INSIG—SCAP—SREBPs通路與炎癥

趙爽　葉強(qiáng)　范忠才

摘要：固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白是脂質(zhì)代謝信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑之一，對膽固醇調(diào)控起重要作用。INSIG、SCAP、SREBPs共同構(gòu)成了INSIG-SCAP-SREBPs轉(zhuǎn)運(yùn)體系，維持體內(nèi)脂質(zhì)平衡具有重要意義。炎癥應(yīng)激干擾了INSIG-SCAP-SREBPs通路負(fù)反饋調(diào)節(jié)，致使LDLr表達(dá)失調(diào)，細(xì)胞大量攝取外源性膽固醇并形成泡沫細(xì)胞。

關(guān)鍵詞：固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白；脂代謝；炎癥

固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBPs）是脂質(zhì)代謝信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑之一，對膽固醇調(diào)控起重要作用。新合成的SREBPs是一種沒有活性的前體蛋白，必須由SREBPs裂解激活蛋白（SCAP）攜帶從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體后才能加工成有活性的轉(zhuǎn)錄因子-核SREBPs（nSREBPs），而此過程依賴于細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇含量和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胰島素誘導(dǎo)基因（INSIG）水平。INSIG與SCAP、SREBPs共同構(gòu)成了INSIG-SCAP-SREBPs轉(zhuǎn)運(yùn)體系，INSIG-SCAP-SREBPs以復(fù)合體的形式存儲于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上與細(xì)胞內(nèi)膽固醇的含量共同影響nSREBPs的活化，調(diào)節(jié)低密度脂蛋白受體（LDLr）的轉(zhuǎn)錄，從而反饋調(diào)節(jié)細(xì)胞對外源性膽固醇的攝入[1]。研究發(fā)現(xiàn)，炎癥應(yīng)激干擾了INSIG-SCAP-SREBPs通路負(fù)反饋調(diào)節(jié)，致使LDLr表達(dá)失調(diào)，細(xì)胞大量攝取外源性膽固醇。本文從INSIG-SCAP-SREBPs通路概述、功能以及炎癥干擾INSIG-SCAP-SREBPs轉(zhuǎn)運(yùn)體功能進(jìn)行綜述。

1 INSIG-SCAP-SREBPs通路概述

1.1 SREBPs SREBPs家族由三種亞型組成，有3種形式的異構(gòu)體，即SREBPs-1a、SREBPs-1c和SREBPs-2，其中 SREBPs-1a和SREBPs-1c是由SREBPs-1的不同啟動子轉(zhuǎn)錄而生成的。SREBPs-1在肝臟及腎上腺最為豐富，SREBPs-2則普遍存在于大多數(shù)組織。

1.2 SCAP SCAP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上另一種整合膜蛋白，包括兩個不同結(jié)構(gòu)域，即C端結(jié)構(gòu)域和N端結(jié)構(gòu)域。SCAP的C端含有5個WD重復(fù)，每個重復(fù)約為40個氨基酸長度，重復(fù)作用于SERBPs 的C端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域，并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成緊密的SCAP-SREBPs復(fù)合體。SCAP分子N端結(jié)構(gòu)域由8個跨膜螺旋組成，其中的2～6個螺旋組成了一個固醇敏感區(qū)，即固醇感受敏感域（SSD），它是細(xì)胞內(nèi)膽固醇水平的感受器。SSD可以與膽固醇結(jié)合而實(shí)現(xiàn)阻斷SREBPs的運(yùn)輸，在SREBPs-SCAP復(fù)合物調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成的過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)膽固醇水平升高時，SCAP的構(gòu)象改變，使得 SCAP-SREBPs復(fù)合體與INSIG在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，使膽固醇合成減少；相反，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)膽固醇水平低時，SCAP構(gòu)象不發(fā)生改變，它能夠使INSIG和 SCAP-SREBPS復(fù)合體分離，而使SREBPs有效地從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體實(shí)現(xiàn)活化，從而促進(jìn)膽固醇合成。因此，最終SCAP-SREBPs復(fù)合體能否在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上滯留是通過INSIG結(jié)合SCAP-SREBPs復(fù)合體來實(shí)現(xiàn)的。

1.3 INSIG INSIG是幾年來發(fā)現(xiàn)的調(diào)控脂質(zhì)代謝的新基因之一，目前發(fā)現(xiàn)INSIG有兩種異構(gòu)體，即INSIG-1和INSIG-2，兩種分子都是以6跨膜螺旋結(jié)構(gòu)形式鑲嵌在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的。INSIG-1由277個氨基酸殘基組成，INSIG-2有225個氨基酸殘基，缺少INSIG-1氨基末端的50個氨基酸殘基，這種結(jié)構(gòu)的差別在不同種屬間是高度保守的。人類的兩種INSIG蛋白有59%的同源性，分別位于INSIG-1的Asp-205和INSIG-2的Asp-149位點(diǎn)，是INSIG對SCAP和HMGCoA還原酶發(fā)揮作用的重要結(jié)構(gòu)。INSIG-1主要調(diào)節(jié) SREBPs靶基因的表達(dá)，INSIG-2與此無關(guān)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)膽固醇缺失時，泛素連接酶gp78與INSIG-1聯(lián)系，誘導(dǎo)INSIG-1泛素化和蛋白酶途徑降解，SCAP-SREBPs 復(fù)合體進(jìn)入高爾基體并水解激活，SREBPs 釋放活性蛋白，脂質(zhì)合成相關(guān)基因激活；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)水平升高時，INSIG則抑制 SCAP-SREBPs 復(fù)合體進(jìn)入高爾基體水解以降低脂質(zhì)合成。由于INSIG-1蛋白的半衰期很短，合成之后很快被蛋白酶體降解，其有效的維持細(xì)胞脂質(zhì)合成動態(tài)平衡中具有重要意義。INSIG-2只有在固醇存在的條件下才能發(fā)揮作用，沒有固醇的環(huán)境中即使其表達(dá)水平再高也不能將SREBPS-SCAP復(fù)合體滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。當(dāng)細(xì)胞在對固醇供需發(fā)生較大變化時，INSIG-1和INSIG-2共同作用，對SREBPs合成和成熟進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)。但由于INSIG-1和INSIG-2所含的氨基酸殘基不同，INSIG-1的降解速率比INSIG-2要迅速得多，研究發(fā)現(xiàn)，INSIG-1的Ser-149促進(jìn)其降解，而INSIG-2的Ser-106和Glu-214可增強(qiáng)泛素化，相比INSIG-1而言INSIG-2的穩(wěn)定性更強(qiáng)。

2 INSIG-SCAP-SREBPs轉(zhuǎn)運(yùn)體

INSIG-SCAP-SREBPs轉(zhuǎn)運(yùn)體主要功能是調(diào)節(jié)SREBPs的活化和加工，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)脂質(zhì)合成。當(dāng)SREBPs前體蛋白合成后，首先與SCAP形成SCAP-SREBPs復(fù)合體。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的膽固醇負(fù)荷過重時，膽固醇結(jié)合到固醇感受敏感域上，引起SCAP-SREBPs復(fù)合體構(gòu)象改變，并與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的INSIG結(jié)合，形成INSIG-SCAP-SREBPs復(fù)合體，將SREBPs鎖定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，從而抑制SREBPs蛋白裂解，膽固醇合成減少；相反，細(xì)胞內(nèi)膽固醇濃度下降時，固醇感受敏感域構(gòu)象發(fā)生改變，SCAP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的INSIG分離，并攜帶SREBPs從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體。因此，生理狀態(tài)下決定SCAP能否攜帶SREBPs從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸，取決于細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇的含量和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)INSIG的水平。

3 炎癥干擾INSIG-SCAP-SREBPs轉(zhuǎn)運(yùn)體的功能

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在人肝癌細(xì)胞上[2]，無論細(xì)胞內(nèi)是否存在高膽固醇負(fù)荷，炎癥刺激因子增加了細(xì)胞SCAP、SREBPs的異常表達(dá)，并促進(jìn)SCAP-SREBPs復(fù)合物從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體的轉(zhuǎn)移及SREBPs的活化，進(jìn)而增加了LDLr的表達(dá)，最終使細(xì)胞外膽固醇經(jīng)LDLr途徑進(jìn)入細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，在炎癥因子如TNF-α、IL-1β的作用下，干擾了腎小球系膜細(xì)胞SCAP-SREBPs-LDLr途徑，從而使LDLr失調(diào)，吞噬過多的低密度脂蛋白，加重了細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積。類似的研究同樣證實(shí)了炎性因子IL-1β可干擾人血管平滑肌SREBPs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，導(dǎo)致LDLr表達(dá)失調(diào)，促進(jìn)了泡沫細(xì)胞的形成[3]。Zhao[3]等在小鼠模型上證實(shí)，盡管細(xì)胞內(nèi)膽固醇超負(fù)荷，炎癥因子通過干擾 SCAP介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)膽固醇對LDLr的反饋調(diào)節(jié)，在促進(jìn)肝細(xì)胞對外源性膽固醇的攝入[4]。進(jìn)一步研究證實(shí)炎癥因子如脂多糖增加了THP-1源性巨噬細(xì)胞SCAP、SREBPs的mRNA和蛋白的過度表達(dá)，進(jìn)而增加了了SCAP/INSIG比率，由于INSIG在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的數(shù)量有限，炎癥狀態(tài)下沒有足夠量的INSIG固定表達(dá)增加的SCAP-SREBPs復(fù)合體，INSIG被飽和所致，并且對巨噬細(xì)胞這種干擾效應(yīng)比在血管平滑肌細(xì)胞中的作用更加明顯。最新研究發(fā)現(xiàn)，炎癥因子使巨噬細(xì)胞高爾基體甘露糖苷酶表達(dá)增加，促進(jìn)SCAP糖基化并延長其半衰期，增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間SCAP的轉(zhuǎn)位及再循環(huán)，可攜帶更多的SREBPs-2從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，使LDLr表達(dá)上調(diào)。而隨著糖基化產(chǎn)物（AGE）的增多，又可正向調(diào)節(jié)了高爾基體甘露糖苷酶的活性及SCAP的糖基化，最終導(dǎo)致脂質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)沉積，泡沫細(xì)胞形成。

總之，上述研究均提示即使在細(xì)胞內(nèi)高膽固醇濃度水平下，炎癥因子促進(jìn)了SCAP-SREBPs復(fù)合體從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸至高爾基體，這種非正常逃逸擾亂了INSIG-SCAP-SREBPs生理反饋調(diào)控。

4 展望

綜述，脂質(zhì)代謝的信號傳導(dǎo)途徑十分復(fù)雜， INSIG-SCAP-SREBPs通路是其中一條重要途徑，此通路中的多個環(huán)節(jié)都不僅受到其終末產(chǎn)物的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用，還涉及到INSIG、SCAP、SREBPs本身激活及INSIG、SCAP、SREBPs等蛋白之間的相互作用。目前關(guān)于INSIG-SCAP-SREBPs信號通路與炎癥相關(guān)研究仍較為局限，許多環(huán)節(jié)仍然不清楚，如炎性刺激因子是否干擾了INSIG與SCAP-SREBPs復(fù)合體的結(jié)合？是否下調(diào)了INSIG水平？是否激活了S1P、S2P水解酶？是否促進(jìn)了 COPII蛋白的表達(dá)？這些疑問尚需進(jìn)一步研究加以證實(shí)。

參考文獻(xiàn)：

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編輯/哈濤