PCSK9与脑胆固醇稳态及阿尔茨海默病的潜在关联

李媛，赵震宇，Md Sayed Ali Sheikh，胡涛，夏珂

(1.中南大学湘雅医院心血管内科，长沙 421008；2.中南大学湘雅医院临床药理研究所，长沙 421008；3.阿尔苏夫医科大学心血管内科，沙特阿拉伯 2014)

研究表明，前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶kexin 9型(proprotein-converting enzyme subtilisin kexin9，PCSK9)具有降低血浆低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)的作用，但实际上，人类对PCSK9的认识始于大脑[1]。PCSK9可能参与大脑发育和细胞凋亡，但其在中枢神经系统(central nervous system，CNS)和阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)发病机制中作用尚未被了解。ADORNI等[1]审慎探讨PCSK9与AD发病机制相关的调节作用，并基于文献资料，作出将脑PCSK9视为脑胆固醇稳态和神经炎症负调节剂以及潜在药理学治疗靶标的假设。

1 脑胆固醇稳态和PCSK9在脑胆固醇稳态中的可能作用

胆固醇是脑生理学最重要的分子之一，是髓鞘的重要组成部分，参与神经元发育、突触发生、神经突起生长、受损神经膜的维护和修复。由于胆固醇不能穿过血-脑屏障，因此大脑依赖局部原位胆固醇合成。CNS细胞能够合成胆固醇，但成年神经元逐渐丧失这一能力，依赖星形胶质细胞通过特殊分子和受体，如低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor，LDLR)、LDLR相关蛋白1(LRP1)、极低密度脂蛋白受体(very low density lipoprotein receptor，VLDLR)和ApoE受体2(ApoER2)等提供胆固醇[2]。神经元胆固醇耗尽会导致过量的tau蛋白磷酸化、β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)肽代谢变化、神经氧化应激反应，最终导致神经变性[3]。PCSK9增加VLDLR和ApoER2降解[4]，且体内研究表明，在脑发育过程中和短暂性脑缺血性卒中后，PCSK9降低LDLR表达，这支持了PCSK9对脂蛋白受体的降解活性可能转化为神经元胆固醇摄入减少并带来潜在有害后果的假设[5]。但并非所有数据都与此假设一致，有必要深入研究，以剖析PCSK9在脑胆固醇稳态中的作用。

2 PCSK9与阿尔茨海默病相关性及可能机制

CNS胆固醇稳态的变化与各种神经退行性疾病(包括AD)相关。全基因组关联(genome-wide association study，GWAS)研究已经确定AD易感基因中涉及脂质代谢的几个基因组，如编码CNS胆固醇转运主要载脂蛋白ApoE的APOEε4等位基因[6]。脑胆固醇可通过为膜邻近的脂筏提供结构稳定性来促进淀粉样蛋白的生成，因此脂筏中胆固醇含量的调节能够影响Aβ的沉积。有关PCSK9和AD的实验研究数据存在不一致性，涉及PCSK9与神经元凋亡、Aβ生成、 β位淀粉样前体蛋白裂解酶1(BACE1)水平、淀粉样前体蛋白(APP)等。

迄今为止，人类遗传学研究尚未有关于PCSK9突变对AD影响的定论。虽然WOLLMER等[7]在与AlzGene数据库中所列AD基因相匹配的胆固醇相关基因中鉴定出PCSK9，但日本和瑞典队列研究显示，PCSK9多态性与AD发病风险无关[8-9]。 最近的孟德尔随机分析结果与此一致，PCSK9功能丧失突变与AD风险升高无关[10]。目前已经在人类脑脊液中检测到远低于血浆浓度的PCSK9。脑脊液中PCSK9浓度并无血浆PCSK9典型的昼夜模式，提示外周室和中央室中PCSK9调节机制存在差异。研究显示，AD以及非AD的神经退行性疾病患者脑脊液中PCSK9浓度升高，APOEε4基因携带者PCSK9水平更高，且脑脊液PCSK9水平与AD生物标志物呈正相关[11-12]，提示PCSK9可能参与AD疾病，并且可能与APOE4的病理生理学相关。

3 PCSK9脂蛋白受体靶点与其在AD中作用

在小胶质细胞、神经元、星形胶质细胞和周细胞中表达的ApoE受体LRP1和主要存在于小胶质细胞中的CD36，是参与Aβ清除的两种主要脂蛋白受体，可能是PCSK9的作用靶点。PCSK9在AD中对Aβ清除的潜在影响包括[1]：①LRP1可通过蛋白质-蛋白质直接相互作用或与APP的α/β-分泌酶切割竞争，影响神经元中从APP到Aβ的生成。②一旦Aβ被释放到大脑细胞外空间，就可以形成淀粉样斑块或寡聚体，LRP1或CD36可以通过神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞、血管平滑肌细胞、外周细胞和内皮细胞介导其细胞摄取。③一部分Aβ可通过血-脑屏障的LRP1转运逆转入血液，因此PCSK9也可能干扰该过程。④肝脏中表达的LRP1和CD36也可能有助于从血液中清除Aβ，PCSK9可能通过降低其在肝细胞中表达水平来影响该途径。⑤主要由脑内星形胶质细胞产生和分泌的ApoE，是通过ATP结合盒转运蛋白A1(ABCA1)脂化，通过LRP1和CD36向神经元和其他细胞提供胆固醇/脂质。PCSK9已被证明可下调ABCA1的表达，因此可能调节含ApoE脂蛋白的释放，从而调节LRP1-或CD36-介导的Aβ代谢。实际上，ApoE亚型可能通过与Aβ直接相互作用或与Aβ竞争受体结合而影响LRP1介导的Aβ代谢。⑥ApoE脂蛋白还可能与PCSK9相互作用，从而影响其对LRP1和CD36的作用。

4 PCSK9抑制剂与神经认知功能的关系

PCSK9抑制剂依洛尤单抗可使血浆胆固醇水平达到非常低的水平，FOURIER研究中LDL-C平均水平降至300 mg·L-1[13]。这些结果曾一度引起临床应用PCSK9抑制剂的相关潜在不良反应，尤其是对神经认知不良事件的担忧。为更好地阐明这一问题，EBBINGHAUS研究前瞻性客观评估PCSK9抑制剂依洛尤单抗对认知功能的影响，对1204例平均年龄65岁受试者随访1.6年发现，依洛尤单抗或安慰药治疗期间未出现神经系统疾病，依洛尤单抗与安慰药相比对系列认知检验、患者报告的日常认知、医师报告的不良认知事件的影响差异无统计学意义[14]。BAJAJ等[15]发表一项荟萃分析印证上述结果，进一步夯实了依洛尤单抗对神经认知功能无不良影响的证据。EBBINGHAUS研究随访时间相对较短，FOURIER研究5年延长随访将为PCSK9抑制剂对神经认知功能的影响提供更长期的证据。

PCSK9抑制剂对认知功能无明显影响，很可能与血-脑屏障存在相关，血-脑屏障不仅使循环中胆固醇不会对大脑脂质水平产生直接影响，且会限制PCSK9及其单克隆抗体进入CNS[14]。完好的血-脑屏障可阻止抗体经跨细胞途径扩散穿过毛细管，仅约0.1%抗体可渗透入大脑中。血-脑屏障是高度选择性的可渗透的细胞磷脂蛋白质双层屏障，将循环血液与中枢神经系统细胞外液隔离，对维持脑内环境的稳定发挥极其重要的作用。血-脑屏障可阻止大分子(约100%)和小分子(超过98%)药物通过，要穿过血-脑屏障，物质相对分子质量通常应<500[16-18]。PCSK9的相对分子质量74 000，几乎不能穿过血-脑屏障。在某些病理状况下，血-脑屏障可能会受到损害，但包含37.2%糖尿病患者-EBBINGHAUS研究未观察到认知功能变化，排除抗体在这种情况下穿过血-脑屏障的可能性。

5 结束语

目前有关PCSK9与AD发病机制的研究结果并不一致，但值得注意的是，所有研究仅评估血浆PCSK9浓度，而相对分子质量74 000的PCSK9不能穿过血-脑屏障，并且其在中央室和外周室中的调节可能不同。基于AD患者脑脊液中PCSK9水平升高的观察结果，考虑到PCSK9可能通过降解神经元ApoE受体来干扰CNS胆固醇转运，可以假设AD患者中PCSK9诱导神经元胆固醇供应受损。此外，PCSK9可能作用于CD36和TLR4受体，促使神经炎症加剧，研究者正在验证这种假设。

目前中国临床最常用的PCSK9抑制剂依洛尤单抗相对分子质量约为144 000，比PCSK9相对分子质量大很多，同样几乎不能通过血-脑屏障。并且大规模临床研究已经明确证实，依洛尤单抗在实现血浆LDL-C水平显著降低和心血管获益的同时，对认知功能无潜在不良影响，是提高我国极高危患者LDL-C达标率、进一步降低残留心血管风险的安全、有效选择。