低密度脂蛋白受体在多种脂代谢相关疾病中的作用研究进展*

牛 莎,于 涛

[1.皖南医学院研究生学院，安徽 芜湖 241001;2.皖南医学院第一附属医院(弋矶山医院)神经外科ICU]

1 低密度脂蛋白受体结构及功能

低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor，LDLR)是一大类同源结构的细胞表面受体的原型，是一种富含半胱氨酸的糖蛋白，在多种细胞基础生理过程中起信号受体的作用[1]。其主要在细胞粗面内质网合成和折叠，然后通过高尔基复合体运送到细胞膜表面[2]。在细胞膜表面的LDLR主要负责将携带低密度脂蛋白的颗粒转运到细胞内[3]。人的LDLR基因位于第19号染色体短臂上，由18个外显子和17个内含子组成，区域长度约45 kb[4]。该基因的18个外显子分别负责编码不同的结构域，其在参与细胞膜体蛋白固定、受体与配体结合以及受体的合成与 循环利用、配体-受体复合物在溶酶体内的解离等不同过程起着独特而重要作用[5]。LDLR这5个不同功能的结构域分别是:含氮末端配体结合区域(ligand binding domain,LBD)、表皮生长因子前体同源区域(EGF precursor structure domain,EGFD)、含O-连接糖链结构域(O-linked sugars structure domain,OLSD)、跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)和含碳末端胞质结构域(cytoplasmic domain，CPD)[3]。血液循环中的大多数胆固醇以低密度脂蛋白颗粒的形式存在。细胞表面LDLR在中性环境中与低密度脂蛋白颗粒结合，形成 LDL/LDLR 受体-配体复合物。该复合物通过网格蛋白内吞作用进入细胞，在细胞内的酸性环境中LDL/LDLR复合物解离，LDLR自由地返回到细胞表面继续进行下一次循环[6-7]，而LDL则被运送到溶酶体，在溶酶体中被降解。

2 LDLR与危重症相关膈肌功能障碍

膈肌是位于胸腔与腹腔之间的肌肉-纤维结构，是人体最主要的呼吸肌[8]。近年越来越多的研究表明，在重症患者中膈肌功能障碍的发生率正在逐年增高。Supinski等[9]研究显示，在入ICU的当天有52 %的重症患者会出现脓毒症，其中有64 %患者在入ICU后第一天就会出现膈肌功能障碍。此外，重症机械通气的患者中有60 %～80 %的概率会出现膈肌功能障碍。而这些出现膈肌功能障碍的患者其机械通气时间延长，脱机失败的概率增高，住院时间延长以及医疗花费增多，死亡率明显增加,加重了公共医疗资源的负担[10]。在危重症患者中，大部分膈肌功能障碍与多器官功能障碍综合征、机械通气、脓毒症，以及患者电解质紊乱等疾病有关[11]。其中机械通气相关膈肌功能障碍(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction,VIDD)和脓毒症相关膈肌功能障碍(sepsis-induced diaphragmatic dysfunction,SIDD)是导致危重症患者膈肌功能障碍的两个最主要原因。

危重症患者膈肌功能障碍的发病机制复杂多样，有研究表明VIDD与SIDD的发病机制中可能存在一些共同的细胞信号通路。动物研究发现，在机械通气的小鼠膈肌中观察到有大量的脂质沉积。其主要发生机制不详，但实验结果发现机械通气小鼠的脂代谢相关因子LDLR、SCAP、SREBP-2等在膈肌细胞中表达增加，细胞的脂质代谢异常与膈肌功能障碍息息相关。除此之外，Yang等[12]通过家兔脂多糖诱导的脓毒症动物模型发现，脓毒症家兔膈肌中脂质沉积明显，同时也观察到膈肌细胞LDLR表达增加。研究表明低氧和脓毒症等病理条件会激活mTOR通路，从而扰乱LDLR介导的脂代谢反馈调节，上调SREBP-2的蛋白使大量胆固醇进入细胞内，造成膈肌脂质沉积[12]。总之，若能有效地对LDLR分子进行调控则可能阻止甚至逆转膈肌纤维脂质沉积，有助于促进膈肌功能障碍的修复，改善患者预后。

3 LDLR与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是一种与脂质代谢紊乱有关的全身性疾病，是心血管系统疾病中最常见的病理表现[13]。动脉粥样硬化的主要危险因素包括高总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、慢性炎症、高血压、吸烟、糖尿病、肥胖等。其中脂质代谢紊乱和慢性炎症是重要的两个因素，它们共同参与致病过程。

炎症细胞因子参与动脉粥样硬化疾病发展变化的各个阶段，主要特征是各种炎症细胞与大量炎症介质相互作用。一直以来，许多研究认为动脉粥样硬化中的泡沫细胞来源于血液单核-巨噬细胞。然而最近的研究表明，泡沫细胞可由部分血管平滑肌细胞转化而来[14]。在炎症和炎性因子的刺激下，血管平滑肌细胞被激活后去分化，这种细胞表型的转换致使其增生肥大分泌胞外基质增多。此外，内皮细胞损伤处易使血小板黏附和激活，致使其释放生长因子，如血小板源性生长因子(PDGF)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)等。平滑肌细胞表型的转换以及细胞因子的释放均可诱导血管平滑肌的迁移。使其从中膜迁移至内膜促进新生血管内膜生成，导致血管壁的增厚与僵直，这些有助于平滑肌细胞在动脉粥样硬化斑块中的积累[15]。而LDLR是血管平滑肌细胞表面的脂蛋白受体之一，研究表明，炎症状态下，低密度脂蛋白可通过LDLR被过量吸收，并通过激活三磷酸腺苷结合盒转运蛋白A1(ACAT1)途径导致大量胆固醇酯积累。

在AS早期，血管内皮损伤会启动损害部位炎症反应，释放的炎症因子激活巨噬细胞,促进细胞增殖、肥大、细胞外基质分泌。Zhang等[5]研究表明，炎症因子可增加活性SREBP-2的表达，启动LDLR的基因转录，从而损害LDLR介导的脂质摄入负反馈调节破坏血管平滑肌细胞的胆固醇稳态，导致细胞内脂质过度摄入，进而演变为泡沫细胞，加速AS进展。总之，LDLR在动脉粥样硬化发生发展中起着重要作用。

4 LDLR与家族性高胆固醇血症

家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia,FH)是一种最常见的脂质代谢紊乱的遗传性疾病，主要以总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)升高为特征，是早发心血管疾病的重要发病原因[16]。据统计，家族性高胆固醇血症全球的患病率为1/200～1/300[17]。近年来，有文献报道，普通人群中FH的患病率已从2012年(41.9万)的0.17 %增加到2018年(1 090万)的0.30 %。

1976年诺贝尔奖获得者Brown等[18]的研究首次提出FH的主要病理基础是由基因突变导致的。导致FH的基因突变有多种，常见的由3个基因位点功能性突变引起：低密度脂蛋白受体(LDLR)基因突变、前蛋白转换酶枯草溶菌素9(PCSK9)基因的功能获得性突变以及载脂蛋白B100(ApoB100)基因突变，其中低密度脂蛋白受体基因突变最为常见[19]。LDLR基因位于19号染色体短臂上(19p13.1-13.3)。根据LDLR基因突变的性质和对蛋白质表型的影响，突变可被分为5个类别:配体结合缺陷(LDL与LDLR结合受损)、转运缺陷(LDLR在内质网内合成后运输到细胞膜表面的过程存在缺陷)、内化缺陷(网格蛋白聚集不良,LDLR / LDL复合体不能内化)、回收缺陷(复合物解离后,LDLR循环回细胞膜表面时存在障碍)和受体完全缺失(无低密度脂蛋白受体合成)[20]。

LDLR基因突变导致低密度脂蛋白受体表达缺失或功能异常，使血清中LDL无法在肝脏得到有效清除，进而导致血清总胆固醇和LDL-C浓度升高，并促进LDL颗粒在动脉内皮损伤处沉积,最终出现动脉粥样硬化等临床症状[21]。而载脂蛋白B存在于低密度脂蛋白颗粒表面，并作为LDLR的配体，其作用是协助LDLR结合低密度脂蛋白,介导LDL在体内的清除。载脂蛋白B的基因突变，使得低密度脂蛋白颗粒与LDLR无法正常结合，进而导致LDLR介导的脂代谢紊乱[22]。

目前临床上降低LDL-C水平的药物主要是通过上调LDLR或降低LDL-C合成速度使LDL-C达到目标水平[1-3]。其中最常用的是他汀类药物，若他汀类药物不足以将LDL-C水平降低至指南推荐的目标，则可以辅助添加依泽替米贝。此外，靶向PCSK9的单克隆抗体也已被批准作为补充治疗FH常规降脂疗法[23]。PCSK9抑制剂能直接阻止PCSK9与LDLR相结合，减少LDLR分解，从而加强其对LDL-C的清除能力，对于不能达到低密度脂蛋白胆固醇目标的FH患者来说，PCSK9抑制剂是一种可选的治疗方法[24]。综上，FH的这3种基因突变均可损害由LDLR介导的低密度脂蛋白代谢过程，造成胆固醇代谢紊乱。

5 LDLR与缺血性脑卒中

缺血性脑卒中(ischemic stroke，IS)是指因各种脑血管病变所致脑部血液供应障碍，导致局部脑组织缺血、缺氧性坏死，而迅速出现相应神经功能缺损的一类临床综合征[25]。而高胆固醇血症是导致缺血性脑卒中的重要因素之一。众所周知，缺血性脑卒中具有高发病率、高致残率、高致死率的特点，严重威胁着人类健康[26]。

在中枢神经系统中，LDLR主要位于神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞膜表面，其在调节血流和细胞内胆固醇的稳态中起重要作用[27]。有研究表明，急性脑缺血后脑组织在缺氧状态下，缺血半暗区神经元细胞可能会停止功能，造成不可逆的脑损伤，并且神经细胞膜表面的LDLR表达减少[28]。此外，除了上述经典的功能外，LDLR表达增加可抑制大量促炎因子的释放并改善脓毒症和感染性休克患者的预后[13]。

缺血性脑卒中时脑组织缺血再灌注后会引发神经炎症，可激活先天免疫反应，进而引发一系列炎性级联反应[29]。神经免疫反应通常涉及炎症小体对caspase-1的激活，caspase1通过蛋白水解将IL-1β前体和 IL-18的前体分别加工成成熟的炎性细胞因子IL-1β和IL-18。活化的caspase-1随后介导了gasdermin D (GSDMD)的分解。GSDMD是细胞焦亡的关键执行者，在被caspase-1切割后其N端片段与质膜结合形成膜孔，从而释放具有生物活性的IL-1β、IL-18以及其他细胞内容物，最终导致细胞膜破裂，细胞焦亡(pyroptosis)。有研究显示，许多神经退行性疾病如阿尔茨海默病、多发性硬化、缺血性脑卒中和创伤性脑损伤中都存在神经细胞焦亡[30]。

Sun等[31]研究表明缺血性脑卒中在脑缺血再灌注损伤后LDLR表达下调。LDLR基因敲除可通过激发NLRP3炎性小体的激活和招募,增强caspase-1介导 的GSDMD分解，促进IL-1β和IL-18的过度成熟和释放。最终显著增加脑缺血再灌注后诱导的神经细胞焦亡和炎症反应，使脑梗死的面积进一步扩大并加重神经功能缺陷。抑制NLRP3可逆转脑组织缺血后LDLR缺乏引起的神经细胞焦亡。此外，该研究还表明LDLR的缺失加重了小鼠缺血性脑卒中后长期认知记忆障碍。综上所述，LDLR在调控脑缺血再灌注诱导的神经细胞焦亡中对神经元具有保护作用，并有改善脑缺血后的神经功能障碍的作用。

6 小结与展望

LDLR作为体内维持胆固醇稳态的重要膜蛋白，在一定程度上参与了许多疾病的发生发展。随着人们对LDLR结构和功能的进一步研究，发现该蛋白除了与一些代谢异常的疾病息息相关，还与肿瘤、阿尔茨海默病等疾病有关，并且研究显示LDLR的数量及功能变化可影响这些疾病的进展过程。总而言之，深入LDLR的表达调控机制研究将加深对LDLR 的功能调控，有助于在脂代谢相关疾病中找到新的潜在的药物靶点，为临床研发相应疾病新药物提供新的思路。