ATP结合ABCA1在动脉粥样硬化性疾病发生发展中的作用机制研究进展

三磷酸腺苷(ATP)结合盒转运蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)是一种跨膜蛋白，属于ABC跨膜转运蛋白的超大家族，可将磷脂和胆固醇转移至无脂质的载脂蛋白A-I(apoA-I)或其他载脂蛋白，以产生新的盘状高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)颗粒[1-2]，流行病学研究已证实HDL水平与冠心病(coronary heart disease，CHD)呈负相关[3-5]，细胞内大量的氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)累积会导致巨噬细胞过度吞噬胆固醇，形成泡沫细胞，最终导致胆固醇堆积在血管内壁，动脉粥样硬化(atherosclerosis，As)性血管壁由此生成。ABCA1贯穿于As发生发展的多个环节，不仅可以减少As脂质的沉积、泡沫细胞的形成，还能参与As的炎症反应过程[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和胆固醇逆转运(reverse cholesterol transportation，RCT)的重要调节因子，其作用决定了其对As的重要性。巨噬细胞，特别是泡沫细胞，在早期和晚期As病变的发生和发展中起着关键性的作用[8]。ABCA1主要存在于质膜上，也存在于向质膜传递ABCA1的胞内囊泡中，是血浆HDL水平和巨噬细胞胆固醇含量的主要决定因素，其介导apoA-I的磷脂化，同时产生磷脂和胆固醇新生的HDL颗粒，然后作为HDL胆固醇受体起作用，刺激胆固醇的流动，或将胆固醇分泌到已经形成的成熟HDL中，从而调节脂质平衡[9]。ABCA1和apoA-I都能从质膜运输到内体[10-11]，但这种细胞摄取在新生HDL装配和脂质外流中的作用仍有争议[12-13]。因此，通过以ABCA1为切入点防治As从而减少冠心病的发生成为目前的研究热点。

1 ABCA1的结构与功能

人类基因组含有49个腺苷-三磷酸结合盒(ABC)基因排列成7个亚科(ABCA，ABCB，ABCC，ABCD，ABCE，ABCF和ABCG)，这些基因的突变与孟德尔性疾病相关。三磷酸腺苷转运体在细胞质中通常包含两个高度保守的ABC或核苷酸结合域，在膜双层中包含两个可变跨膜域。他们的跨膜结构域的可变性反映了不同ABC转运蛋白转运的广泛基质，包括糖、蛋白质、脂类和药物，ABC转运蛋白的结构相似性提示了一种共同的功能机制和类似的运输途径[14]。ABCA1是一种2 261氨基酸整体膜蛋白，由12个跨膜结构域和2个ATP结合盒(ABC)结构域组成，它是一个大型ABC基因家族的成员之一，有几个亚家族在跨膜脂质和离子转运中起着不同的作用，ABCA1和ABCG1都能调节细胞胆固醇的分泌，并有助于RCT[15]。

ABCA1的基因突变可导致丹吉尔病，其大多数突变位于两个细胞外结构域(ECD)或ABCA128的两个核苷酸结合结构域(NBD)，其含有两个apoA-I结合和HDL形成所必需的分子二硫键[16]。丹吉尔病病人有严重的HDL缺乏症，血浆HDL低于5%，在不同的组织中有胆固醇巨噬细胞的积聚[17]。在过去的10年中，研究表明载脂蛋白E(apoE)参与Aβ聚集毒性和清除，ABCA1通过控制apoE脂质化，在阿尔茨海默(Alzheimer′s disease，AD)病中起作用，ABCA1对AD的重要性源于其对apoE脂质化和稳定性的影响[18]。基因连锁和关联研究已将参与胆固醇代谢或转运的基因确定为AD易感性基因，血脂异常是心血管疾病和AD的共同危险因素[19]，ABCA1在血脂代谢中发挥着举足轻重的作用。

2 ABCA1的调节

ABCA1蛋白水平和活性受多种转录和转录后过程的高度调节，这些调控步骤以细胞特异性方式协调ABCA1的整体活性来适应不同的环境刺激，有些调节过程在脂蛋白代谢和As中发挥着重要作用。

2.1 ABCA1受核激素类受体调控 核激素受体是配体依赖性转录因子超家族，包括肝X受体(liver X receptors，LXRs)、过氧化物酶体增殖活化受体(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs)、法呢醇X受体(farnesoid X receptor，FXRs)等200多个成员，可调控与脂肪酸及胆固醇代谢的相关靶基因，在脂质代谢中发挥着重要作用。细胞内过量的胆固醇转化为“第二信使”氧甾醇，通过LXRs系统调节ABCA1和其他胆固醇稳态过程[20-21]，ABCA1的转录受“第二信使”的过度累积显著诱导[22-23]，通过LXRs和维甲酸X受体(retinoid X rexeptoers，RXRs)完成，LXRs与RXRs形成专一性异二聚体，与ABCA1基因启动子和第一个内含子内的响应元件优先结合，再分别与氧菑醇和视黄酸结合并被其激活，从而调节ABCA1在细胞内的蛋白表达[24]。PPARs包括PPARα、PPARβ、和PPARγ3种亚型，在人体脂质代谢中发挥着重要作用。在正常人的巨噬细胞中，PPAR激动剂可增加ABCA1 mRNA的表达和增加apoA-I介导的胆固醇流出，ABCA1基因启动子缺乏PPARs的反应元件，而LXRs基因启动子含有PPARs元件，实验研究发现，LXRα本身是PPARγ的直接靶基因，且这些核受体在调节巨噬细胞ABCA1mRNA的表达和控制胆固醇流出的过程中起着协同作用[25-27]。

2.2 ABCA1的表达受微小RNA (microRNA)调节 microRNA是一种进化保守的短小的非编码单链RNA，由转录、核输出和细胞质分裂的多步过程产生，主要作为转录后抑制因子，通过靶向mRNA的3′非翻译区(3′UTR)来激发其降解或翻译，参与基因表达的序列特异性转录后调控。它们已成为广泛生物过程中的关键参与者，其表达和/或功能的变化导致许多人类疾病，如癌症、心血管疾病和神经功能障碍[28]。高水平的低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和低水平的高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)可促进As，microRNA能通过调节低密度脂蛋白受体(LDLR)和ABCA1的表达以控制LDL和HDL的丰度和功能，ABCA1在人类As斑块中有大量表达[29]，microRNA-33(miR-33)与脂质代谢相关基因的调控有关，在调节ABCA1和ABCG1的研究中，miR-33是目前研究最广泛的调节因子[30]。在人体内，miR-33a和miR-33b分别编码在甾醇调节元件结合蛋白(SREBP)2和SREBP1基因的内含子中，是控制胆固醇和脂肪酸代谢的主要转录因子。miR-33与其宿主基因SREBPs通过靶基因ABCA1和ABCG1一起调节脂质平衡，体内抑制miR-33可增加血浆HDL-C水平，进而增加胆固醇向载脂蛋白A1(apoA1)或新生HDL的流出[31]。Horie 等[32]已经证实，miR-33可调节小鼠和人类细胞中的ABCA1基因表达，提高非人类灵长类动物的血浆HDL水平，促进小鼠As的消退。此外，miR-758与ABCA1下调有关，通过反义实验研究发现，miR-758可下调ABCA1表达，其在人类细胞系中的作用已得到了广泛的证实[33]。

3 ABCA1与As的关系

As是导致各种血管疾病的主要原因，其中CHD为最常见和病死率较高的疾病之一，而过多的胆固醇在巨噬细胞中积累形成泡沫细胞是As的主要病因。ABCA1是介导细胞内胆固醇流出的关键转运蛋白，其将HDL合成的胆固醇和磷脂转运至脂质贫乏的apoA-I，这在丹吉尔疾病病人外周组织中脂质显著积累已得到证实[34]。 此外，人类ABCA1基因的功能丧失、突变与主动脉内膜厚度呈正相关[35]，突变阻断ABCA1诱导巨噬细胞胆固醇流出的能力，可促进As[36]。因此，ABCA1被认为是预防As的有希望的治疗靶标。

3.1 ABCA1通过RCT途径参与As的机制 As形成的关键过程之一是受影响动脉内脂丰富的内皮下泡沫细胞的形成和聚集，泡沫细胞在动脉内皮下的形成和积累，吸引到该区域的单核细胞将不同程度地进入到组织巨噬细胞，这些巨噬细胞能够吸收经过修饰的脂蛋白，试图清除新生内膜中的有害物质。巨噬细胞的脂质代谢以3种不同的过程为标志：胆固醇吸收、酯化和流出。这些脂质代谢过程的失调导致脂质致密巨噬细胞的形成，称为“泡沫细胞”。 在As病变的早期阶段，这些细胞会在动脉内层积聚，早期As病变沿着动脉壁会出现明显的“脂肪条纹”[37-38]。泡沫细胞的发育与脂质摄取和外排之间的不平衡有关[39]。 促进泡沫细胞的胆固醇流出对于缩小As斑块和保护细胞免受As是至关重要的。胆固醇流出涉及多种机制，包括自由扩散，膜ATP结合盒(ABC)转运蛋白和脂蛋白受体[40-41]，RCT是一种有效降低肝外组织胆固醇的方法，将胆固醇从外周组织动员出来并返回肝脏进行排泄或再利用[42-43]，通过随机对照试验，HDL将胆固醇从外周组织输送到肝脏，在肝脏中可以直接分泌成胆汁或转化为胆汁酸[44-46]，ABCA1是随机对照试验的关键转运子[47-48]，将游离胆固醇(FC)和磷脂(PL)输送到apoA-I。ABCA-1和清道夫受体B类I型(SR-BI)/ CD36、溶酶体内膜蛋白Ⅱ类似物1(CLA-1)是RCT的关键转运蛋白和受体，HDL的代谢在肝和肠中与apoA-I合成起始，但HDL形成需要apoA-I与ABCA1的相互作用。当人ABCA1在小鼠肝脏和巨噬细胞中过表达时，转基因小鼠中血浆HDL和apoA-I增加。进一步研究ABCA1在HDL颗粒形成中的作用，在具有ABCA1基因的组织特异性缺失的小鼠中，肝脏是血浆HDL的最重要来源，肝脏ABCA1对于维持成熟HDL颗粒的循环水平至关重要，其通过脂质贫乏的apoA-I直接脂化，减缓肾脏的apoA-I分解代谢，并延长其血浆停留时间。巨噬细胞中ABCA1缺乏可增加高胆固醇血症apoE缺陷小鼠的As和泡沫细胞积聚。他汀类药物可通过LXRa途径降低ABCA1和胆固醇的表达。然而，有研究报道了阿托伐他汀通过rhoa抑制作用于乙酰化低密度脂蛋白(ac-LDL)加载的THP-1巨噬细胞后，巨噬细胞ABCA1信使核糖核酸(mRNA)增加[49-50]。

3.2 ABCA1通过参与免疫炎症延缓As进展 As已被确定为动脉壁的慢性炎性疾病，先天性和适应性免疫和炎症反应过程在As病变的诱导中具有重要作用[51]，干扰素(IFN)-γ、白细胞介素(IL)-1β和血小板衍生生长因子(PDGF)等致As细胞因子可抑制ABCA1的表达。 IFN-γ是由T淋巴细胞产生的一种免疫调节和抗微生物可溶性细胞因子，具有多种致As作用。研究显示：IFN-γ对THP-1巨噬细胞源性泡沫细胞中ABCA1表达和胆固醇流出的影响，发现IFN-γ通过JAK/STAT信号传导途径，以剂量依赖性方式下调LXRa，从而降低ABCA1的转录和翻译水平，降低细胞内胆固醇含量和胆固醇流出率[52]。在As的早期阶段，可检测到由不同细胞因子和介质激活的大量巨噬细胞，这些细胞通过操纵它们的识别受体并通过脂蛋白内化而成为泡沫化巨噬细胞。在后期阶段，由于细胞内胆固醇积累和ox-LDL的外排受限，巨噬细胞的吞噬功能受损，细胞发生应激和炎症反应而凋亡，这一过程最终有助于形成成熟的As斑块的促血栓形成的坏死核心。IL-1β是一种原型促炎细胞因子，可通过活性氧(reactive oxyen species，ROS)和核转录因子-κB(NF-κB)依赖途径减弱ABCA1启动子活性，减少ABCA1以及ABCA1介导的巨噬细胞胆固醇外流。在肾小球系膜细胞、血管平滑肌细胞(SMC)、HK-2细胞和HepG2细胞中，IL-1β也发挥相同的抑制作用。PDGF是一种有效的炎性有丝分裂原，使血管SMC中的蛋白激酶B(Akt)快速磷酸化，抑制血管SMC中ABCA1的内源性表达，参与As的发展[53]。Akt是磷脂酰肌醇3-激酶下游的一种激酶，可抑制ABCA1启动子的活性，在血管平滑肌细胞中，暴露于PDGF培养的平滑肌细胞可使Akt快速磷酸化。

3.3 ABCA1通过氧化应激参与As的发生 As是心血管疾病的发病基础，研究证明氧化应激是As的发病机制之一[54-55]。氧化应激主要与细胞内ROS生成增加和清除能力下降密切相关，可促进As中LDL的氧化修饰和脂质过氧化，诱导改变血管基因表达和促进细胞增殖，导致心血管结构和功能的破坏，其中一个重要的机制可能涉及髓过氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)对HDL的损害，MPO是人类As组织中炎性巨噬细胞高水平表达的血红素蛋白[56]，可将As中炎症反应、氧化应激、内皮损伤联系在一起。研究发现MPO与 ABCA1密切相关，当 apoA-I被MPO氧化后，其通过ABCA1 通路清除过多胆固醇的能力下降，使得功能失调性HDL产生，胆固醇在内皮细胞下积累，从而诱导 As 的发生，加重冠心病的发病风险，降低MPO的含量则可延缓As的发展[57]。ox-LDL作为氧化应激的产物与 ABCA1 也有相关性。研究发现，ox-LDL可上调THP-1巨噬细胞ABCA1的表达并增加胆固醇流出，减少泡沫细胞的形成[58]。

4 中医药通过ABCA1治疗As性疾病的前景

As是导致心血管疾病的独立危险因素，血浆低HDL水平和高LDL-C水平是导致As的关键因素，促进胆固醇流出和提高血浆HDL水平可降低As所致疾病的发生率。ABCA1可通过RCT、免疫验证、氧化应激等多种途径促进巨噬细胞胆固醇的流出，提高HDL水平，具有抑制As斑块的形成和抗早期As的作用，其在RCT中的重要作用更为研究脂质代谢和As提供了新的思路。ABCA1的基因表达受多种代谢物的调节，LXR激动剂、PPAR激动剂可调控ABCA1基因的表达，促进胆固醇的流出，是对ABCA1表达有特异性调控作用的潜在药物选择。中医药可通过内治法和外治法多途径干预ABCA1的表达，其中药复方以活血化瘀、健脾化痰、清热解毒利湿制剂为主，可上调ABCA1的基因表达，抑制巨噬细胞泡沫化，调节脂质代谢和巨噬细胞胆固醇的流出及摄取[59-60]。但在研究中医药对ABCA1的影响过程中，缺乏某种剂型或疗法对其有特异性的研究资料，很多实验对中医药影响ABCA1通路是可能性猜测，在今后的研究中，值得开展更深入的药理及动物体内研究，挖掘新颖、疗效确切的中医抗As药物。研究可激活ABCA1，又不促进脂肪合成和As形成的药物，也是ABCA1在临床上的发展趋势。