ATP结合盒转运体G1与动脉粥样硬化的关系

付洁琦，张晓璐，娄宪芝，张曼，佟浩

（沈阳医学院附属中心医院循环内科，辽宁 沈阳 110024）

动脉粥样硬化 （atherosclerosis，AS）是心血管疾病的最常见原因，是以动脉中脂质沉积为特征的慢性炎症反应，AS的发生发展机制主要包括泡沫细胞形成、内皮细胞功能紊乱和炎症反应等。血浆高密度脂蛋白 （HDL）水平与AS相关心血管疾病呈独立负相关［1］。HDL的主要抗AS作用是清除过多的外周胆固醇运回到肝脏以进行随后的分解代谢和排泄的能力，这一生理过程被称为胆固醇逆向转运 （RCT）［1］。胆固醇从巨噬细胞源性泡沫细胞中流出，其作为RCT的起始步骤是与AS最相关的步骤。ATP结合盒转运体G1（ABCG1）在细胞内胆固醇向HDL及其载脂蛋白的外流中发挥重要作用［1］。本文主要从ABCG1的结构，及其参与AS发生发展的相关机制等方面进行综述。

1 ABCG1简介

ABCG1是ABC转运蛋白超家族的成员，其参与许多两亲和亲脂分子 （包括脂质、药物或内源代谢物）的主动转运［2］。ABC转运蛋白属于由人类48个成员组成的大蛋白家族，分为7个亚家族（A-G）［3］。人ABCG1基因最初被鉴定为黑腹果蝇白色基因的人类同源物，参与鸟嘌呤和色氨酸的细胞摄取［4］。ABCG1基因定位在人染色体21q22.3［5］，由23个外显子组成，这些外显子编码形成具有6个跨膜结构域和一个位于N末端的单核苷酸结合域 （NBD）的半转运蛋白，NBD结构域含有高度保守的Walker A和Walker B基序，是ATP结合和水解所必需的［6-7］，它可提供所需的能量来跨膜运输底物［8］。在外显子17末端的另一种剪接导致产生ABCG1的剪接变体，其在细胞质结构域和ATP盒之间的区域中缺少12个氨基酸的内部区段［9-10］。尽管ABCG1与其他ABC家族成员参与共同的基因表达调控途径，但ABCG1表现出组织特异性表达模式，其在肺脏、脑、脾、肾上腺、心脏和肝脏中具有高表达水平［11］。有研究发现ABCG1是一种细胞内固醇转运蛋白，定位于内吞囊泡，以促进特定细胞内固醇远离内质网的重新分布［12］。

ABCG1可促进脂质的输出，包括胆固醇、磷脂、鞘磷脂和氧固醇，并且在维持组织脂质稳态中起关键作用。尽管ABCG1最初被提出用于介导巨噬细胞的胆固醇外流，从而预防AS和心血管疾病 （CVD），但目前研究发现ABCG1发挥了更大范围的作用，这些作用对心脏代谢疾病 （CMD）具有重要意义。除了在细胞脂质稳态中的作用外，ABCG1通过调控胰岛素和脂蛋白脂肪酶的分泌和活性，参与葡萄糖和脂质代谢［2］。此外，越来越多的证据表明ABCG1表达的调节可能导致糖尿病和肥胖的发展，这是CVD的主要危险因素［2］。

2 ABCG1参与AS发生发展

2.1 ABCG1介导胆固醇外流 胆固醇是所有哺乳动物细胞膜的重要组成部分，对正常细胞功能很重要。然而，过量胆固醇的积累可能是有害的，导致细胞水平的毒性和特定组织中的疾病状态如AS［13］。有研究发现，ABCA1和ABCG1基因特异性敲除的小鼠可降低主动脉内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的活性，加重主动脉的AS，并显著增加巨噬细胞脂质的蓄积，结果表明ABCA1和ABCG1介导的内皮细胞胆固醇外流途径发挥抗AS作用，有助于维持eNOS活性和抑制内皮炎症［14］。肝脏X受体 （LXR）激活剂可通过增加内皮细胞中ABCG1表达来发挥抗AS作用；目前正在进行的AS血栓形成的临床试验中，重组HDL的输注可能通过刺激ABCG1和其他途径介导的内皮胆固醇外流而发挥有益作用［14］。与ABC家族的其他成员（ABCA1、 ABCG4、 ABCG5和 ABCG8） 相似， 人ABCG1的表达受胆固醇负荷和氧固醇 （胆固醇氧化衍生物）通过LXR途径的高度刺激［15］。当胆固醇浓度在细胞中增加时，LXR充当胆固醇传感器，其被氧固醇激活；抑制 LXRα介导的 ABCA1/ABCG1依赖性胆固醇从巨噬细胞外流是同型半胱氨酸加速AS的一种新机制［16］。

Klucken等［11］研究发现， ABCG1在富含胆固醇的人巨噬细胞的细胞表面和细胞内表达，应用特异性的反义寡核苷酸探针抑制人巨噬细胞ABCG1的表达，可减少HDL依赖性胆固醇和磷脂外流，同时应用转基因小鼠进行研究，显示经过高脂饲料喂养的ABCG1-/-小鼠的肝细胞及多种组织的巨噬细胞中可见大量的中性脂质和磷脂沉积，相反，过表达的ABCG1可减少脂质沉积。以上研究证实，ABCG1在促进巨噬细胞内胆固醇外流、调节细胞内脂质平衡、防止脂质蓄积中起重要作用。ABCG1缺乏可致巨噬细胞内脂质蓄积并进一步形成泡沫细胞，是早期AS的典型病理特征，可能通过影响泡沫细胞的形成参与AS。

Whetzel等［17］研究发现， 从 ABCG1-/-小鼠主动脉分离的内皮细胞和对照组相比胆固醇外流至HDL下降，而血清角质细胞诱导因子 （keratinocyte chemoattractant，KC）、核细胞趋化蛋白 1（monocyte chemotacticprotein 1， MCP-1） 和白细胞介素-6（interlreukin-6，IL-6）的分泌增加，且表面表达的细胞间黏附分子1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1） 及E-选择素增加数倍，单核细胞粘附增加，主动脉内皮细胞ABCG1缺乏能激活IL6-IL6受体-STAT3信号途径，增加单核细胞和内皮细胞的相互作用、促进炎症发生。此外，胆固醇聚集可诱导内皮细胞产生氧化应激，进一步损伤内皮功能，ABCG1表达增加能明显降低细胞内氧化应激，保护eNOS活性，其作用机制可能与ABCG1促进胆固醇外流，从而抑制氧化应激发生相关［18］。

曹小洁等［19］用氧化低密度脂蛋白 （ox-LDL）及罗格列酮干预小鼠的血管平滑肌细胞 （VSMCs）后发现，oxLDL作用VSMCs 48 h后脂质沉积增加，PPARγ蛋白表达量下降约 53% （P＜0.01），ABCG1蛋白表达量下降约48% （P＜0.05）；罗格列酮激动PPARγ后，ABCG1蛋白表达量较单独的oxLDL组增加约147%，VSMCs中脂质沉积明显减少，从而得出结论，oxLDL通过PPARγ-ABCG1通路促进 VSMCs 泡沫化［20］。

Out等［21］将 ABCG1-/-小鼠骨髓移植到具有 AS倾向的 LDLR-/-小鼠 （LDL受体敲除小鼠），用15%脂肪和0.25%胆固醇喂养6～12周诱发AS，与ABCG1＋/＋小鼠相比，2组小鼠的血清脂质水平无明显差异，但在ABCG1-/-缺陷小鼠肺间质内的巨噬细胞中观察到了显著的脂质蓄积，动脉粥样硬化斑块体积增加了33%～36%，结果表明巨噬细胞ABCG1缺乏可导致肺巨噬细胞中大量脂质积聚，并且对AS病变发展也有显著影响。Out等［22］的另一项实验给ABCG1-/-小鼠和野生型同窝小鼠喂食致AS饮食12周，以诱导AS病变形成，在野生型小鼠中，致AS饮食诱导了富含巨噬细胞的早期病变的形成；给ABCG1-/-小鼠喂食后，与野生型小鼠相比，AS病灶大小增加了1.9倍，且在小鼠肺脏和脾脏的富含巨噬细胞的区域中观察到过量脂质蓄积，结果表明ABCG1具有明显抗AS作用，全身ABCG1表达可预防早期AS病变的发展。以上研究证实ABCG1对AS斑块的进展具有抑制作用。

2.2 ABCG1受高血糖的影响 长期高血糖状态下，蛋白质非酶糖基化形成的晚期糖基化终末产物 （advanced glycation end products， AGEs） 通过与其受体RAGE（receptor of AGEs）结合，抑制巨噬细胞胆固醇外流，增加细胞内脂质聚积，从而易于形成泡沫细胞，促进糖尿病患者AS的发生发展［23］。

RAGE在人和鼠类糖尿病的AS斑块中高度表达。Daffu等［24］发现在高血糖状态下，与野生型骨髓巨噬细胞 （bone marrow-derived macrophages，BMDMs） 相比， AGER-/-（RAGE） 组胆固醇流出至HDL明显增多，由此可知，RAGE-AGEs相互作用抑制巨噬细胞胆固醇流出至HDL；非高血糖组野生型BMDMs的ABCG1 mRNA及蛋白表达水平较高血糖组明显升高；AGER-/-组较野生型BMDMs相比，ABCG1 mRNA及蛋白表达水平明显升高，结果表明RAGE可下调ABCG1的表达，其调控机制为RAGE通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ）的响应性启动子元件，抑制ABCG1的启动子活性，而不依赖于LXR。薛嘉虹等［25］通过将VSMCs分别在不同浓度的D-葡萄糖（5～30 mmol/L） 下孵育 1～ 7 d， 检测葡萄糖对ABCG1及ABCA1 mRNA和蛋白水平的影响，发现高血糖状态下，VSMCs细胞表面促进胆固醇流出的重要受体ABCG1 mRNA和蛋白表达被抑制，且呈时间和浓度依赖性；用抗氧化剂NAC和NF-κB抑制剂 Bay11-7085、TCPK作用于高糖干预的VSMCs，发现NAC和NF-κB抑制剂可逆转高糖对ABCG1 mRNA表达的抑制，表明高糖抑制ABCG1表达的作用机制可能与高糖增加的氧化应激和活化的NF-κB通路有关。之后薛嘉虹等［26］又通过高糖干预诱导THP-1单核巨噬细胞实验发现，高糖可以抑制巨噬细胞中ABCG1的表达及功能，有助于促进巨噬细胞内脂质堆积。王会娟等［27-28］通过将2型糖尿病患者 （单纯糖尿病及合并冠心病）及正常对照组分离的外周血单核细胞进行巨噬化培养，测定细胞ABCG1的mRNA及蛋白表达，发现ABCG1在2型糖尿病患者巨噬细胞中的mRNA与蛋白表达水平显著低于对照组，胆固醇流出率也显著低于对照组，且ABCG1的mRNA表达与巨噬细胞胆固醇外流率呈显著正相关，表明2型糖尿病患者巨噬细胞胆固醇外流功能明显降低，与ABCG1表达下调有关。

2.3 ABCG1受Ghrelin的影响 Ghrelin是1999年被发现的一种由28个氨基酸组成的多肽链，循环中的Ghrelin约2/3由胃组织产生，还有小部分则由体内的其他组织器官如心脏、肺脏、脑、肾脏、胰腺、性腺、甲状腺、胎盘组织、淋巴组织和肿瘤组织等产生［29］。Ghrelin是一种体内生长激素促分泌素受体 （GHSR）的内源性配体，与受体结合后可发挥生理功能［29］，关于Ghrelin的生理功能目前主要与摄食、肥胖、血糖、胰岛素抵抗、血管内皮功能等有关。

万晶晶等［30］通过体外培养人源单核细胞系THP-1，由佛波酯 （PMA）作用使其分化为巨噬细胞，其可在ox-LDL存在条件下进一步转变为泡沫细胞；巨噬细胞加入不同浓度Ghrelin孵育2 h后再加入ox-LDL作用不同时间，结果显示，Ghrelin干预可明显减少细胞内脂滴的形成，显著增加胆固醇流出率，并能显著增加单核-巨噬细胞泡沫化过程中ABCG1 mRNA和蛋白的表达水平，且此作用呈浓度依赖性而不呈时间依赖性，结果表明，Ghrelin可通过上调ABCG1转录翻译水平延缓AS的发生。Churm等［31］探索离体人体模型，活检内脏脂肪组织中的脂质和炎症标志物的酰基化Ghrelin水平，结果发现，酰基化Ghrelin与ABCG1表达下降有关，试验数据支持高血糖和酰基化Ghrelin在脂质蓄积中具有调节作用的假设。

3 小结与展望

ABCG1通过调节胆固醇外流在体内胆固醇代谢平衡和AS性血管疾病的调控中发挥重要作用。AS严重危害人类健康，临床的实验数据指出糖尿病加速AS进展及程度，也有基础实验证明Ghrelin对于ABCG1及其参与的脂类代谢具有调控作用。但高血糖和Ghrelin促发AS的可能原因及具体机制仍不十分清楚，是亟待解决的问题。总之，深入探究ABCG1功能和机制将为脂类代谢和AS以及糖尿病合并AS的研究提供新思路，为心血管疾病的治疗提供新靶点，从而为糖尿病患者预防及延缓AS提供实验数据支持。