PCSK9在高胆固醇血症中的作用研究进展

PCSK9在高胆固醇血症中的作用研究进展
崔琴;鞠现霞
【摘要】高胆固醇血症以血中低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平升高为特
征,PCSK9基因是近几年新发现的与血脂代谢密切相关的基因位点.细胞实验提示,PCSK9主要通过降解低密度脂蛋白受体,升高LDL-C水平;人群中PCSK9可以发生两种突变:功能获得型和功能缺失型,分别引起高胆固醇血症和低胆固醇血症.随着人们对PCSK9研究的不断深入,进一步完善了对胆固醇代谢的认识,抑制PCSK9对脂质代谢紊乱相关疾病的防治有重要意义.
【期刊名称】《医学综述》
【年(卷),期】2010(016)016
【总页数】3页(P2454-2456)
【关键词】PCSK9;胆固醇代谢;低密度脂蛋白受体;高胆固醇血症;低胆固醇血症【作者】崔琴;鞠现霞
【作者单位】南京医科大学第一附属医院内分泌科,南京,210029;南京医科大学第一附属医院内分泌科,南京,210029
【正文语种】中文
【中图分类】R587
家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia，FH)是一种常染色体单基因显性遗传性疾病，其临床特征为血总胆固醇和低密度脂蛋白-胆固醇(low
density lipoprotein-cholesterol，LDL-C)显著升高、睑黄瘤、角膜弓以及早发的心血管疾病。

低密度脂蛋白受体(LDL receptor，LDLR)基因突变致其缺陷或缺乏，LDL-C不能顺利转运到肝脏清除，以致血中LDL-C水平升高。

目前已明确3种基因与FH的发生有关，它们分别是LDLR基因、载脂蛋白B100基因和
PCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9)基因。

其中PCSK9作为FH的第3个易感基因，首次在神经细胞内发现，并且在凋亡神经细胞中表达量明显增多，因此该蛋白曾经被称为神经细胞凋亡调节转化酶1，同时基因连锁显示其与常染色体显性遗传的高胆固醇血症有关。

目前PCSK9作为一个新的治疗靶点已成为高胆固醇血症研究的热点，对于深入了解胆固醇代谢的机制和寻求新的治疗手段有重要意义。

1 PCSK9与胆固醇代谢
人类PCSK9基因定位于染色体1p32.3，长约22 kb，共有12个外显子，编码含692个氨基酸残基的蛋白质［1］，被归之为哺乳动物前蛋白转化酶的第9种，隶属于枯草溶菌素蛋白酶中蛋白酶K亚家族，在肝脏、小肠和肾脏中表达量较多，
皮肤、神经系统中少量表达［2］。

但是，只有肝脏中的PCSK9可以分泌到血循
环中。

PCSK9的氨基酸序列可分为信号肽(1～30)、前片段(31～152)、枯草菌溶
素样催化域(153～452)和富含半胱氨酸的碳末端(453 ～692)［3］。

研究发现，PCSK9能介导LDLR降解，调节血浆LDL-C水平［4］。

因为 LDLR
可以从血浆中高效消除LDL，故LDLR受体数量减少可促使LDL积聚。

LDLR为1个多结构域蛋白，胞外域与表皮生长因子前体同源结构域表皮生长因子A、表皮生长因子B、表皮生长因子C紧连。

PCSK9介导LDLR降解首先需要与LDLR结合，LDLR上结合位点主要是表皮生长因子 A，形成 PCSK9-表皮生长因子 A复合物［5］。

有研究表明，PCSK9也可通过极 LDLR、载脂蛋白B受体、载脂蛋白E受体调节胆固醇代谢，但其中的分子机制并不明确［5］。

目前对于PCSK9的作用
底物不清楚，对其功能及机制的理解还很有限。

动物实验发现，外源性胆固醇可以使肝脏中PCSK9表达下调;注射药物zaragozic acid A(一种胆固醇生物合成抑制剂)可导致大鼠肝脏PCSK9 mRNA水平和蛋白表达量都有显著的增加［6］。

肝脏手术患者术前服用消胆胺或鹅脱氧胆酸3周，较之未服用这两种药物的对照组，
实时聚合酶链反应结果显示，前者肝脏PCSK9表达量增加了70%［7］。

人群流行病学资料显示，PCSK9基因突变与血液胆固醇水平相关。

PCSK9突变形式多样，根据突变对PCSK9调节LDL-C水平影响不同分为两类:功能获得型和功
能缺失型。

其中功能获得型突变比较罕见，通过增加PCSK9的功能、降低LDLR
的表达而升高血浆胆固醇水平，可以导致严重高胆固醇血症和早发冠状动脉粥样硬化性心脏病;而功能缺失型突变较为常见，与低血胆固醇水平有关，并且有预防冠
状动脉粥样硬化性心脏病发生的作用［8］。

目前已发现的PCSK9功能获得型突
变有:D374Y、S127R、F216L、N157K、C(－161)T、I474V、R306S、D129G、H553R、E670G 和 R128S［2，9-14］。

尤其是其多态性位点E670G可作为血
浆高LDL-C水平的独立预测因子，可以作为冠状动脉粥样硬化的严重程度的预测
指标。

而R306S是在我国一例FH患者体内检测到PCSK9基因第918位核苷酸
发生G→T错义突变，导致第6外显子第306位精氨酸被丝氨酸取代［12］，这
是我国首次报道PCSK9基因突变。

PCSK9功能缺失型突变主要有:C679X、
Y142X［15］、G106R、N157K、R237W 、R46L［2］、Q554E、L253F ［13］、A443T 和 S462P［16］。

非洲人群中低胆固醇源于PCSK9突变，其突
变率高于其他种族。

2 PCSK9对降低LDL水平的重要性
可降低LDL-C水平的药物包括他汀类药物、胆固醇吸收抑制剂和胆汁酸结合树脂，其机制是通过减少肝脏胆固醇合成或增加肝脏LDLR数量达到降低胆固醇的目的。

20世纪90年代关于他汀类药物的5个主要研究(4S、WOS、CARE、LIPID 以及
AFCAPS/TAXCAPS)使调脂治疗取得了突破性进展，证明了他汀类药物在防治冠
状动脉粥样硬化性心脏病中发挥的重要作用，也使得他汀类药物成为降低LDL-C
的首选。

其调脂机制为他汀类药物具有竞争性抑制细胞内胆固醇合成早期过程中限速酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的活性，继而上调肝细胞表面LDLR的密度和活性，显著降低LDL-C，进而降低动脉粥样硬化发生的风险，明显降低冠状
动脉粥样硬化性心脏病的病死率。

使用降胆固醇他汀类药物治疗5年，可使LDL-
C水平降低800 mg/L，而心脏病发病率仅减少40%，远低于预期值。

他汀类药
物剂量加倍，LDL-C水平只能再降低6%，所以用大剂量他汀降脂，也难以达到指南要求的LDL-C水平目标值，同时不良反应明显增加。

同样使LDL水平降低400 mg/L，PCSK9功能缺失型突变可使冠状动脉粥样硬化性心脏病发病率降低88%，而药物治疗仅使其降低23%。

细胞实验发现，在使用西立伐他汀、阿托伐他汀、洛伐他汀、辛伐他汀等处理人肝癌细胞HepG2及人原代肝细胞后，PCSK9呈浓度依赖性表达上调［17］。

PCSK9基因的存在对LDLR有抑制作用，当以降脂为目的使用他汀类药时，同时
产生的PCSK9的上调无疑对该药的药效有一定负面作用。

消耗肝脏胆固醇可以激活SREBP，从而增加LDLR数量，但同时也提高了PCSK9水平，PCSK9破坏了
一些LDLR，因此部分影响了降低LDL作用。

PCSK9抑制剂应能与降低胆固醇治
疗协同作用，从而提高LDL受体数量并进一步降低血浆LDL浓度。

PCSK9下调后，与其呈负相关的LDLR上调，对血浆胆固醇的清除能力增强，进而有利于血管壁胆固醇的逆向转运。

3 PCSK9有望成为高脂血症治疗的新靶点
腺病毒介导的野生型PCSK9过表达于C57BL6/J小鼠，发现小鼠肝中LDLR显著
减少且结合LDL能力受损，血浆LDL清除减少，出现与PCSK9功能增强型突变
类似的血中高LDL水平，这种表现型依赖于LDLR基因的存在，因为过表达的
PCSK9在LDLR－/－小鼠体内并不影响胆固醇水平。

然而，PCSK9基因剔除小鼠体内LDLR表达和LDL-C血浆清除增加了3倍［18］，常规饮食喂养发现，PCSK9基因剔除小鼠血中LDL-C水平显著低于野生型小鼠(下降了48%)，其肝脏LDLR蛋白表达量增多，虽然其相应的mRNA表达未见增高。

用他汀类药物处理PCSK9基因剔除小鼠，可使其肝脏LDLR明显增多，从中增加血中LDL的清除［18］。

这些动物实验证实了更低水平的血浆LDL水平可通过作用于PCSK9获得。

最近，Chan等［19］合成了中和 PCSK9的抗体mAb1，体外实验显示，mAb1
抑制PCSK9结合LDLR，进而增加LDL的摄取。

HepG2细胞中，mAb1与他汀
类联用相较于任何一者单用，可以现在增加LDLR水平;在野生型小鼠中，mAb1
可以升高LDLR水平2倍，同时可以降低36%的血清总胆固醇，而这些效应在LDLR－/－小鼠中并没有观察到。

这些结果证实PCSK9能够调节肝脏LDLR蛋白
的数量，影响LDLR介导的LDL-C摄取，从而影响胆固醇水平，并提示PCSK9抑制物联合他汀类药物对于减少血浆胆固醇水平具有协同作用，同时增加LDLR。

PCSK9功能缺失型突变可以导致血浆低LDL水平，而PCSK9功能增强型突变引
起的高胆固醇血症的严重程度除了与基因本身有关，而且受多种环境因素的影响。

PCSK9 D374Y杂合子患者不仅有血浆高LDL、早发的冠状动脉粥样硬化性心脏病，而且对他汀类药物治疗抵抗［20］。

有趣的是，ADH杂合子患者体内也发现了PCSK9功能缺失型突变，虽然没有低水平的血浆LDL水平，但患者对他汀药物治疗高度敏感［10］。

这一发现支持PCSK9缺陷可能增加患者对他汀类药物治疗反应性的假说。

此外，PCSK9不同突变体的携带者对他汀类药物的反应不同，对FH 患者个体化用药具有一定的指导意义。

无义突变Y142X和C679X可使LDL-C水
平显著降低40%、心血管事件减少88%［15］;R46L杂合子可以降低21%LDL-C 水平。

突变体G106R、N157K和R237W不仅能够降低LDL-C水平，同时增加
患者对他汀类药物的敏感性［2］。

这些进一步提示，PCSK9抑制物与他汀类药在提高LDLR和减少血浆胆固醇方面具有协同作用，其抑制物可能作为一种新型的降血脂药物而被开发。

PCSK9抑制剂可与胆固醇消耗治疗协同作用，从而提高LDL
受体数量并降低血浆LDL浓度。

4 展望
PCSK9可负调节LDLR水平，参与调节脂质代谢，与心血管疾病的发生发展及预
防密切相关。

PCSK9的过度表达引起血浆LDL-C水平升高，其机制是PCSK9基
因转录翻译后可导致LDLR下调。

现阶段对 PCSK9最重要的认识就是 PCSK9通
过与LDLR结合，影响胆固醇水平，但其作用底物尚未确定，其与LDLR的作用方式也有待进一步的研究，而PCSK9对极低密度脂蛋白代谢的影响还存在争论。

PCSK9基因的不同突变通过改变分泌蛋白的活性，对血胆固醇代谢产生显著影响，PCSK9突变可影响血浆胆固醇水平，是一个很有前途的高胆固醇血症治疗靶点［21］。

如果将PCSK9基因抑制，血脂对降脂药的敏感性可能会增高，而这也是目前研究的热点。

同时，对于伴有心血管疾病高危因子而不能耐受他汀治疗的患者，抑制PCSK9功能的新型分子制剂可以提供新的防治途径。

过去的几年里，对PCSK9的认识取得了丰硕的成果，尤其是PCSK9晶体结构的
阐述有助于进一步明确其生物学功能。

数种PCSK9转录抑制物被确定，包括胆固醇、非洛贝特、胆汁酸和黄连素。

然而，仍然有很多待解决的问题:①PCSK9的肝外作用，如血管壁;②PCSK9降解LDLR的具体机制;③中国有丰富的人口资源，包含大量的遗传信息，但暂时并无PCSK9人群特征的研究。

深入探讨PCSK9的作
用机制可能有助于了解某些疾病的发病机制，并可能为防治高胆固醇血症和动脉粥样硬化提供新的治疗靶点。

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