INSIG—SCAP—SREBPs通路与炎症

赵爽　叶强　范忠才

摘要：固醇调节元件结合蛋白是脂质代谢信号转导的主要途径之一，对胆固醇调控起重要作用。INSIG、SCAP、SREBPs共同构成了INSIG-SCAP-SREBPs转运体系，维持体内脂质平衡具有重要意义。炎症应激干扰了INSIG-SCAP-SREBPs通路负反馈调节，致使LDLr表达失调，细胞大量摄取外源性胆固醇并形成泡沫细胞。

关键词：固醇调节元件结合蛋白；脂代谢；炎症

固醇调节元件结合蛋白（SREBPs）是脂质代谢信号转导的主要途径之一，对胆固醇调控起重要作用。新合成的SREBPs是一种没有活性的前体蛋白，必须由SREBPs裂解激活蛋白（SCAP）携带从内质网转运至高尔基体后才能加工成有活性的转录因子-核SREBPs（nSREBPs），而此过程依赖于细胞内游离胆固醇含量和内质网胰岛素诱导基因（INSIG）水平。INSIG与SCAP、SREBPs共同构成了INSIG-SCAP-SREBPs转运体系，INSIG-SCAP-SREBPs以复合体的形式存储于内质网上与细胞内胆固醇的含量共同影响nSREBPs的活化，调节低密度脂蛋白受体（LDLr）的转录，从而反馈调节细胞对外源性胆固醇的摄入[1]。研究发现，炎症应激干扰了INSIG-SCAP-SREBPs通路负反馈调节，致使LDLr表达失调，细胞大量摄取外源性胆固醇。本文从INSIG-SCAP-SREBPs通路概述、功能以及炎症干扰INSIG-SCAP-SREBPs转运体功能进行综述。

1 INSIG-SCAP-SREBPs通路概述

1.1 SREBPs SREBPs家族由三种亚型组成，有3种形式的异构体，即SREBPs-1a、SREBPs-1c和SREBPs-2，其中 SREBPs-1a和SREBPs-1c是由SREBPs-1的不同启动子转录而生成的。SREBPs-1在肝脏及肾上腺最为丰富，SREBPs-2则普遍存在于大多数组织。

1.2 SCAP SCAP是内质网上另一种整合膜蛋白，包括两个不同结构域，即C端结构域和N端结构域。SCAP的C端含有5个WD重复，每个重复约为40个氨基酸长度，重复作用于SERBPs 的C端调节结构域，并在内质网形成紧密的SCAP-SREBPs复合体。SCAP分子N端结构域由8个跨膜螺旋组成，其中的2～6个螺旋组成了一个固醇敏感区，即固醇感受敏感域（SSD），它是细胞内胆固醇水平的感受器。SSD可以与胆固醇结合而实现阻断SREBPs的运输，在SREBPs-SCAP复合物调节脂质合成的过程中发挥至关重要的作用。当细胞内胆固醇水平升高时，SCAP的构象改变，使得 SCAP-SREBPs复合体与INSIG在内质网结合，使胆固醇合成减少；相反，当细胞内胆固醇水平低时，SCAP构象不发生改变，它能够使INSIG和 SCAP-SREBPS复合体分离，而使SREBPs有效地从内质网转运至高尔基体实现活化，从而促进胆固醇合成。因此，最终SCAP-SREBPs复合体能否在内质网上滞留是通过INSIG结合SCAP-SREBPs复合体来实现的。

1.3 INSIG INSIG是几年来发现的调控脂质代谢的新基因之一，目前发现INSIG有两种异构体，即INSIG-1和INSIG-2，两种分子都是以6跨膜螺旋结构形式镶嵌在内质网膜上的。INSIG-1由277个氨基酸残基组成，INSIG-2有225个氨基酸残基，缺少INSIG-1氨基末端的50个氨基酸残基，这种结构的差别在不同种属间是高度保守的。人类的两种INSIG蛋白有59%的同源性，分别位于INSIG-1的Asp-205和INSIG-2的Asp-149位点，是INSIG对SCAP和HMGCoA还原酶发挥作用的重要结构。INSIG-1主要调节 SREBPs靶基因的表达，INSIG-2与此无关。当细胞内胆固醇缺失时，泛素连接酶gp78与INSIG-1联系，诱导INSIG-1泛素化和蛋白酶途径降解，SCAP-SREBPs 复合体进入高尔基体并水解激活，SREBPs 释放活性蛋白，脂质合成相关基因激活；当细胞内脂质水平升高时，INSIG则抑制 SCAP-SREBPs 复合体进入高尔基体水解以降低脂质合成。由于INSIG-1蛋白的半衰期很短，合成之后很快被蛋白酶体降解，其有效的维持细胞脂质合成动态平衡中具有重要意义。INSIG-2只有在固醇存在的条件下才能发挥作用，没有固醇的环境中即使其表达水平再高也不能将SREBPS-SCAP复合体滞留在内质网膜上。当细胞在对固醇供需发生较大变化时，INSIG-1和INSIG-2共同作用，对SREBPs合成和成熟进行精细的调节。但由于INSIG-1和INSIG-2所含的氨基酸残基不同，INSIG-1的降解速率比INSIG-2要迅速得多，研究发现，INSIG-1的Ser-149促进其降解，而INSIG-2的Ser-106和Glu-214可增强泛素化，相比INSIG-1而言INSIG-2的稳定性更强。

2 INSIG-SCAP-SREBPs转运体

INSIG-SCAP-SREBPs转运体主要功能是调节SREBPs的活化和加工，进而调节机体内脂质合成。当SREBPs前体蛋白合成后，首先与SCAP形成SCAP-SREBPs复合体。当细胞内的胆固醇负荷过重时，胆固醇结合到固醇感受敏感域上，引起SCAP-SREBPs复合体构象改变，并与内质网上的INSIG结合，形成INSIG-SCAP-SREBPs复合体，将SREBPs锁定在内质网膜上，从而抑制SREBPs蛋白裂解，胆固醇合成减少；相反，细胞内胆固醇浓度下降时，固醇感受敏感域构象发生改变，SCAP与内质网膜上的INSIG分离，并携带SREBPs从内质网转运至高尔基体。因此，生理状态下决定SCAP能否携带SREBPs从内质网逃逸，取决于细胞内游离胆固醇的含量和内质网INSIG的水平。

3 炎症干扰INSIG-SCAP-SREBPs转运体的功能

实验发现在人肝癌细胞上[2]，无论细胞内是否存在高胆固醇负荷，炎症刺激因子增加了细胞SCAP、SREBPs的异常表达，并促进SCAP-SREBPs复合物从内质网向高尔基体的转移及SREBPs的活化，进而增加了LDLr的表达，最终使细胞外胆固醇经LDLr途径进入细胞。研究发现，在炎症因子如TNF-α、IL-1β的作用下，干扰了肾小球系膜细胞SCAP-SREBPs-LDLr途径，从而使LDLr失调，吞噬过多的低密度脂蛋白，加重了细胞内脂质沉积。类似的研究同样证实了炎性因子IL-1β可干扰人血管平滑肌SREBPs信号转导途径，导致LDLr表达失调，促进了泡沫细胞的形成[3]。Zhao[3]等在小鼠模型上证实，尽管细胞内胆固醇超负荷，炎症因子通过干扰 SCAP介导的细胞内胆固醇对LDLr的反馈调节，在促进肝细胞对外源性胆固醇的摄入[4]。进一步研究证实炎症因子如脂多糖增加了THP-1源性巨噬细胞SCAP、SREBPs的mRNA和蛋白的过度表达，进而增加了了SCAP/INSIG比率，由于INSIG在内质网上的数量有限，炎症状态下没有足够量的INSIG固定表达增加的SCAP-SREBPs复合体，INSIG被饱和所致，并且对巨噬细胞这种干扰效应比在血管平滑肌细胞中的作用更加明显。最新研究发现，炎症因子使巨噬细胞高尔基体甘露糖苷酶表达增加，促进SCAP糖基化并延长其半衰期，增强内质网与高尔基体之间SCAP的转位及再循环，可携带更多的SREBPs-2从内质网转运至高尔基体，使LDLr表达上调。而随着糖基化产物（AGE）的增多，又可正向调节了高尔基体甘露糖苷酶的活性及SCAP的糖基化，最终导致脂质在细胞内沉积，泡沫细胞形成。

总之，上述研究均提示即使在细胞内高胆固醇浓度水平下，炎症因子促进了SCAP-SREBPs复合体从内质网逃逸至高尔基体，这种非正常逃逸扰乱了INSIG-SCAP-SREBPs生理反馈调控。

4 展望

综述，脂质代谢的信号传导途径十分复杂， INSIG-SCAP-SREBPs通路是其中一条重要途径，此通路中的多个环节都不仅受到其终末产物的负反馈调节作用，还涉及到INSIG、SCAP、SREBPs本身激活及INSIG、SCAP、SREBPs等蛋白之间的相互作用。目前关于INSIG-SCAP-SREBPs信号通路与炎症相关研究仍较为局限，许多环节仍然不清楚，如炎性刺激因子是否干扰了INSIG与SCAP-SREBPs复合体的结合？是否下调了INSIG水平？是否激活了S1P、S2P水解酶？是否促进了 COPII蛋白的表达？这些疑问尚需进一步研究加以证实。

参考文献：

[1]Radhakrishnan A，Ikeda Y，Kwon HJ，et al.Sterol-regulated transport of SREBPs from endoplasmic reticulum to Golgi：oxysterols block transport by binding to INSIG[J].Proc Natl Acad.Sci USA，2007，104（16）：6511-6518.

[2]Chen Y，Ruan X Z，Huang A L，et al.Mechanisms of dysregulation of low-density lipoprotein receptor expression in HepG2 cells induced by inflammatory cytokines[J].Chin Med J（Engl），2007，120（24）：2185-2190.

[3]Zhao L，Chen Y，Tang R，et al.Inflammatory stress exacerbates hepatic cholesterol accumulation via increasing cholesterol uptake and de novo synthesis[J].J Gastroenterol Hepatol，2011，26（5）：875-883.

[4]Ye Q，Chen Y，Lei H，et al.In stress increases unmodified LDL uptake via LDL receptor：an alternative pathway for macrophage foam-cell formation[J].Inflamm Res，2009，58（11）809-818.

编辑/哈涛