王麗娟 卜慶梅

(1魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 煙臺(tái) 264025； 2首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100048)

1939 年，挪威醫(yī)生Carl Müller 發(fā)現(xiàn)了一種遺傳病──家族性高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia，F(xiàn)H)，它會(huì)引起致命的腦血栓和心臟病。該病患者血液中膽固醇的濃度比正常人高出數(shù)倍，兒童時(shí)期就可能患上心臟疾病。FH是一種生來(lái)就有的代謝障礙性疾病，從基因角度看是一種單基因決定的常染色體顯性遺傳病。上個(gè)世紀(jì)六十年代中期到七十年代早期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)此癥臨床上存在雜合型和純合型兩種形式。雜合型比較常見(jiàn)，約占500分之一，出生時(shí)血漿中的低密度脂蛋白數(shù)量是正常人的兩倍，并且不同程度地患冠心病，皮膚常伴發(fā)肌腱黃色瘤；純合型約占百萬(wàn)分之一，出生時(shí)血漿中低密度脂蛋白濃度是正常人的6～10倍，往往在幼年時(shí)期便患上心臟疾患，并表現(xiàn)為皮膚平坦黃色瘤癥狀，甚至在30歲之前就可能面臨心肌梗塞而死亡的風(fēng)險(xiǎn)[1]。 根植于純合型FH的罕見(jiàn)類型，本病作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀丝茖W(xué)工作者的關(guān)注。布朗(Brown)和格爾德斯坦(Goldstein)即是其中兩位開(kāi)展FH研究的知名科學(xué)家，并因在膽固醇代謝機(jī)制研究中的卓越貢獻(xiàn)而共同獲得1985年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。本文綜述家族性高膽固醇血癥的發(fā)病機(jī)理、診斷和治療研究進(jìn)展。

1 家族性高膽固醇血癥的病理

研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇具有調(diào)整膜的流動(dòng)性、維持細(xì)胞與外環(huán)境間的屏障和作為類固醇類激素和膽酸的原材料等重要功能，而高水平的血液膽固醇含量會(huì)加速動(dòng)脈粥樣硬化，從而引發(fā)心臟病和中風(fēng)等。膽固醇作用的這種正負(fù)兩重性，吸引了生理學(xué)家對(duì)膽固醇代謝之謎的高度關(guān)注。研究揭示，人血漿中的膽固醇有外源性和內(nèi)源性兩種。1964年Bloch發(fā)現(xiàn)，3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase，HMGR)是體內(nèi)膽固醇生物合成中的限速酶[2]。膽固醇不溶于水，必須由脂蛋白進(jìn)行運(yùn)輸。其中低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)是運(yùn)載膽固醇的主要脂蛋白。

布朗等首先提出了家族性高膽固醇血癥成因的反饋調(diào)控缺失假設(shè)，即由于反饋調(diào)控缺失而致終末產(chǎn)物未能抑制膽固醇合成，并希望通過(guò)對(duì)這種假設(shè)的驗(yàn)證，闡明家族性高膽固醇血癥的基本調(diào)控機(jī)制。研究中，布朗等分離純化了HMGR，并選擇人的皮膚成纖維細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行體外微測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HMGR活性表現(xiàn)為負(fù)調(diào)控：無(wú)脂蛋白時(shí)，酶活性升高；而添加脂蛋白，酶活性則會(huì)受到抑制，且抑制酶活性的脂蛋白屬于LDL[3]。

在此基礎(chǔ)上，他們進(jìn)一步假設(shè)可能是HMGR的調(diào)控發(fā)生異常導(dǎo)致了家族性高膽固醇血癥。布朗等運(yùn)用同樣的體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)比了FH患者和正常人成纖維細(xì)胞的HMGR活性，發(fā)現(xiàn)純合型FH患者HMGR的活性是正常人的40～60倍，并且不存在反饋調(diào)控。酶學(xué)分析顯示，正是HMGR反饋調(diào)控的缺失引起了膽固醇合成調(diào)控的缺陷[4]。 接著，布朗等進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)排除了酶自身結(jié)構(gòu)基因突變的異常和患者血漿低密度脂蛋白的影響等因素，并發(fā)現(xiàn)胞外LDL對(duì)純合型高膽固醇血癥患者調(diào)控活性的喪失是造成膽固醇合成異?；钴S的原因。由于脂蛋白中只有LDL對(duì)反饋調(diào)控起作用，這種特異性和低濃度的LDL的高效調(diào)控使研究者進(jìn)一步推測(cè)，很可能存在一種影響酶調(diào)控的高親和力受體機(jī)制。

為了驗(yàn)證這種推測(cè)的正確性，布朗等采用碘標(biāo)記、配體-受體結(jié)合實(shí)驗(yàn)、薄層層析法和順序浮選法開(kāi)展研究，并用酶促反應(yīng)測(cè)定酶活性。實(shí)驗(yàn)表明，正常人的成纖維細(xì)胞與LDL進(jìn)行特異的、高親和力的結(jié)合，HMGR活性的抑制程度與LDL的濃度成比例關(guān)系，而純合型FH患者細(xì)胞與LDL無(wú)特異性結(jié)合，即細(xì)胞缺乏高親和力的受體。由于這種特異性和高親和力的結(jié)合是HMGR反饋調(diào)控所必要的，所以FH是因?yàn)槿笔е鞍着c細(xì)胞的結(jié)合，從而導(dǎo)致酶活性的調(diào)控受損和膽固醇的過(guò)量累積所致[5]。

運(yùn)用電子顯微技術(shù)等進(jìn)行的比較研究發(fā)現(xiàn)，低密度脂蛋白特異性地結(jié)合在正常人的成纖維細(xì)胞膜表面的特異位點(diǎn)即網(wǎng)格蛋白小窩處，而FH患者的細(xì)胞膜表面沒(méi)有與之結(jié)合的LDL。前人研究顯示，網(wǎng)格蛋白小窩參與受體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)胞吞作用[6]。那么，LDL如何形成信號(hào)來(lái)抑制酶活性呢？細(xì)胞表面受體結(jié)合碘標(biāo)記低密度脂蛋白的內(nèi)化作用研究給出了答案：大部分的受體結(jié)合LDL分子在10 min內(nèi)便可進(jìn)入細(xì)胞，并于60 min后LDL分子中的蛋白質(zhì)成分便分解為氨基酸，而LDL中的膽固醇酯則水解形成未酯化的膽固醇分子，滯留于細(xì)胞中[7]。

布朗等發(fā)現(xiàn)LDL受體介導(dǎo)的內(nèi)化作用后，接著又詳細(xì)研究了LDL受體(low-density lipoprotein receptor,LDLR)的作用途徑。研究發(fā)現(xiàn)，LDLR是一種細(xì)胞表面糖蛋白，它由不成熟蛋白通過(guò)高爾基體加工后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面，能與存在于細(xì)胞外液的LDL微粒內(nèi)載脂蛋白B(apolipoprotein B， apoB)特異性結(jié)合，形成受體復(fù)合物。在LDL受體銜接蛋白1(LDL receptor adaptor protein1，LDLRAP1)和網(wǎng)格蛋白小窩共同參與下，受體復(fù)合物被內(nèi)吞而進(jìn)入細(xì)胞，形成早期內(nèi)涵體，再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥趦?nèi)涵體[8]。在酸性環(huán)境下，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的LDL微粒在溶酶體內(nèi)降解，受體則再循環(huán)回到細(xì)胞表面。溶酶體水解LDL所生成的膽固醇能使一種促使基因表達(dá)膽固醇合成酶和LDLR的轉(zhuǎn)錄因子 (SREBP)失活。這些調(diào)控機(jī)制保證了膽固醇的動(dòng)態(tài)平衡[9]。而在LDLR結(jié)合、內(nèi)化、降解和再循環(huán)過(guò)程中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)障礙，均可導(dǎo)致LDL的積聚，引發(fā)高膽固醇血癥。

研究還發(fā)現(xiàn)，除患者細(xì)胞表面的LDLR突變會(huì)導(dǎo)致家族性高膽固醇血癥外，apoB或者前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)基因發(fā)生突變也能夠引起類似的疾病[10]。PCSK9基因的主要功能是調(diào)節(jié)LDLR。其突變類型可分為兩類，即致LDL升高的功能獲得性突變和致LDL降低的功能失去性突變，分別導(dǎo)致高膽固醇血癥及低膽固醇血癥[9]。

2 家族性高膽固醇血癥的診斷和治療

Marina等完成的一項(xiàng)研究結(jié)果顯示,應(yīng)用DNA分析可早期識(shí)別FH患者。應(yīng)用DNA分析對(duì)定向家族進(jìn)行篩查能非常有效地識(shí)別FH患者,這項(xiàng)研究成果對(duì)在人群中進(jìn)行其他常見(jiàn)遺傳性疾病的篩查亦有廣泛的指導(dǎo)意義。跟腱低回聲及跟腱厚度的增加可作為FH腱黃瘤的定性指標(biāo),因此超聲檢查具有診斷價(jià)值并可作為隨訪FH患者的有效手段[11]。

目前FH的治療仍以對(duì)癥為主,包括飲食調(diào)節(jié)和藥物治療，均可降低患者血漿膽固醇水平,阻滯或部分消除冠脈病變的發(fā)展,也可使腱黃瘤縮小。目前臨床上對(duì)家族性高膽固醇血癥患者采取以他汀類藥物為主的綜合性治療,預(yù)防早發(fā)性冠心病的發(fā)生。他汀類藥物為主的綜合性治療是目前治療家族性高膽固醇血癥切實(shí)有效的首選方案[12]。LDLR基因結(jié)構(gòu)的闡明,使本病的病因研究推進(jìn)到了基因水平,也使其治療進(jìn)入了基因水平的階段。從根本上說(shuō),基因治療是本病的最有效手段。

3 結(jié)語(yǔ)

膽固醇合成和調(diào)節(jié)復(fù)雜機(jī)制的長(zhǎng)期研究，使得膽固醇及其生理和病理奧秘得到了比較深入的闡述。家族性高膽固醇血癥這一罕見(jiàn)的遺傳性疾病的研究，推動(dòng)了人類真正理解人體高脂血癥等“大眾”疾病的發(fā)病機(jī)制、研究基因與疾病的關(guān)系以及潛在的藥物治療方法。罕見(jiàn)的人類PCSK9基因的發(fā)現(xiàn)使PCSK9成為了目前降脂藥物的研究熱點(diǎn)。2015年有兩個(gè)PCSK9單克隆抗體藥物相繼上市，新型藥物又一次帶給人類改善自身健康的全新希望?？梢灶A(yù)期，隨著科學(xué)研究的深入，更高效的降脂藥物將會(huì)不斷誕生，造福于人類。