脂蛋白脂酶基因突變與內(nèi)分泌代謝疾病的關(guān)系

任星星 鄭爽 胡耀敏

綜述

脂蛋白脂酶基因突變與內(nèi)分泌代謝疾病的關(guān)系

任星星 鄭爽 胡耀敏

脂蛋白脂酶是甘油三酯代謝的關(guān)鍵酶。脂蛋白脂酶基因突變將導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和功能變異，通過影響其活性和含量而影響其脂解功能，進而影響全身脂質(zhì)代謝和分布。研究發(fā)現(xiàn)，脂蛋白脂酶基因突變與高甘油三酯血癥、肥胖、糖尿病等內(nèi)分泌代謝疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。脂蛋白脂酶基因可能成為上述疾病早期干預(yù)和治療的新方向。

脂蛋白脂酶；基因突變；高甘油三酯血癥；糖尿病

脂蛋白脂酶（LPL）是基因突變最豐富的蛋白質(zhì)之一，其突變位點涉及外顯子、內(nèi)含子和啟動子，其中以外顯子突變?yōu)樽疃唷Ｍ蛔冃再|(zhì)包括堿基置換、插入和缺失。隨著LPL檢測技術(shù)的改進和相關(guān)研究的深入，人們對LPL基因突變的認識不僅限于其對血脂水平的影響，而且延伸到臨床醫(yī)學(xué)的多個方面。本文旨在介紹LPL基因突變與內(nèi)分泌代謝疾病關(guān)系的研究進展。

1 LPL概述

人LPL基因位于第8染色體短臂8p22上，由10個外顯子和9個內(nèi)含子組成，其mRNA長3000bp，編碼448個氨基酸[1-2]。LPL的活性形式為通過非共價鍵結(jié)合形成的同二聚體，催化中心由Ser132、Asp156、His241 組成[3]。

LPL在脂代謝和運輸過程中扮演重要角色，主要是水解循環(huán)血液中乳糜微粒和極低密度脂蛋白中的甘油三酯，產(chǎn)生游離脂肪酸、乳糜微粒殘留物和中間密度脂蛋白[3-4]。LPL催化反應(yīng)產(chǎn)生的游離脂肪酸，既可以部分被局部組織吸收后加工處理成中性脂類儲存于脂肪組織中，又可以氧化后或者直接儲存于骨骼肌和心肌。除了水解作用之外，LPL還可以和其他的脂蛋白相互作用，使之附著在血管壁，促進脂質(zhì)和脂蛋白的交換，在大多數(shù)血漿脂蛋白顆粒的動力學(xué)方面起重要作用。

2 LPL基因突變與疾病的關(guān)系

目前報告的LPL基因突變已達110多種，LPL基因缺陷發(fā)生較多的是同義突變和錯義突變，其中第5、6外顯子突變發(fā)生較多，占所有突變的75%。根據(jù)突變發(fā)生的頻率提示，對LPL基因應(yīng)先掃描第5、6 外顯子，然后掃描第 3、4、8 外顯子，LPL基因缺陷檢出率可達95%[5]。LPL基因突變可明顯降低LPL的活性，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和功能改變，進而造成各種疾病。

2.1 LPL基因突變與高甘油三酯血癥 LPL基因常見的突變和高甘油三酯血癥表型相關(guān)。據(jù)估計，大約20%的高甘油三酯血癥患者攜帶常見的LPL基因突變，包括 Asp9Asn、Asn291Ser、Trp86Arg、Gly188Glu、Pro207Leu、Asp250Asn等。LPL是脂代謝的關(guān)鍵酶，是Ⅰ型和Ⅴ型高脂蛋白血癥的病因?qū)W基礎(chǔ)[6]。LPL基因突變在嚴重高甘油三酯血癥患者中起重要作用，在中度高甘油三酯血癥患者中也頻繁發(fā)生[7]。

Sun等[8]研究顯示，Leu452His突變與小鼠高甘油三脂血癥相關(guān)，他們將有Leu452His突變的LPL基因?qū)胄∈篌w內(nèi)后，發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)LPL及甘油三酯含量顯著升高，而LPL的活性顯著下降，并且引起小鼠肝臟中的脂肪含量升高，造成脂肪肝，進一步檢測發(fā)現(xiàn)激素敏感性脂肪酶、甘油三酯酶、脂肪酸結(jié)合蛋白、解耦聯(lián)蛋白活性均下降，認為Leu452His突變導(dǎo)致LPL功能障礙，并且在小鼠體內(nèi)拮抗AMP活化蛋白激酶/過氧化物酶體增殖物活化受體γ共激活因子1α信號通路。Surendran等[9]對86例嚴重高甘油三酯血癥患者進行 LPL、APOC2、APOA5、GPIHBP1和脂肪酶成熟因子1（LMF1）基因突變分析，發(fā)現(xiàn)具有LPL突變的患者占34%。此研究發(fā)現(xiàn)常見的LPL基因突變是 Asp36Asn、Asn318Ser和Ser447X。Wright等[10]對19例北愛爾蘭的極重度高甘油三酯血癥患者進行LPL基因序列分析，發(fā)現(xiàn)其中8例具有4個改變氨基酸序列的基因突變（Asp36Asn、Arg197His、Asn318Ser、Val340Ile），4 例患者存在2個LPL基因突變，進一步大樣本分析表明p.N318S是北愛爾蘭人患高甘油三酯血癥的主要原因。

LPL基因突變的功能分析研究表明LPL通過與GPIHBP1相互作用嵌合在血管內(nèi)壁發(fā)揮作用。如果LPL基因發(fā)生突變導(dǎo)致LPL無法與GPIHBP1相互作用，LPL則無法附著到血管內(nèi)壁。研究發(fā)現(xiàn)LPL C418Y和E412K基因突變降低了LPL結(jié)合GPIHBP1的能力，從而使血漿中甘油三酯降解障礙，造成高甘油三酯血癥[11]。

LPL基因缺陷引起的脂代謝紊亂常在兒童及青春期時表現(xiàn)為血脂異常，并有家族聚集發(fā)病現(xiàn)象。潘曉東等[12]對12例嚴重乳糜血及明顯家族聚集傾向的高甘油三脂血癥患者進行基因分析，發(fā)現(xiàn)部分直系親屬甘油三酯水平均有不同程度升高，遺傳傾向明顯。在LPL基因檢測中，除2例患者未檢出突變外，8例患者堿基置換集中發(fā)生在第6內(nèi)含子5'端相同的幾個位點，即Introns6/5'端1388+73T→G、Introns6/5'端 1388+108G→A、Introns6/5'端 1388+82C→A，提示這幾個位點可能是LPL的遺傳標(biāo)記。

2.2 LPL基因突變與肥胖 肥胖是一種由多因素引起的慢性代謝性疾病，主要表現(xiàn)是脂肪組織過度堆積。目前，脂代謝相關(guān)因素是肥胖領(lǐng)域研究的熱點。LPL是脂蛋白降解過程中的關(guān)鍵酶，白色脂肪組織中的LPL活性升高有助于機體脂質(zhì)的貯存，骨骼肌中的LPL活性升高則有利于機體氧化產(chǎn)能，兩者的平衡失調(diào)是影響體重的重要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，在攝食和禁食過程中，脂肪和肌肉組織LPL可以被反向調(diào)控。即攝食與脂肪LPL活性升高、肌肉LPL活性降低有關(guān)。因此LPL基因是肥胖發(fā)生的一個重要候選基因，其內(nèi)含子8區(qū)的Hind位點多態(tài)性與體內(nèi)血脂水平、體重指數(shù)和脂肪細胞的早期發(fā)生等密切相關(guān)。

Wang等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在給神經(jīng)元特異性LPL基因突變小鼠增肥過程中，LPL純合突變的小鼠肥胖程度最嚴重，說明LPL在小鼠肥胖程度的調(diào)節(jié)中起重要作用。Costabile等[14]研究顯示，肥胖受試者空腹和餐后的脂肪組織肝素釋放LPL活性明顯低于對照組受試者，mRNA表達也同樣偏低。近年來關(guān)于LPL基因單核苷酸多態(tài)性的研究結(jié)論不一致，并且存在性別差異。Ma等[15]認為造成這種情況的原因可能是存在一些未經(jīng)證實的因素調(diào)節(jié)LPL相關(guān)的肥胖。他們針對不同種類脂肪酸的攝入量與LPL基因變異的交互作用展開研究，發(fā)現(xiàn)多不飽和脂肪酸調(diào)節(jié)rs320引起女性患者的肥胖。等位基因T比G更容易引起多不飽和脂肪酸的攝入，可能是由于T與rs320周圍過氧化物酶體增殖物活化受體反應(yīng)元件有更高的親和力。多聚不飽和脂肪酸可降低脂肪細胞LPL活性，減少甘油三酯儲存和脂肪沉積而起到抗肥胖的作用。LPL導(dǎo)致肥胖的性別差異是因為LPL在女性骨骼肌中的表達比男性高160%。LPL導(dǎo)致肥胖存在性別差異這一結(jié)論已在兩個不相關(guān)的人群中得到驗證[16-17]。

2.3 LPL基因突變與糖尿病 糖尿病有明確的遺傳傾向，在其發(fā)生、發(fā)展過程中，糖、脂及蛋白質(zhì)代謝均發(fā)生紊亂。有研究表明，血甘油三酯及脂肪酸水平升高與胰島素抵抗有關(guān)，提示影響脂代謝途徑的基因可能在糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中起一定作用[18]。

本研究小組的結(jié)果顯示，LPL基因敲除后不僅可導(dǎo)致血脂水平升高，還可導(dǎo)致血糖升高，推測LPL基因缺陷導(dǎo)致血糖升高可能是由脂毒性所致[19]。LPL基因缺陷主要導(dǎo)致小鼠餐后血糖升高，對空腹血糖影響不大，50周齡LPL基因敲除雜合子小鼠腹腔糖耐量試驗30～120 min血糖和葡萄糖曲線下面積明顯升高，出現(xiàn)類似2型糖尿病患者血糖高峰延遲、下降遲緩的表現(xiàn)[20]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，LPL+/-小鼠脂代謝紊亂明顯，血糖升高，并且存在胰島素抵抗，認為皮下脂肪組織可能通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與LPL+/-小鼠胰島素抵抗的發(fā)生[21]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，隨著甘油三酯水平的升高，糖耐量正常的2型糖尿病患者一級親屬胰島素抵抗逐漸加重，機體代償性分泌胰島素使血糖維持在正常范圍，最終出現(xiàn)胰島分泌功能下降[22]。一系列的研究揭示了脂毒性在胰島素抵抗、胰島細胞衰竭乃至糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中具有極其重要的作用。

Ding等[23]研究也發(fā)現(xiàn)，LPL基因敲除純合子小鼠16周齡時出現(xiàn)空腹血糖升高，48周齡時出現(xiàn)糖耐量減低和胰島素抵抗。Qi等[24]對645名中國漢族成人進行基因篩查，發(fā)現(xiàn)H+/H-基因型攜帶者盡管有良好的血脂譜，但相較其他基因型攜帶者，其2型糖尿病患病風(fēng)險顯著升高。LPL基因PvuⅡ酶切位點多態(tài)性可預(yù)測中國人2型糖尿病的風(fēng)險。

2.4 LPL基因突變與動脈粥樣硬化 LPL基因突變可導(dǎo)致LPL活性降低，影響其催化功能，甚至造成嚴重的以甘油三酯水平升高為主要特征的高乳糜微粒血癥。而血中甘油三酯水平的增加將抑制纖維蛋白的溶解，增加凝血傾向，促進動脈粥樣硬化的形成和發(fā)展。即LPL基因突變在動脈粥樣硬化或缺血性心臟病發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用。有研究表明，LPL基因雜合子缺失（Asn291Ser、Asp9Asn及Gly188Glu位點突變）引起LPL活性降低或表達減少，促進動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展[25]。

Saika等[26]報道一例患有冠狀動脈疾病合并嚴重動脈粥樣硬化患者，對其LPL基因測序發(fā)現(xiàn)存在Leu303Phe突變。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該突變導(dǎo)致LPL脂解能力明顯下降，推測Leu303Phe突變有致動脈粥樣硬化作用。LPL基因突變有致動脈粥樣硬化作用，也有抗動脈粥樣硬化作用。Wittrup等[25]研究表明，Gly188Glu、Asn291Ser和 Asp9Asn 攜帶者甘油三酯水平升高，高密度脂蛋白-膽固醇水平降低，具有致動脈粥樣硬化的脂質(zhì)特征；而Ser447Ter攜帶者甘油三酯水平降低，高密度脂蛋白-膽固醇水平升高，具有抗動脈粥樣硬化的脂質(zhì)特征。Asn291Ser突變者高密度脂蛋白-膽固醇水平顯著降低，并且常見于早發(fā)性動脈粥樣硬化患者。Gly188Glu攜帶者患缺血性心臟病的危險性增加，Asp9Asn攜帶者危險性輕度增加，而Ser447Ter攜帶者危險性卻可能降低。在歐洲國家，健康人群中Ser447Ter攜帶者的概率約為20%，該人群表現(xiàn)為LPL活性增高，甘油三酯水平降低、高密度脂蛋白-膽固醇水平升高，與未攜帶者相比，其發(fā)生動脈粥樣硬化的風(fēng)險降低[27]。

LPL基因具有多態(tài)性和易變性，其基因突變導(dǎo)致肥胖、糖尿病、動脈粥樣硬化等疾病的發(fā)生和發(fā)展。到目前為止，LPL基因突變導(dǎo)致多種疾病的發(fā)病機制仍不清楚，但隨著研究的不斷深入和更多突變位點的發(fā)現(xiàn)，其機制將得到進一步的明確。在不久的將來，LPL將作為基因治療的新靶點，為高血脂、肥胖、糖尿病等疾病的治療帶來新的希望。

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Relationship between lipoprotein lipase gene mutation and metabolic diseases

Ren Xingxing，Zheng Shuang，Hu Yaomin.Department of Endocrinology，Renji Hospital，School of Medicine，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200127，China

Hu Y aomin，Email：amin99@163.com

Lipoprotein lipase is a key enzyme of triglycerides metabolism.Mutations will cause variations in the structure and function of lipoprotein lipase gene，affecting the lipolytic function by altering its activity and level，which further affects the whole body lipid metabolism and distribution.Recent studies have found that these mutations are associated with hypertriglyceridemia，obesity，diabetes mellitus and so on.Lipoprotein lipase maybecome a novel target for the earlyprevention and treatment ofthese diseases.

Lipoprotein lipase；Gene mutation；Hypertriglyceridemia；Diabetes mellitus

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：100-102）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.02.007

國家自然科學(xué)基金資助項目（81270946,81170758,30670988）

200127 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院內(nèi)分泌科

胡耀敏，Email:amin99@163.com

2014-11-03）