極低密度脂蛋白受體與脂代謝研究進展

詹宇紅

極低密度脂蛋白受體(very low density lipoprotein receptor，VLDLR)是一種細胞膜表面的蛋白質，它主要負責結合和內移含載脂蛋白E的脂蛋白，如極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)，向肝外組織提供甘油三酯作為能量來源。早在20世紀80年代初期，同濟醫科大學馮宗忱等人就發現了VLDL可以被巨噬細胞攝取、降解，推測可能存在自身受體代謝途徑，提出了“VLDLR假說”。1992年，Takahashi等成功的克隆了兔的VLDLR，并且闡明了其氨基酸序列和功能域。1994年，Sakai等［1］成功的分離了人的VLDLR基因，分析了其結構和染色體定位。目前，隨著人們對VLDLR的研究不停的深入，已經逐步認識到該受體對脂代謝紊亂，動脈粥樣硬化，胰島素抵抗方面有著重要的影響，并且開始運用分子生物學的技術挖掘它的治療潛力。

一、VLDLR的分子生物學特征

VLDLR屬于低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)家族，VLDLR的基因是完全保守的，在物種之間編碼區也是完全保守的，人VLDLR基因定位于9P24，含19個外顯子，18個內含子，長約40kb。對人和動物VLDLR的研究發現，它們之間的同源性很高，人和兔的VLDLR有96%的氨基酸相同。完整的VLDLR含5個功能域，共846個氨基酸:①VLDLR第1功能域是配體結合域，由氨基末端328個氨基酸構成，位于細胞膜外，其中含40個氨基酸的8個配體結合重復序列(ligand binding repeated sequence，LBR)，而LDLR只有7個LBR，這種重復序列以含6個半胱氨酸殘基為特征，形成3個二硫鍵，LBR1和LBR2、LBR2和LBR3之間存在(螺旋結構，可能與配體結合有關。VLDLR與LDLR結構基本相似，兩者的區別就在第1功能域;②第2功能域是表皮生長因子前體同源域，含396個氨基酸，位于膜外，包含3個表皮生長因子重復序列，每個重復序列又由40個富含半胱氨酸的氨基酸組成，第3個重復序列還有酪-色-蘇-天冬氨酸保守結構;③第3個功能域是O-連接糖鏈結合域，含84個氨基酸，位于膜外，是蛋白質糖基化的主要結合位點，富含絲氨酸、蘇氨酸殘基。該域由單一的外顯子編碼，以O-連接的方式和糖鏈結合;④第4個功能域是跨膜域，含22個疏水性氨基酸，橫跨于漿膜;⑤第5個功能域是胞質域，含54個氨基酸，突出與胞質內，有信號傳導的作用，其中有一段NPXY序列(N:天冬酰胺，P:脯氨酸，X:任意氨基酸，Y:酪氨酸)，對VLDLR簇集于被覆陷窩有關鍵作用。除此之外，VLDLR的氨基末端還有一27個氨基酸的信號序列，推測與蛋白定位有關，無保守性［1］。

二、VLDLR的分類和組織分布

主要根據VLDLR是否含O-連接糖域分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型VLDLR含O-連接糖域，在脂肪酸代謝活躍的心肌，骨骼肌、脂肪組織中大量表達，在脾，腎等組織中也有少量分布。Ⅱ型VLDLR不含O-連接糖域，主要分布于腦中，在脾，腎，睪丸，卵巢，腎上腺等組織中也能少量檢測到。O-連接糖域可能封閉VLDLR對蛋白酶敏感的位點，所以Ⅰ型比Ⅱ型更穩定，并且，O-連接糖域使受體和配體的結合力增強，所以Ⅰ型結合VLDL的能力更強，已有研究發現，Ⅰ型VLDLR在脂代謝和泡沫細胞形成中比Ⅱ型起更重要作用［2］。Ⅱ型主要分布在神經組織，胃癌、乳腺癌等腫瘤組織，可能跟神經組織發育，腫瘤組織發生及轉移有關。

三、VLDLR與脂代謝

VLDLR能攝取降解含載脂蛋白E的脂蛋白如VLDL、β-VLDL、中間密度脂蛋白(intermediated density lipoprotein，IDL)、乳糜微粒殘粒，但是只能攝入極少量的低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)。許多研究表明，該受體可能與內源性甘油三酯從肝臟轉移到脂肪酸代謝活躍的肝外組織如心臟、骨骼肌、脂肪有關，使組織攝取甘油三酯利用脂肪酸獲能。VLDL能通過蛋白激酶C/細胞外信號調節激酶誘導VLDLR的表達，這個作用與VLDLR啟動子轉錄激活有關［3］。在骨骼肌細胞中，葡萄糖作為能量的主要來源，近來研究發現，當葡萄糖缺乏時，能激活AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，促進VLDLR介導的富含甘油三酯的脂蛋白的攝入，可作為能量的補充［4］。胰島素在體內調節糖脂代謝，胰島素能下調Ⅰ型VLDLR蛋白及RNA的表達，上調Ⅱ型VLDLR的表達，因此認為胰島素可能通過對不同VLDLR亞型表達的影響作為調節因子維持葡萄糖和血脂的平衡［5］。脂聯素是脂肪細胞來源的激素，在糖脂代謝中起了重要作用，研究發現，脂聯素能夠通過增加骨骼肌VLDLR表達，促進VLDL內甘油三酯的分解，從而減少血漿甘油三酯水平［6］。蛋白轉換酶PCSK9促進LDLR的降解，是與家族性高膽固醇血癥相關的第3個基因，研究發現PCSK9能控制VLDLR的表達，減少甘油三酯轉移到內臟脂肪細胞，抑制內臟脂肪的形成［7］。

四、VLDLR與動脈粥樣硬化

以往認為，氧化的LDL能被巨噬細胞，平滑肌細胞吞噬，使之形成泡沫細胞，最終發展為粥樣斑塊，近年研究發現，除了LDL，VLDLR與動脈粥樣硬化也有著密切的聯系。血管內皮細胞、平滑肌細胞，單核細胞、巨噬細胞、粥樣斑塊中巨噬細胞來源的泡沫細胞中有VLDLR表達。目前認為VLDLR表達不受甘油三酯和膽固醇的含量調節，細胞可因此不斷地攝取VLDL，不存在負反饋調節，導致細胞內甘油三酯，膽固醇不斷增加，巨噬細胞轉變為泡沫細胞，最終導致了動脈粥樣病變的發展。Eck等將VLDLR陰性小鼠的骨髓移植到VLDLR陽性小鼠，可使VLDLR陽性小鼠動脈粥樣病變面積縮小，反之在VLDLR陰性小鼠中重建VLDLR可使原先的動脈粥樣硬化面積2～7倍的增加。因此認為巨噬細胞表達的VLDLR促進了動脈粥樣病變的發展［8］。Takahashi等［9］認為巨噬細胞VLDLR蛋白表達存在種屬差異。在人類和大鼠動脈粥樣病變中發現VLDLR，但在小鼠巨噬細胞系(Raw264.7和J774.2)以及腹膜巨噬細胞中并未發現，說明在人類、大鼠和小鼠間，動脈粥樣硬化的形成和發展機制存在區別。在HL-1心肌細胞和小鼠心臟中發現，缺氧-缺血誘導的脂質聚集依賴VLDLR的表達。在人的心臟左心室中，VLDLR在缺血部位的表達高于非缺血部位，與心肌細胞中脂滴量相關。VLDLR缺乏小鼠在誘導心肌梗死后，生存率更高，梗死面積減少［10］。

五、VLDLR與胰島素抵抗

關于胰島素抵抗和游離脂肪酸的關系已經有越來越多的證據證明，VLDLR因為與游離脂肪酸代謝相關，所以有人推測VLDLR基因可能是胰島素抵抗的一個候選基因。但Leppert等對1050個個體進行分析，發現空腹胰島素、胰島素抵抗指數與VLDLR基因并無相關性［11］。而在鼠3T3-L1細胞的分化過程中VLDLR表達增加，誘導胰島素抵抗能明顯減少VLDLR的表達，增加TG和膽固醇水平。過氧化物酶體增生物激活受體-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ)是脂肪細胞脂代謝的重要調節因子，控制著與脂代謝相關的基因的表達。VLDLR表達受PPAR-γ調節，通過誘導PPAR-γ的表達，VLDLR的蛋白及mRNA表達相應增加，能加快體內甘油三酯的清除，引起脂肪沉積［12］。在3T3 -L1脂肪細胞中，PPARγ激動劑通過VLDLR啟動子中的敏感序列，以劑量時間依賴的方式上調VLDLR的表達。給予PPARγ激動劑的治療，在VLDLR陽性小鼠中能增加脂肪細胞脂肪的合成和VLDL的攝入，同時VLDLR相應表達增加，進一步證實VLDLR在脂肪分化及介導PPARγ促脂肪形成中起重要作用。但VLDLR是否與PPAR-γ激動劑增加胰島素敏感性有關需要進一步證實。

六、展 望

雖然VLDLR與巨噬細胞向泡沫細胞轉變、動脈粥樣病變的發展有關，但研究發現給予鏈脲佐菌素誘導的2型糖尿病大鼠靜脈注射含VLDLR基因的腺病毒質粒，使血漿甘油三酯、膽固醇減少，空腹胰島素明顯降低，血管動脈粥樣硬化減少［13］。如果將該技術應用于臨床，可能對高脂血癥，動脈粥樣硬化有治療的潛力。氯貝丁酯類降脂藥如吉非羅齊可增加VLDLR表達，進一步讓人們從上調受體表達這點出發去探索治療高脂血癥的新方法。并且，是否能通過轉染VLDLR技術改善胰島素抵抗，也有待于進一步的研究。

1 Sakai J，Hoshino A，Takahashi S，et al.Structure，chromosome location，and expression of the human very low density lipoprotein receptor gene［J］.JBiol Chem，1994，269(3):2173-2182

2 Tian J，BiH，LiY，etal.Function and significance of very low density lipoprotein receptor subtype II［J］.Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci，2005，25(3):229-233

3 Liu ZG，Li H，Li YH，et al.Up-regulation of VLDL receptor expression and its signaling pathway induced by VLDL and beta-VLDL［J］.Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci，2009，29(1):1-7

4 Zenimaru Y，Takahashi S，Takahashi M，et al.Glucose deprivation accelerates VLDL receptor-mediated TG-rich lipoprotein uptake by AMPK activation in skeletalmuscle cells［J］.Biochemical and Biophysical Research Communications，2008，368(3):716-722

5 Cai Z，Li F，Peng C，etal.Effectof insulin on the differentialexpression of VLDL receptor isoforms of SGC7901 cell and its biological implication［J］.Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci，2010，30(5): 551-555

6 Qiao L，Zou C，van derWesthuyzen DR，et al.Adiponectin reduces plasma triglyceride by increasing VLDL triglyceride catabolism［J］.Diabetes，2008，57(7):1824-1833

7 Roubtsova A，Munkonda MN，Awan Z，et al.Circulating proprotein convertase subtilisin/kexin 9(PCSK9)regulates VLDLR protein and triglyceride accumulation in visceral adipose tissue［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2011，31(4):785-791

8 Eck MV，Oost J，Goudriaan JR，et al.Role of themacrophage very -low-density lipoprotein receptor in atherosclerotic lesion development［J］.Atherosclerosis，2005，183，(2):230-237

9 Takahashi S，Ito T，Zenimaru Y，et al.Species differences ofmacrophage very low-density-lipoprotein(VLDL)receptor protein expression［J］.Biochem Biophys Res Commun，2011，407(4):656-662

10 Perman JC，Bostr?m P，Lindbom M，et al.The VLDL receptor promotes lipotoxicity and increases mortality in mice following an acute myocardial infarction［J］.JClin Invest，2011，121(7):2625-2640 11 Hong Y，LeppertM，Lin J，etal.No evidence of linkage between the very-low-density lipoprotein receptor gene and fasting serum insulin or homeostasismodel assessment insulin resistance index:the National Heart，Lung，and Blood Institute Family Heart Study［J］.Metabolism，2000，49:293-297

12 Tao H，Aakula S，Abumrad NN，etal.Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma regulates the expression and function of verylow-density lipoprotein receptor［J］.Am JPhysiol Endocrinol Mrtab，2010，298(1):E68-79

13 Yuan G，Liu Y，Sun T，etal.The therapeutic role of very low-density lipoprotein receptor gene in hyperlipidemia in type 2 diabetic rats［J］.Hum Gene Ther，2011，22(3):302-312