋势，目前已成为全球第一位的死亡原因。高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)是CAD的一种主要保护因子，高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)水平与不良心血管事件发生的风险呈负相关，大量研究表明，当HDL水平降低1%时，CAD的发生率增加3%～4%[1]。HDL-C水平降低是心血管事件发生的独立危险因子，代谢综合征的表现之一就是出现HDL-C水平的降低，当HDL-C在40mg/dL以下时即被认为是低水平的HDL-C。流行病学研究表明，脂质水平受环境因素、遗传因素和人种差异的影响。在血脂表型分析中，约25%～80%的个体差异是由基因多态性引起。血浆HDL-C水平受遗传和环境因素的双重影响，但主要由遗传因素决定。本文重点围绕影响HDL-C水平的相关基因做一综述，为以HDL-C为靶点防治CAD提供新策略。

1 HDL的主要成分

HDL是一种体积最小、密度最大的血浆脂蛋白，其功能是把胆固醇从外周细胞转运到肝脏排出体外。大部分的HDL在血浆中以球型颗粒的形式存在，并且在体积、密度、载脂蛋白成分都存在差异。HDL的中心是一个含有胆固醇酯和少量甘油三酯(triglyceride,TG)组成的脂肪核，外面包绕由磷脂、未酯化的胆固醇、载脂蛋白(apoprotein,Apo)构成的表层。HDL的主要结构性蛋白是ApoA-I和ApoA-II，还含有其它蛋白成分，如卵磷脂胆固醇酰基转移酶(lecithin cholesterol acyltransferase,LCAT)、对氧磷酶1(paraoxonase 1,PON1)、血小板活化因子乙酰水解酶(platelet-activating factor acetylhydrolase,PAF-AH)、Apo E、ApoA-IV、胆固醇转移蛋白(cholesteryl ester transfer protein,CETP)和磷脂质转运蛋白(phospholipid transfer protein,PLTP)。在肝脏和小肠合成后，HDL释放入血并发生重构，继而可以从肝外细胞和其它类型的脂蛋白颗粒中接收更多的游离胆固醇。游离的胆固醇经LCAT酰化作用转变成疏水性的胆固醇酯，并整合到HDL颗粒核心中，最终产生体积更大的HDL颗粒。HDL颗粒也可以在CETP的作用下将自身含有的胆固醇酯与极低密度脂蛋白(very low-density lipoprotein,VLDL)中的TG交换，交换过来的TG又可以在肝脂肪酶的作用下发生水解，从而导致HDL颗粒变小。在血浆中，HDL以两种形式存在：HDL2和HDL3，HDL2密度低，仅含有ApoA-I一种Apo成分；HDL3密度大，同时含有ApoA-I 和ApoA-II。“HDL”和“HDL-C”通常可交换使用，但二者的意义却不同，“HDL”指脂蛋白颗粒的特性，而“HDL-C”代表的是检测水平。根据美国国家胆固醇教育计划标准，将HDL-C水平低于40 mg/dL定义成低水平的HDL或是低α脂蛋白血症(HA)；HDL-C低于20mg/dL称为极低HDL-C水平，这类患者常伴有重度高TG血症(TG>500 mg/dL)[2]。

2 影响HDL-C水平的相关基因

2.1三磷酸腺苷结合盒转运体A1 人类三磷酸腺苷结合盒转运体 A1(ATP binding cassette transporter A1,ABCA1)基因位于9s22-q31上，全长149 kb，包含50个外显子和49个内含子，其蛋白产物是一个具有 2261个氨基酸的膜整合蛋白质[3]。ABCA1含有两个跨膜结构域和两个核苷酸结合结构域，这种蛋白将细胞内的磷脂和胆固醇跨膜转运到贫脂或乏脂的ApoA-I进而生成HDL，并且在胆固醇逆向转运的初始阶段发挥着重要的作用[5]。ABCA1在多种组织和细胞中均有表达，本课题组一直致力于ABCA1的相关研究，我们发现诸多因子可以影响ABCA1的表达从而调节巨噬细胞胆固醇流出[4,5]。因此，ABCA1基因突变及单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)与HDL水平和CAD发生、发展密切相关。目前认为，ABCA1基因至少存在90 多种突变，大部分出现在外显子区域，少数出现在内含子区域，这些突变导致的最常见疾病是丹吉尔病(Tangier disease)和是家族性低α脂蛋白血症(familial hypoalphalipoproteinemia,FHA)，表现为HDL-C、ApoA-I水平显著降低和早发性CAD[6]。在丹吉尔病中，ABCA1基因的突变主要发生在跨膜结构域和核苷酸结合结构域，其与ApoA-I的结合以及HDL形成有关。ABCA1突变导致ApoA-I稳定性降低和HDL的分解代谢加快，从而使细胞胆固醇流出降低。此外，研究发现汉族人群中存在ABCA1基因R219K多态性，在R219K各基因型中，携带KK基因型人群的HDL-C水平明显高于RR、RK基因型携带者，而且其冠脉病变程度亦较低，可能是冠心病患者密切相关[7]。ABCA1基因R1587K多态性携带KK或者RK基因型的个体明显增加冠心病遗传易感性的风险，表明ABCA1基因R1587K多态性在冠心病发病中起着重要作用[8]。ABCA1基因rs2515602、rs2230806和rs4149313位点多态性与血脂水平有关[9]。ABCA1基因rs363717位点多态性与CAD有关联，携带G等位基因可能是CAD的保护因素[10]。这些研究结果提示，ABCA1基因的突变以及基因多态性不仅可以影响HDL-C水平，而且与心血管疾病之间存在着很大相关性。

2.2卵磷脂胆固醇酰基转移酶人类卵磷脂胆固醇酰基转移酶(lecithin cholesterol acyltransferase,LCAT)基因位于16号染色体q22区，包含6个外显子和5个内含子，全长为4.5kb。成熟的蛋白质含有416个氨基酸，分子量约为67kDa，分为α-LCAT 和β-LCAT 两种类型。作为脂肪酶超家族中的一员，LCAT主要在肝脏表达，脑和睾丸中亦有较低表达。LCAT可以酯化游离的胆固醇，有助于HDL成熟。LCAT 缺乏导致血浆及外周组织中游离胆固醇不能转变成胆固醇酯而显著增加，使得成熟HDL 颗粒无法形成，血浆中圆盘状HDL和ApoA-I 清除加速。LCAT基因纯合子突变导致LCAT完全性缺失，又称为家族性卵磷脂酰基转移酶缺乏征(familial lecithin-cholesterol acyltransferase deficiency,FLD)，而其杂合子突变引起鱼眼病(fish-eye disease,FED)。在这两种疾病中，HDL-C水平显著降低，LDL-C水平轻度降低，但TG水平增高。研究显示，遗传性LCAT缺乏杂合子个体动脉粥样硬化风险明显增加，超过88个位点突变可导致发生LCAT缺失综合症。根据患者的临床表现及对患者体内相关变异蛋白的功能分析，将LCAT的基因突变分为3种类型：(1)无效突变：LCAT催化活性完全丧失，临床表现为家族性LCAT缺乏症，LCAT表达水平完全缺失;(2)错义突变：LCAT催化活性完全丧失或仅α-LCAT活性缺失，临床上表现为家族性LCAT缺乏症，但LCAT表达水平正常或降低;(3)缺失突变：LCAT仅对LDL的催化活性缺失或对LDL和HDL催化活性部分缺失，LCAT血浆水平降低。LCAT编码区有3个多态位点，即608C/T、911T/C和1188T。已有研究显示，中国人群LCAT的608T等位基因可能与HDL代谢有关，其多态性可能是动脉粥样硬化性脑梗死的易感因素[11]。

2.3 ApoA-I 人类ApoA-I基因位于染色体的11q23-q24上，它是HDL主要的蛋白成分，约占HDL中蛋白质总量的65%～70%,它既是重要的结构蛋白又是重要的功能蛋白,而且也是某些受体的配基和生理活动(如酶促反应、细胞分泌脂蛋白)的重要参与者,在促进HDL成熟和胆固醇逆向转运过程中起着十分重要的作用。ApoA-I是LCAT的主要激活剂，LACT只有被ApoA-I激活后,才能使胆固醇酯化,从而进一步转变为成熟的HDL。此外，ApoA-I能与肝细胞膜表面的SR-BI结合,介导HDL中的CE被肝细胞摄取、转化、排泄。因此,ApoA-I在维持HDL结构和HDL-C水平中发挥着关键作用。本课题组前期研究表明，ApoA-I通过上调ABCA1表达，从而促进细胞内胆固醇流出及新生HDL形成，发挥抗动脉粥样硬化作用[12]。碱基缺失、重排及染色体异常等原因均可造成ApoA-I基因发生突变。当ApoA-I基因发生突变时，可引起家族性低脂蛋白血症，表现为HDL-C水平显著降低及早发性CAD。纯合子ApoA-I突变会导致完全性缺失ApoA-I以及HDL-C水平降低，而LDL-C和TG水平正常，并可出现黄色瘤或者轻微的角膜混浊；在杂合子患者中，尽管ApoA-I并不会完全缺失，但ApoA-I和HDL-C水平却只有正常值的50%，没有任何特殊的临床症状。此外，ApoA-I基因-75bp位点G被A取代及+83 bp位点C被T取代或G被A取代后，ApoA-I及HDL水平升高，从而导致个体发生CAD的风险降低。ApoA-I基因rs12721026多态性也可以影响HDL-C水平[13]。

2.4脂蛋白脂肪酶人类脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase,LPL)基因位于染色体8p22上，包含10个外显子和9个内含子，其蛋白编码产物含448个氨基酸。LPL主要在脏器实质细胞中合成，经一系列的加工和修饰，以二聚体的形式，在毛细血管内皮发挥作用。LPL主要水解乳糜微粒和VLDL中的TG，也可以促进HDL向其成熟形式转化，进而提高HDL-C水平。LPL缺乏症又称为I型高脂蛋白血症(家族性乳糜微粒血症)，是一种比较罕见的常染色体隐性遗传病，由于体内LPL的缺乏，导致严重的高TG血症及极低的HDL-C水平，临床表现为肝脾肿大、黄瘤、急性胰腺炎的循环发作等。LPL基因中存在多种突变，较常见的有碱基替换、重排、剪接位点的变异。在高TG血症患者中，Asp9Asn、Asn291Ser、Trp86Arg、Gly188Glu、Pro207Leu、Asp250Asn是LPL常见的基因突变类型，这些突变的发生与动脉粥样硬化密切相关。LPL基因的SNPs主要集中在第8内含子HindⅢ 、第6内含子PvuⅡ、第9外显子Ser447Ter等位点[14]，其中HindⅢ和PvuⅡ酶切位点多态性与低HDL-C水平及心血管疾病发生发展相关，是不良心血管事件发生的遗传易感性标志。

2.5血管生成素样蛋白3 血管生成素样蛋白3(angiopoietin-like protein 3,ANGPTL3)由位于1p31.3上的基因编码产生，包含7个外显子和6个内含子，其蛋白质由460个氨基酸组成,主要在肝脏中表达，具有血管生成素家族的特征性结构:氨基端的一个信号肽序列和一个卷曲螺旋区域、羧基端的纤维蛋白原同源结构域(氨基端卷曲螺旋结构参与脂质代谢的调节)，属于具有血管生成功能的分泌性蛋白家族成员之一。ANGPTL3是LPL的特异性抑制剂，通过抑制LPL介导的TG水解，使HDL-C水平降低。研究发现，ANGPTL3基因突变的KK/snk小鼠血浆HDL水平较KK肥胖小鼠升高。当人的ANGPTL3基因出现功能丧失性突变会导致混合型高脂血症，与正常人相比其血浆HDL-C水平升高[15]。ANGPTL3的rs11207997位点TT基因型携带者HDL、ApoA-I水平明显降低，而且其位点的SNP与代谢综合征的发生有密切关系，可以提高代谢综合征发病的风险[16]。动物实验研究证实，ANGPTL3、apoE双基因敲除小鼠TG的清除显著增加，HDL-C水平升高，动脉粥样硬化斑块面积也相应减少。

3 HDL-C水平降低的相关疾病

3.1罕见遗传病丹吉尔病、FHA、FED和FLD属于罕见遗传性疾病，这些患者最显著的特征是HDL-C水平降低或缺乏。丹吉尔病由纯合子ABCA1基因突变引起，患者血浆中几乎缺乏HDL-C，以致于胆固醇酯在多种组织中蓄积，扁桃体增大呈橘黄色。FHA由杂合子的ABCA1基因突变引起，HDL-C表现为中度降低(20-35 mg/dL)。FED患者只有α-LCAT的活性受损，其临床特征是角膜浑浊和HDL-C降低，而在FLD患者中，α-LCAT活性和β-LCAT活性均受损，进而抑制HDL和含有ApoB的脂蛋白酯化过程，临床表现为严重的角膜混浊、高血脂、贫血、蛋白尿和肾衰竭。HDL-C水平在<20 mg/dL以下认定为重度的HDL-C水平降低，丹吉尔病、FLD和ApoAI突变(以黄色瘤为特征)患者均可出现重度的HDL-C水平降低。

3.2代谢性疾病代谢综合征是CAD的一个重要风险因素。由于某些基因发生突变导致HDL代谢途径出现障碍，这一类患者表现为HDL-C水平降低。尼曼—匹克病(Niemann-Pick disease,NP)是一种由鞘磷脂酶基因突变引起的常染色体隐性遗传病，由于大脑缺乏神经鞘磷脂酶，神经鞘磷脂在网状内皮处的组织中聚集，使LCAT不能与HDL结合，导致HDL酯化障碍和HDL水平降低。高雪病(Gaucher’s disease,GD)是另一种由位于1号染色体上的GBA基因隐性突变而引起的代谢性疾病，以葡糖脑苷脂酶缺乏为特征。戈谢病患者常伴随代谢紊乱症状，其中包括脂代谢的紊乱，缺少葡糖脑苷脂酶可以引起脂质在细胞和某些器官中的聚集。聚集了葡糖脑苷脂酶的巨噬细胞会合成和分泌大量的ApoE，ApoE可以辅助胆固醇转入肝脏代谢，使得HDL-C在体内分解代谢的速率加快，导致血浆HDL-C水平降低[17]。糖尿病也是代谢综合症的一种表现形式，糖尿病患者尤其是在非胰岛素依赖型糖尿病(non-insulin-dependent diabetes mellitus，NIDDM)患者中经常出现TG水平增加和HDL-C水平降低[18]。对于在糖尿病患者中出现的低水平HDL-C，目前研究认为糖尿病患者本身所存在的胰岛素抵抗效应可能减弱了肝脏产生ApoA-I的能力，从而导致肝脏中脂质的流出发生了改变。

4 HDL-C水平升高的相关疾病

血浆中HDL-C水平降低会增加CAD患病风险，但单纯提高HDL-C的血浆水平，难以达到理想的保护心血管的效果。HDL-C的结构完整性比HDL-C血浆水平更重要。 HDL-C水平过高会引起家族性高α脂蛋白血症，主要表现为HDL-C水平高于正常同龄同性别人群HDL-C水平的90%[19]。大颗粒的HDL在CETP的作用下重构为小颗粒的HDL，CETP可以把VLDL中的TG与HDL中的CE交换，从而使TG在HDL颗粒中积蓄，胆固醇酯含量相应的减少，这种胆固醇酯含量较少的HDL颗粒经在循环中经肾脏清除，使循环中HDL-C含量下降[20]。缺乏CETP导致HDL的重构过程出现障碍使得HDL中的CE与VLDL中的TG之间的转运被抑制，引起HDL-CE含量升高，即大颗粒的HDL含量增加，但ApoAⅠ和ApoAⅡ水平降低。高α脂蛋白血症主要是由于CETP基因发生突变导致CETP的缺乏，最终引起HDL水平过高。CETP的缺乏升高了HDL-C的水平，同时也改变了HDL-C的结构使其功能发生障碍，因此CETP缺乏并不能发挥心血管保护作用。在高α脂蛋白血症患者中，血脂代谢的紊乱导致血浆中胆固醇和(或)三酰甘油水平升高，同时结构异常的HDL也大量增加。因此，高α脂蛋白血症会增加动脉粥样硬化及其他不良心血管事件的发生风险。

5 小结与展望

CAD是引起死亡和残疾的主要原因，HDL-C水平降低已经成为CAD发生的主要独立危险因素和显著特征。HDL-C水平受到遗传背景和环境因素的双重影响，但遗传因素是导致HDL-C水平异常的根源。ABCA1、ApoA-I、LCAT、LPL、ANGPTL3的遗传缺陷和某些代谢性疾病都与HDL-C水平的异常有着密切的关系。随着全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)的引入，将会有更多的与HDL-C水平相关的基因被发现。针对决定HDL-C水平的关键基因，通过基因疗法增加HDL-C水平可能成为CAD防治的新途径。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2017.03.021

2016-12-27；

2017-02-24

国家自然科学基金项目(81570408).

*通讯作者，E-mail：tangchaoke@qq.com.

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