極低密度脂蛋白受體與脂代謝研究進(jìn)展

詹宇紅

極低密度脂蛋白受體(very low density lipoprotein receptor，VLDLR)是一種細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)，它主要負(fù)責(zé)結(jié)合和內(nèi)移含載脂蛋白E的脂蛋白，如極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)，向肝外組織提供甘油三酯作為能量來(lái)源。早在20世紀(jì)80年代初期，同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)馮宗忱等人就發(fā)現(xiàn)了VLDL可以被巨噬細(xì)胞攝取、降解，推測(cè)可能存在自身受體代謝途徑，提出了“VLDLR假說(shuō)”。1992年，Takahashi等成功的克隆了兔的VLDLR，并且闡明了其氨基酸序列和功能域。1994年，Sakai等［1］成功的分離了人的VLDLR基因，分析了其結(jié)構(gòu)和染色體定位。目前，隨著人們對(duì)VLDLR的研究不停的深入，已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到該受體對(duì)脂代謝紊亂，動(dòng)脈粥樣硬化，胰島素抵抗方面有著重要的影響，并且開(kāi)始運(yùn)用分子生物學(xué)的技術(shù)挖掘它的治療潛力。

一、VLDLR的分子生物學(xué)特征

VLDLR屬于低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)家族，VLDLR的基因是完全保守的，在物種之間編碼區(qū)也是完全保守的，人VLDLR基因定位于9P24，含19個(gè)外顯子，18個(gè)內(nèi)含子，長(zhǎng)約40kb。對(duì)人和動(dòng)物VLDLR的研究發(fā)現(xiàn)，它們之間的同源性很高，人和兔的VLDLR有96%的氨基酸相同。完整的VLDLR含5個(gè)功能域，共846個(gè)氨基酸:①VLDLR第1功能域是配體結(jié)合域，由氨基末端328個(gè)氨基酸構(gòu)成，位于細(xì)胞膜外，其中含40個(gè)氨基酸的8個(gè)配體結(jié)合重復(fù)序列(ligand binding repeated sequence，LBR)，而LDLR只有7個(gè)LBR，這種重復(fù)序列以含6個(gè)半胱氨酸殘基為特征，形成3個(gè)二硫鍵，LBR1和LBR2、LBR2和LBR3之間存在(螺旋結(jié)構(gòu)，可能與配體結(jié)合有關(guān)。VLDLR與LDLR結(jié)構(gòu)基本相似，兩者的區(qū)別就在第1功能域;②第2功能域是表皮生長(zhǎng)因子前體同源域，含396個(gè)氨基酸，位于膜外，包含3個(gè)表皮生長(zhǎng)因子重復(fù)序列，每個(gè)重復(fù)序列又由40個(gè)富含半胱氨酸的氨基酸組成，第3個(gè)重復(fù)序列還有酪-色-蘇-天冬氨酸保守結(jié)構(gòu);③第3個(gè)功能域是O-連接糖鏈結(jié)合域，含84個(gè)氨基酸，位于膜外，是蛋白質(zhì)糖基化的主要結(jié)合位點(diǎn)，富含絲氨酸、蘇氨酸殘基。該域由單一的外顯子編碼，以O(shè)-連接的方式和糖鏈結(jié)合;④第4個(gè)功能域是跨膜域，含22個(gè)疏水性氨基酸，橫跨于漿膜;⑤第5個(gè)功能域是胞質(zhì)域，含54個(gè)氨基酸，突出與胞質(zhì)內(nèi)，有信號(hào)傳導(dǎo)的作用，其中有一段NPXY序列(N:天冬酰胺，P:脯氨酸，X:任意氨基酸，Y:酪氨酸)，對(duì)VLDLR簇集于被覆陷窩有關(guān)鍵作用。除此之外，VLDLR的氨基末端還有一27個(gè)氨基酸的信號(hào)序列，推測(cè)與蛋白定位有關(guān)，無(wú)保守性［1］。

二、VLDLR的分類和組織分布

主要根據(jù)VLDLR是否含O-連接糖域分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型VLDLR含O-連接糖域，在脂肪酸代謝活躍的心肌，骨骼肌、脂肪組織中大量表達(dá)，在脾，腎等組織中也有少量分布。Ⅱ型VLDLR不含O-連接糖域，主要分布于腦中，在脾，腎，睪丸，卵巢，腎上腺等組織中也能少量檢測(cè)到。O-連接糖域可能封閉VLDLR對(duì)蛋白酶敏感的位點(diǎn)，所以Ⅰ型比Ⅱ型更穩(wěn)定，并且，O-連接糖域使受體和配體的結(jié)合力增強(qiáng)，所以Ⅰ型結(jié)合VLDL的能力更強(qiáng)，已有研究發(fā)現(xiàn)，Ⅰ型VLDLR在脂代謝和泡沫細(xì)胞形成中比Ⅱ型起更重要作用［2］。Ⅱ型主要分布在神經(jīng)組織，胃癌、乳腺癌等腫瘤組織，可能跟神經(jīng)組織發(fā)育，腫瘤組織發(fā)生及轉(zhuǎn)移有關(guān)。

三、VLDLR與脂代謝

VLDLR能攝取降解含載脂蛋白E的脂蛋白如VLDL、β-VLDL、中間密度脂蛋白(intermediated density lipoprotein，IDL)、乳糜微粒殘粒，但是只能攝入極少量的低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)。許多研究表明，該受體可能與內(nèi)源性甘油三酯從肝臟轉(zhuǎn)移到脂肪酸代謝活躍的肝外組織如心臟、骨骼肌、脂肪有關(guān)，使組織攝取甘油三酯利用脂肪酸獲能。VLDL能通過(guò)蛋白激酶C/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶誘導(dǎo)VLDLR的表達(dá)，這個(gè)作用與VLDLR啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄激活有關(guān)［3］。在骨骼肌細(xì)胞中，葡萄糖作為能量的主要來(lái)源，近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)葡萄糖缺乏時(shí)，能激活A(yù)MP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，促進(jìn)VLDLR介導(dǎo)的富含甘油三酯的脂蛋白的攝入，可作為能量的補(bǔ)充［4］。胰島素在體內(nèi)調(diào)節(jié)糖脂代謝，胰島素能下調(diào)Ⅰ型VLDLR蛋白及RNA的表達(dá)，上調(diào)Ⅱ型VLDLR的表達(dá)，因此認(rèn)為胰島素可能通過(guò)對(duì)不同VLDLR亞型表達(dá)的影響作為調(diào)節(jié)因子維持葡萄糖和血脂的平衡［5］。脂聯(lián)素是脂肪細(xì)胞來(lái)源的激素，在糖脂代謝中起了重要作用，研究發(fā)現(xiàn)，脂聯(lián)素能夠通過(guò)增加骨骼肌VLDLR表達(dá)，促進(jìn)VLDL內(nèi)甘油三酯的分解，從而減少血漿甘油三酯水平［6］。蛋白轉(zhuǎn)換酶PCSK9促進(jìn)LDLR的降解，是與家族性高膽固醇血癥相關(guān)的第3個(gè)基因，研究發(fā)現(xiàn)PCSK9能控制VLDLR的表達(dá)，減少甘油三酯轉(zhuǎn)移到內(nèi)臟脂肪細(xì)胞，抑制內(nèi)臟脂肪的形成［7］。

四、VLDLR與動(dòng)脈粥樣硬化

以往認(rèn)為，氧化的LDL能被巨噬細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞吞噬，使之形成泡沫細(xì)胞，最終發(fā)展為粥樣斑塊，近年研究發(fā)現(xiàn)，除了LDL，VLDLR與動(dòng)脈粥樣硬化也有著密切的聯(lián)系。血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞，單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、粥樣斑塊中巨噬細(xì)胞來(lái)源的泡沫細(xì)胞中有VLDLR表達(dá)。目前認(rèn)為VLDLR表達(dá)不受甘油三酯和膽固醇的含量調(diào)節(jié)，細(xì)胞可因此不斷地?cái)z取VLDL，不存在負(fù)反饋調(diào)節(jié)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)甘油三酯，膽固醇不斷增加，巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?xì)胞，最終導(dǎo)致了動(dòng)脈粥樣病變的發(fā)展。Eck等將VLDLR陰性小鼠的骨髓移植到VLDLR陽(yáng)性小鼠，可使VLDLR陽(yáng)性小鼠動(dòng)脈粥樣病變面積縮小，反之在VLDLR陰性小鼠中重建VLDLR可使原先的動(dòng)脈粥樣硬化面積2～7倍的增加。因此認(rèn)為巨噬細(xì)胞表達(dá)的VLDLR促進(jìn)了動(dòng)脈粥樣病變的發(fā)展［8］。Takahashi等［9］認(rèn)為巨噬細(xì)胞VLDLR蛋白表達(dá)存在種屬差異。在人類和大鼠動(dòng)脈粥樣病變中發(fā)現(xiàn)VLDLR，但在小鼠巨噬細(xì)胞系(Raw264.7和J774.2)以及腹膜巨噬細(xì)胞中并未發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明在人類、大鼠和小鼠間，動(dòng)脈粥樣硬化的形成和發(fā)展機(jī)制存在區(qū)別。在HL-1心肌細(xì)胞和小鼠心臟中發(fā)現(xiàn)，缺氧-缺血誘導(dǎo)的脂質(zhì)聚集依賴VLDLR的表達(dá)。在人的心臟左心室中，VLDLR在缺血部位的表達(dá)高于非缺血部位，與心肌細(xì)胞中脂滴量相關(guān)。VLDLR缺乏小鼠在誘導(dǎo)心肌梗死后，生存率更高，梗死面積減少［10］。

五、VLDLR與胰島素抵抗

關(guān)于胰島素抵抗和游離脂肪酸的關(guān)系已經(jīng)有越來(lái)越多的證據(jù)證明，VLDLR因?yàn)榕c游離脂肪酸代謝相關(guān)，所以有人推測(cè)VLDLR基因可能是胰島素抵抗的一個(gè)候選基因。但Leppert等對(duì)1050個(gè)個(gè)體進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)空腹胰島素、胰島素抵抗指數(shù)與VLDLR基因并無(wú)相關(guān)性［11］。而在鼠3T3-L1細(xì)胞的分化過(guò)程中VLDLR表達(dá)增加，誘導(dǎo)胰島素抵抗能明顯減少VLDLR的表達(dá)，增加TG和膽固醇水平。過(guò)氧化物酶體增生物激活受體-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ)是脂肪細(xì)胞脂代謝的重要調(diào)節(jié)因子，控制著與脂代謝相關(guān)的基因的表達(dá)。VLDLR表達(dá)受PPAR-γ調(diào)節(jié)，通過(guò)誘導(dǎo)PPAR-γ的表達(dá)，VLDLR的蛋白及mRNA表達(dá)相應(yīng)增加，能加快體內(nèi)甘油三酯的清除，引起脂肪沉積［12］。在3T3 -L1脂肪細(xì)胞中，PPARγ激動(dòng)劑通過(guò)VLDLR啟動(dòng)子中的敏感序列，以劑量時(shí)間依賴的方式上調(diào)VLDLR的表達(dá)。給予PPARγ激動(dòng)劑的治療，在VLDLR陽(yáng)性小鼠中能增加脂肪細(xì)胞脂肪的合成和VLDL的攝入，同時(shí)VLDLR相應(yīng)表達(dá)增加，進(jìn)一步證實(shí)VLDLR在脂肪分化及介導(dǎo)PPARγ促脂肪形成中起重要作用。但VLDLR是否與PPAR-γ激動(dòng)劑增加胰島素敏感性有關(guān)需要進(jìn)一步證實(shí)。

六、展 望

雖然VLDLR與巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞轉(zhuǎn)變、動(dòng)脈粥樣病變的發(fā)展有關(guān)，但研究發(fā)現(xiàn)給予鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠靜脈注射含VLDLR基因的腺病毒質(zhì)粒，使血漿甘油三酯、膽固醇減少，空腹胰島素明顯降低，血管動(dòng)脈粥樣硬化減少［13］。如果將該技術(shù)應(yīng)用于臨床，可能對(duì)高脂血癥，動(dòng)脈粥樣硬化有治療的潛力。氯貝丁酯類降脂藥如吉非羅齊可增加VLDLR表達(dá)，進(jìn)一步讓人們從上調(diào)受體表達(dá)這點(diǎn)出發(fā)去探索治療高脂血癥的新方法。并且，是否能通過(guò)轉(zhuǎn)染VLDLR技術(shù)改善胰島素抵抗，也有待于進(jìn)一步的研究。

1 Sakai J，Hoshino A，Takahashi S，et al.Structure，chromosome location，and expression of the human very low density lipoprotein receptor gene［J］.JBiol Chem，1994，269(3):2173-2182

2 Tian J，BiH，LiY，etal.Function and significance of very low density lipoprotein receptor subtype II［J］.Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci，2005，25(3):229-233

3 Liu ZG，Li H，Li YH，et al.Up-regulation of VLDL receptor expression and its signaling pathway induced by VLDL and beta-VLDL［J］.Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci，2009，29(1):1-7

4 Zenimaru Y，Takahashi S，Takahashi M，et al.Glucose deprivation accelerates VLDL receptor-mediated TG-rich lipoprotein uptake by AMPK activation in skeletalmuscle cells［J］.Biochemical and Biophysical Research Communications，2008，368(3):716-722

5 Cai Z，Li F，Peng C，etal.Effectof insulin on the differentialexpression of VLDL receptor isoforms of SGC7901 cell and its biological implication［J］.Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci，2010，30(5): 551-555

6 Qiao L，Zou C，van derWesthuyzen DR，et al.Adiponectin reduces plasma triglyceride by increasing VLDL triglyceride catabolism［J］.Diabetes，2008，57(7):1824-1833

7 Roubtsova A，Munkonda MN，Awan Z，et al.Circulating proprotein convertase subtilisin/kexin 9(PCSK9)regulates VLDLR protein and triglyceride accumulation in visceral adipose tissue［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2011，31(4):785-791

8 Eck MV，Oost J，Goudriaan JR，et al.Role of themacrophage very -low-density lipoprotein receptor in atherosclerotic lesion development［J］.Atherosclerosis，2005，183，(2):230-237

9 Takahashi S，Ito T，Zenimaru Y，et al.Species differences ofmacrophage very low-density-lipoprotein(VLDL)receptor protein expression［J］.Biochem Biophys Res Commun，2011，407(4):656-662

10 Perman JC，Bostr?m P，Lindbom M，et al.The VLDL receptor promotes lipotoxicity and increases mortality in mice following an acute myocardial infarction［J］.JClin Invest，2011，121(7):2625-2640 11 Hong Y，LeppertM，Lin J，etal.No evidence of linkage between the very-low-density lipoprotein receptor gene and fasting serum insulin or homeostasismodel assessment insulin resistance index:the National Heart，Lung，and Blood Institute Family Heart Study［J］.Metabolism，2000，49:293-297

12 Tao H，Aakula S，Abumrad NN，etal.Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma regulates the expression and function of verylow-density lipoprotein receptor［J］.Am JPhysiol Endocrinol Mrtab，2010，298(1):E68-79

13 Yuan G，Liu Y，Sun T，etal.The therapeutic role of very low-density lipoprotein receptor gene in hyperlipidemia in type 2 diabetic rats［J］.Hum Gene Ther，2011，22(3):302-312