家族性高膽固醇血癥及其病理、診斷和治療研究進展

王麗娟 卜慶梅

(1魯東大學生命科學學院 煙臺 264025； 2首都師范大學生命科學學院 北京 100048)

1939 年，挪威醫生Carl Müller 發現了一種遺傳病──家族性高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia，FH)，它會引起致命的腦血栓和心臟病。該病患者血液中膽固醇的濃度比正常人高出數倍，兒童時期就可能患上心臟疾病。FH是一種生來就有的代謝障礙性疾病，從基因角度看是一種單基因決定的常染色體顯性遺傳病。上個世紀六十年代中期到七十年代早期，科學家發現此癥臨床上存在雜合型和純合型兩種形式。雜合型比較常見，約占500分之一，出生時血漿中的低密度脂蛋白數量是正常人的兩倍，并且不同程度地患冠心病，皮膚常伴發肌腱黃色瘤；純合型約占百萬分之一，出生時血漿中低密度脂蛋白濃度是正常人的6～10倍，往往在幼年時期便患上心臟疾患，并表現為皮膚平坦黃色瘤癥狀，甚至在30歲之前就可能面臨心肌梗塞而死亡的風險[1]。 根植于純合型FH的罕見類型，本病作為科學實驗模型吸引了科學工作者的關注。布朗(Brown)和格爾德斯坦(Goldstein)即是其中兩位開展FH研究的知名科學家，并因在膽固醇代謝機制研究中的卓越貢獻而共同獲得1985年諾貝爾生理學或醫學獎。本文綜述家族性高膽固醇血癥的發病機理、診斷和治療研究進展。

1 家族性高膽固醇血癥的病理

研究發現，膽固醇具有調整膜的流動性、維持細胞與外環境間的屏障和作為類固醇類激素和膽酸的原材料等重要功能，而高水平的血液膽固醇含量會加速動脈粥樣硬化，從而引發心臟病和中風等。膽固醇作用的這種正負兩重性，吸引了生理學家對膽固醇代謝之謎的高度關注。研究揭示，人血漿中的膽固醇有外源性和內源性兩種。1964年Bloch發現，3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase，HMGR)是體內膽固醇生物合成中的限速酶[2]。膽固醇不溶于水，必須由脂蛋白進行運輸。其中低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)是運載膽固醇的主要脂蛋白。

布朗等首先提出了家族性高膽固醇血癥成因的反饋調控缺失假設，即由于反饋調控缺失而致終末產物未能抑制膽固醇合成，并希望通過對這種假設的驗證，闡明家族性高膽固醇血癥的基本調控機制。研究中，布朗等分離純化了HMGR，并選擇人的皮膚成纖維細胞作為實驗材料進行體外微測定。實驗結果表明，HMGR活性表現為負調控：無脂蛋白時，酶活性升高；而添加脂蛋白，酶活性則會受到抑制，且抑制酶活性的脂蛋白屬于LDL[3]。

在此基礎上，他們進一步假設可能是HMGR的調控發生異常導致了家族性高膽固醇血癥。布朗等運用同樣的體外實驗系統，對比了FH患者和正常人成纖維細胞的HMGR活性，發現純合型FH患者HMGR的活性是正常人的40～60倍，并且不存在反饋調控。酶學分析顯示，正是HMGR反饋調控的缺失引起了膽固醇合成調控的缺陷[4]。 接著，布朗等進一步通過實驗排除了酶自身結構基因突變的異常和患者血漿低密度脂蛋白的影響等因素，并發現胞外LDL對純合型高膽固醇血癥患者調控活性的喪失是造成膽固醇合成異常活躍的原因。由于脂蛋白中只有LDL對反饋調控起作用，這種特異性和低濃度的LDL的高效調控使研究者進一步推測，很可能存在一種影響酶調控的高親和力受體機制。

為了驗證這種推測的正確性，布朗等采用碘標記、配體-受體結合實驗、薄層層析法和順序浮選法開展研究，并用酶促反應測定酶活性。實驗表明，正常人的成纖維細胞與LDL進行特異的、高親和力的結合，HMGR活性的抑制程度與LDL的濃度成比例關系，而純合型FH患者細胞與LDL無特異性結合，即細胞缺乏高親和力的受體。由于這種特異性和高親和力的結合是HMGR反饋調控所必要的，所以FH是因為缺失脂蛋白與細胞的結合，從而導致酶活性的調控受損和膽固醇的過量累積所致[5]。

運用電子顯微技術等進行的比較研究發現，低密度脂蛋白特異性地結合在正常人的成纖維細胞膜表面的特異位點即網格蛋白小窩處，而FH患者的細胞膜表面沒有與之結合的LDL。前人研究顯示，網格蛋白小窩參與受體介導的蛋白質胞吞作用[6]。那么，LDL如何形成信號來抑制酶活性呢？細胞表面受體結合碘標記低密度脂蛋白的內化作用研究給出了答案：大部分的受體結合LDL分子在10 min內便可進入細胞，并于60 min后LDL分子中的蛋白質成分便分解為氨基酸，而LDL中的膽固醇酯則水解形成未酯化的膽固醇分子，滯留于細胞中[7]。

布朗等發現LDL受體介導的內化作用后，接著又詳細研究了LDL受體(low-density lipoprotein receptor,LDLR)的作用途徑。研究發現，LDLR是一種細胞表面糖蛋白，它由不成熟蛋白通過高爾基體加工后轉運到細胞表面，能與存在于細胞外液的LDL微粒內載脂蛋白B(apolipoprotein B， apoB)特異性結合，形成受體復合物。在LDL受體銜接蛋白1(LDL receptor adaptor protein1，LDLRAP1)和網格蛋白小窩共同參與下，受體復合物被內吞而進入細胞，形成早期內涵體，再逐漸轉變為晚期內涵體[8]。在酸性環境下，進入細胞內的LDL微粒在溶酶體內降解，受體則再循環回到細胞表面。溶酶體水解LDL所生成的膽固醇能使一種促使基因表達膽固醇合成酶和LDLR的轉錄因子 (SREBP)失活。這些調控機制保證了膽固醇的動態平衡[9]。而在LDLR結合、內化、降解和再循環過程中任一環節出現障礙，均可導致LDL的積聚，引發高膽固醇血癥。

研究還發現，除患者細胞表面的LDLR突變會導致家族性高膽固醇血癥外，apoB或者前蛋白轉化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)基因發生突變也能夠引起類似的疾病[10]。PCSK9基因的主要功能是調節LDLR。其突變類型可分為兩類，即致LDL升高的功能獲得性突變和致LDL降低的功能失去性突變，分別導致高膽固醇血癥及低膽固醇血癥[9]。

2 家族性高膽固醇血癥的診斷和治療

Marina等完成的一項研究結果顯示,應用DNA分析可早期識別FH患者。應用DNA分析對定向家族進行篩查能非常有效地識別FH患者,這項研究成果對在人群中進行其他常見遺傳性疾病的篩查亦有廣泛的指導意義。跟腱低回聲及跟腱厚度的增加可作為FH腱黃瘤的定性指標,因此超聲檢查具有診斷價值并可作為隨訪FH患者的有效手段[11]。

目前FH的治療仍以對癥為主,包括飲食調節和藥物治療，均可降低患者血漿膽固醇水平,阻滯或部分消除冠脈病變的發展,也可使腱黃瘤縮小。目前臨床上對家族性高膽固醇血癥患者采取以他汀類藥物為主的綜合性治療,預防早發性冠心病的發生。他汀類藥物為主的綜合性治療是目前治療家族性高膽固醇血癥切實有效的首選方案[12]。LDLR基因結構的闡明,使本病的病因研究推進到了基因水平,也使其治療進入了基因水平的階段。從根本上說,基因治療是本病的最有效手段。

3 結語

膽固醇合成和調節復雜機制的長期研究，使得膽固醇及其生理和病理奧秘得到了比較深入的闡述。家族性高膽固醇血癥這一罕見的遺傳性疾病的研究，推動了人類真正理解人體高脂血癥等“大眾”疾病的發病機制、研究基因與疾病的關系以及潛在的藥物治療方法。罕見的人類PCSK9基因的發現使PCSK9成為了目前降脂藥物的研究熱點。2015年有兩個PCSK9單克隆抗體藥物相繼上市，新型藥物又一次帶給人類改善自身健康的全新希望。可以預期，隨著科學研究的深入，更高效的降脂藥物將會不斷誕生，造福于人類。