ABCA1在系统性红斑狼疮合并心血管疾病发病机制中的研究进展*

寇艳婷,张 旋 综述,原江水 审校

(1.大连医科大学,辽宁大连 116044; 2.青岛市市立医院检验科,山东青岛 266071;3.山东省青岛卫生学校,山东青岛 266000)

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种累及多脏器的自身免疫性炎症性结缔组织病,常累及肾脏、心血管系统和脑等多个组织器官,其中血脂异常、炎症反应和免疫因素直接或间接促进动脉粥样硬化的发生、发展,加速发生的SLE相关的心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是SLE患者的主要死亡原因之一[1-2]。ATP结合盒转运蛋白A1(ATP binding cassette transporter A1,ABCA1)介导的胆固醇外流是胆固醇外流的主要途径之一,通过介导胆固醇逆向转运(reverse cholesterol transport,RCT)过程参与CVD的发病过程。近年来,研究发现ABCA1介导的胆固醇外流途径在SLE患者加速发生的CVD中起重要作用,与其发生、发展具有密不可分的关系。

1 ABCA1结构和功能

ABC转运蛋白家族是一种完整的细胞膜蛋白,由一条包含2 261个残基的多肽链组成,该多肽链构成ABC转运蛋白的4个核心结构域,即两个跨膜结构域和两个核苷酸结合结构域。ABCA1是ABC转运蛋白家族中的一员,含有一定数量的二硫键并具有两个糖基化修饰的细胞外结构域,这些结构域,调节蛋白与蛋白之间的相互作用[3]。它将不同化学成分的底物透过细胞膜磷脂双层转运耦合到ATP,以ATP作为能源在膜上运输各种分子,通过驱动细胞中新生的高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)颗粒的产生来增加血浆HDL-胆固醇水平,且在HDL生成过程中去除细胞内胆固醇[4]。ABCA1在人体广泛分布,在组织水平多分布于心脏、动脉、骨骼肌、小肠、结肠、脂肪、肾、肝、肺、脾、胃、胰腺、皮肤、脑和前列腺组织等处,在细胞水平多分布于T细胞、B细胞及巨噬细胞等处[5-6]。

ABCA1主要功能是介导细胞内胆固醇和磷脂外流并参与吞噬凋亡细胞的过程,在HDL颗粒形成和胆固醇外流的过程中,ABCA1结合至细胞表面的载脂蛋白A-Ⅰ(apolipoprotein A-Ⅰ,ApoA-Ⅰ),形成HDL前体颗粒,进而生成新生的HDL颗粒,增强胆固醇从外周转运至肝脏进行代谢的过程[3,7-8]。通过促进胆固醇的单向外流,启动RCT过程。ABCA1通过与Apo受体相互作用,调节HDL颗粒的形成[9],当细胞内胆固醇增加时,ABCA1可调整细胞膜上的脂质分布,形成富含胆固醇和磷脂的区域,这些细胞膜上的脂质区域弯曲形成有利于ApoA-Ⅰ结合的脂质表面。当ApoA-Ⅰ与ABCA1结合后可激活信号分子Janus激酶2(Janus kinase 2,JAK2),引起JAK2迅速磷酸化,ApoA-Ⅰ与ABCA1的紧密结合更有利于ApoA-Ⅰ与突出的脂质膜的相互作用,加速胆固醇和磷脂外流。

ABCA1基因的纯合子功能突变可导致丹吉尔病(Tangier disease,TD),该病特征是血液中HDL严重缺乏,导致胆固醇在全身组织中堆积,引起CVD[10]。ABCA1基因杂合子突变导致家族性低脂蛋白血症,导致患者的HDL明显降低,而TD患者则表现为HDL严重缺失。ABCA1介导的胆固醇和磷脂外流过程是HDL颗粒生成的限速步骤。

2 ABCA1功能的调节因素

2.1 信号转导通路对ABCA1功能的调节

ApoA-Ⅰ与ABCA1的相互作用在数分钟内刺激JAK2磷酸化,引起JAK2自动磷酸化,进一步增加ApoA-Ⅰ与ABCA1的相互作用,加速胆固醇和磷脂的流出。激活的JAK2有两方面作用:(1)增强ABCA1与ApoA-Ⅰ结合活性;(2)介导巨噬细胞中信号转导和转录激活因子3(activator of transcription 3,STAT3)的磷酸化。磷酸化的STAT3迁移到细胞核,抑制炎性细胞因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)和IL-1b的表达。ApoA-Ⅰ与ABCA1的相互作用可诱导Ca2+内流。导致胞内Ca2+水平升高,引起钙调蛋白激活,激活钙调神经磷酸酶(calcineurin,CaN)。CaN引起JAK2磷酸化,增加ABCA1的活性。ApoA-Ⅰ与ABCA1结合激活Rho家族G蛋白Cdc42。活化的CdC42激活PAK-1,导致肌动蛋白聚合,并通过肌动蛋白磷酸化将含有胆固醇和磷脂的囊泡转运到ABCA1。ApoA-Ⅰ与耦联的ABCA1-Gαs结合后释放Gαs,激活腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)。这种激活增加了胞内cAMP浓度,引起蛋白激酶A(adenylate cyclase A,PKA)介导的ABCA1磷酸化,加速导致ApoA-Ⅰ脂化。

2.2 ABCA1 受ANXA1、 LXRs和PPARγ等多种因素的调节

有研究表明,ABCA1除了与ApoA-Ⅰ结合介导胆固醇外流外,还增加膜联蛋白A1(annexin A1,ANXA1)的表达,ANXA1是膜联蛋白家族中的一员,也是一种抗磷脂酶蛋白,具有Ca2+和磷脂结合位点。ABCA1可将ANXA1从细胞质转运至细胞膜,促进ANXA1进入细胞外液,具有抗炎活性并参与凋亡细胞的清除[11]。ANXA1还可作用于磷脂酶A2抑制蛋白或增加过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARγ)的表达来促进ABCA1表达,增强胆固醇的外流[12-14]。ABCA1、PPARγ和ANXA1之间相互调节形成反馈,参与胆固醇的外流过程。

ABCA1具有保护巨噬细胞活性的作用,也在HDL保护巨噬细胞免受氧化导致的细胞死亡中起介导作用。肝X受体(liver X receptors,LXRs)可从基因层面调控ABCA1的表达,诱导ABCA1表达上调,LXRs和ABCA1在促进巨噬细胞吞噬和保持巨噬细胞吞噬活力方面具有协同功能[15]。在清除吞噬凋亡细胞过程中,ABCA1还有明确的磷脂酰丝氨酸转位酶(phosphatidylserine,PtdSer)活性,使ApoA-Ⅰ与细胞表面PtdSer结合,形成HDL颗粒,起到预防CVD的作用。有研究发现,ABCA1基因敲除小鼠的原代成纤维细胞和巨噬细胞中,PtdSer的外向转位受到抑制。与野生型小鼠比较,这些细胞的吞噬能力降低了50%,在胚胎发育期间表现出凋亡细胞积聚,发展出与TD相似的慢性炎症特征,包括过早的动脉粥样硬化和脾肿大[16]。

缺氧和全身炎症反应会对ABCA1表达水平产生影响。缺氧可使细胞内ABCA1水平下降,导致胆固醇外流异常[17]。莫显刚[18]的研究证实,缺氧可加速诱导ABCA1降解,影响胆固醇外流过程。在动脉粥样硬化斑块中,疾病本身由于管腔狭窄及炎症反应等因素,加重斑块内缺氧,同时缺氧诱导的ABCA1降解影响细胞内胆固醇外流,加速泡沫细胞形成,促进动脉粥样硬化斑块的发生、发展。

SLE患者血清中存在抗ApoA-Ⅰ抗体,且抗ApoA-Ⅰ抗体、抗HDL抗体(IgG)与斑块易损性增加和斑块破裂风险增加相关[19],自身抗体与脂质代谢相关的酶结合形成免疫复合物,导致患者血清中VLDL水平升高和HDL水平降低[20],加速CVD的发生、发展。

3 ABCA1在SLE相关的CVD中的作用

3.1 ABCA1与CVD的相关性

胆固醇代谢障碍是CVD发生、发展的重要因素,ABCA1有调节细胞脂质稳态的作用,与RCT的关系密切。小鼠实验发现,应用辛夷脂素上调ApoE缺乏小鼠的巨噬细胞中ABCA1的表达,与对照组比较,可减少动脉粥样硬化斑块面积[21]。有研究发现,钾电压门控通道KQT样亚家族成员1(potassium voltage-gated channel KQT-like subfamily,member 1,KCNQ1)通过与miR-452-3p竞争性结合,抑制ABCA1表达和胆固醇外流,促进巨噬细胞内脂质积累过程并加速动脉粥样硬化的发生、发展[22]。

许多流行病学研究已经证实,HDL水平与CVD发病风险之间存在负相关。HDL具有抗动脉粥样硬化的特性,如抗炎、抗氧化、抗血栓形成和抗凋亡作用,其保护作用能将肝外组织细胞中多余的胆固醇输送至肝脏,最终转化为胆汁酸,通过胆管排出体外,这一过程被称为RCT[23]。RCT主要通过以下途径进行:(1)水溶性扩散途径;(2)ABCA1和ATP结合盒G1(ABCG1)介导的胆固醇外流途径;(3)清道夫受体BI(scavenger receptor class B type Ⅰ,SR-BⅠ)介导的胆固醇外流途径。其中ApoA-Ⅰ是RCT过程的关键蛋白,能够使HDL颗粒增大并稳定HDL的结构[24]。ABCA1与ApoA-Ⅰ结合形成的复合物在胆固醇外流和抗炎活动中起关键作用,介导胆固醇和磷脂与Apo的运输过程,把游离胆固醇向ApoA-Ⅰ流出,这也是血浆HDL的主要来源[25-26]。ABCA1与ApoA-Ⅰ的结合可增强巨噬细胞对凋亡细胞的吞噬作用,且起到抗炎作用[27],在RCT过程中ApoA-Ⅰ在HDL与ABCA1受体的相互作用中有重要作用[28]。

小鼠实验结果显示,ABCA1缺乏的小鼠表现为发育迟缓性淋巴结肿大和狼疮性肾炎,这种表型在敲除ABCA1小鼠的巨噬细胞中得到重现,标记敲除ABCA1基因小鼠的巨噬细胞,腹腔注射于野生小鼠,检测结果为运输回肝脏的甘油三酯减少50%[29]。TD患者与ABCA1基因敲除小鼠相似,在患者肝细胞中可以观察到严重的脂质堆积。

细胞内胆固醇水平决定了细胞内氧化甾醇的水平,后者可调节低密度脂蛋白氧化和促进细胞凋亡。动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞和活化的T淋巴细胞释放促炎因子包括干扰素(interferon,IFN)、TNF和IL,这些因子可降低ABCA1基因表达mRNA和蛋白质,促进动脉粥样硬化形成。ABCA1在生成新生HDL颗粒过程中起关键作用,对ABCA1的研究可作为防治SLE相关CVD发生的新突破点。

3.2 SLE中加速发生的CVD

已有研究发现,全身炎症与动脉粥样硬化之间存在联系,狼疮、风湿性疾病和类风湿性关节炎均可导致CVD,其中动脉病变最为常见[30]。SLE作为一种典型的全身性自身免疫性疾病,特点是先天免疫反应和获得性免疫反应持续激活,因自身抗体过度合成,引起免疫复合物在全身多个部位沉积,使全身多个组织器官受损,其中以心血管系统受累最为明显,最终可引起多器官功能衰竭。有研究认为,引起SLE患者死亡的主要原因是感染、狼疮性肾炎和CVD,其致死率呈双峰模式,早期峰值是狼疮活动,而后期峰值主要是SLE相关的CVD[31]。研究显示,CVD是SLE患者最重要的死亡原因之一,在SLE病程期间的任何时候都可能发生CVD,与普通人群比较,SLE患者呈现出更高的CVD致死率,其中缺血性卒中和心肌梗死的发生率是健康人群的3倍[32-33]。SLE主要影响年轻女性,SLE患者晚期常并发CVD,严重影响患者生活质量[34]。HOOPER等[10]研究发现,SLE患者与对照组比较,CVD的发病风险高2.66倍。应用超声多普勒血管检查和断层扫描等不同成像技术研究,发现SLE患者亚临床动脉粥样硬化的患病率较高,32%的患者颈动脉发现动脉粥样硬化斑块,提示早期颈动脉粥样硬化在预测SLE患者并发CVD中发挥着重要作用[35-36]。一项荟萃分析发现,SLE患者中发生卒中、心肌梗死、CVD和高血压的风险增加[37]。另一方面,SLE的疾病影响因素与基因组表达相互作用,促进SLE患者的炎症反应并抑制SLE患者的抗炎反应,如DNA甲基化和组蛋白修饰的表观遗传机制,SLE患者体内负责启动和延伸促炎反应的基因受到影响[38]。

3.3 ABCA1介导的胆固醇外流途径与SLE相关的CVD的相关性

RONDA等[39]采用放射性同位素标记SLE患者和对照组的血清胆固醇,沉淀血清中的ApoB脂蛋白,获得富含ApoA脂蛋白的血清,血清ApoA脂蛋白用于评估血清中总的HDL水平,反映细胞内胆固醇流出能力。结果显示,SLE患者中ABCA1介导的胆固醇外流较对照组减少,胆固醇流出通道受损。SLE中ABCG1和ABCA1通路介导的胆固醇外流同时受损可能对泡沫细胞的形成、巨噬细胞和内皮细胞的炎症激活有重要影响。SLE患者血清胆固醇流出能力的损伤为SLE患者动脉粥样硬化风险的增加提供了新的机制。一项关于SLE和类风湿关节炎患者高密度脂蛋白胆固醇外排能力差异的研究发现,与类风湿关节炎患者比较,SLE患者的血浆HDL和ApoB水平较高,且SLE患者的胆固醇外流率下降。类风湿关节炎患者的促动脉粥样硬化血脂模式更强,然而SLE患者的胆固醇外流可能比类风湿关节炎患者的损伤更大,这种变化独立于传统的心血管危险因素、他汀类药物的使用、疾病相关数据及与疾病相关的血脂谱其他变化[40]。

一项性别对SLE和类风湿性关节炎易感性影响的研究发现,在男性SLE患者中,启动子中含有雄激素受体元件的ABCA1表达上调,且抗ABCA1自身抗体存在于SLE患者中,并与狼疮动脉粥样硬化的发病机制有关[41]。SLE患者中,抗ABCA1自身抗体与ABCA1结合,减少巨噬细胞胆固醇外流,增加细胞内胆固醇含量,影响ABCA1的功能,加速SLE相关CVD的进程。一项研究分析ABCAl蛋白表达水平在SLE患者动脉粥样硬化形成中的影响,在体外培养人单核细胞株THP-1细胞,通过PMA刺激使细胞膜高表达ABCAl,提取ABCAl蛋白进行定量和鉴定,检测患者和对照组血清中抗ABCAl抗体阳性情况。研究发现,SLE患者ABCAl抗体阳性率明显高于对照组,SLE伴动脉粥样硬化组ABCAl抗体阳性率高于SLE不伴动脉粥样硬化组,且抗ABCA1抗体可抑制SLE患者细胞内的胆固醇外流,加速动脉粥样硬化的发生、发展。ABCA1表达水平对SLE患者并发CVD的发生起到重要作用[42]。

4 小结与展望

ABCA1在SLE患者并发CVD中发挥重要作用,通过介导细胞内胆固醇外流和增强吞噬凋亡细胞作用,对动脉粥样硬化斑块的发生、发展有重要影响。动脉粥样斑块中,巨噬细胞源性泡沫细胞促进斑块进展,其与某些促炎因子(如C反应蛋白和IL)均与动脉粥样硬化斑块的形成直接相关。SLE患者本身的活动性全身性炎症如血管炎和免疫复合物沉积直接介导血管壁损伤,前者进一步加重细胞缺氧,使细胞内ABCA1水平下降,后者是动脉粥样硬化斑块形成的基础。SLE患者血清中存在抗ApoA-Ⅰ抗体和抗HDL抗体,导致血清中ApoA-Ⅰ和HDL水平下降,LDL水平升高,增加动脉粥样斑块形成和破裂的风险。这些因素相互影响,在SLE患者动脉粥样硬化斑块的发生和发展中有重要作用。ABCA1与以上因素的相互作用机制还需进一步研究和探讨,这为ABCA1在SLE早期并发动脉粥样硬化的临床诊断和治疗方面提供新的方向。