PCSK9基因功能及影响因素的研究进展

黄 咏，赵晓辉

(佳木斯大学临床医学院，黑龙江 佳木斯 154002)

根据WHO公布的资料，每年约有380万男性及340万女性死于冠心病，占全部死亡率的12.2%，冠心病已成为全世界引起死亡的首要原因。同样，我国冠心病的发病率和死亡率呈快速上升趋势，已成为65岁以上人群的首位死亡原因。临床证实，升高的血清胆固醇水平是冠心病的最明确也是最重要的独立危险因素，即使接受他汀类药物治疗LDL-C达标的患者，仍存在较高罹患心血管疾病的风险。现阶段新式降脂靶点-前蛋白转化酶枯草溶菌素9(PCSK9)的出现受到了医学界普遍的关注。

1 PCSK9的命名与分子结构

PCSK9在2003年由 Seidah等首次在神经细胞凋亡过程中发现，最初称为神经细胞凋亡调节转化酶-1(Neural apoptosis-regulated convertase-1,NARC-1)[1]。在哺乳动物体内，PCSK9属于丝氨酸蛋白转化酶家族，其家族成员还包括PC1、PC2、弗林蛋白酶、PC4、PC5、PACE4、PC7和同工酶1枯草杆菌蛋白酶kexin。PCSK9基因由12个外显子及11个内含子组成，位于1号染色体的短臂上(1p32.3)[2]，其分子量为74kda，包含692个氨基酸。基于PCSK9蛋白质结构，除了信号肽(氨基酸1-30)外，PCSK9是一具有3个结构域的分泌型het-二聚体蛋白，其包括前结构域(31-152)、催化结构域(153-404)、铰链区(405-454)和富含半胱氨酸及组氨酸的C末端结构域(452-692)[3]。

2 PCSK9的功能

PCSK9参与调节脂质代谢及冠状动脉粥样硬化的发展。PCSK9发挥其生理功能主要依赖LDLR的存在，PCSK9功能获得性(GOF)突变体对LDLR有较高的亲和力，可使LDL-C水平升高导致高胆固醇血症，并且引起重度动脉粥样硬化病变。动脉粥样硬化的发展主要涉及内皮细胞凋亡和泡沫细胞积累，这两者与氧化的LDL-C(oxLDL-C)增加了巨噬细胞中PCSK9的表达有关，而以上过程在LDLR敲除的小鼠中不存在；相反，动脉粥样硬化的发展因PCSK9基因的失活而减慢。而PCSK9功能丧失(LOF)突变，可使LDL-C降低并可预防动脉粥样硬化性疾病[5]。临床与动物实验证实，血浆PCSK9浓度与动脉内膜中层厚度也存在相关性。PCSK9基因前结构域中氨基酸序列31-58的缺失导致其对LDLR降解活性增加4至7倍，证实前结构域似乎对LDLR降解具有调节作用。PCSK9基因前结构域序列富含酸性残基，其与PCSK9催化结构域中的碱性残基相互作用而发挥自身抑制作用。另外，PCSK9蛋白C末端结构域的缺失会降低其对LDLR降解的活性，而单独分离的C末端结构域对LDLR降解没有影响，证实PCSK9基因的C末端结构域是其诱导LDLR降解所必需的。

3 PCSK9表达的影响因素

3.1 调节PCSK9表达的细胞途径据报道在细胞水平上，PCSK9通过调节LDLR水平从而影响循环血液中LDL。细胞内PCSK9结合并指导新生的LDL受体从反式高尔基体到溶酶体内进行降解[7]。在细胞外PCSK9作为配体，与肝组织上LDL的EGF-A结构域结合形成复合物并经网格蛋白介导的内吞作用进入溶酶体内[8]，通过与LDLR连接致其降解，随后循环中可利用的LDLR数量逐渐减少，且无论PCSK9是否具有活性，抑制网格轻链蛋白的合成都将增加LDLR的数量[9]；同样，PCSK9的活性不影响PCSK9与LDLR的结合，但是PH的改变及PCSK9电荷正向或负向的改变影响二者结合的能力[10]，内涵体的酸性 pH 使 LDLR 与 LDL-C 分离，LDLR 再循环到细胞表面，而 LDL-C 在溶酶体中降解，其降解产物被细胞循环利用。同时，PCSK9经过自我激活形成具有活性的二聚体及三聚体[11]，它具有更高的降解LDLR的活性，同时已经明确极低密度脂蛋白(VLDL)水平越高，PCSK9形成二聚体和三聚体结构的能力越大，其降解LDLR的能力就越大。而PCSK9在氨基酸Arg 218和Gln 219之间被弗林蛋白酶切割，切割后的PCSK9(55Kd)仍具有活性并且与LDLR结合，但降解能力降低了两倍[12]。总之，PCSK9通过调节肝LDLR的降解来调节循环低密度脂蛋白的浓度。

3.2 调节PCSK9表达的分子途径已发现PCSK9基因受甾醇调节元件结合蛋白-2(SREBP-2)和甾醇调节元件结合蛋白-1c(SREBP-1c)的调节最为突出，可能与胆固醇消耗或抑制细胞内胆固醇的合成有关。他汀类药物作为最常用的一类降LDL-C药物，可降低肝细胞内胆固醇，导致固醇调节元件结合蛋白-2 (SREBP-2)核易位增加，激活LDLRs和PCSK9基因表达，增加循环PCSK9水平。临床实验证实，无论接受何种类型的他汀药物治疗的患者，血清PCSK9都会出现不同程度的升高[13]，并且抑制PCSK9是一种增强他汀类药物诱导的LDL-C降低的合理策略。同时，PCSK9基因存在一个肝细胞核因子1(HNF1)结合位点，其中HNF1α与SREBP-2协同调节HepG2细胞和肝脏中的PCSK9表达[14]。PCSK9的表达受过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)影响，PPARα降低PCSK9启动子活性，从而使PCSK9的沉默表达，同时PPARα增强弗林蛋白酶/PC5/6表达对PCSK9切割作用。相反，PPARγ增加肝细胞中PCSK9的表达[15]。由胆汁酸激活的尼醇X受体(FXR)可以减少PCSK9表达[16]；通过氧固醇激活的肝X受体(LXR)增加PCSK9表达；组蛋白核因子P(HINFP)增加PCSK9表达。sirtuins 1和6(SIRT1/6)抑制PCSK9基因，减少PCSK9分泌并增加肝细胞LDLR表达[17]，从而改变LDL-C稳态。脂肪组织来源的脂肪因子抵抗素增加了PCSK9的表达并降低了肝细胞中的LDLR表达[18]。

3.3 调节PCSK9表达的其他途径正常人血浆PCSK9的浓度波动在30～3000ng/mL，并且在成年人中，血浆PCSK9每升高100ng/mL将会导致LDL-C升高0.20～0.25mmol/L[19]。PCSK9的血浆浓度受昼夜节律影响，清晨血浆浓度升高，下午浓度下降；与男性相比较，女性血浆浓度更高[20]；并且，男性PCSK9血浆浓度随着年龄的增长而降低，女性则相反，这可能与雌激素水平有关。

4 展望

我们目前认知的PCSK9的调节及影响因素仍处于初级阶段，有许多未知生理病理机制需要去探索，PCSK9的故事仍在不断发展，并且不断受到其它动态的影响。现PCSK9抑制剂的预期很高，目前Alirocumab和Evolocumab等人单克隆抗体已被批准用于降低LDL水平，小干扰RNA (small interference RNA,siRNA)、疫苗、反义寡核苷酸和小分子抑制剂正在紧锣密鼓的研究中,随着这些药物的探索，可能会出现新的适用于包括与糖尿病，肾功能不全和外周动脉疾病相关的血脂异常状态以及具有多种心血管风险的患者，为临床存在脂质紊乱和心血管风险的患者带来的福音。