ATP結合ABCA1在動脈粥樣硬化性疾病發生發展中的作用機制研究進展

三磷酸腺苷(ATP)結合盒轉運蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)是一種跨膜蛋白，屬于ABC跨膜轉運蛋白的超大家族，可將磷脂和膽固醇轉移至無脂質的載脂蛋白A-I(apoA-I)或其他載脂蛋白，以產生新的盤狀高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)顆粒[1-2]，流行病學研究已證實HDL水平與冠心病(coronary heart disease，CHD)呈負相關[3-5]，細胞內大量的氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)累積會導致巨噬細胞過度吞噬膽固醇，形成泡沫細胞，最終導致膽固醇堆積在血管內壁，動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)性血管壁由此生成。ABCA1貫穿于As發生發展的多個環節，不僅可以減少As脂質的沉積、泡沫細胞的形成，還能參與As的炎癥反應過程[6]，而As是引起As性血管疾病，尤其是CHD的主要病因[7]。ABCA1是HDL和膽固醇逆轉運(reverse cholesterol transportation，RCT)的重要調節因子，其作用決定了其對As的重要性。巨噬細胞，特別是泡沫細胞，在早期和晚期As病變的發生和發展中起著關鍵性的作用[8]。ABCA1主要存在于質膜上，也存在于向質膜傳遞ABCA1的胞內囊泡中，是血漿HDL水平和巨噬細胞膽固醇含量的主要決定因素，其介導apoA-I的磷脂化，同時產生磷脂和膽固醇新生的HDL顆粒，然后作為HDL膽固醇受體起作用，刺激膽固醇的流動，或將膽固醇分泌到已經形成的成熟HDL中，從而調節脂質平衡[9]。ABCA1和apoA-I都能從質膜運輸到內體[10-11]，但這種細胞攝取在新生HDL裝配和脂質外流中的作用仍有爭議[12-13]。因此，通過以ABCA1為切入點防治As從而減少冠心病的發生成為目前的研究熱點。

1 ABCA1的結構與功能

人類基因組含有49個腺苷-三磷酸結合盒(ABC)基因排列成7個亞科(ABCA，ABCB，ABCC，ABCD，ABCE，ABCF和ABCG)，這些基因的突變與孟德爾性疾病相關。三磷酸腺苷轉運體在細胞質中通常包含兩個高度保守的ABC或核苷酸結合域，在膜雙層中包含兩個可變跨膜域。他們的跨膜結構域的可變性反映了不同ABC轉運蛋白轉運的廣泛基質，包括糖、蛋白質、脂類和藥物，ABC轉運蛋白的結構相似性提示了一種共同的功能機制和類似的運輸途徑[14]。ABCA1是一種2 261氨基酸整體膜蛋白，由12個跨膜結構域和2個ATP結合盒(ABC)結構域組成，它是一個大型ABC基因家族的成員之一，有幾個亞家族在跨膜脂質和離子轉運中起著不同的作用，ABCA1和ABCG1都能調節細胞膽固醇的分泌，并有助于RCT[15]。

ABCA1的基因突變可導致丹吉爾病，其大多數突變位于兩個細胞外結構域(ECD)或ABCA128的兩個核苷酸結合結構域(NBD)，其含有兩個apoA-I結合和HDL形成所必需的分子二硫鍵[16]。丹吉爾病病人有嚴重的HDL缺乏癥，血漿HDL低于5%，在不同的組織中有膽固醇巨噬細胞的積聚[17]。在過去的10年中，研究表明載脂蛋白E(apoE)參與Aβ聚集毒性和清除，ABCA1通過控制apoE脂質化，在阿爾茨海默(Alzheimer′s disease，AD)病中起作用，ABCA1對AD的重要性源于其對apoE脂質化和穩定性的影響[18]。基因連鎖和關聯研究已將參與膽固醇代謝或轉運的基因確定為AD易感性基因，血脂異常是心血管疾病和AD的共同危險因素[19]，ABCA1在血脂代謝中發揮著舉足輕重的作用。

2 ABCA1的調節

ABCA1蛋白水平和活性受多種轉錄和轉錄后過程的高度調節，這些調控步驟以細胞特異性方式協調ABCA1的整體活性來適應不同的環境刺激，有些調節過程在脂蛋白代謝和As中發揮著重要作用。

2.1 ABCA1受核激素類受體調控 核激素受體是配體依賴性轉錄因子超家族，包括肝X受體(liver X receptors，LXRs)、過氧化物酶體增殖活化受體(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs)、法呢醇X受體(farnesoid X receptor，FXRs)等200多個成員，可調控與脂肪酸及膽固醇代謝的相關靶基因，在脂質代謝中發揮著重要作用。細胞內過量的膽固醇轉化為“第二信使”氧甾醇，通過LXRs系統調節ABCA1和其他膽固醇穩態過程[20-21]，ABCA1的轉錄受“第二信使”的過度累積顯著誘導[22-23]，通過LXRs和維甲酸X受體(retinoid X rexeptoers，RXRs)完成，LXRs與RXRs形成專一性異二聚體，與ABCA1基因啟動子和第一個內含子內的響應元件優先結合，再分別與氧菑醇和視黃酸結合并被其激活，從而調節ABCA1在細胞內的蛋白表達[24]。PPARs包括PPARα、PPARβ、和PPARγ3種亞型，在人體脂質代謝中發揮著重要作用。在正常人的巨噬細胞中，PPAR激動劑可增加ABCA1 mRNA的表達和增加apoA-I介導的膽固醇流出，ABCA1基因啟動子缺乏PPARs的反應元件，而LXRs基因啟動子含有PPARs元件，實驗研究發現，LXRα本身是PPARγ的直接靶基因，且這些核受體在調節巨噬細胞ABCA1mRNA的表達和控制膽固醇流出的過程中起著協同作用[25-27]。

2.2 ABCA1的表達受微小RNA (microRNA)調節 microRNA是一種進化保守的短小的非編碼單鏈RNA，由轉錄、核輸出和細胞質分裂的多步過程產生，主要作為轉錄后抑制因子，通過靶向mRNA的3′非翻譯區(3′UTR)來激發其降解或翻譯，參與基因表達的序列特異性轉錄后調控。它們已成為廣泛生物過程中的關鍵參與者，其表達和/或功能的變化導致許多人類疾病，如癌癥、心血管疾病和神經功能障礙[28]。高水平的低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)和低水平的高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)可促進As，microRNA能通過調節低密度脂蛋白受體(LDLR)和ABCA1的表達以控制LDL和HDL的豐度和功能，ABCA1在人類As斑塊中有大量表達[29]，microRNA-33(miR-33)與脂質代謝相關基因的調控有關，在調節ABCA1和ABCG1的研究中，miR-33是目前研究最廣泛的調節因子[30]。在人體內，miR-33a和miR-33b分別編碼在甾醇調節元件結合蛋白(SREBP)2和SREBP1基因的內含子中，是控制膽固醇和脂肪酸代謝的主要轉錄因子。miR-33與其宿主基因SREBPs通過靶基因ABCA1和ABCG1一起調節脂質平衡，體內抑制miR-33可增加血漿HDL-C水平，進而增加膽固醇向載脂蛋白A1(apoA1)或新生HDL的流出[31]。Horie 等[32]已經證實，miR-33可調節小鼠和人類細胞中的ABCA1基因表達，提高非人類靈長類動物的血漿HDL水平，促進小鼠As的消退。此外，miR-758與ABCA1下調有關，通過反義實驗研究發現，miR-758可下調ABCA1表達，其在人類細胞系中的作用已得到了廣泛的證實[33]。

3 ABCA1與As的關系

As是導致各種血管疾病的主要原因，其中CHD為最常見和病死率較高的疾病之一，而過多的膽固醇在巨噬細胞中積累形成泡沫細胞是As的主要病因。ABCA1是介導細胞內膽固醇流出的關鍵轉運蛋白，其將HDL合成的膽固醇和磷脂轉運至脂質貧乏的apoA-I，這在丹吉爾疾病病人外周組織中脂質顯著積累已得到證實[34]。 此外，人類ABCA1基因的功能喪失、突變與主動脈內膜厚度呈正相關[35]，突變阻斷ABCA1誘導巨噬細胞膽固醇流出的能力，可促進As[36]。因此，ABCA1被認為是預防As的有希望的治療靶標。

3.1 ABCA1通過RCT途徑參與As的機制 As形成的關鍵過程之一是受影響動脈內脂豐富的內皮下泡沫細胞的形成和聚集，泡沫細胞在動脈內皮下的形成和積累，吸引到該區域的單核細胞將不同程度地進入到組織巨噬細胞，這些巨噬細胞能夠吸收經過修飾的脂蛋白，試圖清除新生內膜中的有害物質。巨噬細胞的脂質代謝以3種不同的過程為標志：膽固醇吸收、酯化和流出。這些脂質代謝過程的失調導致脂質致密巨噬細胞的形成，稱為“泡沫細胞”。 在As病變的早期階段，這些細胞會在動脈內層積聚，早期As病變沿著動脈壁會出現明顯的“脂肪條紋”[37-38]。泡沫細胞的發育與脂質攝取和外排之間的不平衡有關[39]。 促進泡沫細胞的膽固醇流出對于縮小As斑塊和保護細胞免受As是至關重要的。膽固醇流出涉及多種機制，包括自由擴散，膜ATP結合盒(ABC)轉運蛋白和脂蛋白受體[40-41]，RCT是一種有效降低肝外組織膽固醇的方法，將膽固醇從外周組織動員出來并返回肝臟進行排泄或再利用[42-43]，通過隨機對照試驗，HDL將膽固醇從外周組織輸送到肝臟，在肝臟中可以直接分泌成膽汁或轉化為膽汁酸[44-46]，ABCA1是隨機對照試驗的關鍵轉運子[47-48]，將游離膽固醇(FC)和磷脂(PL)輸送到apoA-I。ABCA-1和清道夫受體B類I型(SR-BI)/ CD36、溶酶體內膜蛋白Ⅱ類似物1(CLA-1)是RCT的關鍵轉運蛋白和受體，HDL的代謝在肝和腸中與apoA-I合成起始，但HDL形成需要apoA-I與ABCA1的相互作用。當人ABCA1在小鼠肝臟和巨噬細胞中過表達時，轉基因小鼠中血漿HDL和apoA-I增加。進一步研究ABCA1在HDL顆粒形成中的作用，在具有ABCA1基因的組織特異性缺失的小鼠中，肝臟是血漿HDL的最重要來源，肝臟ABCA1對于維持成熟HDL顆粒的循環水平至關重要，其通過脂質貧乏的apoA-I直接脂化，減緩腎臟的apoA-I分解代謝，并延長其血漿停留時間。巨噬細胞中ABCA1缺乏可增加高膽固醇血癥apoE缺陷小鼠的As和泡沫細胞積聚。他汀類藥物可通過LXRa途徑降低ABCA1和膽固醇的表達。然而，有研究報道了阿托伐他汀通過rhoa抑制作用于乙酰化低密度脂蛋白(ac-LDL)加載的THP-1巨噬細胞后，巨噬細胞ABCA1信使核糖核酸(mRNA)增加[49-50]。

3.2 ABCA1通過參與免疫炎癥延緩As進展 As已被確定為動脈壁的慢性炎性疾病，先天性和適應性免疫和炎癥反應過程在As病變的誘導中具有重要作用[51]，干擾素(IFN)-γ、白細胞介素(IL)-1β和血小板衍生生長因子(PDGF)等致As細胞因子可抑制ABCA1的表達。 IFN-γ是由T淋巴細胞產生的一種免疫調節和抗微生物可溶性細胞因子，具有多種致As作用。研究顯示：IFN-γ對THP-1巨噬細胞源性泡沫細胞中ABCA1表達和膽固醇流出的影響，發現IFN-γ通過JAK/STAT信號傳導途徑，以劑量依賴性方式下調LXRa，從而降低ABCA1的轉錄和翻譯水平，降低細胞內膽固醇含量和膽固醇流出率[52]。在As的早期階段，可檢測到由不同細胞因子和介質激活的大量巨噬細胞，這些細胞通過操縱它們的識別受體并通過脂蛋白內化而成為泡沫化巨噬細胞。在后期階段，由于細胞內膽固醇積累和ox-LDL的外排受限，巨噬細胞的吞噬功能受損，細胞發生應激和炎癥反應而凋亡，這一過程最終有助于形成成熟的As斑塊的促血栓形成的壞死核心。IL-1β是一種原型促炎細胞因子，可通過活性氧(reactive oxyen species，ROS)和核轉錄因子-κB(NF-κB)依賴途徑減弱ABCA1啟動子活性，減少ABCA1以及ABCA1介導的巨噬細胞膽固醇外流。在腎小球系膜細胞、血管平滑肌細胞(SMC)、HK-2細胞和HepG2細胞中，IL-1β也發揮相同的抑制作用。PDGF是一種有效的炎性有絲分裂原，使血管SMC中的蛋白激酶B(Akt)快速磷酸化，抑制血管SMC中ABCA1的內源性表達，參與As的發展[53]。Akt是磷脂酰肌醇3-激酶下游的一種激酶，可抑制ABCA1啟動子的活性，在血管平滑肌細胞中，暴露于PDGF培養的平滑肌細胞可使Akt快速磷酸化。

3.3 ABCA1通過氧化應激參與As的發生 As是心血管疾病的發病基礎，研究證明氧化應激是As的發病機制之一[54-55]。氧化應激主要與細胞內ROS生成增加和清除能力下降密切相關，可促進As中LDL的氧化修飾和脂質過氧化，誘導改變血管基因表達和促進細胞增殖，導致心血管結構和功能的破壞，其中一個重要的機制可能涉及髓過氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)對HDL的損害，MPO是人類As組織中炎性巨噬細胞高水平表達的血紅素蛋白[56]，可將As中炎癥反應、氧化應激、內皮損傷聯系在一起。研究發現MPO與 ABCA1密切相關，當 apoA-I被MPO氧化后，其通過ABCA1 通路清除過多膽固醇的能力下降，使得功能失調性HDL產生，膽固醇在內皮細胞下積累，從而誘導 As 的發生，加重冠心病的發病風險，降低MPO的含量則可延緩As的發展[57]。ox-LDL作為氧化應激的產物與 ABCA1 也有相關性。研究發現，ox-LDL可上調THP-1巨噬細胞ABCA1的表達并增加膽固醇流出，減少泡沫細胞的形成[58]。

4 中醫藥通過ABCA1治療As性疾病的前景

As是導致心血管疾病的獨立危險因素，血漿低HDL水平和高LDL-C水平是導致As的關鍵因素，促進膽固醇流出和提高血漿HDL水平可降低As所致疾病的發生率。ABCA1可通過RCT、免疫驗證、氧化應激等多種途徑促進巨噬細胞膽固醇的流出，提高HDL水平，具有抑制As斑塊的形成和抗早期As的作用，其在RCT中的重要作用更為研究脂質代謝和As提供了新的思路。ABCA1的基因表達受多種代謝物的調節，LXR激動劑、PPAR激動劑可調控ABCA1基因的表達，促進膽固醇的流出，是對ABCA1表達有特異性調控作用的潛在藥物選擇。中醫藥可通過內治法和外治法多途徑干預ABCA1的表達，其中藥復方以活血化瘀、健脾化痰、清熱解毒利濕制劑為主，可上調ABCA1的基因表達，抑制巨噬細胞泡沫化，調節脂質代謝和巨噬細胞膽固醇的流出及攝取[59-60]。但在研究中醫藥對ABCA1的影響過程中，缺乏某種劑型或療法對其有特異性的研究資料，很多實驗對中醫藥影響ABCA1通路是可能性猜測，在今后的研究中，值得開展更深入的藥理及動物體內研究，挖掘新穎、療效確切的中醫抗As藥物。研究可激活ABCA1，又不促進脂肪合成和As形成的藥物，也是ABCA1在臨床上的發展趨勢。