PCSK9在肝细胞和脑组织中的不同生物作用

郑少微 展淑琴

随着人们平均期望寿命的增长，心脑血管疾病成为常见病，而且其病死率越来越高。有效地预防心脑血管疾病的发生、发展成为当今医学研究的热点。动脉粥样硬化侵犯心、脑血管，是导致心脑血管疾病发生的主要原因［1］。预防和控制动脉粥样硬化成为降低心脑血管疾病发生、发展的主要治疗措施。动脉粥样硬化属于多病因疾病，主要危险因素有高血压病、糖尿病、年龄、性别、吸烟等，脂质异常是最重要的危险因素之一［1］。降低血清低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein－cholesterol，LDL－C）浓 度 可 以 有 效 地 预 防 冠 心病、脑梗死的发生和再发生。

他汀类药物是羟甲基戊二酰辅酶A（Hydroxymethyl gl－utaric acyl coenzyme A，HMG－Co A）还原酶抑制剂，此类药物通过竞争性抑制内源性胆固醇合成限速酶HMG－Co A还原酶，阻断肝细胞内胆固醇合成，反馈性刺激肝细胞膜表面低密度脂蛋白受体（low density lipoprotein receptor，LDLR）数量和活性增加，使血清胆固醇清除增加、水平降低［2］。此类药物已经在临床上广泛应用于冠心病、脑梗死的预防和发生［3］，但有一部分人不能耐受其副作用，或大剂量药物也不能将血脂控制在理想范围［3］。因此，新型降脂药物的研发已成为各个大药厂竞争的目标［4］。而前蛋白转换酶枯草溶菌素／蛋 白 酶 9（Proprotein Convertase Subtilisin－like／Kexin Type 9，PCSK9）抑制剂已进入临床三期试验，试验结果显示其疗效及副作用方面都优于他汀类药物，成为最有前途的新型降脂药［5］。

PCSK9属于前蛋白转化酶（proprotein convertase，PC）家族的第九个成员，由Seidah等人在2003年发现［6］。十年来已有大量的研究证实PCSK9与脂质代谢密切相关，但其具体的作用机制及其他作用机制还在不断研究中。在肝脏与脑中PCSK9表现出不同的作用机制。本研究对PCSK9在肝脏与脑中的不同作用进行综述。

1 PCSK9的基本结构

人PCSK9基因位于染色体1p32，其突变可导致高胆固醇血症或低胆固醇血症，是第三个导致常染色体显性遗传所致的家族型高胆固醇血症的基因［4］。PCSK9基因外显子编码692个氨基酸［6］，分别是由30个氨基酸的信号序列、前结构域、催化域及C端结构域组成［1］。PCSK9在内质网中合成一个74－k Da长的PCSK9酶原，后者在内质网中发生自身催化反应，在VFAQ152处裂解释放前肽，形成成熟蛋白酶，之后通过高尔基体分泌到血液中［4］。PCSK9在一些有增殖和分化能力的细胞上高表达，如肝细胞、小肠上皮细胞、肾脏间质细胞，胚胎时期的端脑等，血液循环中的PCSK9主要由肝脏产生［4，6］。

2 PCSK9在肝脏中的作用机制

肝脏作为PCSK9产生及分泌的主要器官，也是PCSK9发挥调节脂质代谢的主要器官。PCSK9对肝脏的作用也是目前研究较多的领域。肝脏产生的PCSK9分泌到血液中，血液循环中的PCSK9又返回肝脏；与其他PCs不同，PCSK9的作用底物是肝细胞表面的LDLR；PCSK9与LDLR的细胞外侧结构表皮生长因子前体同源域A（the epidermal growth factor precursor homology domain A，EGF－A）相结合，形成PCSK9－LDLR复合物［7，8］；后者通过细胞內吞，进入细胞质内酸性环境内降解如溶酶体［9］，从而减少肝细胞表面的LDLR数量，间接降低LDL－C在肝脏的清除速率，导致血液LDL－C升高，增加动脉粥样硬化的发生［10，11］。也有研究表明，PCSK9与泡沫细胞形成有关，并且通过LDLR直接参与动脉粥样硬化的形成［11］。

EGF－A专一性的与PCSK9的催化域结合［12］。但PCSK9介导的LDLR降解不需要PCSK9的蛋白水解作用［7，13］，这一点也不同于PCs。PCSK9的C端是由230个氨基酸残基组成［12］，存在富含半胱氨酸和组氨酸的结构域（a C－terminal cysteine／histidine－rich domain，CHRD）［4，12］。 研究发现，C端变异可导致低胆固醇血症或高胆固醇血症［12］，这说明C端对PCSK9的降脂作用很重要。进一步的研究表明，C端不参与PCSK9与LDLR结合，但C端的完整性对PCSK9－LDLR复合物向溶酶体移动很重要［4、12］。同时发现PCSK9结合EGF－A是p H依赖性，在p H 6.0时结合力较强［7］。

目前为止，PCSK9介导肝细胞表面LDLR降解的确切机制还未清楚，对HepG2细胞研究表明，介导PCSK9－LDLR复合物向溶酶体转运的蛋白可能是淀粉样蛋白β前体样蛋白2 抗 体 （amyloid precursor－like－protein 2，APLP2）［4］。人们发现PCSK9功能获型基因突变导致高胆固醇血症，增加心血管疾病的发生［14，15］；相反的，PCSK9功能缺失型基因突变导致低胆固醇血症［14，15］，并且无明显不良事件发生［14］。因此，大量研究表明PCSK9抑制剂可以有效地降低家族型高胆固醇血症，且副作用较小，成为可能替代他汀类药物的新型降脂药［5］。

3 PCSK9在神经组织内的作用机制

目前，PCSK9在脑组织作用的研究相对较少，大多基于体外试验与动物试验。目前研究结果来看，PCSK9在脑组织表现出与肝脏不同的作用。

在小鼠脑组织中PCSK9水平呈变化性。在胚胎时期的小鼠脑组织中PCSK9短暂性高表达。端脑在胚胎13.5 d表达最高，小脑在胚胎17.5 d到出生后19 d表达最高［16］。在小鼠出身后第1 d的脑组织中PCSK9在小脑表达最为明显［13］。成年小鼠PCSK9只在嗅觉茎啄突明显表达［17］。在缺血性脑卒中小鼠大脑再灌注的24～72 h内PCSK9在齿状回表达增加［18］。在脑组织中PCSK9水平的变化可能与神经元所处状态有关，可以是生长状态，也可以是凋亡状态。

在脑组织PCSK9主要结合的细胞膜受体不同于肝脏。在发育期和成年期的小鼠脑中PCSK9与LDLR共同表达［17］。不同的是在PCSK9基因敲除的小鼠脑组织中LDLR水平与野生型小鼠相似［17］。这说明在小鼠脑组织中，PCSK9对LDLR的作用影响很小。但在小鼠脑发育及缺血性脑卒中后PCSK9可下调LDLR水平［17］，但与肝脏的调节脂质作用明显不同。在小鼠出生后的小脑中PCSK9、极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein receptor，VLDLR）、载 脂 蛋 白 E 受 体 2（apolipoprotein receptor 2，ApoER2）高表达，但几乎不表达LDLR［9］。PCSK9与 VLDLR、Apo ER2相互作用，通过Reelin信号传导调节神经系统发育，且VLDLR、ApoER2减少或两者的基因敲出会导致大脑皮质和小脑的发育障碍［13］。在中枢神经系统PCSK9主要的作用底物还不明确，其作用底物可能较广泛。

PCSK9参与神经细胞形成和凋亡。取胚胎13.5 d的端脑细胞培养，转染PCSK9可增加未分化干细胞向神经细胞分化，认为PCSK9参与大脑皮层细胞分化［16］。脑缺血后PCSK9表达增加，并且在培养的小脑颗粒细胞中PCSK9增加可导致细胞死亡，这表明PCSK9可能参与细胞的凋亡机制［17］。RNAi介导的PCSK9基因沉默可明显降低去除K＋后的小脑颗粒细胞的死亡，并且细胞ApoER2增加［9］。在此基础上使ApoER2基因沉默，而VLDLR不做处理，可以反转RNAi介导的PCSK9基因沉默的细胞保护作用［9］。因此，PCSK9介导的细胞凋亡可能是通过ApoER2介导的。在海马鱼PCSK9敲除导致严重的神经系统广泛的组织破坏，以致胚胎死亡［9］。但在小鼠PCSK9基因敲出后血液中脂蛋白和胆固醇降低，没有明显的神经系统发育影响，和PCSK9基因功能缺失型人群中表现一致［9］。这可能是哺乳动物存在对PCSK9基因缺失导致神经系统发育异常的补偿机制。有研究表明，PCSK9参与脑组织膜蛋白淀粉蛋白前β位分解酶1（β－site amyloid precursor protein－cleaving enzyme 1，BACE1）的去乙酰化处理［19］，潜在地影响阿尔茨海默病β－淀粉样蛋白的形成。

4 问题与展望

PCSK9是否能通过血脑屏障？在V5免疫缺乏的转基因小鼠脑脊液中肝脏高表达V5标记的PCSK9不能通过血脑屏障到达脑脊液中［17］。看来，血液循环中的PCSK9主要来自肝脏，而脑脊液中的PCSK9由脑组织生成。从目前的小鼠试验来看，脑组织内生型PCSK9与肝细胞内生型PCSK9表现出不同的生物作用。这是因为两者存在未被发现的结构差异，还是不同组织环境的影响导致其作用底物的不同，或生物作用的浓度依赖性？这个问题还有待以后的进一步研究。

过去十年里，对PCSK9的研究已经有了较大进步，其抑制剂在治疗高胆固醇血症方面已进入临床三期。未来对PCSK9作用机制的进一步研究将会给人们治疗脂质代谢性疾病、神经细胞凋亡及抗损伤治疗、阿尔茨海默病带来新的启迪和突破。

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