劉芳 王偉 嚴(yán)曉偉

.綜述.

膜轉(zhuǎn)運蛋白三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1的表達調(diào)控與信號傳導(dǎo)

劉芳 王偉 嚴(yán)曉偉

冠狀動脈疾病； 脂代謝障礙； 三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1

動脈硬化性心血管疾病（atherosclerotic cardiovascular disease，CVD)是最常見的死亡原因。高密度脂蛋白（High density lipoprotein，HDL)主要通過轉(zhuǎn)運動脈巨噬細(xì)胞多余的膽固醇到肝臟代謝來預(yù)防CVD。這個途徑的第1步稱為膽固醇逆轉(zhuǎn)運，由整合膜蛋白——三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1（ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)介導(dǎo)。ABCA1轉(zhuǎn)運細(xì)胞的膽固醇和磷脂到乏脂載脂蛋白（apolipoprotein A-Ⅰ，ApoA-Ⅰ)和其他載脂蛋白，為細(xì)胞卸載多余膽固醇提供有效途徑。ABCA1的功能可以在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)。此外，ABCA1介導(dǎo)的脂質(zhì)外流和抗炎反應(yīng)均涉及了ApoA-Ⅰ和ABCA1相互作用后的信號級聯(lián)放大效應(yīng)［1］。本文總結(jié)了目前已知的信號傳導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)ABCA1功能的分子機制，以及它們潛在的治療靶點。

1 ABCA1介導(dǎo)的膽固醇外流的機制

ABCA1主要功能之一是轉(zhuǎn)運細(xì)胞的膽固醇和磷脂到乏脂ApoA-Ⅰ產(chǎn)生HDL顆粒，并提供卸載細(xì)胞膽固醇的有效途徑。一些研究提示了以下ABCA1依賴的脂質(zhì)外流的模型。即使缺乏載脂蛋白，在細(xì)胞的膽固醇負(fù)荷誘導(dǎo)下ABCA1也可以構(gòu)成囊狀的膜區(qū)域，適合與載脂蛋白相互作用。載脂蛋白和ABCA1直接地通過低結(jié)合力位點相互作用后激活了幾條信號途徑，例如JAK2途徑，它可以反過來增加載脂蛋白與ABCA1和高結(jié)合力位點（high capacity binding sites，HCBS)的結(jié)合［2］。這些相互作用促進ApoA-Ⅰ接觸到突出的脂質(zhì)區(qū)域，促進脂質(zhì)溶解并從細(xì)胞中釋放。另外有研究顯示，ABCA1表達增加了細(xì)胞表面膽固醇對膽固醇氧化酶反應(yīng)的敏感性，減少了漿膜的脂閥含量［3］。電子顯微鏡和晶體X線衍射分析提示，ABCA1兩個左右對稱的跨膜部分構(gòu)成“半圓筒”樣腔室，在細(xì)胞膜胞漿側(cè)的內(nèi)口展開，發(fā)現(xiàn)作用底物并結(jié)合它們進入腔室，再翻轉(zhuǎn)它們到膜的外半部突起部分［4］。核苷酸結(jié)合域（nuclear binding domain，NBD)的變異阻止了以上區(qū)域的形成，表明NBDs涉及一系列ABC蛋白的結(jié)構(gòu)改變。

使用化學(xué)抑制劑使ABCA1變性的研究提示，ApoA-Ⅰ和ABCA1結(jié)合對于ABCA1介導(dǎo)的脂質(zhì)外流是必須的。有兩個明顯不同的位點結(jié)合ApoA-Ⅰ，一個相對低結(jié)合力的直接ABCA1結(jié)合位點；一個與ABCA1無關(guān)的HCBS?；瘜W(xué)交聯(lián)研究提示，ABCA1和ApoA-Ⅰ是非?？拷模ǎ??)，提供了ApoA-Ⅰ和ABCA1直接結(jié)合的證據(jù)。盡管HCBS和直接結(jié)合位點不同且與ABCA1無關(guān)，但直接結(jié)合位點和HCBS是緊密聯(lián)系的［5］。增加ApoA-Ⅰ和ABCA1的結(jié)合可促進ApoA-Ⅰ和HCBS的結(jié)合，而且抑制ApoA-Ⅰ和ABCA1也抑制了ApoA-Ⅰ結(jié)合到HCBS?？赡蹵poA-Ⅰ快速短暫地結(jié)合到ABCA1激活了信號途徑，比如JAK2通路，使ApoA-Ⅰ和HCBS發(fā)生相對次要的相互作用。

ABCA1誘導(dǎo)脂質(zhì)外流到HDL多種載脂蛋白上，包括ApoA-Ⅰ、A-Ⅱ、E、C-Ⅰ、C-Ⅲ和A-Ⅳ。這些載脂蛋白由11～22個聚體氨基酸串聯(lián)重復(fù)，呈兩性雙α-螺旋結(jié)構(gòu)。人工合成的18氨基酸肽是HDL載脂蛋白中兩性雙α-螺旋的類似物，能模擬ApoA-Ⅰ通過ABCA1途徑轉(zhuǎn)運膽固醇和磷脂。所以，兩性雙α-螺旋是轉(zhuǎn)運脂質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)序列［6］。兩性雙α-螺旋的廣泛特異性提示，除了載脂蛋白，其他包括該結(jié)構(gòu)序列的蛋白質(zhì)都能通過ABCA1途徑轉(zhuǎn)運細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)。兩性雙螺旋的磷脂轉(zhuǎn)運蛋白（phospholipid transfer protein，PLTP)能與ABCA1相互作用，并轉(zhuǎn)運細(xì)胞膽固醇和磷脂。由于它的脂質(zhì)結(jié)合力弱，PLTP趨向轉(zhuǎn)運脂質(zhì)到HDL，而不是產(chǎn)生新的脂蛋白顆粒［7］。

2 ABCA1的抗炎活性

ABCA1也有抗炎作用，這表現(xiàn)為另一個預(yù)防CVD的機制［8］。有ABCA1功能障礙和家族性HDL缺乏的患者趨向有慢性輕度的炎癥。所有組織或選擇性巨噬細(xì)胞ABCA1敲除鼠對脂多糖類（lipopolysaccharides，LPS)炎癥刺激物反應(yīng)增高［9］，提示巨噬細(xì)胞ABCA1有抗炎功能。而且，選擇性白細(xì)胞ABCA1敲除的低密度脂蛋白-/-鼠外周血白細(xì)胞計數(shù)升高，并且肝臟和脾臟的巨噬細(xì)胞浸潤增加。

相關(guān)研究提示，ABCA1的抗炎能力相對于它調(diào)節(jié)膜脂閥膽固醇含量的能力是次要的。巨噬細(xì)胞ABCA1敲除鼠增加了脂閥的膽固醇含量，并通過膽固醇受體——Toll樣受體（Toll-like receptor 4，TLR4)增強了LPS的信號通路，增加了炎癥細(xì)胞因子［10］。將人單核細(xì)胞和ApoA-Ⅰ共培養(yǎng)可以削弱炎癥刺激物激活CD11b的能力，并且這個影響在敲除ABCA1的細(xì)胞中消失。ApoA-Ⅰ也可以激活脂閥相關(guān)的金屬蛋白酶ADAM1，它促使前炎癥細(xì)胞因子腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor α，TNFα)和它的受體蛋白水解脫落。以上這些反應(yīng)都依賴漿膜脂閥的膽固醇含量。

研究表明，ApoA-Ⅰ或它的模擬肽結(jié)合ABCA1激活轉(zhuǎn)錄因子STAT3。眾所周知，巨噬細(xì)胞中STAT3通路具有抗炎功能。事實上，特異性激活STAT3對阻斷巨噬細(xì)胞大多數(shù)活化的炎癥細(xì)胞因子是必要的。ApoA-Ⅰ或它的模擬肽和表達ABCA1的巨噬細(xì)胞相互作用激活JAK2/STAT3通路，并且顯著地抑制這些細(xì)胞因子的表達。此外，ABCA1的抗炎特性可能成為其他炎癥疾病的治療靶點，包括巨噬細(xì)胞浸潤和炎癥，如炎癥性腸病和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。

3 傳導(dǎo)通路與ABCA1功能

3.1 cAMP/蛋白激酶A（protein kinase A，PKA)信號通路調(diào)節(jié)ABCA1介導(dǎo)的脂質(zhì)外流

cAMP/PKA通路對ABCA1磷酸化起了重要作用，并調(diào)節(jié)細(xì)胞ApoA-Ⅰ依賴的脂質(zhì)外流。位于ABCA1的NBD區(qū)絲氨酸2054（S2054)變異減少了ABCA1磷酸化和ApoA-Ⅰ介導(dǎo)的脂質(zhì)外流，表明cAMP/PKA信號通路使ABCA1磷酸化，并且S2054對PKA磷酸化和ABCA1介導(dǎo)外流起關(guān)鍵作用。通過增加cAMP和激活PKA信號通路，表達ABCA1的細(xì)胞和ApoA-Ⅰ短時間共同孵育，可濃度和時間依賴性地增加ABCA1磷酸化，同時未影響ABCA1表達水平。特別是與Tangier疾病相關(guān)的ABCA1的C1447R天然變異，大大減少了ApoA-Ⅰ介導(dǎo)的cAMP產(chǎn)生，ABCA1磷酸化和ApoA-Ⅰ介導(dǎo)的脂質(zhì)外流，提示通過ApoA-Ⅰ激活cAMP/PKA信號通路需要ApoA-Ⅰ和ABCA1直接相互作用［11］。ApoA-Ⅰ結(jié)合與G蛋白偶聯(lián)的ABCA1，激活腺苷酸環(huán)化酶，誘導(dǎo)cAMP生成，激活PKA后磷酸化ABCA1，通過ABCA1使ApoA-Ⅰ接受脂質(zhì)。

3.2 JAK2/STAT3信號通路調(diào)節(jié)ABCA1功能

載脂蛋白/ABCA1相互作用激活最具特征的信號分子JAK2，它是一種非受體酪氨酸激酶，可以被一半以上細(xì)胞因子/生血素超家族受體激活。JAK2活化是大多數(shù)這些受體下游信號的起始步驟。JAK特異性的抑制劑顯著地減少了ApoA-Ⅰ介導(dǎo)的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運和抑制ApoA-Ⅰ結(jié)合到ABCA1，且JAK2突變的細(xì)胞脂質(zhì)外流嚴(yán)重受損［12］。ABCA1變異導(dǎo)致JAK2功能不同程度損害，表明載脂蛋白刺激JAK2磷酸化并轉(zhuǎn)運脂質(zhì)與載脂蛋白結(jié)合ABCA1是高度相關(guān)的，提示要使轉(zhuǎn)運脂質(zhì)所需的ApoA-Ⅰ與ABCA1最佳結(jié)合必須需要JAK2的活化。

即使ApoA-Ⅰ和表達ABCA1的細(xì)胞短時間相互作用也可以刺激JAK2的自磷酸化，產(chǎn)生活化的JAK2，使靶蛋白磷酸化。JAK2的磷酸化激活下游轉(zhuǎn)錄因子STATs，它可以調(diào)節(jié)廣泛的細(xì)胞通路途徑。ApoA-Ⅰ和ABCA1相互作用增加了磷酸化并激活STAT3。然而，敲除STAT3對ABCA1介導(dǎo)的膽固醇外流無影響。在巨噬細(xì)胞中激活STAT3有抗炎功能。用ApoA-Ⅰ預(yù)處理表達ABCA1的巨噬細(xì)胞可以抑制LPS誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子TNF-a、白細(xì)胞介素（interleukin，IL)-1和IL-6的產(chǎn)生。通過siRNA敲低STAT3，骨髓特異性的STAT3敲除鼠或者抑制STAT3磷酸化都削弱了ApoA-Ⅰ的作用，表明STAT3在ApoA-Ⅰ和ABCA1的相互作用中發(fā)揮抗炎作用［1］。ABCA1敲除鼠的巨噬細(xì)胞ApoA-Ⅰ失去了它的抗炎活性，提示ApoA-Ⅰ的抗炎作用需要ABCA1。巨噬細(xì)胞中沉默STAT3不能完全阻止ApoA-Ⅰ抑制LPS誘導(dǎo)細(xì)胞因子的能力，提示ApoA-Ⅰ/ABCA1相互作用抗炎不是完全依賴STAT3的。值得關(guān)注的是，JAK2/STAT3信號途徑也能被人工合成的ApoA-Ⅰ模擬肽激活［13］，其中的一個肽5A，顯示可以減輕動脈硬化，并較其他肽有更小的不良反應(yīng)，激活JAK/STAT3通路更特異。

3.3 Rho家族G蛋白CDC42調(diào)節(jié)ABCA1介導(dǎo)的膽固醇外流

ApoA-Ⅰ和細(xì)胞共孵育顯著刺激Rho家族G蛋白［14］。通過使用不同的方法，包括抑制劑和激活劑、細(xì)菌毒素和顯性失活突變，顯示CDC42的激活調(diào)節(jié)ApoA-Ⅰ介導(dǎo)的脂質(zhì)外流。很明顯，ABCA1和CDC42是相關(guān)的。ApoA-Ⅰ也刺激Rho家族G蛋白，但是選擇性地抑制Rac1對ApoA-Ⅰ介導(dǎo)膽固醇外流無影響。由于含囊泡的ABCA1往返于反面高爾基網(wǎng)和漿膜之間，CDC42可能涉及了膽固醇在高爾基反面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和漿膜之間的轉(zhuǎn)運，提出ApoA-Ⅰ誘導(dǎo)了CDC42的活化，增強了囊泡的運輸，因此提高了ABCA1誘導(dǎo)的膽固醇外流［15］。ApoA-Ⅰ/CDC42的下游信號靶點之一是應(yīng)激酶c-Jun N末端激酶（Jun N-terminal kinase，JNK)，抑制JNK減少了ApoA-Ⅰ誘導(dǎo)的膽固醇外流。CDC42能與ABCA1直接結(jié)合并相互作用。然而，ApoA-Ⅰ如何激活CDC42和激酶的特性還不清楚。是否Rho家族G蛋白的激活需要ApoA-Ⅰ和ABCA1的直接作用也不清楚［16］。

3.4 信號通路與ABCA1降解

ABCA1蛋白更新很快，鼠巨噬細(xì)胞和分化的人急性單核白血病細(xì)胞中ABCA1的半衰期小于1 h。鈣蛋白酶抑制劑顯著減低ABCA1更新的速率，提示鈣蛋白酶介導(dǎo)了ABCA1蛋白的降解。研究顯示，通過蛋白水解調(diào)節(jié)蛋白降解的PEST序列缺失可減少ABCA1的降解率［17］。另一研究發(fā)現(xiàn)，蛋白激酶Ca（PKCa)在不明位點增加ABCA1磷酸化，使ApoA-Ⅰ穩(wěn)定ABCA1蛋白［18］。進一步提出，ApoA-Ⅰ轉(zhuǎn)運細(xì)胞游離膽固醇和磷酸卵磷脂，產(chǎn)生二酰基甘油（diacyl glycerol，DAG)，DAG激活PKCa，導(dǎo)致ABCA1磷酸化。這個模型提示，ApoA-Ⅰ介導(dǎo)磷酸卵磷脂-磷脂酶C（PC-PLC)釋放產(chǎn)生的DAG，是PKC的關(guān)鍵激活劑，而ABCA1的磷酸化和避免被蛋白酶水解都需要PKC。如果能證明ApoA-Ⅰ通過PKC通路誘導(dǎo)ABCA1位點的磷酸化和激酶/磷酸酶在ABCA1的PEST序列去磷酸化，將使我們更容易理解ApoA-Ⅰ是如何觸發(fā)信號通路穩(wěn)定ABCA1的。

4 ABCA1作為治療靶點

目前對冠心病的治療方法集中在降低低密度脂蛋白膽固醇，但是大多數(shù)有效降低膽固醇的藥物只減少了三分之一的心血管事件。由于這個疾病帶來巨大的負(fù)擔(dān)，HDL途徑變成了研制藥物的新靶點。普遍認(rèn)為HDL水平和CVD之間呈負(fù)相關(guān)，升高HDL水平可以保護心血管。然而，最近使用膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白抑制劑提高HDL的臨床試驗意外地增加了心血管并發(fā)癥。所以，通過表達ApoA-Ⅰ或ABCA1，或者增加HDL功能，例如HDL誘導(dǎo)外流能力而不是升高HDL本身，可能是重要的治療靶標(biāo)［19］。因此，ABCA1為藥物研發(fā)帶來新的治療靶點，即清除動脈巨噬細(xì)胞的膽固醇，防止CVD的發(fā)生。研究顯示，給予致動脈硬化的動物重組HDL，乏脂ApoA-Ⅰ或載脂蛋白模擬肽可以減少動脈硬化［20］。此外，以ABCA1受體樣蛋白激動劑為靶點較轉(zhuǎn)錄激動劑有一定優(yōu)勢，因為它們能穩(wěn)定表達ABCA1蛋白和刺激它的膽固醇轉(zhuǎn)運和產(chǎn)生抗炎活性［21］。

5 結(jié)論和展望

人類遺傳學(xué)和小鼠模型研究顯示ABCA1是有心臟保護作用的。ABCA1能與載脂蛋白相互作用發(fā)揮它的受體特性并激活多條信號通路，從而調(diào)節(jié)它的膽固醇外流能力和發(fā)揮抗炎作用。盡管從1999年發(fā)現(xiàn)ABCA1開始，我們獲取了大量關(guān)于ABCA1功能的知識，但對ABCA1信號途徑遠遠未完全了解。需要另外的研究來鑒定ABCA1途徑的分子構(gòu)成，闡明ABCA1表達和激活調(diào)節(jié)的不同過程，并決定ABCA1在預(yù)防人類疾病的作用，為ABCA1在人類健康或疾病中的作用提供更多的觀察和揭示潛在新穎的治療策略。

［1］Tang C，Liu Y，Kessler PS，et al.The macrophage cholesterol exporter ABCA1 functions as an anti-inflammatory receptor［J］.J Biol Chem，2009，284:32336-32343.

［2］Kanter JE，Tang C，Oram JF，et al.Acyl-CoA synthetase 1 is required for oleate and linoleate mediated inhibition of cholesterol efflux through ATP-binding cassette transporter A1 in macrophages［J］.Biochim Biophys Acta，2012，1821:358-364.

［3］Nagao K，Tomioka M，Ueda K.Function and regulation of ABCA1—membrane meso-domain organization and reorganization［J］.FEBS J，2011，278:3190-3203.

［4］Locher KP.Review.Structure and mechanism of ATP-binding cassette transporters［J］.Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2009，364:239-245.

［5］Wellington CL，Walker EK，Suarez A，et al.ABCA1 mRNA and protein distribution patterns predict multiple different roles and levels of regulation［J］.Lab Invest，2002，82:273-283.

［6］Zhao GJ，Yin K，F(xiàn)u YC，et al.The interaction of ApoA-Ⅰand ABCA1 triggers signal transduction pathways to mediate efflux of cellular lipids［J］.Mol Med，2012，18:149-158.

［7］Oram JF，Wolfbauer G，Tang C，et al.An amphipathic helical region of the N-terminal barrel of phospholipid transfer protein is critical for ABCA1-dependent cholesterol efflux［J］.J Biol Chem，2008，283:11541-11549.

［8］Tabas I.Macrophage death and defective inflammation resolution in atherosclerosis［J］.Nat Rev Immunol，2010，10:36-46.

［9］Zhu X，Westcott MM，Bi X，et al.Myeloid cell-specific ABCA1 deletion protects mice from bacterial infection［J］.Circ Res，2012，111:1398-1409.

［10］Zhu X，Owen JS，Wilson MD，et al.Macrophage ABCA1 reduces MyD88-dependent Toll-like receptor trafficking to lipid rafts by reduction of lipid raft cholesterol［J］.J Lipid Res，2010，51:3196-3206.

［11］Haidar B，Denis M，Marcil M，et al.Apolipoprotein A-Ⅰactivates cellular cAMP signaling through the ABCA1 transporter［J］.J Biol Chem，2004，279:9963-9969.

［12］Tang C，Vaughan AM，Anantharamaiah GM，et al.Janus kinase 2 modulates the lipid-removing but not protein-stabilizing interactions of amphipathic helices with ABCA1［J］.J Lipid Res，2006，47:107-114.

［13］Amar MJ，D'Souza W，Turner S，et al.5A apolipoprotein mimetic peptide promotes cholesterol efflux and reduces atherosclerosis in mice［J］.J Pharmacol Exp Ther，2010，334: 634-641.

［14］Kheirollah A，Nagayasu Y，Ueda H，et al.Involvement of cdc42/Rho kinase in ApoA-Ⅰ-mediated cholesterol efflux through interaction between cytosolic lipid-protein particles and microtubules in rat astrocytes［J］.J Neurosci Res，2014，92: 455-463.

［15］Schmitz G，Grandl M.The molecular mechanisms of HDL and associated vesicular trafficking mechanisms to mediate cellular lipid homeostasis［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2009，29: 1718-1722.

［16］Roosbeek S，Peelman F，Verhee A，et al.Phosphorylation by protein kinase CK2 modulates the activity of the ATP binding cassette A1 transporter［J］.J Biol Chem，2004，279:37779-37788.

［17］Wang N，Chen W，Linsel-Nitschke P，et al.A PEST sequence in ABCA1 regulates degradation by calpain protease and stabilization of ABCA1 by apoA-Ⅰ［J］.J Clin Invest，2003，111:99-107.

［18］Yamauchi Y，Hayashi M，Abe-Dohmae S，et al.Apolipoprotein A-Ⅰactivates protein kinase C alpha signaling to phosphorylate and stabilize ATP binding cassette transporter A1 for the high density lipoprotein assembly［J］.J Biol Chem，2003，278: 47890-47897.

［19］Khera AV，Rader DJ.Future therapeutic directions in reverse cholesterol transport［J］.Curr Atheroscler Rep，2010，12:73-81.

［20］Van Lenten BJ，Wagner AC，Anantharamaiah GM，et al. Apolipoprotein A-Ⅰmimetic peptides［J］.Curr Atheroscler Rep，2009，11:52-57.

［21］Degoma EM，Rader DJ.Novel HDL-directed pharmacotherapeutic strategies［J］.Nat Rev Cardiol，2011，8: 266-277.

Coronary artery disease； Lipid metabolism disorders； ATP-binding cassette transporter A1

Regulation of ATP-binding cassette transporter A1 expression and signal transduction

Liu Fang，Wang Wei，Yan Xiaowei.
Department of Cardiology，Peking Union Medical College Hospital，Peking Union Medical College，Chinese Academy of Medical Science，Beijing 100730，China

Yan Xiaowei，Email:xswy-pumc@ 163.com

2013-12-25)

（本文編輯:譚瀟)

10.3969/j.issn.1007-5410.2014.05.016

100730中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院心內(nèi)科

嚴(yán)曉偉，電子信箱:xswy-pumc@163.com