前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9的相關研究進展

毛承譽，卜 軍（上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院，上海 200127）

前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9的相關研究進展

毛承譽，卜 軍
（上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院，上海 200127）

前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9（Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9）基因是前蛋白轉(zhuǎn)化酶中的一種，與膽固醇代謝息息相關的基因，是影響心腦血管疾病的重要因子，近年來關于PCSK9的研究逐漸增多，其生物學效應及在疾病中的作用日益受到關注。目前諸多研究證實PCSK9參與多種機體重要的功能，主要包括調(diào)節(jié)膽固醇代謝，促進肝臟再生，影響神經(jīng)細胞凋亡，參與炎癥反應等。本文就PCSK9在組織及器官上的表達和作用以及其與炎癥反應和心肌梗死的關系做一綜述。

PCSK9；基因表達；氧化應激；炎癥反應；心肌梗死

PCSK9屬于前蛋白轉(zhuǎn)化酶家族，全身的大部分器官組織中都存在PCSK9[1]。近年來大量關于PCSK9的研究發(fā)現(xiàn)其主要的生物學功能是參與膽固醇代謝，調(diào)節(jié)血脂水平，其中PCSK9功能缺失型和功能獲得型突變與膽固醇血癥的發(fā)生密切相關。此外，還發(fā)現(xiàn)PCSK9在器官發(fā)育、細胞凋亡以及炎癥過程中有著重要意義[2-3]。

1 PCSK9在器官及組織上的表達及功能

1.1 PCSK9在肝臟上的表達及功能

雖然PCSK9在全身的大部分器官組織中都存在，如肝腎腦脾及空回腸，只有肝臟中的PCSK9可分泌入血[4]。早期已有研究表明，人體肝臟中PCSK9含量最高，成年人肝臟中PCSK9水平與胎兒肝臟中的相比，后者更高，PCSK9的表達在肝臟生長發(fā)育時更加明顯，由此判斷在肝臟的再生過程中PCSK9發(fā)揮著一定的作用[5]。亦有研究發(fā)現(xiàn)在肝臟部分切除條件下，以PCSK9基因敲除的小鼠為實驗組，正常小鼠為對照組，結果發(fā)現(xiàn)實驗組小鼠的衰老率和死亡率明顯高于對照組；兩組小鼠免疫細胞比較，實驗組增殖細胞核抗原出現(xiàn)時間明顯晚于對照組，且表達量也低于對照組；并且在對照組小鼠的肝臟周邊有壞死現(xiàn)象發(fā)生，該研究結論說明，正常小鼠肝臟細胞的再生能力較PCSK9基因敲除小鼠的強[6]。Petar等在近期發(fā)表的一項研究表明，PCSK9在肝臟上亞細胞群中的表達也各有不同，通過聚合酶鏈式反應、蛋白印記、亞細胞分離、免疫熒光等方法發(fā)現(xiàn)PCSK9-mRNA在肝癌FAO-1細胞系中表達最高，該類細胞中的低密度脂蛋白受體（LDL receptor，LDLR）表達也較高。而PCSK9的表達在產(chǎn)生載脂蛋白B（apolipoprotein B100，APOB）的細胞群中偏高，其次PCSK9在胎兒肝臟中的表達水平也具有較高水平，而PCSK9的表達受膽固醇水平的影響最大[7]。然而，至今，PCSK9作用于肝細胞表面導致LDLR降解的具體機制尚不完全明確。有關于人肝癌細胞來源的HepG2細胞的研究，提示淀粉樣蛋白β前體樣蛋白2抗體（APLP2）可能在介導PCSK9-LDLR復合物轉(zhuǎn)運至溶酶體的過程中發(fā)揮重要的作用[8]。因此，目前有諸多PCSK9抑制劑在調(diào)節(jié)血脂代謝方面的研究，表面其能有效降低高膽固醇血癥的發(fā)生，可能成為高效的新一代降脂藥。

1.2 PCSK9在神經(jīng)系統(tǒng)的表達及功能

PCSK9影響神經(jīng)細胞的凋亡。PCSK9主要編碼神經(jīng)細胞凋亡調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化酶1（NARC-1）蛋白，而NARC-1可以直接影響到神經(jīng)細胞的凋亡。有學者研究PCSK9在神經(jīng)細胞凋亡的作用機制，提示造成神經(jīng)細胞凋亡的主要因素與PCSK9對體內(nèi)載脂蛋白E受體水平的影響有關，因此，研究結果發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比，PCSK9基因敲除小鼠的顆粒神經(jīng)元細胞凋亡率較低。此外，在其余器官組織中的研究表明，PCSK9并不僅僅影響神經(jīng)細胞的凋亡，對于其他細胞的損傷凋亡亦有一定的作用。有關PCSK9在人臍靜脈內(nèi)皮細胞凋亡信號傳導通路中的研究，提示PCSK9對RNA具有干擾作用，上調(diào)可使凋亡蛋白量增加，下調(diào)可使凋亡蛋白量減少，并造成內(nèi)皮細胞發(fā)生損傷、凋亡[9]。

PCSK9在神經(jīng)組織內(nèi)發(fā)揮的作用與肝臟不同。目前關于PCSK9在腦組織中的研究主要集中在體外實驗或動物試驗，在人體內(nèi)的實驗較少。在腦組織中PCSK9不同于肝臟，不與LDLR受體結合。在小鼠的發(fā)育期及成年期腦組織中，PCSK9與LDLR共同表達，但是在PCSK9基因敲除的小鼠腦組織中，LDLR水平與未敲除PCSK9基因的野生型小鼠相似。由此說明，PCSK9基因?qū)π∈竽X組織中的LDLR影響極小。與肝臟的調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝作用不同的是，PCSK9可以下調(diào)缺血性腦卒中小鼠的LDLR水平。小鼠小腦中多表達PCSK9、極低密度脂蛋白、載脂蛋白E受體，但僅有較少的LDLR，或者不表達LDLR。小鼠腦組織中PCSK9與極低密度脂蛋白、載脂蛋白E受體協(xié)同作用，調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，中樞神經(jīng)系統(tǒng)PCSK9的作用底物不明確，但是范圍較為廣泛[10]。

1.3 PCSK9在其他器官及組織的表達及功能

大量動物實驗表明，動物機體腦組織中的PCSK9結合的細胞膜受體與肝臟的不同，因此表達作用不同。腦組織中PCSK9具有變化性，PCSK9的表達于胚胎時期具有短時間的高表達特點。胚胎時期在13.5天時，端腦中PCSK9的表達最高，而小腦中PCSK9表達最高時期則是在胚胎時期的17.5天至出生后的19天。PCSK9基因敲除小鼠胰島中LDLR的表達明顯高于正常小鼠，前者不但出現(xiàn)葡萄糖不耐受、血糖增高的現(xiàn)象，而且其胰島形態(tài)發(fā)生異常，如：早期凋亡、出現(xiàn)炎癥、發(fā)生畸形等，這些現(xiàn)象可說明PCSK9對維持胰島正常功能具有重要意義[11]。

2 PCSK9與氧化應激及炎癥反應的關系

PCSK9與血管炎癥之間存在著一定的聯(lián)系。大量研究表明，常見的心血管疾病，如：高血壓、高血脂、糖尿病等以及吸煙均可導致炎癥的發(fā)生，其中高血脂可使全身發(fā)生炎癥反應。有研究人員通過動物實驗，證實動物常常食用脂肪含量較高的食物，可導致體內(nèi)IL-1、IL-6、TNF-α的表達增加[12-13]，且明顯高于正常飲食的動物。而PCSK9對肝細胞LDLR具有降解作用，同時可降低血漿中LDL清除率，導致血脂水平不斷升高，從而間接引發(fā)炎癥反應[14]。

Feingold等以小鼠為研究對象，試驗中小鼠體內(nèi)注入內(nèi)毒素，以刺激炎癥反應的發(fā)生，結果發(fā)現(xiàn) 小鼠體內(nèi)LDLR水平下降，而LDLR mRNA 水平未出現(xiàn)任何變化. 通過進一步的檢測表明，當小鼠體內(nèi)注入內(nèi)毒素后，其肝細胞內(nèi)PCSK9 mRNA的表達增加，且隨著時間的推移，其增加更明顯，毒素注入4 h增加2.5倍，注入時間達38 h增加12.5倍，而腎臟PCSK9 mRNA水平也發(fā)生了變化，增加了3倍[15]。常見可引起炎癥的物質(zhì)中，除了內(nèi)毒素，還有松節(jié)油、酵母聚糖等，這些物質(zhì)均對肝臟PCSK9的表達具有促進作用[16-17]。

在此基礎上，有研究通過比較基線水平及脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的炎癥條件下的凝素樣氧化型低密度脂蛋白受體1（Lectin-like ox-LDL receptor-1，LOX1）和PCSK9表達水平，其結果顯示，在LPS誘導的炎癥狀態(tài)下，在血管內(nèi)皮細胞及平滑肌細胞上，PCSK9及LOX-1的表達較基線水平明顯增高，且呈LPS濃度依賴型，而平滑肌細胞增高的程度高于血管內(nèi)皮細胞。此外通過siRNA敲除的PCSK9細胞中，其LOX-1的功能和表達也有相應下降，反之亦然。而LOX-1基因敲除的細胞也呈現(xiàn)出較低表達的PCSK9水平，反之亦然。由此可見，炎癥會增強LOX-1及PCSK9的表達，而lOX-1及PCSK9之間也存在相互影響[18]。

有研究表明[19]，OX-LDL可促進巨噬細胞炎癥反應的發(fā)生，而此時PCSK9的表達明顯增多，且相應的腫瘤壞死因子、白細胞介素-1等炎癥因子分泌增多，后通過PCSK9干擾RNS使得PCSK9表達沉默后，降低了炎癥因子的合成及分泌，從而抑制了炎癥反應。還有研究[20]提示PCSK9能降解抗炎、抗凋亡作用的ApoE受體2?？梢姡装Y反應的發(fā)生與PCSK9具有一定的聯(lián)系，但炎癥反應本身即是一個極其復雜的病理過程，其具體的作用機制還未完全地被闡明，受到了臨床研究者的關注，因此還需進行更多的相關研究，以進一步明確。

2.4 PCSK9與心肌梗死

心肌梗死屬于一種嚴重類型的冠狀動脈疾病，其發(fā)病率較高且逐年增加，具有發(fā)病急、病情重、病死率高的特點，嚴重威脅人類健康。關于心肌梗死候選基因研究的理論基礎確定為其部分基因由于編碼的蛋白質(zhì)增加，從而導致心肌梗死的發(fā)病[21]。研究表明心肌梗死患者體內(nèi)伴有SREBP-2活化現(xiàn)象，該轉(zhuǎn)錄因子于6 h、12 h時明顯上升，這一發(fā)現(xiàn)說明心肌梗死對SREBP-2的表達具有上調(diào)的作用；HNF1-α因子的轉(zhuǎn)錄表達時間早于SREBP-2，而HNF1-α可調(diào)控PCSK9 mRNA的表達；于12 h后，PCSK9水平變化主要來自SREBP-2的影響。上述現(xiàn)象說明，SREBP-2、HNF1-α二者均對PCSK9的表達具有調(diào)控作用，且前者發(fā)揮調(diào)控作用的時間[22]早于后者。

近期由渥太華大學及埃默里大學發(fā)表的兩項回顧性研究（OHGS及EmCB研究）顯示，在OHGS研究中，共納入3273例符合條件的冠心病患者，其中1371例存在急性心?；蛐墓２∈罚?99例心梗病史，572例急性心肌梗死），心梗組中有94例（6.8%）（45例急性心梗及49例心梗病史）未行他汀治療。結果表明，45例未行他汀治療的急性心肌梗死患者組中血漿PCSK9水平（363.56±140 ng/mL）明顯高于398例無心梗相關冠心病組（302.06±91.3 ng/mL，p=0.004）。而在49例心梗病史患者組中，其PCSK9水平（315.96±107.5 ng/mL）與無心梗相關病史的冠心病組患者差異無統(tǒng)計學意義（p=0.977）。而相同的研究結論在EmCB研究中也得以體現(xiàn)[23-24]，可見，PCSK9水平在急性心梗病程中是有明顯升高的，但PCSK9水平升高是在急性心梗發(fā)生前抑或是作為心梗事件的結果目前尚無進一步研究。

到2003年，第三個高膽固醇血癥相關基因被發(fā)現(xiàn)，即PCSK9。這就使得PCSK9與心肌梗死的發(fā)生發(fā)展息息相關，明確PCSK9在心肌梗死中的重要作用。后期關于PCSK9在心肌梗死發(fā)生發(fā)展中的大量研究，提示缺乏PCSK9能明顯延緩心肌梗死的發(fā)生，過量的PCSK9則加速心肌梗死的進展。具體機制考慮為肝臟中的PCSK9參與膽固醇代謝，在肝細胞表面降解低密度脂蛋白受體，進而減少其與LDL-C的結合，導致血液中LDL-C水平升高，誘發(fā)心肌梗死。而且PCSK9還可通過其他途徑促進心肌梗死的發(fā)生，如與血管炎癥之間也存在著一定的聯(lián)系。尤其是抑制PCSK9的表達能明顯降低機體LDL-C水平，減少高血壓、高血脂、動脈粥樣硬化等心血管疾病的發(fā)生，從而降低心肌梗死的發(fā)病率。因此，應該結合近年來國內(nèi)外的相關報道，提高對PCSK9的全面認識，這對明確心肌梗死的發(fā)生機制，全新了解心肌梗死具有重要意義，為臨床治療開辟了一條新道路。

3 結 語

機體中膽固醇代謝的調(diào)節(jié)、肝臟再生、炎癥反應、細胞的凋亡均與PCSK9有關，其對多種疾病的發(fā)病機制具有不同程度的影響。目前，人們認為導致膽固醇代謝發(fā)生異常有三大因素，而PCSK9表達異常為其中之一。因此，探討、了解PCSK9的突變情況、分泌特點、所參與的生化代謝過程，對患心腦血管的風險，其嚴重程度以及引發(fā)膽固醇代謝發(fā)生異常的因素的評估具有重要意義。研究并制備抑制PCSK9藥物可能成為今后預防、治療高血脂、高膽固醇、高血壓、動脈粥樣硬化等疾病的主要方向，以此提高檢測及治療的成功率。

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