ABCA1在动脉粥样硬化中的调节及作用的研究进展

安 芳，丛洪良(综述)，赵季红*(审效)

(1.武警特色医学中心军人全科医学科，天津 300162；2.天津市胸科医院心内科，天津 300222)

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是心血管疾病的首要原因，而胆固醇代谢异常在AS的形成过程中具有极其关键的作用。三磷酸腺苷结合盒转运蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)作为胆固醇逆向转运(reverse cholesterol transport，RCT)这一经典过程的核心转运蛋白，能促进胆固醇从巨噬细胞内流出，减少动脉壁脂质过量沉积，在高密度脂蛋白(high-density lipoprotein，HDL)合成和抗AS过程中都发挥至关重要的作用[1]。本文即从ABCA1的基本结构、功能、调控、与炎症的关系及对AS的影响作一综合性阐述。

1 ABCA1的结构与功能

ABCA1是ABC家族的主要成员之一，人类基因定位于9q31.1，基因总长度为149 kb。作为一个完整的膜转运蛋白[2]，主要由2个空间结构对称的跨膜结构域与2个核苷酸结合域串联组成，后者为三磷酸腺苷(adenosine-triphosphate，ATP)结合的特定靶点，可以提供物质跨膜所需的能量。ABCA1主要表达于肝脏、小肠、胎盘等人体组织脏器中，同时在巨噬细胞、淋巴细胞以及单核细胞等炎症细胞中含量也较高。ABCA1在肝脏及细胞胆固醇代谢过程中具有非常关键的作用，其介导的整个RCT过程可以分为三个阶段[1](图1)：①巨噬细胞内胆固醇的流出。这一阶段ABCA1在ATP供能下，通过与载脂蛋白AI(Apo lipoprotein AI，apoA-I)的特异性相互作用启动多余的胆固醇从动脉壁巨噬细胞转移到细胞外，有效介导HDL合成，因此被视为其限速步骤。②血浆中的高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol，HDL-C)重构。富含胆固醇的HDL通过卵磷脂-胆固醇酰基转移酶(lecithin-cholesterol acyltransferase，LCAT)进行颗粒大小和组成的重塑，形成成熟的HDL。③肝脏对胆固醇的摄取和排泄。游离的酯化HDL与转运蛋白B类Ⅰ型清道夫受体(scavenger receptor class B type Ⅰ，SR-BI)或肝脏中的(low density lipoprotein，LDL)受体识别[3]，被肝脏摄取后，通过转运蛋白ABCG5/ABCG8或ABCA1以中性甾醇的形式进入胆汁，并通过粪便排出体外。因此，ABCA1缺乏可直接影响血HDL的合成，抑制RCT的功能，促进脂质在巨噬细胞内的沉积，进而加速动脉硬化斑块形成。

图1 ABCA1介导的胆固醇逆向转运示意图(根据参考文献[1-2]修改)

2 ABCA1的调节

越来越多的证据表明，多种遗传和表观遗传因素的调控，例如转录因子[4-6]、微RNA(MicroRNA，miRNA)[7-9]和RNA结合蛋白(RNA Binding Protein，RBP)[10]等，都可以单独或组合作用，通过影响转录过程调节ABCA1表达和活性。

2.1配体激活转录因子对ABCA1的调控 肝脏X受体(liver X receptors，LXRs)作为代谢物感应核激素受体，以LXR-α和LXR-β两种亚型存在，是炎症反应、脂质调节、葡萄糖代谢以及胆固醇稳态的高度调节剂，其中LXR-α与类视黄醇X受体(retinoid X receptor，RXRs)形成的异源二聚体可以与ABCA1基因中的启动子元件结合并上调ABCA1蛋白表达水平，最终促进细胞胆固醇流出[4]。

过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators activated recaptorsγ，PPARγ)是LXRs介导的信号传导通路的共同上游因子。PPARγ激动剂可以激活LXR协同上调ABCA1 mRNA的表达，诱导ApoI介导的胆固醇流出。体外试验发现[5]，中药参红通络方剂可以通过激活PPARγ/LXRα/ABCA1通路减轻巨噬细胞炎症和脂质堆积，从而起到抗AS作用。Jiang等[6]指出益母草碱可以通过PPARγ/LXRα信号通路途径，增强ABCA1/G1在人单核巨噬细胞1(human monocytic-leukemia cells 1，THP-1)源性泡沫细胞中的表达和ABCA1/G1介导的胆固醇流出，并有助于延缓apoE-/-小鼠的动脉粥样硬化。

2.2MiRNAs对ABCA1的调节 miRNA属于高度保守的单链非编码RNA，可通过与靶标mRNA的3′端非编码区(untranslated region，UTR)互补结合，直接降解或抑制mRNA及蛋白翻译，参与基因表达序列的特异性转录后调控，与脂质代谢及AS发生密切相关[7]。

microRNA-33是目前与ABCA1表达调控关系研究中最紧密的调节因子。研究发现miRNA33a/b可直接结合到ABCA1基因3′UTR位点，通过靶向抑制ABCA1mRNA和蛋白的表达[8]，降低HDL水平，从而加重AS。通过抑制miR-33刺激巨噬细胞中的自噬溶酶体通路可能会促进多种保护功能，限制斑块进展，包括增强脂滴分解代谢和ABCA1依赖性外流，减少炎性体激活，并促进凋亡细胞的胞吐作用。

近期Wu等研究也表明[9]，AS患者血液中miR-200b-3p的表达与ABCA1的水平呈负相关，抑制miR-200b-3p可以通过靶向作用泡沫细胞中的ABCA1来减轻脂质累积并促进胆固醇流出。

2.3RNA结合蛋白对ABCA1的调节 RBP是一类与RNA结合的特殊蛋白质的总称，参与RNA的转录调控过程，RBP与许多基因的3′UTR中的富含AU碱基的元件(AU-rich element，ARE)结合，从而通过调控mRNA的翻译和(或)稳定性来调节它们的表达[10]。据报道人类抗原R(Human antigen R，HuR)，是一种普遍表达的属于Hu/Elav家族的RBP，与ABCA1的3′-UTR结合并通过增强蛋白质翻译增加其表达[11]，是ABCA1表达和细胞胆固醇稳态的新型转录后调节剂。此外有研究表明[12]，核仁素作为一种多功能的RNA结合蛋白，其过表达显著提高ABCA1的水平，并增强了巨噬细胞中ABCA1 mRNA的稳定性，进而通过增加胆固醇流出来抑制泡沫细胞的形成，而核仁素缺乏则消除了氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)诱导的ABCA1上调。

2.4环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)/蛋白质激酶A(proteinkinase A，PKA)对ABCA1的调节 ABCA1的表达也受cAMP/PKA通路的转录和翻译后调节。Liao等[13]的研究表明，用中间体(一种降钙素家族肽)刺激人THP-1巨噬细胞可通过cAMP/PKA信号途径增加ABCA1表达和胆固醇逆转运。Srivastava等[14]研究在cAMP反应元件控制下稳定转染的细胞中ABCA1的调节，发现用8-Br-cAMP处理转染细胞后，ABCA1蛋白和mRNA都不同程度的增加，并同时诱导胆固醇外流增加，停用则导致ABCA1蛋白和mRNA时间依赖性快速下降，表明cAMP对ABCA1的调节在转录水平。

2.5炎症因子对ABCA1的调节 肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)可以通过间接激活许多信号通路诱导ABCA1表达发生变化，包括核因子kappaB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)、胆固醇调节元件结合蛋白2(sterol-regulatory element binding proteins-2，SREBP-2)和人脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶/氧化还原因子1[15]途径等。同时，TNF刺激也可以直接抑制胰岛和大鼠胰岛细胞瘤细胞中内源性ABCA1的表达[16]。

白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)能够通过强烈诱导包括平滑肌细胞在内的多种细胞来引发一系列炎症级联反应，与炎症性疾病关系紧密[17-18]。已有研究发现肺炎衣原体诱导的细胞外IL-1β释放触发了负反馈回路，进一步抑制烟酸的G蛋白偶联受体109a和ABCA1表达，导致细胞内胆固醇蓄积和大量泡沫细胞形成[17]。Kim等[18]研究结果表明，尿加压素Ⅱ(urotensinⅡ，一种最有效的血管收缩肽)在AS患者的冠状动脉中含量较高，并且通过细胞外调节蛋白激酶(extracellular-signal-regulated kinase,ERK)/IL-1β途径抑制ABCA1的表达，进一步研究证明U-Ⅱ受体拮抗剂KR-36676能降低IL-1β的产生，并导致ABCA1mRNA和蛋白质表达水平恢复。

此外，Tang等[19]研究发现，用IL-8处理THP-1巨噬细胞衍生的泡沫细胞能够下调ABCA1的表达并调节胆固醇外流，其机制可能为IL-8增强miR-183的表达，进而抑制ABCA1的表达和胆固醇逆转运，表明IL-8-miR-183-ABCA1轴可能在AS的发展中起中介作用。

3 ABCA1与AS的关系

AS是导致各种心血管疾病的基础，形成机制涉及动脉壁的脂质沉积和慢性炎症两大基本方面[20]。ABCA1在AS发生发展的多个环节中发挥关键作用，不仅可以通过介导巨噬细胞胆固醇逆向转运，减少动脉壁脂质的堆积，还具有显著的抗炎效果，因此ABCA1与AS关系的研究受到广泛关注。

3.1ABCA1的相关基因改变对AS的影响

3.1.1ABCA1基因突变与AS 人类ABCA1基因突变往往伴随着血清HDL水平改变，并与AS形成密切相关。目前已发现70余种ABCA1基因突变，最早已在丹吉尔疾病中得到证实，表现为血浆HDL-C水平有不同程度地降低，并且早发冠心病发生风险增加[21]。Geller等[22]评估了HDL严重缺乏患者的原因，并对其中23个脂质相关基因进行了测序，发现ABCA1突变基因组达26.9%，并且这些突变与低HDL水平与动脉粥样硬化心血管疾病风险增加(40%)明显相关。Dron等[23]对家族性高胆固醇血症的患者进行DNA测序，在ABCA1中发现了三个独特的缺失：分别为外显子4、跨越外显子8-31以及整个ABCA1的杂合基因缺失，提示ABCA1的遗传缺失与低α脂蛋白血症相关，可能是造成HDL-C降低的遗传决定因素。

3.1.2ABCA1基因多态性与AS 近年来，多项关于ABCA1基因多态性与冠心病(coronary artery disease，CAD)关系的荟萃分析均显示[24-25]，尽管入选对象来自不同国家和地域，这些ABCA1基因多态性位点均与CAD的易感性增加密切相关。另一些来自单中心的研究也得到相似结果，例如，Lu等[26]在国内人群中进行的一项研究显示，ABCA1rs1800976多态性的C等位基因、rs4149313多态性的G等位基因和rs2230806多态性的A等位基因是CAD患病风险增加的等位基因，且rs1800976多态性与CAD的严重程度显著相关。另一项来自沙特的研究对ABCA1 g.1051G>A基因多态性与CAD的关系分析结果显示，GA与GG野生基因型患者CAD的风险明显增加，而A等位基因携带者比野生型携带者含有更高的HDL水平，因此发生CAD的风险较低[27]。

3.1.3ABCA1 DNA甲基化与AS 作为表观遗传机制的一种表现形式，DNA甲基化通过调控基因结构修饰，从而将环境损伤与基因表达联系起来，在AS的进程中具有重要意义[28]。尽管表观遗传学在AS中的作用研究仍处于起步阶段，但其对AS的致病作用是不可小觑的，可以通过关联氧化应激、高同型半胱氨酸血症、衰老和炎症等各种因素影响AS的进程。我们团队前期的一项单中心研究发现，ABCA1 DNA启动子甲基化水平升高为早发冠心病的独立危险因素(OR=2.878，95%CI：1.802～4.594，P<0.001)，且与低HDL水平及高炎症介质水平明显相关[29]。同时，近期研究发现，冠心病的发生与心外膜脂肪组织(epicardial adipose tissue，EAT)中ABCA1和ABCG1 DNA高甲基化有关，且冠心病合并颈动脉或外周动脉疾病患者EAT中ABCA1表达水平降低[30]。

3.2ABCA1通过抗炎作用减少AS 近年来ABCA1在AS过程中的抗炎作用逐渐得到证实。已有研究表明，ABCA1通过去除ROS，抑制细胞因子IL-1β和TNF-α的分泌以及NF-κB信号通路来减少炎症反应[31]。Westerterp等[32]研究指出骨髓细胞Abca1/g1缺乏会增加Ldlr-/-小鼠的血浆IL-18水平，诱导脾细胞中的IL-1β和IL-18分泌，增加在脾单核细胞、巨噬细胞及中性粒细胞中含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1的裂解，而且还激活了非经典炎症小体，进而明显诱发中性粒细胞在AS斑块中募集并释放中性粒细胞胞外诱捕网。此外，Ding等[33]研究发现ABCA1的表达降低了Toll样受体4(Toll-like receptors4，TLR4)的活性和促炎因子的水平；相反，使用siRNA下调ABCA1含量，能够降低TLR4的表达，并诱导所有细胞类型中IL-1β和TNF-α的减少，进而起到抗炎作用。

内皮细胞(endothelial cells，EC)作为AS的第一道屏障，在AS发生过程中的作用不可或缺，是一系列炎症反应的始动因素。ABCA1及apoA1在EC中共同作用具有抗炎效果，可导致NF-κB靶基因(包含白细胞介素6、肿瘤坏死因子α、细胞间黏附分子1和血管细胞黏附分子1)的表达降低≥50%，从而有效地预防和减少AS的发生[34]。另有研究发现，沉默丝裂原活化蛋白激酶4(mitogen activated protein kinase 4，MAP4K4)可能通过激活PPARγ/ABCA1信号通路，抑制ox-LDL诱发的人脐静脉内皮细胞凋亡和氧化应激，从而减少血管内皮细胞损伤，发挥抗AS作用[35]。巨噬细胞通过介导胆固醇外流及诱发炎症反应在AS形成中发挥关键性作用。研究发现黄芪甲苷通过与巨噬细胞膜上的ABCA1相互作用能激活PPARγ/LXRα通路，抑制NF-κB核转位，进一步促进胆固醇外流并上调巨噬细胞中ABCA1和ABCG1的表达，从而抑制炎症反应[36]，发挥抗AS作用。

胞葬作用(efferocytosis)的机制涉及吞噬细胞对凋亡细胞的清除，成功的吞噬会触发抗炎细胞因子的释放以抑制AS。有趣的是，ABCA1也有促进胞吞作用。ABCA1通过调节“find-me”配体的释放以及“eat-me”配体的暴露、释放和表达来促进胞吞作用[37]。因此，ABCA1是将胆固醇流出和凋亡细胞清除联系起来的核心因素。膜联蛋白A1(Annexin-A1，ANXA1)是介导抗炎、胆固醇转运、外泌体和微粒分泌以及凋亡细胞清除的关键蛋白。研究已经发现ABCA1可以增加ANXA1表达并将ANXA1从细胞质转运到细胞膜，从而促进ANXA1进入细胞外液以促进抗炎活性和凋亡细胞清除，最终延缓AS进展[38]。

4 结论与展望

综上所述，ABCA1不仅促进胆固醇和磷脂外流，介导HDL合成，还参与细胞凋亡和炎症的调节。这些功能在AS的发生及进展中是不可或缺的。同时，ABCA1的表达又受到各种遗传因素、表观遗传学及炎症介质等的复杂调控，现有的研究还远不能阐明其根本机制。因此，需要更加深入地研究寻找ABCA1代谢通路上可能的调控位点和作用机制，从而为找到AS治疗靶点提供新的思路。