載脂蛋白E基因多態(tài)性與血脂代謝及脂蛋白腎病

樊明智 鄭潔 周建中

摘要：載脂蛋白E（ApoE）是人體中一種重要的載脂蛋白，對血漿膽固醇轉(zhuǎn)運、調(diào)節(jié)血脂水平有著重要作用。脂蛋白腎病是一種罕見的以腎小球內(nèi)脂蛋白栓子形成及血脂代謝異常為主要表現(xiàn)的的腎臟疾病，ApoE基因突變被認(rèn)為是引起該病的重要原因，雖然脂蛋白腎病目前全球報道較少，但關(guān)于ApoE與脂蛋白腎病關(guān)系的研究有了一定進展。現(xiàn)就ApoE基因多態(tài)性與血脂代謝及脂蛋白腎病的發(fā)病機制、治療現(xiàn)狀做一綜述。

關(guān)鍵詞：載脂蛋白E；血脂代謝；脂蛋白腎病

載脂蛋白E（Apolipoprotein E，ApoE）于1973年由Shore等[1]首先在正常人血漿的極低密度脂蛋白（Very low density lipoprotein，VLDL）中發(fā)現(xiàn)。ApoE在血漿轉(zhuǎn)運膽固醇方面起著重要作用，其可降低血循環(huán)中的膽固醇濃度，從而調(diào)節(jié)血脂水平及降低動脈粥樣硬化性心血管疾病發(fā)生風(fēng)險。最近越來越多關(guān)于脂蛋白腎病（Lipoprotein glomerulopathy，LPG）的病例被報到，對脂蛋白腎病的深入研究也引發(fā)了對ApoE基因多態(tài)性在影響血脂水平及血管病變的新認(rèn)識[2]。

1 ApoE結(jié)構(gòu)與功能

1.1 ApoE結(jié)構(gòu) 人ApoE是一種由299個氨基酸殘基組成的糖蛋白，主要在肝臟中合成，其他如腦、腎上腺、睪丸、皮膚、腎臟、脾臟也能合成。ApoE二級結(jié)構(gòu)中的α-螺旋結(jié)構(gòu)及β-折疊結(jié)構(gòu)可以保持ApoE分子的穩(wěn)定性，但其三級結(jié)構(gòu)松散、易變，在水中易聚合，直到2011年Chen，J.等[3]的研究才完成ApoE3精確拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)的測定，并證明這種拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)可以保證參與脂質(zhì)轉(zhuǎn)運的ApoE有著最佳的受體結(jié)合活性。ApoE各結(jié)構(gòu)域與其功能密切相關(guān)，在其N-末端中包含識別低密度脂蛋白受體（LDLR）以及硫酸乙酰肝素糖蛋白（HSPG）的位點，而C-末端結(jié)構(gòu)域與脂類結(jié)合密切相關(guān)，其通過末端巨大的疏水表面啟動ApoE與脂類、HSPG、β淀粉樣肽的反應(yīng)。

1.2 ApoE基本功能 ApoE通過C-末端結(jié)構(gòu)域與脂類結(jié)合，成為乳糜微粒（CM）、極低密度脂蛋白（VLDL）、中等密度脂蛋白（IDL）及一部分高密度脂蛋白（HDL）的重要組成成分。腸道分泌的CM及肝臟分泌的VLDL入血循環(huán)后在脂蛋白脂肪酶的作用下被分解，脂蛋白殘余顆粒上的ApoE可以通過HSPG通路或者與肝細(xì)胞內(nèi)LDLR結(jié)合，使其被攝取入肝，從而降低血循環(huán)中血脂水平。ApoE還可影響VLDL顆粒的產(chǎn)生，其在肝細(xì)胞內(nèi)的表達可以促進VLDL的肝內(nèi)組裝和分泌，過表達ApoE可以造成VLDL、TG過度產(chǎn)生，從而導(dǎo)致高甘油三脂血癥[4]。因此，ApoE作為血液中重要的載脂蛋白之一，對脂類代謝有著至關(guān)重要的作用。

2 ApoE基因多態(tài)性與血脂代謝

2.1 ApoE基因多態(tài)性 人ApoE基因位于19號染色體的長臂，該基因有4個外顯子和3個內(nèi)含子。ApoE通過點突變成為復(fù)等位基因，在第4個外顯子同一基因位置上有ε2、ε3、ε4這3種主要的等位基因，分別編碼E2、E3、E4三種蛋白質(zhì)。這三種ApoE蛋白在第112及158位氨基殘基上存在差異，主要是精氨酸（Arg）及半胱氨酸（Cys）的變化。E3（112-Cys-158-Arg）最常見，通常被認(rèn)為是ApoE的野生型，E2（112-Cys-158-Cys）及E4（112-Arg-158-Arg）則為E3的突變型。

2.2 ApoE2及ApoE4相關(guān)血脂異常 研究發(fā)現(xiàn)ApoE2與III型高脂血癥有著重要關(guān)系，其主要原因是ApoE2與LDLR結(jié)合的受損。ApoE2與野生型ApoE3主要差別位于第158位氨基殘基的變化，這個位點正好位于LDLR結(jié)合區(qū)域上。正因為該位點由精氨酸變?yōu)榱税腚装彼?，使ApoE2在158位點上與第150位點上氨基殘基形成鹽橋，然后第150位點上的氨基殘基與受體結(jié)合區(qū)域上的結(jié)合位點發(fā)生變化，ApoE2與LDLR結(jié)合受損，引起富含甘油三脂的脂蛋白的清除受損，導(dǎo)致血中甘油三酯水平明顯升高，引起III型高脂血癥[5]。

ApoE4作為三種常見ApoE表型之一，其對血脂代謝最直接影響是在會明顯升高TC、LDL-C水平，增加動脈粥樣硬化的發(fā)生，除此之外還能影響神經(jīng)細(xì)胞代謝，導(dǎo)致阿爾茨海默病的發(fā)生。Frieden，C等[6]比較了63種哺乳動物與人ApoE4分子序列，發(fā)現(xiàn)在ApoE中有7個與功能相關(guān)的高度保守區(qū)域。區(qū)別E3與E4的第112位氨基殘基位點未在保守序列中，因此E3與E4可結(jié)合的脂類種類沒有明顯差別，但二者功能差異巨大可能是因為ApoE與不同物質(zhì)結(jié)合時會發(fā)生構(gòu)象改變[7]。因E3及E4在不同構(gòu)象的平衡比率上存在差異，這種平衡比率的差異會導(dǎo)致不同種類脂類結(jié)合效力的改變，E4主要結(jié)合至VLDL上，因為與VLDL過高的親和力導(dǎo)致VLDL殘余粒子清除受阻，最終影響TC的清除，使動脈粥樣硬化風(fēng)險增高。

3 ApoE基因多態(tài)性與脂蛋白腎病

隨著ApoE各種突變體的發(fā)現(xiàn)以及關(guān)于其基因多態(tài)性研究的深入，越來越多與ApoE基因多態(tài)性相關(guān)的疾病被發(fā)現(xiàn)。脂蛋白腎病（LPG）是一種罕見的以腎小球內(nèi)脂蛋白栓子形成及血脂代謝異常為主要表現(xiàn)的的腎臟疾病，從1987年Saito，T.等[8]首次報道LPG至今，大概有將近200例脂蛋白腎病病例被報道，這些病例集中在中國以及日本。

3.1 LPG發(fā)病機制及相關(guān)突變定位 LPG存在家族聚集現(xiàn)象，且LPG患者即使予以換腎治療，仍有高復(fù)發(fā)傾向，說明LPG發(fā)病與遺傳相關(guān)。早期研究發(fā)現(xiàn)LPG是一種常染色體隱性遺傳性疾病，隨后被證實其與ApoE基因突變相關(guān)，尤其是某些特定氨基酸位點的點突變，這些突變幾乎都發(fā)生在ApoE分子的N-末端，而LDLR位點上的突變會影響ApoE清除并導(dǎo)致脂質(zhì)代謝異常。

ApoE-Sendai與ApoE-Kyoto是LPG最常見的ApoE突變類型，分別于1997年及1998年被發(fā)現(xiàn)，均為單一氨基殘基位點上精氨酸的點突變，前者位于第145位，后者位于第25位。ApoE-Sendai與ApoE-Kyoto同LDLR結(jié)合的能力均明顯下降，前者只有正常ApoE的5%，提示ApoE-Sendai突變使ApoE從腎小球的清除受損[9]。在隨后的研究中，有大約20余種突變被相繼發(fā)現(xiàn)。關(guān)于ApoE-Chicago（Arg-147-Pro）的研究發(fā)現(xiàn)其能增加對腎小球毛細(xì)血管壁的結(jié)合能力，影響ApoE在腎臟的清除，導(dǎo)致ApoE在腎小球發(fā)生沉積[10]。綜上所述，常見的關(guān)于LPG的ApoE突變可以使載脂蛋白的轉(zhuǎn)運受限或與腎小球結(jié)合力升高，從而使載脂蛋白在腎小球毛細(xì)血管袢沉積。

隨著基因研究的深入，非編碼區(qū)在生命活動中所起的作用也越來越受人關(guān)注，非編碼區(qū)序列可通過對編碼蛋白表達、剪切、修飾折疊進行調(diào)節(jié)，因此一些LPG患者進行基因測序未檢測到ApoE基因突變可能與非編碼區(qū)的改變相關(guān)[11]。此外，ApoE2對LDLR的結(jié)合能力也明顯低于ApoE3，ApoE2型純合子個體與III型高脂血癥密切相關(guān)，雖然也有少量出現(xiàn)腎臟脂質(zhì)沉積的案例被發(fā)現(xiàn)，但都缺乏腎小球脂蛋白栓子。由此得出，LPG的發(fā)生不能以ApoE基因編碼區(qū)突變、蛋白受體識別異常等單一因素來解釋，而是一種多因素調(diào)控的過程。所以，關(guān)于LPG的發(fā)病可能還存在的機制亟待進一步被發(fā)現(xiàn)。

3.2 LPG病理特征及臨床表現(xiàn) 目前LPG診斷需要依靠腎臟活檢，通過病理活檢發(fā)現(xiàn)LPG患者有腎小球硬化、間質(zhì)增生，球內(nèi)毛細(xì)血管袢高度擴張，袢內(nèi)充滿大小不一網(wǎng)狀、不嗜銀脂蛋白栓子，這些栓子ApoE、ApoB染色陽性。Ricardo，SD等[12]發(fā)現(xiàn)LPG不是單純的腎小球硬化，其與腎小球硬化癥的病理特征不一致，后者表現(xiàn)為腎臟脂質(zhì)沉積，大量脂蛋白增加，促進巨噬細(xì)胞的吞噬，形成泡沫細(xì)胞浸潤血管壁，而LPG是脂蛋白堆積在巨噬細(xì)胞外形成栓子，這也成為了解釋LPG患者少有腎臟外全身性血管病變的原因之一。

脂蛋白腎病的主要臨床癥狀為腎臟損害及血脂異常，前者表現(xiàn)為大量蛋白尿以及腎臟體積增大，少數(shù)患者可見鏡下血尿，嚴(yán)重者可導(dǎo)致終末期腎衰。后者表現(xiàn)為ApoE明顯升高，部分患者可出現(xiàn)TG升高，與III型高脂血癥類似。LPG患者另一顯著特點是腎臟之外少見血管病變。Tavori，H.等[2]關(guān)于ApoE-Sendai的動物模型研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞可能表達少量ApoE-Sendai，而這并不增加脂蛋白腎病發(fā)生的風(fēng)險，還能通過降低動脈壁炎癥及血脂水平從而減小動脈粥樣硬化發(fā)生風(fēng)險，并且即使高劑量的ApoE-Sendai仍然能降低動脈粥樣硬化發(fā)生風(fēng)險。而ApoE-Sendai造成的脂蛋白腎病是通過腎小球脂質(zhì)沉積導(dǎo)致的腎功能損害。以上研究解釋了為何LPG患者中腎臟之外少見血管病變，還間接闡明了LPG相關(guān)ApoE突變基因攜帶者無明顯臨床癥狀的原因。

3.3 LPG的治療 目前LPG的治療尚無有效方法，他汀類及貝特類藥物對減少蛋白尿可能有一定作用。Xin.Z[13]等發(fā)現(xiàn)通過葡萄球菌A蛋白（SPA）免疫吸附可以明顯降低蛋白尿，減少腎小球內(nèi)脂蛋白栓子數(shù)量。但遺憾的是治療后12個月后，患者蛋白尿量又回到了基線水平。包括換腎治療在內(nèi)的療法僅能改善癥狀，延緩疾病發(fā)展，無法根治。Chen，H.K.等[14]發(fā)現(xiàn)某些稱為"結(jié)構(gòu)矯正因子"的小分子量化合物能影響ApoE4的折疊機制，使其結(jié)構(gòu)趨向ApoE3，從而減小ApoE4帶來的神經(jīng)毒性，可用于ApoE4相關(guān)阿爾茨海默病的基因?qū)用嬷委煛Ｒ虼?，類?結(jié)構(gòu)矯正因子"的發(fā)現(xiàn)也許能對LPG的基因?qū)用孢M行治療，而這將是我們接下來研究的目標(biāo)。

綜上所述，病理活檢是診斷LPG的重要手段，因不同ApoE突變所致的LPG病理特征及臨床表現(xiàn)，甚至治療方式不盡相同，ApoE基因測序才是LPG最重要的診斷標(biāo)準(zhǔn)。對于LPG的治療，目前還存在太多爭議，現(xiàn)在很難確定何種治療方式對LPG有效，或者僅僅對某一類突變所致的LPG有效，而這也是LPG研究的一大難點。目前全球?qū)χ鞍啄I病的報道較少，但其實在東亞地區(qū)可能并不少見，基因檢測技術(shù)限制了這類病例的收集與研究。因此，對病理活檢診斷的LPG進行有效ApoE基因檢測是我們未來研究方向。

參考文獻：

[1]Shore，V.G.and B.Shore，Heterogeneity of human plasma very low density lipoproteins.Separation of species differing in protein components[J].Biochemistry，1973.12（3）：502-507.

[2]Tavori，H.，et al.，Macrophage-derived apoESendai suppresses atherosclerosis while causing lipoprotein glomerulopathy in hyperlipidemic mice[J].J Lipid Res，2014.55（10）：2073-2081.

[3]Chen，J.，Q.Li，and J.Wang，Topology of human apolipoprotein E3 uniquely regulates its diverse biological functions[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2011.108（36）：14813-14818.

[4]Sundaram，M.and Z.Yao，Intrahepatic role of exchangeable apolipoproteins in lipoprotein assembly and secretion[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2012.32（5）：1073-1078.

[5]Mahley，R.W.，Y.Huang，and S.C.Rall，Jr.，Pathogenesis of type III hyperlipoproteinemia（dysbetalipoproteinemia）.Questions，quandaries，and paradoxes[J].J Lipid Res，1999.40（11）：1933-1949.

[6]Frieden，C.，ApoE：the role of conserved residues in defining function[J].Protein Sci，2015.24（1）：138-144.

[7]Mahley，R.W.，K.H.Weisgraber，and Y.Huang，Apolipoprotein E：structure determines function，from atherosclerosis to Alzheimer's disease to AIDS[J].J Lipid Res，2009，50（Suppl）：S183-188.

[8]Saito，T.Lipoprotein glomerulopathy：glomerular lipoprotein thrombi in a patient with hyperlipoproteinemia[J].Am J Kidney Dis，1989，13（2）：148-153.

[9]Hoffmann，M.Diminished LDL receptor and high heparin binding of apolipoprotein E2 Sendai associated with lipoprotein glomerulopathy[J].J Am Soc Nephrol，2001，12（3）：524-530.

[10]Sam，R..Lipoprotein glomerulopathy：a new apolipoprotein E mutation with enhanced glomerular binding[J].Am J Kidney Dis，2006，47（3）：539-548.

[11]Zhang，B.Clinicopathological and genetic characteristics in Chinese patients with lipoprotein glomerulopathy[J].J Nephrol，2008，21（1）：110.

[12]Ricardo，S.D.，H.van Goor，and J.R.Diamond，Hypercholesterolemia and progressive kidney disease：the role of macrophages and macrophage-derived products[J].Contrib Nephrol，1997，120：197-209.

[13]Xin，Z.Successful treatment of patients with lipoprotein glomerulopathy by protein A immunoadsorption：a pilot study[J].Nephrol Dial Transplant，2009，24（3）：864-869.

[14]Chen，H.K..Small molecule structure correctors abolish detrimental effects of apolipoprotein E4 in cultured neurons[J].J Biol Chem，2012，287（8）：5253-5266.編輯/丁一