PCSK9 在系统疾病和脓毒症中的作用

陈祥梅 王涛

脓毒症的是机体对感染的反应失调而导致危及生命的器官功能障碍，死亡率高达20%［1］，脓毒症的根本发病机制尚未明了，涉及到复杂的全身炎症网络效应、基因多态性、免疫功能障碍、凝血功能异常、组织损伤以及宿主对不同感染病原微生物及其毒素的异常反应等多个方面。病原菌脂质(PL)入侵体内后会触发炎症反应，同时，机体不断清除循环中的 PL 来减轻炎症反应PL 触发炎症反应。血浆低密度脂蛋白(LDL)在PL 清除中期关键作用，PL 的体内清除机制既是机体从脓毒症中恢复的最主要机制，又是当前脓毒症研究的重要靶点［2］。前蛋白转化酶(PCSK)家族的成员前蛋白转化酶枯草溶菌素9(proprorein convertase subtilisinkexin type 9，PCSK9)具有靶向LDLR 进行降解的特殊功能［3，4］。临床试验表明PCSK9 能够通过降低低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平有效和安全地预防心血管事件。PCSK9 蛋白主要在肝细胞中表达，在肠、肾、中枢神经系统也有低水平的表达。虽然PCSK9 通过调节肝脏LDLR 的表达来调节胆固醇代谢，但体外和体内的研究表明，PCSK9 还参与了其他多种生理过程。本文将PCSK9 在不同系统的病理生理作用以及对脓毒症作用作了综述。

1 PCSK9 的发现

2001年，PCSK9 首次在小脑神经元凋亡的研究中被发现，命名为神经细胞凋亡调节转化酶1(NARC-1)［5］。PCSK9 基因位于1 号染色体p32 位点，编码含692 个氨基酸的丝氨酸蛋白酶［6］。PCSK9 蛋白主要在肝细胞表达，在肠、肾、中枢神经系统也有低水平的表达。PCSK9 的转录主要由固醇调节元件结合蛋白-2(sterol regulatory element binding protein-2，SREBP-2)和肝细胞核因子1α(HNF1α)转录因子调节。

2 PCSK9 在各个系统中的作用

2.1 PCSK9 与心血管系统 有研究发现，PCSK 家族的成员可将未成熟的前蛋白如前激素、细胞因子和膜结合蛋白切割并转化为它们的生物活性形式，从而维持体内平衡，PCSK9 最初被认为具有其他PCSK 家族成员相似的酶功能，但后来发现PCSK9 具有靶向LDLR 进行降解的特殊功能［7］。PCSK9 在LDL-C 代谢过程中扮演重要角色。LDL-C 和LDLR 结合后通过网格蛋白包被的囊泡内化进入肝细胞。LDL-C 则在溶酶体中被降解，而LDLR 重新循环回细胞膜上结合血液中游离的LDL-C。循环PCSK9 的催化结构域可以与肝细胞表面的LDLR 结合，细胞内的低pH 值环境增加了LDLR 降解。因而细胞表面LDLR 数量减少，LDL-C 不能被肝脏清除，血液中的LDL-C 水平升高与LDLR 亲和力水平升高，以致LDLR 无法重新回到细胞表面，形成的复合物在溶酶体中均被降解［7］。

PCSK9 在家族性高胆固醇血症(FH)的发病中扮演关键角色，该基因的功能获得型患者会罹患高胆固醇 血症［8］。PCSK9 是除LDL-R、载脂蛋白B(apolipoprotein B)外，第3 个与常染色体显性FH 有关的基因［9］，当小鼠过表达PCSK9 时，总胆固醇及非高密度脂蛋白(non-high density lipoprotein cholesterol，non-HDL-C) 水平升高，LDLR 表达下降，证明了人类PCSK9 功能获得性基因变异在高胆固醇血症的发生发展中起了决定性作用。同时研究发现PCSK9 功能缺失型基因变异的人群表现为低胆固醇血症，其心血管疾病的患病风险也大大降低。在一项关于PCSK9 在oxLDL 依赖性调节心肌细胞功能中的作用的实验中，Wolf 等使用成年大鼠和小鼠心室心肌细胞和离体灌注心脏，通过酶联免疫吸附剂测定(ELISA)、蛋白质印迹法(Western Blot)等实验方法确定心肌细胞表达并释放PCSK9，PCSK9 以自分泌方式作用于心肌细胞并损害其功能［10］。

2.2 PCSK9 与中枢神经系统 PCSK9 在中枢神经系统表达，可能参与大脑发育和凋亡，载脂蛋白(ApoE)在阿尔茨海默病(AD)的病理生理学中起着关键作用。通过AD 患者脑脊液中PCSK9 水平升高的观察，PCSK9可能通过降解负责星形胶质细胞来源的胆固醇摄取的神经元ApoE 受体来干扰中枢神经系统胆固醇转运［11］，同时研究表明，在健康受试者中，血清PCSK9 浓度呈现明显的日变化，在下午3 点左右浓度值最低，在其余时间里逐渐增加，并在傍晚/清晨左右达到峰值，与血清PCSK9 水平相比，脑脊液中PCSK9 的浓度在24 h 内保持不变［12］。然而，有研究表明，未发现两种PCSK9多态性与散发性AD 的关联［13］。鉴于凋亡在神经系统发育和退化中的重要作用，需要进一步的研究来了解PCSK9 是否、如何以及何时在老化和退化的大脑中上调，以及常见的PCSK9 多态性是否与神经元疾病相关。

2.3 PCSK9 与内分泌系统 PCSK9 的合成除了受SREBP-2 和HNF1α 转录因子调节外，也受激素和营养状况的影响。脂质和葡萄糖代谢之间的密切关系支持了PCSK9 可能参与葡萄糖稳态的研究。胆固醇在决定细胞膜的物理化学特性和功能中起着至关重要的作用。适当的膜结构对于葡萄糖介导的胰岛素分泌在胰腺β-cell 中是至关重要的，并且细胞胆固醇含量的改变可能导致β-cell 功能障碍［14］，下调PCSK9 可改善2 型糖尿病患者的脂质和葡萄糖代谢［15］。脂质代谢和卵巢疾病是多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome，PCOS)的常见临床表现，PCSK9 在血液、肝脏和卵巢中的异常高表达可能通过影响脂质代谢和卵巢功能而参与PCOS 病的发病机制，抑制PCSK9 可能部分逆转PCOS 的病理改变。研究表明，PCSK9 有可能成为PCOS 诊断和治疗的新的有吸引力的靶点［16］。

2.4 PCSK9 与消化系统 体外研究显示，结肠癌细胞(Caco-2)可以分泌PCSK9，同时PCSK9 缺陷小鼠和Caco-2 实验证实，PCSK9 可能直接调节富含甘油三酯颗粒的肠道分泌［17］，除了对餐后甘油三酯水平的影响外，PCSK9 还被认为可以调节经肠道胆固醇排泄(transintestinal cholesterol excretion，TICE)。在PCSK9 缺陷小鼠中，不改变每日食物摄入或肠道胆固醇吸收，TICE 增加，给予PCSK9 缺陷小鼠静脉注射重组PCSK9则可迅速降低TICE［18］。

2.5 PCSK9 与肾脏系统 与其他系统一样，PCSK9 可降低肾脏中LDLR 的表达，在小鼠肾病综合征模型中，系统性或肝脏缺乏性PCSK9 可以预防血脂异常［19］，表明肝脏向血浆中分泌更多的PCSK9 可能会导致肾病综合征相关血脂异常。体外研究表明，PCSK9 可能与阿米洛利敏感的上皮钠通道亚单位-α(也称为ENaC)相互作用，通过蛋白酶体途径增加其降解［20］，此外，阿米洛利增加了PCSK9 缺陷小鼠和表达PCSK9 小鼠的尿钠排泄，表明ENaC 活性不受PCSK9 的影响［21］，因此，虽然PCSK9 在肾脏中表达，并可能影响肾脏生理，但PCSK9 活性似乎对正常肾功能并不重要，并且抑制PCSK9 可能并不会给肾脏带来不良反应［22］。

2.6 PCSK9 与风湿免疫系统 Sánchez-Pérez 等［23］研究发现，系统性红斑狼疮患者表现出脂质分布紊乱，大多数脂质相关分子下调，其中包括PCSK9 血清水平的下调，疾病的活动和损害与PCSK9 呈正相关。由于PCSK9 与心血管疾病有关，系统性红斑狼疮患者心血管风险的增加可能会受到PCSK9 的影响，从而导致更大的损害和活动。然而，需要进一步的研究来评估PCSK9 是否在系统性红斑狼疮患者的血脂异常和动脉粥样硬化加速中起关键作用。de Armas-Rillo 等通过酶联免疫吸附试验测定了160 例未接受过生物制剂治疗的类风湿关节炎(RA)患者的PCSK9 水平，后患者开始抗肿瘤坏死因子-α(TNF-α)治疗，并随访1年(疾病活动性由DAS28 确定)发现，在TNF -α 拮抗剂治疗的RA 患者中，3、6、12 个月后，根据DAS28 测定的PCSK9 基线水平与疾病活动度呈负相关。同时该实验还研究了PCSK9 对巨噬细胞和滑膜细胞的影响，其生理浓度范围与循环中存在的PCSK9 相似。从而确定PCSK9 以浓度依赖的方式从巨噬细胞诱导TNF-α 和白细胞介素(IL)-β［24］。PCSK9 在预测RA 的预后中可能起作用，并且抑制PCSK9 可能在RA 的治疗中有意义。同时研究表明，在中轴型脊柱关节炎患者，疾病活动度与PSCK9 呈显著正相关，抗肿瘤坏死因子治疗可降低PCSK9 血清水平［25］。

2.7 PCSK9 与癌症 胃癌组织中PCSK9 的表达水平与癌症进展和预后差相关，PCSK9 可以通过上调热休克蛋白70(HSP70)激活 MAPK 信号通路，促进胃癌转移和抑制凋亡。PCSK9 可能作为胃癌一种新的潜在治疗靶点，同时，PCSK9 在胃癌中或许可以作为一种新的生物标志物［26］。在小鼠肿瘤模型中，基因缺失PCSK9或使用PCSK9 抗体可以增加肿瘤细胞表面主要组织相容性蛋白I 类(MHC I)蛋白的表达，促进细胞毒性T 细胞在肿瘤内的浸润，促进MCH I 在溶酶体中的迁移和降解来破坏MHCI 在细胞表面的循环，减弱或阻止肿瘤在小鼠体内的生长［27］。

2.8 PCSK9 与传染病 登革热病毒(DENV)感染需要胆固醇作为一种亲病毒因素，同时DENV 感染操纵胆固醇代谢需要低氧微环境(缺氧)，如肝脏、脾脏和淋巴结。因此他汀类药物作为抗登革热药物缺乏疗效。PCSK9 作为一种胆固醇代谢的关键调节剂，在缺氧细胞中表达增加［28］。

2.9 PCSK9 与免疫系统 研究表明，胆固醇代谢和免疫系统之间有直接联系［29］，具有人源化免疫系统和腺相关病毒血清8 型(AAV8)介导的PCSK9 过表达的小鼠表现出高胆固醇血症和T 细胞介导的肺部和肝脏炎症反应。在这种高胆固醇血症的情况下，T 细胞稳态被破坏，CD4+和CD8+记忆T 细胞增加，循环中调节性T细胞减少［30］，因此评估PCSK9 抑制剂对免疫活性的调节是否对小鼠动脉粥样硬化有影响是很有意义的。

2.10 PCSK9 与病毒感染 一些研究表明，PCSK9 与丙型肝炎病毒(HCV)感染之间存在联系，PCSK9 可能会影响到HCV 通过LDLR 介导的方式侵入肝细胞［31］，PCSK9 可通过促进LDLR 的降解调节肝脏CD81 水平，CD81 是一种细胞表面蛋白，可促进HCV 进入肝细胞［32］。研究发现，抑制PCSK9 可通过有效降低胆固醇，阻断严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)进入宿主细胞或抑制其复制来抑制SARS-CoV-2 感染，但需要进一步的研究验证及评估PCSK9 抑制剂这一类药物在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)潜在益处［33］。

3 PCSK9 在脓毒症中的作用

脓毒症是指由感染引起的全身炎症反应综合征，临床证实有细菌存在或有高度可疑感染灶，故从本质上讲脓毒症是机体对感染性因素的反应。PL 通过Toll样受体和其他可能受体共同参与炎症反应，其中，PL是触发炎症反应中固有免疫受体的主要配体，主要包括革兰阴性菌的脂多糖(LPS)、革兰阳性菌中的脂壁酸(LPA)、真菌细胞壁中的磷脂甘露聚糖等［34］，它们或可成为触发感染性炎症反应的病原体相关分子模式(PAMPs)。宿主对病原体反应的启动包括这些PAMPs与先天免疫受体的结合，先天免疫受体由整个宿主的免疫细胞、内皮细胞和薄壁细胞表达。包括Toll 样受体(TLRs)在内的多种受体组成了一系列与多种PAMPs有亲和力的先天免疫受体，可对许多不同的外源性“危险”信号(PAMPs)和内源性称为损伤相关分子模式(DAMPs)的分子作出反应［35］。亲脂性PAMPs(如LPS 和LTA)存在于脂蛋白(如LDL)中。因此，可以推测PCSK9 也可能影响病原体脂质清除。在PCSK9 敲除小鼠中，脂多糖诱导的活动、温度、血压和左心室射血分数等临床指标水平均降低。PCSK9 清除小鼠血液中的内毒素清除率升高，多种炎症因子(如TNF-a、IL-6、IL-10)减少［36］。在另一组实验中，通过盲肠结扎和穿刺建立脓毒症模型，6 h 后对动物进行液体复苏和广谱抗生素治疗，然后给予PCSK9 抑制剂。实验表明使用PCSK9 抑制剂治疗的小鼠存活率增加，炎症细胞因子反应减弱［37］。

在血液中，LPS和LTA均携带60%的高密度脂蛋白(HDL)及40%的LDL 和极低低密度脂蛋白(VLDL)［38］。转运蛋白，如磷脂转运蛋白(PLTP)和脂多糖结合蛋白(LBP)，允许这些病原体的脂质在脂蛋白之间快速转运—主要是从HDL 转运到LDL。由于LBP和PLTP 转运病原体脂质，HDL 发生重构。这种重构被认为是脓毒症期间观察到的血脂异常的一个组成部分［39］。致病菌脂质结合转运蛋白(如LBP)、杀菌通透性增加蛋白等与胆固醇转运蛋白(如PLTP)、胆固醇酯转运蛋白(CETP)等是同源的［40］。因此PL 转运蛋白与胆固醇转运蛋白在功能上存在明显的交叉。例如LBP和PLTP 都可以有效地结合LPS。病原体脂质随后被其所含的LDL 颗粒清除。在LDLR/LDL/LPS 内化后，LPS 在胆汁中代谢排泄。大多数病原体的脂清除是通过这种LDL/LDLR 相互作用，然而，其他途径可能也发挥重要作用。HDL 中包含的病原体脂质也可能通过与HDL 相关的受体清除，如清道夫受体B1(SR-B1)。病原体脂质的一部分在VLDL 中携带。尽管极LDLR 主要存在于脂肪组织中，而LDLR 主要存在于肝脏中，但极低密度脂蛋白受体与LDLR 高度同源。因此，病原体脂质可能通过VLDL 受体从循环中清除［41］。一项测定脂肪细胞脂多糖摄取和极低密度脂蛋白受体蛋白表达的小鼠实验表明，脂多糖可以通过极低密度脂蛋白受体在脂肪组织中隔离，这种隔离可能有助于改善脓毒症的生存［42］。脓毒症中PCSK9 水平升高可降低肝细胞表面的LDLR。这一机制可能是对脓毒症患者低血浆LDL 浓度的调节反应，旨在通过细胞内SREBP 信号恢复LDL 浓度到更正常的水平。脓毒症期间升高的PCSK9 降低了病原体脂质清除率，并可能将增加的病原体脂质转移到TLR 上，从而导致炎症反应增加［43］。同时如上文所述，心肌细胞表达并释放PCSK9，PCSK9以自分泌方式作用于心肌细胞并损害其功能，脓毒症时PCSK9 水平的升高是否会导致心肌损伤甚至脓毒症心肌病的发生有待进一步研究。

4 小结

PCSK9 参与了各种生理和病理生理过程，主要通过LDLR 依赖机制，但也可通过LDLR 非依赖机制。在脓毒症中，PCSK9 主要通过降低肝细胞表面的LDLR，降低PL 的清除，导致炎症反应的增加，PCSK9 浓度的升高是否可以作为脓毒症严重及预后程度的指标需待进一步验证，同时在合并心血管基础疾病的脓毒症患者与普通脓毒症患者中，PCSK9 水平是否存在差异，需要更多的研究。