PCSK9基因功能及影響因素的研究進展

黃 詠，趙曉輝

(佳木斯大學臨床醫(yī)學院，黑龍江 佳木斯 154002)

根據(jù)WHO公布的資料，每年約有380萬男性及340萬女性死于冠心病，占全部死亡率的12.2%，冠心病已成為全世界引起死亡的首要原因。同樣，我國冠心病的發(fā)病率和死亡率呈快速上升趨勢，已成為65歲以上人群的首位死亡原因。臨床證實，升高的血清膽固醇水平是冠心病的最明確也是最重要的獨立危險因素，即使接受他汀類藥物治療LDL-C達標的患者，仍存在較高罹患心血管疾病的風險?，F(xiàn)階段新式降脂靶點-前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9(PCSK9)的出現(xiàn)受到了醫(yī)學界普遍的關(guān)注。

1 PCSK9的命名與分子結(jié)構(gòu)

PCSK9在2003年由 Seidah等首次在神經(jīng)細胞凋亡過程中發(fā)現(xiàn)，最初稱為神經(jīng)細胞凋亡調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化酶-1(Neural apoptosis-regulated convertase-1,NARC-1)[1]。在哺乳動物體內(nèi)，PCSK9屬于絲氨酸蛋白轉(zhuǎn)化酶家族，其家族成員還包括PC1、PC2、弗林蛋白酶、PC4、PC5、PACE4、PC7和同工酶1枯草桿菌蛋白酶kexin。PCSK9基因由12個外顯子及11個內(nèi)含子組成，位于1號染色體的短臂上(1p32.3)[2]，其分子量為74kda，包含692個氨基酸?；赑CSK9蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，除了信號肽(氨基酸1-30)外，PCSK9是一具有3個結(jié)構(gòu)域的分泌型het-二聚體蛋白，其包括前結(jié)構(gòu)域(31-152)、催化結(jié)構(gòu)域(153-404)、鉸鏈區(qū)(405-454)和富含半胱氨酸及組氨酸的C末端結(jié)構(gòu)域(452-692)[3]。

2 PCSK9的功能

PCSK9參與調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝及冠狀動脈粥樣硬化的發(fā)展。PCSK9發(fā)揮其生理功能主要依賴LDLR的存在，PCSK9功能獲得性(GOF)突變體對LDLR有較高的親和力，可使LDL-C水平升高導(dǎo)致高膽固醇血癥，并且引起重度動脈粥樣硬化病變。動脈粥樣硬化的發(fā)展主要涉及內(nèi)皮細胞凋亡和泡沫細胞積累，這兩者與氧化的LDL-C(oxLDL-C)增加了巨噬細胞中PCSK9的表達有關(guān)，而以上過程在LDLR敲除的小鼠中不存在；相反，動脈粥樣硬化的發(fā)展因PCSK9基因的失活而減慢。而PCSK9功能喪失(LOF)突變，可使LDL-C降低并可預(yù)防動脈粥樣硬化性疾病[5]。臨床與動物實驗證實，血漿PCSK9濃度與動脈內(nèi)膜中層厚度也存在相關(guān)性。PCSK9基因前結(jié)構(gòu)域中氨基酸序列31-58的缺失導(dǎo)致其對LDLR降解活性增加4至7倍，證實前結(jié)構(gòu)域似乎對LDLR降解具有調(diào)節(jié)作用。PCSK9基因前結(jié)構(gòu)域序列富含酸性殘基，其與PCSK9催化結(jié)構(gòu)域中的堿性殘基相互作用而發(fā)揮自身抑制作用。另外，PCSK9蛋白C末端結(jié)構(gòu)域的缺失會降低其對LDLR降解的活性，而單獨分離的C末端結(jié)構(gòu)域?qū)DLR降解沒有影響，證實PCSK9基因的C末端結(jié)構(gòu)域是其誘導(dǎo)LDLR降解所必需的。

3 PCSK9表達的影響因素

3.1 調(diào)節(jié)PCSK9表達的細胞途徑據(jù)報道在細胞水平上，PCSK9通過調(diào)節(jié)LDLR水平從而影響循環(huán)血液中LDL。細胞內(nèi)PCSK9結(jié)合并指導(dǎo)新生的LDL受體從反式高爾基體到溶酶體內(nèi)進行降解[7]。在細胞外PCSK9作為配體，與肝組織上LDL的EGF-A結(jié)構(gòu)域結(jié)合形成復(fù)合物并經(jīng)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進入溶酶體內(nèi)[8]，通過與LDLR連接致其降解，隨后循環(huán)中可利用的LDLR數(shù)量逐漸減少，且無論PCSK9是否具有活性，抑制網(wǎng)格輕鏈蛋白的合成都將增加LDLR的數(shù)量[9]；同樣，PCSK9的活性不影響PCSK9與LDLR的結(jié)合，但是PH的改變及PCSK9電荷正向或負向的改變影響二者結(jié)合的能力[10]，內(nèi)涵體的酸性 pH 使 LDLR 與 LDL-C 分離，LDLR 再循環(huán)到細胞表面，而 LDL-C 在溶酶體中降解，其降解產(chǎn)物被細胞循環(huán)利用。同時，PCSK9經(jīng)過自我激活形成具有活性的二聚體及三聚體[11]，它具有更高的降解LDLR的活性，同時已經(jīng)明確極低密度脂蛋白(VLDL)水平越高，PCSK9形成二聚體和三聚體結(jié)構(gòu)的能力越大，其降解LDLR的能力就越大。而PCSK9在氨基酸Arg 218和Gln 219之間被弗林蛋白酶切割，切割后的PCSK9(55Kd)仍具有活性并且與LDLR結(jié)合，但降解能力降低了兩倍[12]?？傊?，PCSK9通過調(diào)節(jié)肝LDLR的降解來調(diào)節(jié)循環(huán)低密度脂蛋白的濃度。

3.2 調(diào)節(jié)PCSK9表達的分子途徑已發(fā)現(xiàn)PCSK9基因受甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-2(SREBP-2)和甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c(SREBP-1c)的調(diào)節(jié)最為突出，可能與膽固醇消耗或抑制細胞內(nèi)膽固醇的合成有關(guān)。他汀類藥物作為最常用的一類降LDL-C藥物，可降低肝細胞內(nèi)膽固醇，導(dǎo)致固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-2 (SREBP-2)核易位增加，激活LDLRs和PCSK9基因表達，增加循環(huán)PCSK9水平。臨床實驗證實，無論接受何種類型的他汀藥物治療的患者，血清PCSK9都會出現(xiàn)不同程度的升高[13]，并且抑制PCSK9是一種增強他汀類藥物誘導(dǎo)的LDL-C降低的合理策略。同時，PCSK9基因存在一個肝細胞核因子1(HNF1)結(jié)合位點，其中HNF1α與SREBP-2協(xié)同調(diào)節(jié)HepG2細胞和肝臟中的PCSK9表達[14]。PCSK9的表達受過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)影響，PPARα降低PCSK9啟動子活性，從而使PCSK9的沉默表達，同時PPARα增強弗林蛋白酶/PC5/6表達對PCSK9切割作用。相反，PPARγ增加肝細胞中PCSK9的表達[15]。由膽汁酸激活的尼醇X受體(FXR)可以減少PCSK9表達[16]；通過氧固醇激活的肝X受體(LXR)增加PCSK9表達；組蛋白核因子P(HINFP)增加PCSK9表達。sirtuins 1和6(SIRT1/6)抑制PCSK9基因，減少PCSK9分泌并增加肝細胞LDLR表達[17]，從而改變LDL-C穩(wěn)態(tài)。脂肪組織來源的脂肪因子抵抗素增加了PCSK9的表達并降低了肝細胞中的LDLR表達[18]。

3.3 調(diào)節(jié)PCSK9表達的其他途徑正常人血漿PCSK9的濃度波動在30～3000ng/mL，并且在成年人中，血漿PCSK9每升高100ng/mL將會導(dǎo)致LDL-C升高0.20～0.25mmol/L[19]。PCSK9的血漿濃度受晝夜節(jié)律影響，清晨血漿濃度升高，下午濃度下降；與男性相比較，女性血漿濃度更高[20]；并且，男性PCSK9血漿濃度隨著年齡的增長而降低，女性則相反，這可能與雌激素水平有關(guān)。

4 展望

我們目前認知的PCSK9的調(diào)節(jié)及影響因素仍處于初級階段，有許多未知生理病理機制需要去探索，PCSK9的故事仍在不斷發(fā)展，并且不斷受到其它動態(tài)的影響?，F(xiàn)PCSK9抑制劑的預(yù)期很高，目前Alirocumab和Evolocumab等人單克隆抗體已被批準用于降低LDL水平，小干擾RNA (small interference RNA,siRNA)、疫苗、反義寡核苷酸和小分子抑制劑正在緊鑼密鼓的研究中,隨著這些藥物的探索，可能會出現(xiàn)新的適用于包括與糖尿病，腎功能不全和外周動脈疾病相關(guān)的血脂異常狀態(tài)以及具有多種心血管風險的患者，為臨床存在脂質(zhì)紊亂和心血管風險的患者帶來的福音。