氧化固醇与氧化固醇结合蛋白的研究进展

臧 蔚 刘 昊

华北理工大学基础医学院 河北唐山 063000

氧化固醇与氧化固醇结合蛋白的研究进展

臧 蔚 刘 昊

华北理工大学基础医学院 河北唐山 063000

脑梗死 氧化固醇 氧化固醇结合蛋白

随着人口老龄化的增加，我国的脑卒中发病率不断上升，最常见的缺血性卒中类型是动脉粥样硬化血栓形成性脑梗死，以动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)等原因引起的血管壁病变为基础，而血管内皮细胞损伤和功能障碍是引起早期动脉硬化的核心环节，氧化型低密度脂蛋白是损伤内皮细胞导致AS形成的关键原因之一。巨噬细胞通过聚集胆固醇、产生炎症介质和细胞因子，在AS的病理过程中起重要作用。氧化固醇(ChdesterolOxides,Ch-Ox)能从多方面影响巨噬细胞的生物学功能:不仅仅能够介导胆固醇的分解代谢，还具有调节脂质代谢、免疫及细胞毒性等生物学功能。这些功能都是通过Ch-Ox感受器介导，其中氧化固醇结合蛋白相关蛋白家族(oxysterolbindingprotein-relatedproteins,ORPs)是其中重要一种。

1 Ch-Ox

1.1Ch-Ox一般特征Ch-Ox是27-碳胆固醇衍生物或者胆固醇合成物的副产物，通过酶或者非酶机制产生。次要的Ch-Ox是由酶(这些酶主要是线粒体或微粒体的细胞色素450家族酶)催化产生，包括27-，24-，和7a-羟基氧化固醇，是胆汁酸和类固醇激素生物合成的中间产物[1]；由酶催化产生的Ch-Ox还有25-羟基胆固醇(25-hydroxycholesterol，25-OHC),它用于胆固醇稳态的控制，据报道，25-OHC可以诱导内质网应激和巨噬细胞凋亡[2]。主要的Ch-Ox是通过非酶机制催化产生的，如7-酮基胆甾醇(7-ketocholesterol，缩写7KC)、7-羟基氧化固醇等。通常胆固醇氧化成Ch-Ox显著的降低了它的半衰期，指示它进入排泄或进一步被氧化成胆汁酸。Ch-Ox与胆固醇结构、功能相似，但是由于Ch-Ox的亲水性增加，会使它们移动更加迅速，更快地达到胞浆受体。与胆固醇相比，Ch-Ox常以很低的数量存在或循环在健康的哺乳动物组织中。Ch-Ox富集常与某种病理情形相关的，例如巨噬细胞、泡沫细胞的形成和AS损伤。

1.2Ch-Ox与AS的关系AS是心血管系统疾病中最常见的疾病，也是危害人类的常见病。AS主要累及大中动脉，基本病变是动脉内膜的脂质沉淀、粥样斑块形成致管壁变硬、管壁狭窄，并引起一系列继发性病变。近年来，有学者们认为AS实质上是一种慢性炎症性疾病，单核巨噬细胞、淋巴细胞、树突状细胞和中性白细胞参与血管壁的免疫反应，细胞免疫、体液免疫及许多炎症因子参与了AS的发生过程。AS的发生是以脂质颗粒在内膜的蓄积和修饰为起点的[3]。目前认为氧化低密度脂蛋白(Oxidizedlowdensitylipoprotein，Ox-LDL)是最重要的致粥样硬化因子，是损伤内皮细胞与平滑肌的主要因子。Ox-LDL不能被正常的LDL受体识别，能被巨噬细胞清道夫受体识别而快速摄取，促进巨噬细胞形成泡沫细胞。Ox-LDL中含有大量的Ch-Ox，而且认为Ox-LDL的毒性主要来自于Ch-Ox(包括25-OH、5，6β-epoxide等)。Ch-Ox导致内皮损伤，平滑肌细胞、巨噬细胞凋亡，它是Ox-LDL致粥样硬化的主要活性成分之一。目前，Ch-Ox以非常低的浓度存在于组织里，却是细胞中具有强烈信号的分子。不论是人类还是动物模型中，在AS斑块中,Ch-Ox的浓度都比血浆中高很多，而且斑块中的Ch-Ox都是以酯化形式存在。

1.3Ch-Ox与脂质代谢的关系Ch-Ox调节很多生物活性，很多已经被广泛的研究，包括蛋白质异戊二烯化、血小板聚集、脂质代谢和胆固醇浓度等。Ch-Ox对胆固醇的动态平衡的影响，都是通过专门的Ch-Ox感受器介导的，已经发现的感受器有肝X受体(liverXreceptors，LXRs)、固醇调节元件结合蛋白(sterolregulatoryelementbindingproteins，SREBPs)、氧化固醇结合蛋白(Oxysterolbindingprotein，OSBP)及其相关蛋白家族(ORPs)，其中OSBP/ORPs主要参与胆固醇及Ch-Ox的转运，调节脂质代谢和信号转导[4,5]。

1.3.1Ch-Ox是LXRs的激活剂 调节脂质代谢，Ch-Ox需要“受体”。此前已报道了多种Ch-Ox受体，其中最重要和最广泛的受体是LXRs，LXRs包括LXRα和LXRβ，它们是两个核受体蛋白。LXRα主要在肝脏和小肠表达，而LXRβ则在体内广泛表达。生理浓度下的Ch-Ox能够结合并激活它们，然后和视黄醇X受体(retinoidXreceptorRXR)结合形成异二聚体，这才具有了转录因子的活性，LXR/RXR结合到特异性靶标基因的启动子上，启动靶基因转录，进而激活在胆固醇逆向转运中起重要作用的基因(ABCA1、ABCG1)、促进胆固醇分泌的基因(ABCG5/ABCG8)及载脂蛋白E，最终促进了胆固醇向体外的排出。ABCA1是胆固醇逆转运过程中的限速步骤，ABCG1的作用与ABCA1相似，是巨噬细胞表达的另一种转运体蛋白，可促进胆汁酸、游离胆固醇、磷脂排出体外；ABCG5/ABCG8与胆汁中固醇的分泌有关；载脂蛋白E主要在肝脏合成和代谢，它作为一种血浆蛋白，促进高密度脂蛋白的形成以及外周组织胆固醇向肝脏逆转运。激活的LXR也促进胆固醇逆向转运(reversecholesteroltransportRCT)途径[6～8]，使多余的胆固醇从细胞和组织中流到高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein，HDL)返回到肝脏。LXR也会控制许多过程如巨噬细胞募集、激活基因的表达及细胞凋亡等[9,10]。

1.3.2Ch-Ox调节SREBPsSREBPs是结合在内质网上的前体，当细胞内胆固醇浓度降低时，它与胆固醇感应辅助因子-SREBP分裂活化蛋白(SREBPcleavageactivatingprotein,SCAP)结合形成SREBP-SCAP复合物。该复合物被转运至高尔基体，与之结合后，随后在位点1蛋白酶(S1P)和位点2蛋白酶(S2P)依次裂解并释放SREBP氨基末端的转录活性部分，前往细胞核，促进相关基因转录，如HMG-CoA还原酶，随之，胆固醇合成加强[11,12]。脂质稳态调节中，SREBP体系对胆固醇和25-OHC都敏感。

2 ORPs家族

Ch-Ox结合其感受器介导胆固醇的动态平衡，调节脂质代谢，这些感受器包括LXRs、SREBPs、OSBP/ORPs家族[13]，其中OSBP/ORPs家族主要在三方面有功能：细胞脂质代谢，囊泡运输以及细胞信号传导[14]。

2.1OSBP一般特征 人们在研究胆固醇合成的反馈抑制时，最初发现了OSBP，它是Ch-Ox的细胞内受体[15]。OSBP/ORPs这个多基因家族广泛地在多种真核生物(从酵母菌到人类)中表达[16]，该家族基因不断更新，在哺乳动物中，它包含12个成员，酵母有7个OSBP同源基因[17]。OSBP/ORPs家族分为亚家族Ⅰ(OSBP、ORP4)，亚家族Ⅱ(ORP1、ORP2)，亚家族Ⅲ (ORP3、ORP6、ORP7)，亚家族Ⅳ (ORP5、ORP8)，亚家族Ⅴ(ORP9)和亚家族Ⅵ (ORP10、ORP11)。其中ORP2、ORP4S和ORP9参与脂质和固醇代谢。近期发现OSBP与其近同源的ORP4可以结合胆固醇或者25-羟基胆固醇[18]。目前发现OSBP/ORPs可能与细胞内小泡运输/细胞分化、增殖、极化、粘附、迁移和生存、死亡调控之间有着功能上的联系。

2.2ORPs的结构OSBP/ORPs家族参与固醇的信号转导，它的一般特征是内部为一个β桶装结构的疏水性结构，加盖了a螺旋盖，能够有效地为胆固醇、麦角固醇及Ch-Ox提供一个封闭的环境，使其能在细胞的水环境中结合细胞器膜上的辅助结合域，从而完成固醇的定位与转运而避免溶解[19]。ORPs包括长ORPs和短ORPs，短ORPs只包含ORD结构域，倾向于定细胞质定位；长ORPs包含ORD结构域和PH结构域，长ORPs的PH结构域对定位也起重要作用。

OSBP/ORPs是构成一个家族的固醇和磷脂酰肌醇的结合和转移蛋白[16]。蛋白C端包含一个共同的结构域--OH结构域(OSBP-relatedORD)，这个结构域的特点是一个保守的特征性的序列EQVSHHPP，在ORD的N端，这个结构可以结合胆固醇或者Ch-Ox。大部分人类中的ORPs和三种酵母中的ORPs的ORD结构域N端包含这种附加结构。大部分的ORPs的N端包括PH结构，参与它们的亚细胞定位。在哺乳动物中，OSBP/ORPs家族的蛋白质PH域和ORD域之间，含有FFAT基序(含有两个苯丙氨酸的一段酸性短氨基酸序列)，FFAT与EFFDAxE序列一致。PH结构及FFAT结构的结合为大部分OSBP/ORPs提供了双重膜定位功能，在内质网上，FFAT结构可以与VAP[VAMP(veiscle-associatedmembraneprotein)-associatedprotein]互相结合，PH结构域与非内质网细胞器互相作用[16]。

2.2.1PH结构域 人类基因组编码的所有含PH结构域通常由7个反向平行的β片层C末端的一个α螺旋构成。在哺乳动物中，OSBP/ORPs家族的N端PH结构域对其定位起到关键作用：OSBP通过N端的PH结构域定位到高尔基体上，ORP1L定位到次级内体上，ORP9定位到高尔基体复合物上，ORP3、6、7定位到质膜上。OSBP/ORPs家族PH结构域结合磷脂酰肌醇-4-磷酸(phosphatidylinositol-4-phosphate,PI-4-P)，对其功能及到高尔基体定位起到关键作用，结合和转运活性的PI-4-P已经在许多ORP的同源物中被证实了，如OSBP[20,21]、ORP4[4]、ORP5[22]、ORP8[22]、ORP9[17]。OSBP通过C端定位到内质网上，另一面，其通过N端的PH结构域定位到高尔基体上。

2.2.2FFAT结构域 哺乳动物的OSBP/ORPs的PH结构亚家族Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ包含一个FFAT结构域(E-F/Y-F/Y-DAxE)，可以和含磷脂酰肌醇的膜相互作用，与VAP相互作用定位到内质网上，参与脂质运输与调节[14,23]。VAP是含有N端sperm蛋白结构域，螺旋-螺旋结构域和C端跨膜区域的Ⅱ型整合蛋白，它包含VAP-A和VAP-B。

3 Ch-Ox及OSBP/ORPs家族在脂质代谢中相互作用

OSBP/ORPs家族的C端结构域可以大量的结合固醇，这些蛋白作为脂质传感器起作用，整合细胞脂质状态信息和信号级联功能。脂质转运蛋白，包括甾醇和OSBP/ORPs，它们参与了许多细胞过程，其中有无囊泡甾醇转移、囊泡运输、脂质代谢和信号传导[24]。在哺乳动物中，OSBP作为ORPs家族的第一个成员，它的ORD结构既能结合固醇，也能结合PI4P[25]。当OSBP的C端结构域结合25-OHC时，可以导致其结构改变，蛋白N端的PH结构域因此暴露出来，从而诱导OSBP向高尔基体转移，并特异性的靶定到高尔基体上。OSBP/ORPs家族参与各种各样分子过程，OSBP与Ch-Ox结合，还可以调节细胞外信号调节激酶(ERK)的活性。ORP4(也称为OSBP2)与OSBP同源性最接近，它也能结合Ch-Ox，它包含3个主要变种ORP4L、ORP4M、ORP4S，主要存在于脑、心脏、睾丸[18,26]。ORP8结合25-OHC，抑制胆固醇流出，参与脂质代谢调控。ORP11缺乏膜定位功能，ORP9与它结合成二聚体，参与Ch-Ox的转运。ORP9也参与了磷酸化的调节及神经酰胺和神经鞘磷脂的合成。

4 问题与展望

近年来，人们更加关注Ch-Ox的研究。在正常情况下，Ch-Ox以低浓度存在于组织中，在一些病理情况下，Ch-Ox可以富集，如巨噬细胞的形成及动脉粥样硬化。目前，易损斑块已被认为是导致AS的最重要的因素之一，易损AS斑块的检测对预防AS疾病有重要的临床意义[27]。而对OSBP/ORPs家族主要功能是参与了固醇的转运。大部分OSBP/ORPs家族中都有一个PH结构域，能够结合PIPs，有8个哺乳动物中ORPs有FFAT结构域，能与VAP相互作用，它是通往内质网的一个位点。

Ch-Ox及OSBP/ORPs家族还有许多悬而未决的问题有待我们进一步研究，如Ch-Ox与OSBP/ORPs家族结合、胆固醇与OSBP/ORPs家族结合的关系，OSBP/ORPs家族的全部功能等。这个家族功能的复杂性、配体的特异性、它们参与细胞的全部过程及多种表达，都有待我们去探究。

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(2016-07-2 收稿)(张爱国 编辑)

臧 蔚(1988-)，女，硕士研究生。研究方向：脑梗死。

刘 昊。

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A

2095-2694(2017)03-241-05