氧化固醇與氧化固醇結(jié)合蛋白的研究進展

臧 蔚 劉 昊

華北理工大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 河北唐山 063000

氧化固醇與氧化固醇結(jié)合蛋白的研究進展

臧 蔚 劉 昊

華北理工大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 河北唐山 063000

腦梗死 氧化固醇 氧化固醇結(jié)合蛋白

隨著人口老齡化的增加，我國的腦卒中發(fā)病率不斷上升，最常見的缺血性卒中類型是動脈粥樣硬化血栓形成性腦梗死，以動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)等原因引起的血管壁病變?yōu)榛A(chǔ)，而血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷和功能障礙是引起早期動脈硬化的核心環(huán)節(jié)，氧化型低密度脂蛋白是損傷內(nèi)皮細(xì)胞導(dǎo)致AS形成的關(guān)鍵原因之一。巨噬細(xì)胞通過聚集膽固醇、產(chǎn)生炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子，在AS的病理過程中起重要作用。氧化固醇(ChdesterolOxides,Ch-Ox)能從多方面影響巨噬細(xì)胞的生物學(xué)功能:不僅僅能夠介導(dǎo)膽固醇的分解代謝，還具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、免疫及細(xì)胞毒性等生物學(xué)功能。這些功能都是通過Ch-Ox感受器介導(dǎo)，其中氧化固醇結(jié)合蛋白相關(guān)蛋白家族(oxysterolbindingprotein-relatedproteins,ORPs)是其中重要一種。

1 Ch-Ox

1.1Ch-Ox一般特征Ch-Ox是27-碳膽固醇衍生物或者膽固醇合成物的副產(chǎn)物，通過酶或者非酶機制產(chǎn)生。次要的Ch-Ox是由酶(這些酶主要是線粒體或微粒體的細(xì)胞色素450家族酶)催化產(chǎn)生，包括27-，24-，和7a-羥基氧化固醇，是膽汁酸和類固醇激素生物合成的中間產(chǎn)物[1]；由酶催化產(chǎn)生的Ch-Ox還有25-羥基膽固醇(25-hydroxycholesterol，25-OHC),它用于膽固醇穩(wěn)態(tài)的控制，據(jù)報道，25-OHC可以誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和巨噬細(xì)胞凋亡[2]。主要的Ch-Ox是通過非酶機制催化產(chǎn)生的，如7-酮基膽甾醇(7-ketocholesterol，縮寫7KC)、7-羥基氧化固醇等。通常膽固醇氧化成Ch-Ox顯著的降低了它的半衰期，指示它進入排泄或進一步被氧化成膽汁酸。Ch-Ox與膽固醇結(jié)構(gòu)、功能相似，但是由于Ch-Ox的親水性增加，會使它們移動更加迅速，更快地達到胞漿受體。與膽固醇相比，Ch-Ox常以很低的數(shù)量存在或循環(huán)在健康的哺乳動物組織中。Ch-Ox富集常與某種病理情形相關(guān)的，例如巨噬細(xì)胞、泡沫細(xì)胞的形成和AS損傷。

1.2Ch-Ox與AS的關(guān)系A(chǔ)S是心血管系統(tǒng)疾病中最常見的疾病，也是危害人類的常見病。AS主要累及大中動脈，基本病變是動脈內(nèi)膜的脂質(zhì)沉淀、粥樣斑塊形成致管壁變硬、管壁狹窄，并引起一系列繼發(fā)性病變。近年來，有學(xué)者們認(rèn)為AS實質(zhì)上是一種慢性炎癥性疾病，單核巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性白細(xì)胞參與血管壁的免疫反應(yīng)，細(xì)胞免疫、體液免疫及許多炎癥因子參與了AS的發(fā)生過程。AS的發(fā)生是以脂質(zhì)顆粒在內(nèi)膜的蓄積和修飾為起點的[3]。目前認(rèn)為氧化低密度脂蛋白(Oxidizedlowdensitylipoprotein，Ox-LDL)是最重要的致粥樣硬化因子，是損傷內(nèi)皮細(xì)胞與平滑肌的主要因子。Ox-LDL不能被正常的LDL受體識別，能被巨噬細(xì)胞清道夫受體識別而快速攝取，促進巨噬細(xì)胞形成泡沫細(xì)胞。Ox-LDL中含有大量的Ch-Ox，而且認(rèn)為Ox-LDL的毒性主要來自于Ch-Ox(包括25-OH、5，6β-epoxide等)。Ch-Ox導(dǎo)致內(nèi)皮損傷，平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞凋亡，它是Ox-LDL致粥樣硬化的主要活性成分之一。目前，Ch-Ox以非常低的濃度存在于組織里，卻是細(xì)胞中具有強烈信號的分子。不論是人類還是動物模型中，在AS斑塊中,Ch-Ox的濃度都比血漿中高很多，而且斑塊中的Ch-Ox都是以酯化形式存在。

1.3Ch-Ox與脂質(zhì)代謝的關(guān)系Ch-Ox調(diào)節(jié)很多生物活性，很多已經(jīng)被廣泛的研究，包括蛋白質(zhì)異戊二烯化、血小板聚集、脂質(zhì)代謝和膽固醇濃度等。Ch-Ox對膽固醇的動態(tài)平衡的影響，都是通過專門的Ch-Ox感受器介導(dǎo)的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的感受器有肝X受體(liverXreceptors，LXRs)、固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterolregulatoryelementbindingproteins，SREBPs)、氧化固醇結(jié)合蛋白(Oxysterolbindingprotein，OSBP)及其相關(guān)蛋白家族(ORPs)，其中OSBP/ORPs主要參與膽固醇及Ch-Ox的轉(zhuǎn)運，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[4,5]。

1.3.1Ch-Ox是LXRs的激活劑 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，Ch-Ox需要“受體”。此前已報道了多種Ch-Ox受體，其中最重要和最廣泛的受體是LXRs，LXRs包括LXRα和LXRβ，它們是兩個核受體蛋白。LXRα主要在肝臟和小腸表達，而LXRβ則在體內(nèi)廣泛表達。生理濃度下的Ch-Ox能夠結(jié)合并激活它們，然后和視黃醇X受體(retinoidXreceptorRXR)結(jié)合形成異二聚體，這才具有了轉(zhuǎn)錄因子的活性，LXR/RXR結(jié)合到特異性靶標(biāo)基因的啟動子上，啟動靶基因轉(zhuǎn)錄，進而激活在膽固醇逆向轉(zhuǎn)運中起重要作用的基因(ABCA1、ABCG1)、促進膽固醇分泌的基因(ABCG5/ABCG8)及載脂蛋白E，最終促進了膽固醇向體外的排出。ABCA1是膽固醇逆轉(zhuǎn)運過程中的限速步驟，ABCG1的作用與ABCA1相似，是巨噬細(xì)胞表達的另一種轉(zhuǎn)運體蛋白，可促進膽汁酸、游離膽固醇、磷脂排出體外；ABCG5/ABCG8與膽汁中固醇的分泌有關(guān)；載脂蛋白E主要在肝臟合成和代謝，它作為一種血漿蛋白，促進高密度脂蛋白的形成以及外周組織膽固醇向肝臟逆轉(zhuǎn)運。激活的LXR也促進膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(reversecholesteroltransportRCT)途徑[6～8]，使多余的膽固醇從細(xì)胞和組織中流到高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein，HDL)返回到肝臟。LXR也會控制許多過程如巨噬細(xì)胞募集、激活基因的表達及細(xì)胞凋亡等[9,10]。

1.3.2Ch-Ox調(diào)節(jié)SREBPsSREBPs是結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的前體，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)膽固醇濃度降低時，它與膽固醇感應(yīng)輔助因子-SREBP分裂活化蛋白(SREBPcleavageactivatingprotein,SCAP)結(jié)合形成SREBP-SCAP復(fù)合物。該復(fù)合物被轉(zhuǎn)運至高爾基體，與之結(jié)合后，隨后在位點1蛋白酶(S1P)和位點2蛋白酶(S2P)依次裂解并釋放SREBP氨基末端的轉(zhuǎn)錄活性部分，前往細(xì)胞核，促進相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，如HMG-CoA還原酶，隨之，膽固醇合成加強[11,12]。脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中，SREBP體系對膽固醇和25-OHC都敏感。

2 ORPs家族

Ch-Ox結(jié)合其感受器介導(dǎo)膽固醇的動態(tài)平衡，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，這些感受器包括LXRs、SREBPs、OSBP/ORPs家族[13]，其中OSBP/ORPs家族主要在三方面有功能：細(xì)胞脂質(zhì)代謝，囊泡運輸以及細(xì)胞信號傳導(dǎo)[14]。

2.1OSBP一般特征 人們在研究膽固醇合成的反饋抑制時，最初發(fā)現(xiàn)了OSBP，它是Ch-Ox的細(xì)胞內(nèi)受體[15]。OSBP/ORPs這個多基因家族廣泛地在多種真核生物(從酵母菌到人類)中表達[16]，該家族基因不斷更新，在哺乳動物中，它包含12個成員，酵母有7個OSBP同源基因[17]。OSBP/ORPs家族分為亞家族Ⅰ(OSBP、ORP4)，亞家族Ⅱ(ORP1、ORP2)，亞家族Ⅲ (ORP3、ORP6、ORP7)，亞家族Ⅳ (ORP5、ORP8)，亞家族Ⅴ(ORP9)和亞家族Ⅵ (ORP10、ORP11)。其中ORP2、ORP4S和ORP9參與脂質(zhì)和固醇代謝。近期發(fā)現(xiàn)OSBP與其近同源的ORP4可以結(jié)合膽固醇或者25-羥基膽固醇[18]。目前發(fā)現(xiàn)OSBP/ORPs可能與細(xì)胞內(nèi)小泡運輸/細(xì)胞分化、增殖、極化、粘附、遷移和生存、死亡調(diào)控之間有著功能上的聯(lián)系。

2.2ORPs的結(jié)構(gòu)OSBP/ORPs家族參與固醇的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，它的一般特征是內(nèi)部為一個β桶裝結(jié)構(gòu)的疏水性結(jié)構(gòu)，加蓋了a螺旋蓋，能夠有效地為膽固醇、麥角固醇及Ch-Ox提供一個封閉的環(huán)境，使其能在細(xì)胞的水環(huán)境中結(jié)合細(xì)胞器膜上的輔助結(jié)合域，從而完成固醇的定位與轉(zhuǎn)運而避免溶解[19]。ORPs包括長ORPs和短ORPs，短ORPs只包含ORD結(jié)構(gòu)域，傾向于定細(xì)胞質(zhì)定位；長ORPs包含ORD結(jié)構(gòu)域和PH結(jié)構(gòu)域，長ORPs的PH結(jié)構(gòu)域?qū)Χㄎ灰财鹬匾饔谩?/p>

OSBP/ORPs是構(gòu)成一個家族的固醇和磷脂酰肌醇的結(jié)合和轉(zhuǎn)移蛋白[16]。蛋白C端包含一個共同的結(jié)構(gòu)域--OH結(jié)構(gòu)域(OSBP-relatedORD)，這個結(jié)構(gòu)域的特點是一個保守的特征性的序列EQVSHHPP，在ORD的N端，這個結(jié)構(gòu)可以結(jié)合膽固醇或者Ch-Ox。大部分人類中的ORPs和三種酵母中的ORPs的ORD結(jié)構(gòu)域N端包含這種附加結(jié)構(gòu)。大部分的ORPs的N端包括PH結(jié)構(gòu)，參與它們的亞細(xì)胞定位。在哺乳動物中，OSBP/ORPs家族的蛋白質(zhì)PH域和ORD域之間，含有FFAT基序(含有兩個苯丙氨酸的一段酸性短氨基酸序列)，F(xiàn)FAT與EFFDAxE序列一致。PH結(jié)構(gòu)及FFAT結(jié)構(gòu)的結(jié)合為大部分OSBP/ORPs提供了雙重膜定位功能，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，F(xiàn)FAT結(jié)構(gòu)可以與VAP[VAMP(veiscle-associatedmembraneprotein)-associatedprotein]互相結(jié)合，PH結(jié)構(gòu)域與非內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞器互相作用[16]。

2.2.1PH結(jié)構(gòu)域 人類基因組編碼的所有含PH結(jié)構(gòu)域通常由7個反向平行的β片層C末端的一個α螺旋構(gòu)成。在哺乳動物中，OSBP/ORPs家族的N端PH結(jié)構(gòu)域?qū)ζ涠ㄎ黄鸬疥P(guān)鍵作用：OSBP通過N端的PH結(jié)構(gòu)域定位到高爾基體上，ORP1L定位到次級內(nèi)體上，ORP9定位到高爾基體復(fù)合物上，ORP3、6、7定位到質(zhì)膜上。OSBP/ORPs家族PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合磷脂酰肌醇-4-磷酸(phosphatidylinositol-4-phosphate,PI-4-P)，對其功能及到高爾基體定位起到關(guān)鍵作用，結(jié)合和轉(zhuǎn)運活性的PI-4-P已經(jīng)在許多ORP的同源物中被證實了，如OSBP[20,21]、ORP4[4]、ORP5[22]、ORP8[22]、ORP9[17]。OSBP通過C端定位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，另一面，其通過N端的PH結(jié)構(gòu)域定位到高爾基體上。

2.2.2FFAT結(jié)構(gòu)域 哺乳動物的OSBP/ORPs的PH結(jié)構(gòu)亞家族Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ包含一個FFAT結(jié)構(gòu)域(E-F/Y-F/Y-DAxE)，可以和含磷脂酰肌醇的膜相互作用，與VAP相互作用定位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，參與脂質(zhì)運輸與調(diào)節(jié)[14,23]。VAP是含有N端sperm蛋白結(jié)構(gòu)域，螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域和C端跨膜區(qū)域的Ⅱ型整合蛋白，它包含VAP-A和VAP-B。

3 Ch-Ox及OSBP/ORPs家族在脂質(zhì)代謝中相互作用

OSBP/ORPs家族的C端結(jié)構(gòu)域可以大量的結(jié)合固醇，這些蛋白作為脂質(zhì)傳感器起作用，整合細(xì)胞脂質(zhì)狀態(tài)信息和信號級聯(lián)功能。脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白，包括甾醇和OSBP/ORPs，它們參與了許多細(xì)胞過程，其中有無囊泡甾醇轉(zhuǎn)移、囊泡運輸、脂質(zhì)代謝和信號傳導(dǎo)[24]。在哺乳動物中，OSBP作為ORPs家族的第一個成員，它的ORD結(jié)構(gòu)既能結(jié)合固醇，也能結(jié)合PI4P[25]。當(dāng)OSBP的C端結(jié)構(gòu)域結(jié)合25-OHC時，可以導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)改變，蛋白N端的PH結(jié)構(gòu)域因此暴露出來，從而誘導(dǎo)OSBP向高爾基體轉(zhuǎn)移，并特異性的靶定到高爾基體上。OSBP/ORPs家族參與各種各樣分子過程，OSBP與Ch-Ox結(jié)合，還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)的活性。ORP4(也稱為OSBP2)與OSBP同源性最接近，它也能結(jié)合Ch-Ox，它包含3個主要變種ORP4L、ORP4M、ORP4S，主要存在于腦、心臟、睪丸[18,26]。ORP8結(jié)合25-OHC，抑制膽固醇流出，參與脂質(zhì)代謝調(diào)控。ORP11缺乏膜定位功能，ORP9與它結(jié)合成二聚體，參與Ch-Ox的轉(zhuǎn)運。ORP9也參與了磷酸化的調(diào)節(jié)及神經(jīng)酰胺和神經(jīng)鞘磷脂的合成。

4 問題與展望

近年來，人們更加關(guān)注Ch-Ox的研究。在正常情況下，Ch-Ox以低濃度存在于組織中，在一些病理情況下，Ch-Ox可以富集，如巨噬細(xì)胞的形成及動脈粥樣硬化。目前，易損斑塊已被認(rèn)為是導(dǎo)致AS的最重要的因素之一，易損AS斑塊的檢測對預(yù)防AS疾病有重要的臨床意義[27]。而對OSBP/ORPs家族主要功能是參與了固醇的轉(zhuǎn)運。大部分OSBP/ORPs家族中都有一個PH結(jié)構(gòu)域，能夠結(jié)合PIPs，有8個哺乳動物中ORPs有FFAT結(jié)構(gòu)域，能與VAP相互作用，它是通往內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一個位點。

Ch-Ox及OSBP/ORPs家族還有許多懸而未決的問題有待我們進一步研究，如Ch-Ox與OSBP/ORPs家族結(jié)合、膽固醇與OSBP/ORPs家族結(jié)合的關(guān)系，OSBP/ORPs家族的全部功能等。這個家族功能的復(fù)雜性、配體的特異性、它們參與細(xì)胞的全部過程及多種表達，都有待我們?nèi)ヌ骄俊?/p>

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(2016-07-2 收稿)(張愛國 編輯)

臧 蔚(1988-)，女，碩士研究生。研究方向：腦梗死。

劉 昊。

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A

2095-2694(2017)03-241-05