前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9的相關(guān)研究進(jìn)展

毛承譽(yù)　卜軍

【摘要】前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9（Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9）基因是前蛋白轉(zhuǎn)化酶中的一種，與膽固醇代謝息息相關(guān)的基因，是影響心腦血管疾病的重要因子，近年來(lái)關(guān)于PCSK9的研究逐漸增多，其生物學(xué)效應(yīng)及在疾病中的作用日益受到關(guān)注。目前諸多研究證實(shí)PCSK9參與多種機(jī)體重要的功能，主要包括調(diào)節(jié)膽固醇代謝，促進(jìn)肝臟再生，影響神經(jīng)細(xì)胞凋亡，參與炎癥反應(yīng)等。本文就PCSK9在組織及器官上的表達(dá)和作用以及其與炎癥反應(yīng)和心肌梗死的關(guān)系做一綜述。

【關(guān)鍵詞】PCSK9；基因表達(dá)；氧化應(yīng)激；炎癥反應(yīng)；心肌梗死

【中圖分類(lèi)號(hào)】R541.4；R589.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】ISSN.2095-6681.2015.10..04

PCSK9屬于前蛋白轉(zhuǎn)化酶家族，全身的大部分器官組織中都存在PCSK9[1]。近年來(lái)大量關(guān)于PCSK9的研究發(fā)現(xiàn)其主要的生物學(xué)功能是參與膽固醇代謝，調(diào)節(jié)血脂水平，其中PCSK9功能缺失型和功能獲得型突變與膽固醇血癥的發(fā)生密切相關(guān)。此外，還發(fā)現(xiàn)PCSK9在器官發(fā)育、細(xì)胞凋亡以及炎癥過(guò)程中有著重要意義[2-3]。

1 PCSK9在器官及組織上的表達(dá)及功能

1.1 PCSK9在肝臟上的表達(dá)及功能

雖然PCSK9在全身的大部分器官組織中都存在，如肝腎腦脾及空回腸，只有肝臟中的PCSK9可分泌入血[4]。早期已有研究表明，人體肝臟中PCSK9含量最高，成年人肝臟中PCSK9水平與胎兒肝臟中的相比，后者更高，PCSK9的表達(dá)在肝臟生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)更加明顯，由此判斷在肝臟的再生過(guò)程中PCSK9發(fā)揮著一定的作用[5]。亦有研究發(fā)現(xiàn)在肝臟部分切除條件下，以PCSK9基因敲除的小鼠為實(shí)驗(yàn)組，正常小鼠為對(duì)照組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠的衰老率和死亡率明顯高于對(duì)照組；兩組小鼠免疫細(xì)胞比較，實(shí)驗(yàn)組增殖細(xì)胞核抗原出現(xiàn)時(shí)間明顯晚于對(duì)照組，且表達(dá)量也低于對(duì)照組；并且在對(duì)照組小鼠的肝臟周邊有壞死現(xiàn)象發(fā)生，該研究結(jié)論說(shuō)明，正常小鼠肝臟細(xì)胞的再生能力較PCSK9基因敲除小鼠的強(qiáng)[6]。Petar等在近期發(fā)表的一項(xiàng)研究表明，PCSK9在肝臟上亞細(xì)胞群中的表達(dá)也各有不同，通過(guò)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、蛋白印記、亞細(xì)胞分離、免疫熒光等方法發(fā)現(xiàn)PCSK9-mRNA在肝癌FAO-1細(xì)胞系中表達(dá)最高，該類(lèi)細(xì)胞中的低密度脂蛋白受體（LDL receptor，LDLR）表達(dá)也較高。而PCSK9的表達(dá)在產(chǎn)生載脂蛋白B（apolipoprotein B100，APOB）的細(xì)胞群中偏高，其次PCSK9在胎兒肝臟中的表達(dá)水平也具有較高水平，而PCSK9的表達(dá)受膽固醇水平的影響最大[7]。然而，至今，PCSK9作用于肝細(xì)胞表面導(dǎo)致LDLR降解的具體機(jī)制尚不完全明確。有關(guān)于人肝癌細(xì)胞來(lái)源的HepG2細(xì)胞的研究，提示淀粉樣蛋白β前體樣蛋白2抗體（APLP2）可能在介導(dǎo)PCSK9-LDLR復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體的過(guò)程中發(fā)揮重要的作用[8]。因此，目前有諸多PCSK9抑制劑在調(diào)節(jié)血脂代謝方面的研究，表面其能有效降低高膽固醇血癥的發(fā)生，可能成為高效的新一代降脂藥。

1.2 PCSK9在神經(jīng)系統(tǒng)的表達(dá)及功能

PCSK9影響神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。PCSK9主要編碼神經(jīng)細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化酶1（NARC-1）蛋白，而NARC-1可以直接影響到神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。有學(xué)者研究PCSK9在神經(jīng)細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制，提示造成神經(jīng)細(xì)胞凋亡的主要因素與PCSK9對(duì)體內(nèi)載脂蛋白E受體水平的影響有關(guān)，因此，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比，PCSK9基因敲除小鼠的顆粒神經(jīng)元細(xì)胞凋亡率較低。此外，在其余器官組織中的研究表明，PCSK9并不僅僅影響神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，對(duì)于其他細(xì)胞的損傷凋亡亦有一定的作用。有關(guān)PCSK9在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)通路中的研究，提示PCSK9對(duì)RNA具有干擾作用，上調(diào)可使凋亡蛋白量增加，下調(diào)可使凋亡蛋白量減少，并造成內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生損傷、凋亡[9]。

PCSK9在神經(jīng)組織內(nèi)發(fā)揮的作用與肝臟不同。目前關(guān)于PCSK9在腦組織中的研究主要集中在體外實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物試驗(yàn)，在人體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)較少。在腦組織中PCSK9不同于肝臟，不與LDLR受體結(jié)合。在小鼠的發(fā)育期及成年期腦組織中，PCSK9與LDLR共同表達(dá)，但是在PCSK9基因敲除的小鼠腦組織中，LDLR水平與未敲除PCSK9基因的野生型小鼠相似。由此說(shuō)明，PCSK9基因?qū)π∈竽X組織中的LDLR影響極小。與肝臟的調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝作用不同的是，PCSK9可以下調(diào)缺血性腦卒中小鼠的LDLR水平。小鼠小腦中多表達(dá)PCSK9、極低密度脂蛋白、載脂蛋白E受體，但僅有較少的LDLR，或者不表達(dá)LDLR。小鼠腦組織中PCSK9與極低密度脂蛋白、載脂蛋白E受體協(xié)同作用，調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，中樞神經(jīng)系統(tǒng)PCSK9的作用底物不明確，但是范圍較為廣泛[10]。

1.3 PCSK9在其他器官及組織的表達(dá)及功能

大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，動(dòng)物機(jī)體腦組織中的PCSK9結(jié)合的細(xì)胞膜受體與肝臟的不同，因此表達(dá)作用不同。腦組織中PCSK9具有變化性，PCSK9的表達(dá)于胚胎時(shí)期具有短時(shí)間的高表達(dá)特點(diǎn)。胚胎時(shí)期在13.5天時(shí)，端腦中PCSK9的表達(dá)最高，而小腦中PCSK9表達(dá)最高時(shí)期則是在胚胎時(shí)期的17.5天至出生后的19天。PCSK9基因敲除小鼠胰島中LDLR的表達(dá)明顯高于正常小鼠，前者不但出現(xiàn)葡萄糖不耐受、血糖增高的現(xiàn)象，而且其胰島形態(tài)發(fā)生異常，如：早期凋亡、出現(xiàn)炎癥、發(fā)生畸形等，這些現(xiàn)象可說(shuō)明PCSK9對(duì)維持胰島正常功能具有重要意義[11]。

2 PCSK9與氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)的關(guān)系

PCSK9與血管炎癥之間存在著一定的聯(lián)系。大量研究表明，常見(jiàn)的心血管疾病，如：高血壓、高血脂、糖尿病等以及吸煙均可導(dǎo)致炎癥的發(fā)生，其中高血脂可使全身發(fā)生炎癥反應(yīng)。有研究人員通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，證實(shí)動(dòng)物常常食用脂肪含量較高的食物，可導(dǎo)致體內(nèi)IL-1、IL-6、TNF-α的表達(dá)增加[12-13]，且明顯高于正常飲食的動(dòng)物。而PCSK9對(duì)肝細(xì)胞LDLR具有降解作用，同時(shí)可降低血漿中LDL清除率，導(dǎo)致血脂水平不斷升高，從而間接引發(fā)炎癥反應(yīng)[14]。

Feingold等以小鼠為研究對(duì)象，試驗(yàn)中小鼠體內(nèi)注入內(nèi)毒素，以刺激炎癥反應(yīng)的發(fā)生，結(jié)果發(fā)現(xiàn) 小鼠體內(nèi)LDLR水平下降，而LDLR mRNA 水平未出現(xiàn)任何變化. 通過(guò)進(jìn)一步的檢測(cè)表明，當(dāng)小鼠體內(nèi)注入內(nèi)毒素后，其肝細(xì)胞內(nèi)PCSK9 mRNA的表達(dá)增加，且隨著時(shí)間的推移，其增加更明顯，毒素注入4 h增加2.5倍，注入時(shí)間達(dá)38 h增加12.5倍，而腎臟PCSK9 mRNA水平也發(fā)生了變化，增加了3倍[15]。常見(jiàn)可引起炎癥的物質(zhì)中，除了內(nèi)毒素，還有松節(jié)油、酵母聚糖等，這些物質(zhì)均對(duì)肝臟PCSK9的表達(dá)具有促進(jìn)作用[16-17]。

在此基礎(chǔ)上，有研究通過(guò)比較基線(xiàn)水平及脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導(dǎo)的炎癥條件下的凝素樣氧化型低密度脂蛋白受體1（Lectin-like ox-LDL receptor-1，LOX1）和PCSK9表達(dá)水平，其結(jié)果顯示，在LPS誘導(dǎo)的炎癥狀態(tài)下，在血管內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞上，PCSK9及LOX-1的表達(dá)較基線(xiàn)水平明顯增高，且呈LPS濃度依賴(lài)型，而平滑肌細(xì)胞增高的程度高于血管內(nèi)皮細(xì)胞。此外通過(guò)siRNA敲除的PCSK9細(xì)胞中，其LOX-1的功能和表達(dá)也有相應(yīng)下降，反之亦然。而LOX-1基因敲除的細(xì)胞也呈現(xiàn)出較低表達(dá)的PCSK9水平，反之亦然。由此可見(jiàn)，炎癥會(huì)增強(qiáng)LOX-1及PCSK9的表達(dá)，而lOX-1及PCSK9之間也存在相互影響[18]。

有研究表明[19]，OX-LDL可促進(jìn)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)的發(fā)生，而此時(shí)PCSK9的表達(dá)明顯增多，且相應(yīng)的腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素-1等炎癥因子分泌增多，后通過(guò)PCSK9干擾RNS使得PCSK9表達(dá)沉默后，降低了炎癥因子的合成及分泌，從而抑制了炎癥反應(yīng)。還有研究[20]提示PCSK9能降解抗炎、抗凋亡作用的ApoE受體2?？梢?jiàn)，炎癥反應(yīng)的發(fā)生與PCSK9具有一定的聯(lián)系，但炎癥反應(yīng)本身即是一個(gè)極其復(fù)雜的病理過(guò)程，其具體的作用機(jī)制還未完全地被闡明，受到了臨床研究者的關(guān)注，因此還需進(jìn)行更多的相關(guān)研究，以進(jìn)一步明確。

2.4 PCSK9與心肌梗死

心肌梗死屬于一種嚴(yán)重類(lèi)型的冠狀動(dòng)脈疾病，其發(fā)病率較高且逐年增加，具有發(fā)病急、病情重、病死率高的特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康。關(guān)于心肌梗死候選基因研究的理論基礎(chǔ)確定為其部分基因由于編碼的蛋白質(zhì)增加，從而導(dǎo)致心肌梗死的發(fā)病[21]。研究表明心肌梗死患者體內(nèi)伴有SREBP-2活化現(xiàn)象，該轉(zhuǎn)錄因子于6 h、12 h時(shí)明顯上升，這一發(fā)現(xiàn)說(shuō)明心肌梗死對(duì)SREBP-2的表達(dá)具有上調(diào)的作用；HNF1-α因子的轉(zhuǎn)錄表達(dá)時(shí)間早于SREBP-2，而HNF1-α可調(diào)控PCSK9 mRNA的表達(dá)；于12 h后，PCSK9水平變化主要來(lái)自SREBP-2的影響。上述現(xiàn)象說(shuō)明，SREBP-2、HNF1-α二者均對(duì)PCSK9的表達(dá)具有調(diào)控作用，且前者發(fā)揮調(diào)控作用的時(shí)間[22]早于后者。

近期由渥太華大學(xué)及埃默里大學(xué)發(fā)表的兩項(xiàng)回顧性研究（OHGS及EmCB研究）顯示，在OHGS研究中，共納入3273例符合條件的冠心病患者，其中1371例存在急性心?；蛐墓２∈罚?99例心梗病史，572例急性心肌梗死），心梗組中有94例（6.8%）（45例急性心梗及49例心梗病史）未行他汀治療。結(jié)果表明，45例未行他汀治療的急性心肌梗死患者組中血漿PCSK9水平（363.56±140 ng/mL）明顯高于398例無(wú)心梗相關(guān)冠心病組（302.06±91.3 ng/mL，p=0.004）。而在49例心梗病史患者組中，其PCSK9水平（315.96±107.5 ng/mL）與無(wú)心梗相關(guān)病史的冠心病組患者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p=0.977）。而相同的研究結(jié)論在EmCB研究中也得以體現(xiàn)[23-24]，可見(jiàn)，PCSK9水平在急性心梗病程中是有明顯升高的，但PCSK9水平升高是在急性心梗發(fā)生前抑或是作為心梗事件的結(jié)果目前尚無(wú)進(jìn)一步研究。

到2003年，第三個(gè)高膽固醇血癥相關(guān)基因被發(fā)現(xiàn)，即PCSK9。這就使得PCSK9與心肌梗死的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)，明確PCSK9在心肌梗死中的重要作用。后期關(guān)于PCSK9在心肌梗死發(fā)生發(fā)展中的大量研究，提示缺乏PCSK9能明顯延緩心肌梗死的發(fā)生，過(guò)量的PCSK9則加速心肌梗死的進(jìn)展。具體機(jī)制考慮為肝臟中的PCSK9參與膽固醇代謝，在肝細(xì)胞表面降解低密度脂蛋白受體，進(jìn)而減少其與LDL-C的結(jié)合，導(dǎo)致血液中LDL-C水平升高，誘發(fā)心肌梗死。而且PCSK9還可通過(guò)其他途徑促進(jìn)心肌梗死的發(fā)生，如與血管炎癥之間也存在著一定的聯(lián)系。尤其是抑制PCSK9的表達(dá)能明顯降低機(jī)體LDL-C水平，減少高血壓、高血脂、動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病的發(fā)生，從而降低心肌梗死的發(fā)病率。因此，應(yīng)該結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道，提高對(duì)PCSK9的全面認(rèn)識(shí)，這對(duì)明確心肌梗死的發(fā)生機(jī)制，全新了解心肌梗死具有重要意義，為臨床治療開(kāi)辟了一條新道路。

3 結(jié) 語(yǔ)

機(jī)體中膽固醇代謝的調(diào)節(jié)、肝臟再生、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞的凋亡均與PCSK9有關(guān)，其對(duì)多種疾病的發(fā)病機(jī)制具有不同程度的影響。目前，人們認(rèn)為導(dǎo)致膽固醇代謝發(fā)生異常有三大因素，而PCSK9表達(dá)異常為其中之一。因此，探討、了解PCSK9的突變情況、分泌特點(diǎn)、所參與的生化代謝過(guò)程，對(duì)患心腦血管的風(fēng)險(xiǎn)，其嚴(yán)重程度以及引發(fā)膽固醇代謝發(fā)生異常的因素的評(píng)估具有重要意義。研究并制備抑制PCSK9藥物可能成為今后預(yù)防、治療高血脂、高膽固醇、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的主要方向，以此提高檢測(cè)及治療的成功率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李文龍，裴衛(wèi)東.人類(lèi)枯草溶菌素轉(zhuǎn)化酶9基因影響膽固醇代謝的研究進(jìn)展[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床，2008，28（6）：629-632.

[2] Kosenko T，Golder M，Leblond G，et al.Low density lipoproteinbinds to proprotein convertase subtilisin/kexin type-9（PCSK9） in human plasma and inhibits PCSK9-mediated low density lipoprotein re-ceptor degradation[J].J Biol Chem，2013，288（12）：8279-8288.

[3] Desai，N.R，Giugliano，R.P，Zhou，J.et al.AMG 145，a monoclonal antibody against PCSK9，facilitates achievement of national cholesterol education program-adult treatment panel III low-density lipoprotein cholesterol goals among high-risk patients： An analysis from the LAPLACE-TIMI 57 trial（LDL-C assessment with PCSK9 monoclonaL antibody inhibition combined with statin thErapy-thrombolysis in myocardial infarction 57）[J].Journal of the American College of Cardiology，2014，63（5）：430-433.

[4] Luna Saavedra YG，Zhang J，Seidah NG. PCSK9 prosegment chimera as novel inhibitors of LDLR degradation[J].PLoS One，2013，8（8）：113.

[5] Seidah N G，Benjannet S，Wickham L，et a1.The secretory proprotein convertase neural apoptosis-regulated convertase 1（NARC-1）：liver regeneration and neuronal differentiation[J].Proe Natl Acad Sci U S A，2003，100（3）：928-933.

[6] Zaid A，Roubtsova A，Essalmani R，et a1.Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9（PCSK9）：hepatocyte-specific low-density lipoprotein receptor degradation and critical role in mouse liver regeneration[J].Hepatology，2008，48（2）：646-654.

[7] Grozdanov PN，Petkov PM，Karagyozov LK，Dabeva MD.Expression and localization of PCSK9 in rat hepatic cells.Biochem Cell Biol.2006 Feb，84（1）：80-92.

[8] Butkinaree C，Canuel M，Essalmani R，et a1.Amyloid precursor-like protein 2 and sortilin do not regulate the PCSK9 convertase-mediated low density lipoprotein receptor degradation but interact with each other[J].Biol Chem，2015，17：180.

[9] Poirier S，Prat A，Marcinkiewicz E，et a1.Implication of the proprotein convertase NARC-1/PCSK9 in the development of the nervous system[J].Neurochem，2006，98（3）：838.

[10] Lambert G，Charlton F，Rye K A，et al. Molecular basis of PCSK9 function[J].Atherosclerosis，2009，203（1）：1-7.

[11] Fattori E，Cappelletti M，Lo Surdo P，et al.Immunization against pro-protein convertase subtilisin-like/kexin type 9 lowers plasma LDL-Cholesterol levels in mice [J].J Lipid Res，2012，53（8）：1654-1661.

[12] 張亞軍，王 茹，P.R.Mabounda Kounga等.不同濃度低氧暴露對(duì)慢性疲勞綜合征建模小鼠血清IL-6、TNF-α及IL-1β水平的影響[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2013，32（6）：507-513.

[13] 侍 陽(yáng)，宋慶偉，于生才，等.肝癌模型大鼠肝硬化期IL-1β、IL-6、TNF-α的水平變化及作用機(jī)制[J].中國(guó)老年學(xué)雜志，2013，33（22）：5663-5665.

[14] Grozdanov PN，Petkov PM， Karagyozov LK， et al.Expression and localization of PCSK9 in rat hepatic cells[J].Biochem Cell Biol，2006，84（1）：80-92.

[15] Feingold K R，Moser A H，Shigenaga J K，et al.Inflammationstimulates the expression of PCSK9[J].Biochem Biophys ResCommun，2008，374（2）：341-344.

[16] Feingold K R，Moser A H，Shigenaga J K，et al.Inflammationstimulates the expression of PCSK9[J].Biochem Biophys ResCommun，2008，374（2）：341-344.

[17] 劉錄山，謝 閔，姜志勝，等.pcsk9 siRNA 對(duì)oxLDL誘導(dǎo)的THP-1源性巨噬細(xì)胞凋亡的影響.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展[J]，2009，36（3）：323-330.

[18] Ding Z，Liu S，Wang X，Deng X，F(xiàn)an Y，Shahanawaz J，Shmookler Reis RJ，Varughese KI，Sawamura T，Mehta JL.Cross-talk between LOX-1 and PCSK9 in vascular tissues[J].Cardiovasc Res，2015，19.

[19] Cohen J，Pertsemlidis A，Kotowski IK，et al.Low LDL cholesterol in individuals of African descent resulting from frequent nonsense mutationsin PCSK9.Nat Genet，2005，37：161-165.

[20] 郭 雯，付真真，崔 琴，等.前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9在絕經(jīng)前后女性中的差異[J].中華內(nèi)分泌代謝雜志，2013，29（1）：46-49.

[21] 劉 俊.急性心肌梗死及短期應(yīng)用降脂藥對(duì)PCSK9的影響[D].北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院，2013.

[22] Zhang Y， Liu J， Li S，et al.Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 expression is transiently up-regulated in the acute period of myocardial infarction in rat[J].BMC Cardiovasc Disord，2014，17（14）：192.

[23] Stewart AFR，Dandona S，Chen L，et al.（2009） Kinesin family member 6 variant Trp719Arg does not associate with angiographically defined coronary artery disease in the Ottawa Heart Genomics Study[J].J Am Coll Cardiol，2014，53：1471-1472.

[24] Chan K，Patel RS，Newcombe P，et al.（2013）Association between the chromosome 9p21 locus and angiographic coronary artery disease burden：a collaborative meta-analysis[J].Am Coll Cardiol，2014，61：957-970.