膽固醇代謝異常與相關角化異常性遺傳性皮膚病研究進展

陳付英 李 明

膽固醇代謝異常與相關角化異常性遺傳性皮膚病研究進展

陳付英 李 明

膽固醇(cholesterol)是含有環戊烷多氫菲骨架的一種脂質小分子,是維持細胞膜穩定性的一個重要成份，代謝異常會引起多種角化異常性遺傳性皮膚病。本文就膽固醇代謝異常與相關角化異常性遺傳性皮膚病的研究進展進行綜述。

膽固醇代謝； 基因突變； 遺傳性皮膚病

膽固醇代謝異常會導致一系列非常嚴重的疾病。膽固醇過多會引起動脈粥樣硬化、脂肪肝、冠心病等疾病，膽固醇過少則不能存活。另外，編碼膽固醇代謝通路中間產物的基因發生突變可能會引起一系列遺傳性皮膚病，如非綜合征型視網膜色素變性(Nonsyndromic retinitis pigmentosa)、汗孔角化癥(Porokeratosis，PK)、毛囊性魚鱗病伴隨禿發和畏光綜合征(Ichthyosis follicularis 、atrichia and photophobia，IFAP)、魚鱗病(Ichthyosis)、先天性半側發育不良、魚鱗病樣紅斑及肢體缺陷綜合征(Congenital hemidysplasia、ichthyosiform erythroderma、limb defects，CHILD綜合征)、禿發性棘狀毛囊角化病(Keratosis follocularis spinulosa decalvans, KFSD)等。本文主要就近期研究發現的參與膽固醇代謝的基因突變引起遺傳性皮膚病的研究進展做一綜述。

1 膽固醇代謝與調控過程

膽固醇是含有環戊烷多氫菲骨架的一種脂質小分子,是血脂的主要成份，另外，膽固醇也是維持細胞膜穩定性的一個重要成份。機體所需膽固醇可以由食物攝取也可以由自身合成。細胞以乙酰輔酶A為原料，中間產物甲羥戊酸輔酶A由3-羥基3-甲基戊二酸輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase，HMGCR)催化生成甲羥戊酸，膽固醇合成的關鍵酶甲羥戊酸激酶(Mevalonate kinase, MVK)催化其合成5-磷酸甲羥戊酸,戊酸脫羧酶(Mevalonate diphosphate, MVD)催化磷酸化的5-磷酸甲羥戊酸成為5-二磷酸異戊烯，法尼基二磷酸合酶(Farnesyl diphosphate synthase, FDPS)可催化多種中間產物轉化為二磷酸法尼基，進一步經過多步酶促反應合成膽固醇，磷酸甲羥戊酸代謝途徑對細胞多種代謝過程起重要作用, 提供細胞必要的生物活性分子。該過程嚴格受到其下游產物的負反饋調控:一方面,膽固醇調控元件結合蛋白裂解激活蛋白(SREBP cleavage activating protein，SCAP),通過SCAP-SREBP途徑在轉錄水平抑制膽固醇合成基因的表達；另一方面,膽固醇合成中間體羊毛甾醇可促進HMGCR降解, 從而降低膽固醇合成[1]。

SCAP-SREBP通路：Brown等研究發現了膽固醇調控原件(Sterol regulatory element, SRE)，SRE可被轉錄因子識別并結合從而調控低密度脂蛋白受體(Low density lipoprotein receptor，LDLR)、HMGCR、3-羥基3-甲基戊二酸輔酶A合成酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A synthase，HMGCS)等基因的轉錄表達[2]。隨后Wang等發現可以識別并結合SRE元件的膽固醇調控元件結合蛋白(Sterol regulatory element binding protein，SREBP)，SREBP是膜結合轉錄因子，對控制脂肪酸及膽固醇合成、攝取的基因轉錄進行反饋調節[3]。SREBP蛋白通過被位點-1蛋白酶(Site-1 Protease，S1P)，位點-2蛋白酶(Site-2 Protease，S2P)蛋白酶剪切調控活性,剪切可被高膽固醇所抑制。在膽固醇缺乏時，S1P裂開SREBPα/β亞單位前體，激活SREBP促進其下游靶基因的表達，同時,SREBP-SCAP復合物從內質網泌出經COP-II-包被的小泡轉向高爾基體，促進HMGCR轉錄，從而上調脂質合成[4]。Nohturfft等發現SCAP基因突變后使SREBP剪切不再受膽固醇的調控[5,6]。Yang等發現SCAP結合的蛋白為SREBP的靶基因:Insig-1,當細胞內高膽固醇水平時,Insig-1蛋白主要通過與SCAP的SSD區域結合,抑制SREBP成熟剪切，從而得到調控膽固醇代謝的目的[7]。

HMGCR降解通路：HMGCR是膽固醇合成的限速酶，在轉錄水平上,HMGCR mRNA含量主要受到SREBP的調控。在翻譯后水平上,HMGCR蛋白主要受到泛素-蛋白酶體途徑的調節。當細胞內膽固醇水平升高時,Insig-1結合HMGCR,同時還結合HMGCR蛋白泛素-蛋白酶體途徑降解的泛素連接酶：gp78,使HMGCR泛素化，泛素化的HMGCR被迅速遞送到蛋白酶體進行降解, 從而降低細胞內合成膽固醇的速率[8]。Cao等發現蛋白降解過程相關的調控蛋白：Ufd1蛋白[9]。Ufd1可以加速HMGCR降解, 減少細胞內膽固醇的合成。gp78也參與了Insig-1的泛素化-蛋白酶體降解途徑,降解Insig-1,解除Insig-1對SREBP通路的抑制, 激活其下游靶基因的表達, 從而上調脂質合成，以實現對膽固醇代謝的精密調控[10]。

2 膽固醇代謝通路與角化異常性遺傳性皮膚病

最新研究發現編碼膽固醇代謝通路中間產物的相關基因突變會引起數種角化異常性遺傳性皮膚病，如汗孔角化癥、毛囊性魚鱗病伴隨禿發和畏光綜合征、禿發性棘狀毛囊角化病等。

2.1 汗孔角化癥(Porokeratosis,PK) 汗孔角化癥是一種罕見的表皮角化異常的常染色體顯性遺傳性皮膚病，臨床表現為離心分布的多個中央萎縮、周邊隆起的角化皮損，其特征性組織病理特點為角樣板的出現。臨床上通常分為五型：播散性淺表性光化性汗孔角化癥(Disseminated superficial actinic porokeratosis,DSAP)，播散性表淺性汗孔角化癥(Disseminated superficial porokeratosis, DSP)，經典型Mibelli汗孔角化癥(Porokeratosis of Mibelli,PM)，掌跖合并播散性汗孔角化癥(Porokekratosis palmaris plantataris et dissiminata, PPPD)，線性汗孔角化癥(Linear porokeratosis, LP)。

2012年，Lu[11]等發現在33%的家族性DSAP病人和16%的散發患者中MVK基因存在突變。MVK基因編碼的甲羥戊酸激酶參與膽固醇和類異戊二烯的生物合成[12]。Zeng等在兩例同時患DSAP和PM的病人中發現MVK基因突變，提示PM和DSAP可能源于同一個MVK基因突變[13]。MVK基因突變同時也會引起甲羥戊酸尿，呈常染色體隱性遺傳模式，所以該基因突變可能引起多種疾病的表型。2015年，Zhang等對134例汗孔角化癥患者的12個膽固醇代謝通路相關基因進行大規模測序及外顯子CNV篩選，發現除甲羥戊酸途徑的MVK突變外，還存在PMVK、MVD和FDPS基因突變[14]。隨后，Zhang等在4個生殖器型汗孔角化癥患者中發現PMVK基因突變，推測該基因突變可能是導致此型PK的原因。Zhang等觀察到50%(19/38)的MVK突變病人有直徑5 cm 以上伴隨皮損的斑塊樣汗孔角化癥(Porokeratosis ptychotropica, PPt)，在MVD、PMVK、FDPS突變的患者中未觀察到這一表型，推測其可能是MVK突變的特異表型，另外，MVK突變患者的表型變異通常較大，MVD和FDPS患者的表型有一定同源性，如MVD突變汗孔角化癥患者的皮損直徑通常在2 cm以下，伴隨FDPS突變的患者通常皮損數目較多而直徑小于1 cm。MVD和FDPS突變皮損相較于MVK和PMVK突變表淺。通過等位基因表達差異分析,Zhang等發現野生型等位基因在大多數皮損組織(>77%)的表達有不同程度明顯下降，在多數病例可能源于未知的DNA甲基化依賴的表觀遺傳機制[14]。隨后，本課題組對21例PK家系進行研究，通過對PCR產物進行直接測序我們發現3個異常的以及7個以前發現過的突變。在該PK群體中最常見的突變是MVD基因編碼的p.Phe249Ser和p.Asn292Ser突變，他們的發生率分別為27.3%及13.6%。遺憾的是，在5例散發病例中我們沒有發現突變，該突變的發現有助于汗孔角化癥的基因診斷及產前咨詢。同時我們也首次發現MVD基因突變跟掌跖型汗孔角化癥的播散發展有關[15]。

除了以上4個膽固醇代謝相關基因以外，有學者通過對患DSAP的兩個中國家系進行全外顯子組測序發現SLC17A9基因存在兩個錯義突變[16]。Lu等通過全基因組連鎖及Sanger測序發現SSH1基因和SART3基因在兩個患DSAP的中國家系中被發現，推測其可能是DSAP的致病基因[11]。然而，這一發現沒有在后續診斷的其他的DSAP家系中得到證實，據此，Frank等推測SSH1及SART3變異可能只是一個單核苷酸多態而不是一個真正的突變[17]。

2.2 毛囊性魚鱗病伴隨禿發和畏光綜合征(Ichthyosis follicularis 、atrichia and photophobia，IFAP) 毛囊性魚鱗病伴隨禿發和畏光綜合征(IFAP)是一種少見的X連鎖遺傳的疾病[12]。臨床表現為毛囊性魚鱗病、部分或全部禿發及畏光，可能伴隨角膜炎、瞼炎、牙釉質發育不全。

Oeffner等研究發現其致病基因為膜結合轉錄因子肽酶，位點2蛋白酶(Membrane-bound transcription factor peptidase，site-2-protase, MBTPS2)[18]，他們對IFAP患者的mRNA進行RT-PCR分析發現MBTPS2基因內含子突變導致外顯子錯誤剪接，影響MBTPS2拼接，繼而引起IFAP綜合征。MBTPS2是一種膜包被的鋅金屬蛋白酶，激活膽固醇控制轉錄的信號蛋白和內質網壓力反應。在負反饋調控機制中，SREBP活性域被MBTPS2裂開 ，隨后被轉運至胞核作為LDL受體基因等多種靶基因的轉錄因子。同時參與另外一種裂解酶，即膜結合轉錄因子肽酶，位點1蛋白酶(Membrane-bound transcription factor peptidase，site-1-protase, MBTPS1)。該酶MBTPS1基因編碼，是一種膜結合的絲氨酸蛋白酶。典型的膜結合S1P亞基是膽固醇調控原件結合蛋白SREBP1和SREBP2,在脂質代謝和膽固醇穩態中起主要作用。當膽固醇缺乏時,S1P會激活SREBP，但 MBTPS1基因突變導致人類何種疾病，目前仍未知。

2.3 禿發性棘狀毛囊角化病(Keratosis follocularis spinulosa decalvans, KFSD) 禿發性棘狀毛囊角化病是一種少見的X連鎖隱性遺傳病，臨床表現以頭皮過度角化丘疹為特征，隨后出現頭皮、睫毛、眉毛進行性禿發[19]。研究發現KFSD的致病基因同樣為MBTPS2基因，該基因突變導致MBTPS2酶活性下降，從而影響蛋白正常功能，表現為對膽固醇反應能力明顯降低[20]。研究發現，MBTPS2活性下降影響表皮結構分化并引起多種表型[20]。

到目前為止，已經發現MBTPS2基因存在21種突變，其中錯義突變19種、剪接2種，Arg429His突變是最常見的導致嚴重IFAP/BRESHECK綜合征的病因， IFAP/KFSD的主要致病突變為Gly500Asp和Asn508Ser,這兩種拼接突變常與嚴重的表型相關。而MBTPS2基因存在錯義突變的女性攜帶者可能表現為輕度IFAP/KFSD表型[21]。Bornholdt等對MBTPS2突變的男性患者基因型-表型關系進行研究發現，羧基端和氨基端的基因突變更有可能和輕度IFAP綜合征表型相關；羧基端氨基酸改變大多表現為IFAP/KFSD綜合征伴隨進行性禿發；跨膜位點的突變經常引起嚴重的IFAP綜合征[22]。本課題組報道1例漢族IFAP/KFSD患者，并發現一個MBTPS2基因致病突變，即c.599C>T，推測該突變導致編碼的氨基酸殘基由丙氨酸轉變為纈氨酸，即p.Ala200Val，該突變位于MBTPS2蛋白的羧基端，患兒臨床表現為相對輕的IFAP/KFSD綜合征，符合以往研究的基因型-表型關系。研究發現存在相同突變的MBTPS2相關疾病表現為一定程度的表型異質性，提示除了突變位點，尚存在其他影響表型的因素[23]。

3 展望

膽固醇在體內發揮重要生理作用，其代謝在體內受到精密調控，膽固醇代謝通路上任一過程發生異常，均有可能致體內膽固醇水平異常，膽固醇代謝異常對于皮膚角質形成細胞的影響是巨大的，破壞細胞屏障，導致角化異常性遺傳性皮膚病。目前，已經發現多種基因突變可影響膽固醇代謝通路中間產物，影響膽固醇代謝。但是，我們對膽固醇代謝異常導致皮膚角化異常的可能機制知之甚少，尚未發現有效的治療方法。

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(收稿：2016-05-23 修回：2016-05-30)

Update of the abnormal cholesterol metabolism and keratinization genodermatosis

CHENFuying,LIMing.

DepartmentofDermatology,XinhuaHospitalAffiliatedtoShanghaiJiaotongUniversitySchoolofMedicine,Shanghai200092,China

LIMing,E-mail:liming01@xinhuamed.com.cn

Cholesterol is a kind of lipid molecule and plays an important role in the maintaining the stability of cell membrane. The abnormal cholesterol metabolism can cause a variety of abnormal keratinization genodermatosis, which is reviewed in this article.

cholesterol metabolism; gene mutation; genodermatosis

上海交通大學醫學院高峰高原計劃“研究型醫師”項目(編號：20161417)

上海交通大學醫學院附屬新華醫院，上海，200092

李明，E-mail: liming01@xinhuamed.com.cn