3_羟_3甲基戊二酰辅酶A还原酶及他汀类药物_童煜

文章编号:1000-1336(2003)02-0141-02

3-羟-3甲基戊二酰辅酶A 还原酶及他汀类药物

童 煜 苏智广 张思仲

(四川大学华西医院医学遗传学研究室,成都610041)

摘要:3-羟-3甲基戊二酰辅酶A (HMG -CoA)还原酶是胆固醇合成的限速酶,它是胆固醇代谢的最重要的酶之一。HMG -CoA 还原酶的抑制剂)))他汀类药物是目前广泛用于临床的降脂药,它不但可降低血浆胆固醇水平,还可防止动脉粥样硬化。

关键词:HMG -CoA 还原酶;他汀类药物中图分类号:R392.11

收稿日期:2002-10-10

作者简介:童煜(1978)),女,汉,硕士生;苏智广(1973)),男,汉,博士,讲师;张思仲,男,汉,研究员。

HMG -CoA 还原酶是胆固醇合成的限速酶,它是胆固醇代谢的最重要的酶之一,并有独立于胆固醇

代谢的功能。HMG -CoA 还原酶的抑制剂-他汀类药物是目前广泛用于临床的降脂药,它不但可降低血浆胆固醇水平,还可防止或稳定动脉粥样硬化。近年来,HMG -CoA 还原酶及他汀类药物的分子机理成为人们研究的热点之一。1.HMG -C oA 还原酶

1.1 HMG -CoA 还原酶的功能 HMG -C oA 还原酶催化HMG -C oA 生成二羟甲基戊酸(MVA),而后者是合成胆固醇所必须的前体,因此HMG -CoA 还原酶是催化胆固醇合成的限速酶。除参与胆固醇代谢外,HMG -CoA 还原酶还参与其它化合物的代谢途径,如Ras 蛋白的合成。1998年Var Doren 等还发现HMG -CoA 还原酶在发育过程中起重要作用,即它引导原始生殖细胞的转移。

1.2 HMG -CoA 还原酶的结构 HMG -C oA 还原酶包含跨膜区、连接区和催化区三个结构域。跨膜区与催化区是高度保守的,尤其是跨膜区。中国仓鼠与人的跨膜区的同源性高达97.9%。跨膜区中包含一个由167个氨基酸残基组成的类固醇敏感区,它与其它受固醇影响的蛋白质的同源性为25%。当体内的氧化固醇水平升高时,该区对加强HMG -CoA 还原酶转化固醇是必不可少的[1,2]

。人类HMG -CoA 还原酶催化区由三部分组成:N -末端-N -区.,长的-L -区.和短的-S -区.。N -区(AA 460-527)最小,为A -螺旋结构,其中460-477残基具有柔性。它是酶催

化部分与膜结合的连接区。L -区(AA 528-590和AA 694-872)是H MG -CoA 还原酶的一个非常独特的结构,类似于棱柱体,其中心元件由含27个氨基酸残基的A -螺旋(L A 10)构成,周围被三个亚区包围。S -区(AA 592-682)位于L -区中的L A 2和3L B 之间,构成NADP(H)结合区。S -区和L -区是由连续的B -链和一个被称为-cis 环.(AA 682-694)的结构连接在一起,其中cis 环包含一个HMG 的结合区所必须的cis -多肽[3]。

1.3 HMG -CoA 还原酶活性的调节 调节HMG -CoA 还原酶活性主要是通过类固醇和它的酶解产物(二羟甲基戊酸)衍生的非固醇介导的负反馈来实现的。在哺乳动物体细胞中,HMG -CoA 还原酶通常被内源性的胆固醇和LDL 降解产物所抑制。

HMG -CoA 还原酶在转录转译水平上受到一些激素的调节,如胰岛素,肾上腺素,糖皮质激素等[4,5]。胰岛素通过提高HMG -CoA 还原酶的转录水平刺激HMG -CoA 还原酶的活性,而胰高血糖素却与此作用相反。甲状腺素也通过提高转录mRNA 的稳定性来提高酶在体内的水平。糖皮质激素则通过降低酶的稳定性减低肝脏中的表达,雌激素则是提高其mRNA 稳定性提高酶的活性。2.HMG -CoA 还原酶基因

2.1 HMG -CoA 还原酶基因的结构 Humphries 等应用体细胞杂交和原位杂交技术,将人HMG -CoA 还原酶基因定位于染色体5q13。该基因长约25kb,由20个外显子和19个内含子组成。第1外显子到第10外显子编码高度保守的膜结合域,跨内质网膜来回七次。第11外显子到第20外显子编码高度保守的催化域,其底物主要是水溶性的物质。膜结合域与催化域由连接域连接,这一区域由部分第10外显

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子和第11外显子编码,其保守性较前两者要低得多。

2.2HMG-C oA还原酶基因的表达与调控目前,人类HMG-CoA还原酶基因的5.端调控区序列已基本清楚。它不包含经典的TATA框或CC AAT 框,但包含由CCCGCC(或是GGCGGG)等六核苷酸组成的多拷贝序列。HMG-CoA还原酶基因具有多个转录起始位点,而且它们集中在长约98bp的序列内,因此McKnight等推测这一序列起着TATA框的作用。启动子区具有的类固醇调节元件-1(SRE-1)也对基因转录起调控作用。SRE-1序列是固醇调节元件结合蛋白(SREBP)识别位点的核心区,而SREB P活性对细胞生长所必须的类固醇非常敏感,它刺激类固醇及不饱和脂肪酸的合成。它通过与HMG-CoA还原酶基因的SRE序列相互作用来调节HMG-C oA还原酶基因的转录。研究表明,SRE-1序列的突变将会导致H MG-CoA还原酶基因表达的上升。

此外,基因的启动子区还有几个特殊的蛋白质结合区。(1)核因子-1(NF-1)结合域对基因的表达非常重要,该区的某一位点的突变可导致其表达水平降低,也有另一些突变使表达增强,但均不影响对血浆固醇水平的调节。因此,NF-1结合域的作用机制尚不清楚。(2)最近,在人HMG-C oA还原酶基因的启动子区发现了一个新的蛋白质结合区,主要结合c/EBP,DBP和LAP等转录因子[6]。其中C/EBP A 结合元件是脂代谢中最关键的调节元件。在肝脏中DBP的水平是以24小时为周期呈周期性变化的,故推测转录因子结合域与酶在肝脏中的高表达有关。

2.3HMG-C oA还原酶基因的多态性经人类基因组测序,发现HMG-Co A还原酶基因有六个多态位点,其中一个位于第15外显子区,为单核苷酸改变(A y G),它导致第638位氨基酸改变(异亮氨酸y 缬氨酸),并可能影响酶的活性。另外一个单核苷酸改变位于内含子区,其余的均位于3c端非翻译区,这些位点的改变的生物学意义目前还不十分清楚。Leitersdorf等于1990年还发现HMG-CoA还原酶基因的第二内含子区内存在ScrF1的多态酶切位点,以及邻近基因启动子区存在一个HgiA1的多态酶切位点,这对于该基因的关联分析很有帮助。HMG-CoA 还原酶基因还存在着Alu序列多态性,在距HMG-CoA还原酶基因外显子3c端10kb左右处存在Alu 序列,末端有约10拷贝的TTA三核苷酸重复。

3.HMG-CoA还原酶抑制剂)))他汀类药物

3.1他汀类药物降脂的分子机理HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的限速酶,因而其抑制剂可降低血浆胆固醇的水平,而目前临床上广泛使用的降胆固醇药)))他汀类药物,即是HMG-CoA还原酶的抑制剂。它们能阻断类异戊二烯的形成,即HMG-C oA +2NADPH+2H+y(R)-异戊二烯+2NADP++ CoASH,进而降低了胆固醇的合成[7]。内源性胆固醇水平的降低促进了与内质网膜结合的SREBP水解,使后者转变成有活性的带有螺旋-环形-螺旋-亮氨酸拉练的蛋白质,后者脱离内质网并移入细胞核,与低密度脂蛋白受体基因(LDLR)的启动子结合,激活LDLR基因的转录,使细胞LDLR水平升高,加强了LDLR与血浆中的低密度脂蛋白(LDL)的结合,从而降低血浆LDL的水平[8]。除此之外,他汀类药物也可促进LDLR的合成,提高循环中高密度脂蛋白(HDL)和降低甘油三酯(TG)的水平。

他汀类药物本身以非活性内酯形式存在,在体内被酶水解后才成为有活性的羟酸形式[7]。它们带有疏水基团,后者可能结合在HMG-CoA还原酶活性区中的HMG结合区,他汀类药物中类似于HMG的基团与HMG-C oA还原酶cis环中残基(Ser684,Asp690, Lys691,Lys692)之间形成大量的极性作用,这些众多的氢键和离子对导致他汀类药物中类似于HMG的基团与HMG-CoA还原酶之间电荷与结构的互补,使他汀类药物特异、紧密地结合HMG-Co A还原酶,从而在空间上阻碍该酶的底物与之结合。因此,他汀类药物通过与HMG-C oA还原酶竞争性结合,抑制后者的活性。但这一过程并不影响HMG-CoA还原酶与NADPH的结合。现已确定HMG-CoA还原酶的羧基端与他汀类药物结合[9],从而在调节血浆胆固醇水平中起重要功能。

3.2他汀类药物的种类及有效性常用的他汀类药物有霉菌合成的,也有人工合成的。前者包括洛伐他汀、普伐他汀、辛伐他汀和西立他汀等,后者包括氟伐他汀和阿托伐他汀等。辛伐他汀和美伐他汀除了具有与HMG-CoA结构相似的基团外,还具有在结构上相似的内环,因此两者被归为一类,称I型他汀类药物。、西立他汀、氟伐他汀、阿托伐他汀具有较I型更复杂的结构,被称为II型他汀类药物[10]。尽管Ñ型和II型他汀类药物在结构上有较大差异,但是二者与他汀类药物形成的复合物均存在表面互补作用疏水环结构,这可能由于Ñ型和II型他汀类药物形成不同构象以利于它们的疏水基团

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