PCSK9基因突變與冠心病

楊林承 祖凌云 高煒

1 前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9（PCSK9）概述

PCSK9既往又被稱為神經(jīng)細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化酶（neural apoptosis-regulated convertase-1， NARC-1），于 2003年 由Seidah等［1］首次發(fā)現(xiàn)，為蛋白轉(zhuǎn)化酶（proprotein convertase，PC）家族的第9個成員。人類PCSK9基因定位于1p32，長度約22 kb，包含12個外顯子及1個內(nèi)含子，編碼由692個氨基酸組成的糖蛋白，該糖蛋白含有信號肽、前結(jié)構(gòu)域、枯草桿菌蛋白酶樣催化結(jié)構(gòu)域及可變羧基末端結(jié)構(gòu)域，包含一個既往未在枯草桿菌蛋白酶樣絲氨酸蛋白酶中發(fā)現(xiàn)的折疊方式［2］。PCSK9以可溶性酶原形式合成，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)發(fā)生分子內(nèi)自身催化反應(yīng)，在剪切位點SSVFAQ152↓52進(jìn)行自我剪切，形成穩(wěn)定的由大小約14 kDa的前結(jié)構(gòu)域及大小約為57 kDa的成熟片段兩部分組成的異質(zhì)二聚體，后運(yùn)輸至高爾基體經(jīng)乙酰化等修飾后分泌入血液中［3-4］。與前蛋白轉(zhuǎn)化酶家族中其他成員不同，PCSK9在成熟過程中無需二次剪切即可獲得蛋白酶活性［5］。Naureckiene等［6］發(fā)現(xiàn)，PCSK9含有由Asp186、His226、Ser386組成的催化三基團(tuán)（catalytic triad），而影響Ser386的突變將導(dǎo)致PCSK9因無法完成自我剪切過程而滯留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)。McNutt等［3］進(jìn)一步研究表明，自我剪切后形成的前結(jié)構(gòu)域片段在PCSK9分泌過程中起著重要作用，可能發(fā)揮了分子伴侶的功能。PCSK9在不同臟器中表達(dá)水平不同，對不同組織特異性PCSK9基因敲除小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)中PCSK9幾乎均由肝分泌，在腎、小腸及小腦中也存在少量表達(dá)［7］。PCSK9具有血脂調(diào)節(jié)功能。現(xiàn)有大量研究表明，PCSK9可直接與低密度脂蛋白受體（low density lipoprotein receptor，LDLR）結(jié)合，影響LDLR的再循環(huán)，減少肝細(xì)胞表面LDLR數(shù)量，從而間接升高循環(huán)中低密度脂蛋白膽固醇（low density cholesterol，LDL-C）濃度［8-9］。

人體循環(huán)中PCSK9水平受多種因素影響。Lakoski等［10］發(fā)現(xiàn)，健康人群循環(huán)中PCSK9水平差異較大（33～2988 ng/L），而女性循環(huán)中PCSK9水平高于男性（517 ng/ml 比450 ng/ml），其機(jī)制可能與內(nèi)源性雌激素對PCSK9水平存在影響相關(guān)［11］。糖尿病患者循環(huán)中PCSK9水平可能偏低，其機(jī)制可能與PCSK9具有正常胰島功能維持作用相關(guān)［12］。而接受降脂治療的高脂血癥患者循環(huán)中PCSK9水平可能偏高，其機(jī)制可能與肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇濃度下降后通過膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié) 合 蛋 白 2（sterol-responsive element-binding protein 2，SREBP2）途徑上調(diào)PCSK9基因表達(dá)相關(guān)［13］。

2 PCSK9基因突變概況

PCSK9基因突變可影響正常血脂代謝。2003年，Abifadel等［14］通過對一個特殊的家族性常染色體顯性遺傳性高膽固醇血癥（autosomal dominant hypercholesterolemia， ADH）家系進(jìn)行遺傳學(xué)分析（該家系中全部ADH患者均未檢測出同期已報道的LDLR基因突變及APOB基因突變），發(fā)現(xiàn)PCSK9基因突變與該家系A(chǔ)DH發(fā)病相關(guān)，首次建立了PCSK9基因突變與ADH相關(guān)性，提示PCSK9基因突變可對正常血脂代謝造成影響，使其成為研究熱點。

隨著相關(guān)研究不斷深入，被發(fā)現(xiàn)的PCSK9基因突變數(shù)量不斷增長。并非全部PCSK9基因突變均可對PCSK9功能產(chǎn)生影響，按PCSK9基因突變的功能特性，將可對PCSK9功能產(chǎn)生影響的突變被分為兩大類——功能獲得型突變及功能缺失型突變。功能獲得型突變可通過增加PCSK9蛋白與LDLR親和力［15］、干擾PCSK9蛋白正常失活過程等方式增強(qiáng)PCSK9對LDLR的降解能力［16］，使機(jī)體對LDL-C的清除能力下降、循環(huán)中LDL-C濃度升高；功能缺失型突變可通過無意突變介導(dǎo)的mRNA衰減［17］、延長PCSK9蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)滯留時間［18］等方式削弱PCSK9對LDLR的降解能力，使機(jī)體對LDL-C的清除能力增加、循環(huán)中LDL-C濃度下降。截至2009年，共有101個PCSK9基因突變被文獻(xiàn)報道，其中73個突變位于外顯子，21個突變位于內(nèi)含子，7個突變位于5’端或3’端非編碼區(qū)；其中，已初步確認(rèn)27個功能獲得型突變（5個仍需進(jìn)一步驗證）及21個功能缺失型突變，余者的功能仍不明確［19］。部分已報道且功能明確的PCSK9基因突變及可能作用機(jī)制詳見表1。

表1 部分已報道且功能明確的PCSK9基因突變及可能作用機(jī)制

續(xù)表1

3 PCSK9基因突變與冠心病

PCSK9基因突變可作為冠心病患病遺傳風(fēng)險評分（genetic risk score， GRS）指標(biāo)。冠心病為多種危險因素疾病，依據(jù)現(xiàn)有臨床流行病學(xué)研究結(jié)果，目前已有多個通過評價個體冠心病危險因素暴露情況而預(yù)測冠心病患病風(fēng)險的評分體系，但因不同個體間存在遺傳學(xué)差異，上述評分體系可能會錯誤地估計個體冠心病患病風(fēng)險［36］。2017年，Shahid等［37］將包括PCSK9基因突變在內(nèi)的共21種與冠心病存在潛在聯(lián)系的基因突變整合為冠心病GRS，并用其分別對研究中冠心病患者組及對照組進(jìn)行評分，發(fā)現(xiàn)冠心病患者GRS評分明顯高于對照組（P=2.9×10-5），提示PCSK9基因突變可作為GRS指標(biāo)，且該評分系統(tǒng)對冠心病患病風(fēng)險預(yù)測準(zhǔn)確度可能優(yōu)于傳統(tǒng)風(fēng)險評分體系。

高脂血癥為冠心病的明確危險因素。現(xiàn)有研究表明，循環(huán)中LDL-C濃度與冠心病患病風(fēng)險呈正相關(guān)，而PCSK9基因突變可影響循環(huán)中LDL-C濃度，因此研究者猜測不同功能類型PCSK9基因突變攜帶者可能因長時間循環(huán)中LDL-C濃度的不同而導(dǎo)致冠心病患病風(fēng)險不同。對于PCSK9基因無意義突變與冠心病患病風(fēng)險間的關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)研究。

3.1 PCSK9功能缺失型突變

PCSK9功能缺失型突變攜帶者罹患冠心病風(fēng)險可能偏低。截至目前，研究者對三個功能缺失型突變——Y142X、C679X及R46L突變與冠心病患病風(fēng)險相關(guān)性研究最為深入。

Y142X突變及C679X突變攜帶者冠心病患病風(fēng)險偏低。2006年，Cohen等［38］發(fā)布了社區(qū)動脈粥樣硬化風(fēng)險（atherosclerosis risk in communities， ARIC）研究結(jié)果，在該研究的黑人群體中，共發(fā)現(xiàn)85例Y142X及C679X突變攜帶者，該突變攜帶者在15年的隨訪期內(nèi)冠心病發(fā)病率為1.2%，與此相對的，在該黑人群體中未攜帶上述突變者，隨訪期內(nèi)冠心病發(fā)病率為9.7%；攜帶上述突變可使冠心病患病風(fēng)險下降 89%（HR 0.11，95%CI 0.02～0.81，P=0.008）。

R46L突變是否會對攜帶者冠心病患病風(fēng)險造成影響，結(jié)論尚不一致。ARIC研究［38］調(diào)整年齡及性別后，R46L突變攜帶者冠心病患病風(fēng)險下降50%（HR 0.50，95%CI 0.32～0.79，P=0.003）。2010年，Benn等［39］對既往已開展的與R46L突變對冠心病患病風(fēng)險影響相關(guān)的3項臨床研究進(jìn)行了薈萃分析，共納入了8830例冠心病患者及36 869例健康對照者，發(fā)現(xiàn)R46L突變攜帶的冠心病患病風(fēng)險可降低 5%（OR 0.95，95%CI 0.92～0.97，P＜0.001）。2017 年，Qiu等［40］對2016年前開展的11項與R46L突變對冠心病患病風(fēng)險影響相關(guān)的臨床研究進(jìn)行了薈萃分析，共納入了60 677例研究參與者，發(fā)現(xiàn)R46L突變攜帶的冠心病患病風(fēng)險可降低 23%（OR 0.77，95%CI 0.60～0.98，P=0.031）。但2008年，Polisecki等［41］研究中對入組的5804例參與者進(jìn)行了PCSK9基因R46L突變檢測，該研究同時對參與者入組時是否已患心血管疾病進(jìn)行調(diào)查，并對參與者入組后是否新發(fā)心血管疾病進(jìn)行隨訪，通過統(tǒng)計學(xué)分析，研究者并未發(fā)現(xiàn)R46L突變可降低冠心病患病風(fēng)險。且2010年，Guella等［42］對1880例意大利冠心病患者及1880例健康對照者進(jìn)行了PCSK9基因R46L突變檢測，進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)該突變攜帶者與未攜帶者相比，冠心病患病風(fēng)險差異無統(tǒng)計學(xué)意義（OR 0.75，95%CI 0.49～1.13，P=0.17）。對比上述研究結(jié)果，猜測后兩項研究得到陰性結(jié)果原因可能為：（1）樣本量偏少。Polisecki等［41］及Guella等［42］的研究中R46L突變攜帶率偏低且研究對象數(shù)量明顯少于ARIC研究及兩項薈萃分析，故存在因樣本量偏少導(dǎo)致研究中R46L攜帶者數(shù)量過低，因而未觀察到R46L突變對冠心病患病保護(hù)作用的可能。（2）R46L突變的冠心病保護(hù)作用存在時間依賴性。Guella等［42］研究中，健康對照組的平均年齡偏小，對照組中非R46L突變攜帶者暴露于高脂血癥時間過短，可能影響了對突變冠心病保護(hù)作用的觀察。

3.2 PCSK9功能獲得型突變

PCSK9功能獲得型突變攜帶者罹患早發(fā)冠心病風(fēng)險較高。2005年，Naoumova等［43］對來自4個獨立的英國白人家庭中攜帶PCSK9基因D374Y突變的13例ADH患者進(jìn)行了長達(dá)30年的跟蹤隨訪發(fā)現(xiàn)，與因LDLR基因突變而罹患ADH的患者相比，D374Y突變攜帶者平均冠心病發(fā)病年齡明顯偏早［（35.3±4.8）歲 比 （46.8±8.9）歲，P=0.002］。而 2009年，Kathiresan等［44］通 過 全 基因組關(guān) 聯(lián) 研究（Genome-wide association study），首次證明了PCSK9功能獲得型突變與早發(fā)心肌梗死存在相關(guān)性，使PCSK9功能獲得型突變與早發(fā)冠心病的相關(guān)性成為研究熱點。

現(xiàn)有研究表明，PCSK9功能獲得型突變E670G攜帶者罹患冠心病風(fēng)險偏高。Qiu等［40］對E670G突變與冠心病患病風(fēng)險相關(guān)性進(jìn)行了薈萃分析，共納入14 451例研究參與者（包括3373例亞裔及11 078例白人），發(fā)現(xiàn)E670G突變攜帶者罹患冠心病風(fēng)險明顯增高（OR 1.50，95%CI 1.19～1.89，P=0.0006）；進(jìn)行亞組分析后發(fā)現(xiàn)，無論在亞裔人群中或在白人中，E670G突變攜帶者均為罹患冠心病高危人群。

我國尚未在本領(lǐng)域開展大規(guī)模臨床研究。2009年Hus等［45］曾在我國臺灣地區(qū)針對當(dāng)?shù)厝巳洪_展了病例對照研究，共入組202例冠心病患者及614例對照者，發(fā)現(xiàn)E670G突變基因在上述兩組人群中攜帶頻率差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.575）；而 2011年，Aung等［46］發(fā)現(xiàn) E670G 突變在我國不同民族人群中存在分布差異，提示在本領(lǐng)域我國仍有諸多可深入研究之處。

4 展望

現(xiàn)有大量證據(jù)表明不同PCSK9基因攜帶者罹患冠心病風(fēng)險不同。我國在本領(lǐng)域臨床研究開展較少，應(yīng)繼續(xù)深入研究。近期研究表明，PCSK9抑制劑的應(yīng)用可顯著降低冠心病患者不良心血管事件的發(fā)生風(fēng)險［47］，但PCSK9基因突變對冠心病患者預(yù)后的預(yù)測價值尚缺乏系統(tǒng)研究。作為降脂治療及冠心病治療的新靶點，PCSK9及PCSK9基因突變在高脂血癥及冠心病患病風(fēng)險預(yù)測及治療中的價值必將在未來愈發(fā)受到研究者的關(guān)注。