ATP結(jié)合ABCA1在動脈粥樣硬化性疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

三磷酸腺苷(ATP)結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)是一種跨膜蛋白，屬于ABC跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的超大家族，可將磷脂和膽固醇轉(zhuǎn)移至無脂質(zhì)的載脂蛋白A-I(apoA-I)或其他載脂蛋白，以產(chǎn)生新的盤狀高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)顆粒[1-2]，流行病學(xué)研究已證實(shí)HDL水平與冠心病(coronary heart disease，CHD)呈負(fù)相關(guān)[3-5]，細(xì)胞內(nèi)大量的氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)累積會導(dǎo)致巨噬細(xì)胞過度吞噬膽固醇，形成泡沫細(xì)胞，最終導(dǎo)致膽固醇堆積在血管內(nèi)壁，動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)性血管壁由此生成。ABCA1貫穿于As發(fā)生發(fā)展的多個環(huán)節(jié)，不僅可以減少As脂質(zhì)的沉積、泡沫細(xì)胞的形成，還能參與As的炎癥反應(yīng)過程[6]，而As是引起As性血管疾病，尤其是CHD的主要病因[7]。ABCA1是HDL和膽固醇逆轉(zhuǎn)運(yùn)(reverse cholesterol transportation，RCT)的重要調(diào)節(jié)因子，其作用決定了其對As的重要性。巨噬細(xì)胞，特別是泡沫細(xì)胞，在早期和晚期As病變的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用[8]。ABCA1主要存在于質(zhì)膜上，也存在于向質(zhì)膜傳遞ABCA1的胞內(nèi)囊泡中，是血漿HDL水平和巨噬細(xì)胞膽固醇含量的主要決定因素，其介導(dǎo)apoA-I的磷脂化，同時產(chǎn)生磷脂和膽固醇新生的HDL顆粒，然后作為HDL膽固醇受體起作用，刺激膽固醇的流動，或?qū)⒛懝檀挤置诘揭呀?jīng)形成的成熟HDL中，從而調(diào)節(jié)脂質(zhì)平衡[9]。ABCA1和apoA-I都能從質(zhì)膜運(yùn)輸?shù)絻?nèi)體[10-11]，但這種細(xì)胞攝取在新生HDL裝配和脂質(zhì)外流中的作用仍有爭議[12-13]。因此，通過以ABCA1為切入點(diǎn)防治As從而減少冠心病的發(fā)生成為目前的研究熱點(diǎn)。

1 ABCA1的結(jié)構(gòu)與功能

人類基因組含有49個腺苷-三磷酸結(jié)合盒(ABC)基因排列成7個亞科(ABCA，ABCB，ABCC，ABCD，ABCE，ABCF和ABCG)，這些基因的突變與孟德爾性疾病相關(guān)。三磷酸腺苷轉(zhuǎn)運(yùn)體在細(xì)胞質(zhì)中通常包含兩個高度保守的ABC或核苷酸結(jié)合域，在膜雙層中包含兩個可變跨膜域。他們的跨膜結(jié)構(gòu)域的可變性反映了不同ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的廣泛基質(zhì)，包括糖、蛋白質(zhì)、脂類和藥物，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)相似性提示了一種共同的功能機(jī)制和類似的運(yùn)輸途徑[14]。ABCA1是一種2 261氨基酸整體膜蛋白，由12個跨膜結(jié)構(gòu)域和2個ATP結(jié)合盒(ABC)結(jié)構(gòu)域組成，它是一個大型ABC基因家族的成員之一，有幾個亞家族在跨膜脂質(zhì)和離子轉(zhuǎn)運(yùn)中起著不同的作用，ABCA1和ABCG1都能調(diào)節(jié)細(xì)胞膽固醇的分泌，并有助于RCT[15]。

ABCA1的基因突變可導(dǎo)致丹吉爾病，其大多數(shù)突變位于兩個細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域(ECD)或ABCA128的兩個核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域(NBD)，其含有兩個apoA-I結(jié)合和HDL形成所必需的分子二硫鍵[16]。丹吉爾病病人有嚴(yán)重的HDL缺乏癥，血漿HDL低于5%，在不同的組織中有膽固醇巨噬細(xì)胞的積聚[17]。在過去的10年中，研究表明載脂蛋白E(apoE)參與Aβ聚集毒性和清除，ABCA1通過控制apoE脂質(zhì)化，在阿爾茨海默(Alzheimer′s disease，AD)病中起作用，ABCA1對AD的重要性源于其對apoE脂質(zhì)化和穩(wěn)定性的影響[18]?；蜻B鎖和關(guān)聯(lián)研究已將參與膽固醇代謝或轉(zhuǎn)運(yùn)的基因確定為AD易感性基因，血脂異常是心血管疾病和AD的共同危險因素[19]，ABCA1在血脂代謝中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

2 ABCA1的調(diào)節(jié)

ABCA1蛋白水平和活性受多種轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后過程的高度調(diào)節(jié)，這些調(diào)控步驟以細(xì)胞特異性方式協(xié)調(diào)ABCA1的整體活性來適應(yīng)不同的環(huán)境刺激，有些調(diào)節(jié)過程在脂蛋白代謝和As中發(fā)揮著重要作用。

2.1 ABCA1受核激素類受體調(diào)控 核激素受體是配體依賴性轉(zhuǎn)錄因子超家族，包括肝X受體(liver X receptors，LXRs)、過氧化物酶體增殖活化受體(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs)、法呢醇X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XRs)等200多個成員，可調(diào)控與脂肪酸及膽固醇代謝的相關(guān)靶基因，在脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著重要作用。細(xì)胞內(nèi)過量的膽固醇轉(zhuǎn)化為“第二信使”氧甾醇，通過LXRs系統(tǒng)調(diào)節(jié)ABCA1和其他膽固醇穩(wěn)態(tài)過程[20-21]，ABCA1的轉(zhuǎn)錄受“第二信使”的過度累積顯著誘導(dǎo)[22-23]，通過LXRs和維甲酸X受體(retinoid X rexeptoers，RXRs)完成，LXRs與RXRs形成專一性異二聚體，與ABCA1基因啟動子和第一個內(nèi)含子內(nèi)的響應(yīng)元件優(yōu)先結(jié)合，再分別與氧菑醇和視黃酸結(jié)合并被其激活，從而調(diào)節(jié)ABCA1在細(xì)胞內(nèi)的蛋白表達(dá)[24]。PPARs包括PPARα、PPARβ、和PPARγ3種亞型，在人體脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著重要作用。在正常人的巨噬細(xì)胞中，PPAR激動劑可增加ABCA1 mRNA的表達(dá)和增加apoA-I介導(dǎo)的膽固醇流出，ABCA1基因啟動子缺乏PPARs的反應(yīng)元件，而LXRs基因啟動子含有PPARs元件，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，LXRα本身是PPARγ的直接靶基因，且這些核受體在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞ABCA1mRNA的表達(dá)和控制膽固醇流出的過程中起著協(xié)同作用[25-27]。

2.2 ABCA1的表達(dá)受微小RNA (microRNA)調(diào)節(jié) microRNA是一種進(jìn)化保守的短小的非編碼單鏈RNA，由轉(zhuǎn)錄、核輸出和細(xì)胞質(zhì)分裂的多步過程產(chǎn)生，主要作為轉(zhuǎn)錄后抑制因子，通過靶向mRNA的3′非翻譯區(qū)(3′UTR)來激發(fā)其降解或翻譯，參與基因表達(dá)的序列特異性轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。它們已成為廣泛生物過程中的關(guān)鍵參與者，其表達(dá)和/或功能的變化導(dǎo)致許多人類疾病，如癌癥、心血管疾病和神經(jīng)功能障礙[28]。高水平的低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)和低水平的高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)可促進(jìn)As，microRNA能通過調(diào)節(jié)低密度脂蛋白受體(LDLR)和ABCA1的表達(dá)以控制LDL和HDL的豐度和功能，ABCA1在人類As斑塊中有大量表達(dá)[29]，microRNA-33(miR-33)與脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的調(diào)控有關(guān)，在調(diào)節(jié)ABCA1和ABCG1的研究中，miR-33是目前研究最廣泛的調(diào)節(jié)因子[30]。在人體內(nèi)，miR-33a和miR-33b分別編碼在甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)2和SREBP1基因的內(nèi)含子中，是控制膽固醇和脂肪酸代謝的主要轉(zhuǎn)錄因子。miR-33與其宿主基因SREBPs通過靶基因ABCA1和ABCG1一起調(diào)節(jié)脂質(zhì)平衡，體內(nèi)抑制miR-33可增加血漿HDL-C水平，進(jìn)而增加膽固醇向載脂蛋白A1(apoA1)或新生HDL的流出[31]。Horie 等[32]已經(jīng)證實(shí)，miR-33可調(diào)節(jié)小鼠和人類細(xì)胞中的ABCA1基因表達(dá)，提高非人類靈長類動物的血漿HDL水平，促進(jìn)小鼠As的消退。此外，miR-758與ABCA1下調(diào)有關(guān)，通過反義實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，miR-758可下調(diào)ABCA1表達(dá)，其在人類細(xì)胞系中的作用已得到了廣泛的證實(shí)[33]。

3 ABCA1與As的關(guān)系

As是導(dǎo)致各種血管疾病的主要原因，其中CHD為最常見和病死率較高的疾病之一，而過多的膽固醇在巨噬細(xì)胞中積累形成泡沫細(xì)胞是As的主要病因。ABCA1是介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膽固醇流出的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其將HDL合成的膽固醇和磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)至脂質(zhì)貧乏的apoA-I，這在丹吉爾疾病病人外周組織中脂質(zhì)顯著積累已得到證實(shí)[34]。 此外，人類ABCA1基因的功能喪失、突變與主動脈內(nèi)膜厚度呈正相關(guān)[35]，突變阻斷ABCA1誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞膽固醇流出的能力，可促進(jìn)As[36]。因此，ABCA1被認(rèn)為是預(yù)防As的有希望的治療靶標(biāo)。

3.1 ABCA1通過RCT途徑參與As的機(jī)制 As形成的關(guān)鍵過程之一是受影響動脈內(nèi)脂豐富的內(nèi)皮下泡沫細(xì)胞的形成和聚集，泡沫細(xì)胞在動脈內(nèi)皮下的形成和積累，吸引到該區(qū)域的單核細(xì)胞將不同程度地進(jìn)入到組織巨噬細(xì)胞，這些巨噬細(xì)胞能夠吸收經(jīng)過修飾的脂蛋白，試圖清除新生內(nèi)膜中的有害物質(zhì)。巨噬細(xì)胞的脂質(zhì)代謝以3種不同的過程為標(biāo)志：膽固醇吸收、酯化和流出。這些脂質(zhì)代謝過程的失調(diào)導(dǎo)致脂質(zhì)致密巨噬細(xì)胞的形成，稱為“泡沫細(xì)胞”。 在As病變的早期階段，這些細(xì)胞會在動脈內(nèi)層積聚，早期As病變沿著動脈壁會出現(xiàn)明顯的“脂肪條紋”[37-38]。泡沫細(xì)胞的發(fā)育與脂質(zhì)攝取和外排之間的不平衡有關(guān)[39]。 促進(jìn)泡沫細(xì)胞的膽固醇流出對于縮小As斑塊和保護(hù)細(xì)胞免受As是至關(guān)重要的。膽固醇流出涉及多種機(jī)制，包括自由擴(kuò)散，膜ATP結(jié)合盒(ABC)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和脂蛋白受體[40-41]，RCT是一種有效降低肝外組織膽固醇的方法，將膽固醇從外周組織動員出來并返回肝臟進(jìn)行排泄或再利用[42-43]，通過隨機(jī)對照試驗(yàn)，HDL將膽固醇從外周組織輸送到肝臟，在肝臟中可以直接分泌成膽汁或轉(zhuǎn)化為膽汁酸[44-46]，ABCA1是隨機(jī)對照試驗(yàn)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)子[47-48]，將游離膽固醇(FC)和磷脂(PL)輸送到apoA-I。ABCA-1和清道夫受體B類I型(SR-BI)/ CD36、溶酶體內(nèi)膜蛋白Ⅱ類似物1(CLA-1)是RCT的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和受體，HDL的代謝在肝和腸中與apoA-I合成起始，但HDL形成需要apoA-I與ABCA1的相互作用。當(dāng)人ABCA1在小鼠肝臟和巨噬細(xì)胞中過表達(dá)時，轉(zhuǎn)基因小鼠中血漿HDL和apoA-I增加。進(jìn)一步研究ABCA1在HDL顆粒形成中的作用，在具有ABCA1基因的組織特異性缺失的小鼠中，肝臟是血漿HDL的最重要來源，肝臟ABCA1對于維持成熟HDL顆粒的循環(huán)水平至關(guān)重要，其通過脂質(zhì)貧乏的apoA-I直接脂化，減緩腎臟的apoA-I分解代謝，并延長其血漿停留時間。巨噬細(xì)胞中ABCA1缺乏可增加高膽固醇血癥apoE缺陷小鼠的As和泡沫細(xì)胞積聚。他汀類藥物可通過LXRa途徑降低ABCA1和膽固醇的表達(dá)。然而，有研究報道了阿托伐他汀通過rhoa抑制作用于乙?；兔芏戎鞍?ac-LDL)加載的THP-1巨噬細(xì)胞后，巨噬細(xì)胞ABCA1信使核糖核酸(mRNA)增加[49-50]。

3.2 ABCA1通過參與免疫炎癥延緩As進(jìn)展 As已被確定為動脈壁的慢性炎性疾病，先天性和適應(yīng)性免疫和炎癥反應(yīng)過程在As病變的誘導(dǎo)中具有重要作用[51]，干擾素(IFN)-γ、白細(xì)胞介素(IL)-1β和血小板衍生生長因子(PDGF)等致As細(xì)胞因子可抑制ABCA1的表達(dá)。 IFN-γ是由T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的一種免疫調(diào)節(jié)和抗微生物可溶性細(xì)胞因子，具有多種致As作用。研究顯示：IFN-γ對THP-1巨噬細(xì)胞源性泡沫細(xì)胞中ABCA1表達(dá)和膽固醇流出的影響，發(fā)現(xiàn)IFN-γ通過JAK/STAT信號傳導(dǎo)途徑，以劑量依賴性方式下調(diào)LXRa，從而降低ABCA1的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平，降低細(xì)胞內(nèi)膽固醇含量和膽固醇流出率[52]。在As的早期階段，可檢測到由不同細(xì)胞因子和介質(zhì)激活的大量巨噬細(xì)胞，這些細(xì)胞通過操縱它們的識別受體并通過脂蛋白內(nèi)化而成為泡沫化巨噬細(xì)胞。在后期階段，由于細(xì)胞內(nèi)膽固醇積累和ox-LDL的外排受限，巨噬細(xì)胞的吞噬功能受損，細(xì)胞發(fā)生應(yīng)激和炎癥反應(yīng)而凋亡，這一過程最終有助于形成成熟的As斑塊的促血栓形成的壞死核心。IL-1β是一種原型促炎細(xì)胞因子，可通過活性氧(reactive oxyen species，ROS)和核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)依賴途徑減弱ABCA1啟動子活性，減少ABCA1以及ABCA1介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞膽固醇外流。在腎小球系膜細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞(SMC)、HK-2細(xì)胞和HepG2細(xì)胞中，IL-1β也發(fā)揮相同的抑制作用。PDGF是一種有效的炎性有絲分裂原，使血管SMC中的蛋白激酶B(Akt)快速磷酸化，抑制血管SMC中ABCA1的內(nèi)源性表達(dá)，參與As的發(fā)展[53]。Akt是磷脂酰肌醇3-激酶下游的一種激酶，可抑制ABCA1啟動子的活性，在血管平滑肌細(xì)胞中，暴露于PDGF培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞可使Akt快速磷酸化。

3.3 ABCA1通過氧化應(yīng)激參與As的發(fā)生 As是心血管疾病的發(fā)病基礎(chǔ)，研究證明氧化應(yīng)激是As的發(fā)病機(jī)制之一[54-55]。氧化應(yīng)激主要與細(xì)胞內(nèi)ROS生成增加和清除能力下降密切相關(guān)，可促進(jìn)As中LDL的氧化修飾和脂質(zhì)過氧化，誘導(dǎo)改變血管基因表達(dá)和促進(jìn)細(xì)胞增殖，導(dǎo)致心血管結(jié)構(gòu)和功能的破壞，其中一個重要的機(jī)制可能涉及髓過氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)對HDL的損害，MPO是人類As組織中炎性巨噬細(xì)胞高水平表達(dá)的血紅素蛋白[56]，可將As中炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、內(nèi)皮損傷聯(lián)系在一起。研究發(fā)現(xiàn)MPO與 ABCA1密切相關(guān)，當(dāng) apoA-I被MPO氧化后，其通過ABCA1 通路清除過多膽固醇的能力下降，使得功能失調(diào)性HDL產(chǎn)生，膽固醇在內(nèi)皮細(xì)胞下積累，從而誘導(dǎo) As 的發(fā)生，加重冠心病的發(fā)病風(fēng)險，降低MPO的含量則可延緩As的發(fā)展[57]。ox-LDL作為氧化應(yīng)激的產(chǎn)物與 ABCA1 也有相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)，ox-LDL可上調(diào)THP-1巨噬細(xì)胞ABCA1的表達(dá)并增加膽固醇流出，減少泡沫細(xì)胞的形成[58]。

4 中醫(yī)藥通過ABCA1治療As性疾病的前景

As是導(dǎo)致心血管疾病的獨(dú)立危險因素，血漿低HDL水平和高LDL-C水平是導(dǎo)致As的關(guān)鍵因素，促進(jìn)膽固醇流出和提高血漿HDL水平可降低As所致疾病的發(fā)生率。ABCA1可通過RCT、免疫驗(yàn)證、氧化應(yīng)激等多種途徑促進(jìn)巨噬細(xì)胞膽固醇的流出，提高HDL水平，具有抑制As斑塊的形成和抗早期As的作用，其在RCT中的重要作用更為研究脂質(zhì)代謝和As提供了新的思路。ABCA1的基因表達(dá)受多種代謝物的調(diào)節(jié)，LXR激動劑、PPAR激動劑可調(diào)控ABCA1基因的表達(dá)，促進(jìn)膽固醇的流出，是對ABCA1表達(dá)有特異性調(diào)控作用的潛在藥物選擇。中醫(yī)藥可通過內(nèi)治法和外治法多途徑干預(yù)ABCA1的表達(dá)，其中藥復(fù)方以活血化瘀、健脾化痰、清熱解毒利濕制劑為主，可上調(diào)ABCA1的基因表達(dá)，抑制巨噬細(xì)胞泡沫化，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和巨噬細(xì)胞膽固醇的流出及攝取[59-60]。但在研究中醫(yī)藥對ABCA1的影響過程中，缺乏某種劑型或療法對其有特異性的研究資料，很多實(shí)驗(yàn)對中醫(yī)藥影響ABCA1通路是可能性猜測，在今后的研究中，值得開展更深入的藥理及動物體內(nèi)研究，挖掘新穎、療效確切的中醫(yī)抗As藥物。研究可激活A(yù)BCA1，又不促進(jìn)脂肪合成和As形成的藥物，也是ABCA1在臨床上的發(fā)展趨勢。