ATP結合盒轉運體G1與動脈粥樣硬化的關系

付潔琦，張曉璐，婁憲芝，張曼，佟浩

（沈陽醫學院附屬中心醫院循環內科，遼寧 沈陽 110024）

動脈粥樣硬化 （atherosclerosis，AS）是心血管疾病的最常見原因，是以動脈中脂質沉積為特征的慢性炎癥反應，AS的發生發展機制主要包括泡沫細胞形成、內皮細胞功能紊亂和炎癥反應等。血漿高密度脂蛋白 （HDL）水平與AS相關心血管疾病呈獨立負相關［1］。HDL的主要抗AS作用是清除過多的外周膽固醇運回到肝臟以進行隨后的分解代謝和排泄的能力，這一生理過程被稱為膽固醇逆向轉運 （RCT）［1］。膽固醇從巨噬細胞源性泡沫細胞中流出，其作為RCT的起始步驟是與AS最相關的步驟。ATP結合盒轉運體G1（ABCG1）在細胞內膽固醇向HDL及其載脂蛋白的外流中發揮重要作用［1］。本文主要從ABCG1的結構，及其參與AS發生發展的相關機制等方面進行綜述。

1 ABCG1簡介

ABCG1是ABC轉運蛋白超家族的成員，其參與許多兩親和親脂分子 （包括脂質、藥物或內源代謝物）的主動轉運［2］。ABC轉運蛋白屬于由人類48個成員組成的大蛋白家族，分為7個亞家族（A-G）［3］。人ABCG1基因最初被鑒定為黑腹果蠅白色基因的人類同源物，參與鳥嘌呤和色氨酸的細胞攝取［4］。ABCG1基因定位在人染色體21q22.3［5］，由23個外顯子組成，這些外顯子編碼形成具有6個跨膜結構域和一個位于N末端的單核苷酸結合域 （NBD）的半轉運蛋白，NBD結構域含有高度保守的Walker A和Walker B基序，是ATP結合和水解所必需的［6-7］，它可提供所需的能量來跨膜運輸底物［8］。在外顯子17末端的另一種剪接導致產生ABCG1的剪接變體，其在細胞質結構域和ATP盒之間的區域中缺少12個氨基酸的內部區段［9-10］。盡管ABCG1與其他ABC家族成員參與共同的基因表達調控途徑，但ABCG1表現出組織特異性表達模式，其在肺臟、腦、脾、腎上腺、心臟和肝臟中具有高表達水平［11］。有研究發現ABCG1是一種細胞內固醇轉運蛋白，定位于內吞囊泡，以促進特定細胞內固醇遠離內質網的重新分布［12］。

ABCG1可促進脂質的輸出，包括膽固醇、磷脂、鞘磷脂和氧固醇，并且在維持組織脂質穩態中起關鍵作用。盡管ABCG1最初被提出用于介導巨噬細胞的膽固醇外流，從而預防AS和心血管疾病 （CVD），但目前研究發現ABCG1發揮了更大范圍的作用，這些作用對心臟代謝疾病 （CMD）具有重要意義。除了在細胞脂質穩態中的作用外，ABCG1通過調控胰島素和脂蛋白脂肪酶的分泌和活性，參與葡萄糖和脂質代謝［2］。此外，越來越多的證據表明ABCG1表達的調節可能導致糖尿病和肥胖的發展，這是CVD的主要危險因素［2］。

2 ABCG1參與AS發生發展

2.1 ABCG1介導膽固醇外流 膽固醇是所有哺乳動物細胞膜的重要組成部分，對正常細胞功能很重要。然而，過量膽固醇的積累可能是有害的，導致細胞水平的毒性和特定組織中的疾病狀態如AS［13］。有研究發現，ABCA1和ABCG1基因特異性敲除的小鼠可降低主動脈內皮型一氧化氮合酶（eNOS）的活性，加重主動脈的AS，并顯著增加巨噬細胞脂質的蓄積，結果表明ABCA1和ABCG1介導的內皮細胞膽固醇外流途徑發揮抗AS作用，有助于維持eNOS活性和抑制內皮炎癥［14］。肝臟X受體 （LXR）激活劑可通過增加內皮細胞中ABCG1表達來發揮抗AS作用；目前正在進行的AS血栓形成的臨床試驗中，重組HDL的輸注可能通過刺激ABCG1和其他途徑介導的內皮膽固醇外流而發揮有益作用［14］。與ABC家族的其他成員（ABCA1、 ABCG4、 ABCG5和 ABCG8） 相似， 人ABCG1的表達受膽固醇負荷和氧固醇 （膽固醇氧化衍生物）通過LXR途徑的高度刺激［15］。當膽固醇濃度在細胞中增加時，LXR充當膽固醇傳感器，其被氧固醇激活；抑制 LXRα介導的 ABCA1/ABCG1依賴性膽固醇從巨噬細胞外流是同型半胱氨酸加速AS的一種新機制［16］。

Klucken等［11］研究發現， ABCG1在富含膽固醇的人巨噬細胞的細胞表面和細胞內表達，應用特異性的反義寡核苷酸探針抑制人巨噬細胞ABCG1的表達，可減少HDL依賴性膽固醇和磷脂外流，同時應用轉基因小鼠進行研究，顯示經過高脂飼料喂養的ABCG1-/-小鼠的肝細胞及多種組織的巨噬細胞中可見大量的中性脂質和磷脂沉積，相反，過表達的ABCG1可減少脂質沉積。以上研究證實，ABCG1在促進巨噬細胞內膽固醇外流、調節細胞內脂質平衡、防止脂質蓄積中起重要作用。ABCG1缺乏可致巨噬細胞內脂質蓄積并進一步形成泡沫細胞，是早期AS的典型病理特征，可能通過影響泡沫細胞的形成參與AS。

Whetzel等［17］研究發現， 從 ABCG1-/-小鼠主動脈分離的內皮細胞和對照組相比膽固醇外流至HDL下降，而血清角質細胞誘導因子 （keratinocyte chemoattractant，KC）、核細胞趨化蛋白 1（monocyte chemotacticprotein 1， MCP-1） 和白細胞介素-6（interlreukin-6，IL-6）的分泌增加，且表面表達的細胞間黏附分子1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1） 及E-選擇素增加數倍，單核細胞粘附增加，主動脈內皮細胞ABCG1缺乏能激活IL6-IL6受體-STAT3信號途徑，增加單核細胞和內皮細胞的相互作用、促進炎癥發生。此外，膽固醇聚集可誘導內皮細胞產生氧化應激，進一步損傷內皮功能，ABCG1表達增加能明顯降低細胞內氧化應激，保護eNOS活性，其作用機制可能與ABCG1促進膽固醇外流，從而抑制氧化應激發生相關［18］。

曹小潔等［19］用氧化低密度脂蛋白 （ox-LDL）及羅格列酮干預小鼠的血管平滑肌細胞 （VSMCs）后發現，oxLDL作用VSMCs 48 h后脂質沉積增加，PPARγ蛋白表達量下降約 53% （P＜0.01），ABCG1蛋白表達量下降約48% （P＜0.05）；羅格列酮激動PPARγ后，ABCG1蛋白表達量較單獨的oxLDL組增加約147%，VSMCs中脂質沉積明顯減少，從而得出結論，oxLDL通過PPARγ-ABCG1通路促進 VSMCs 泡沫化［20］。

Out等［21］將 ABCG1-/-小鼠骨髓移植到具有 AS傾向的 LDLR-/-小鼠 （LDL受體敲除小鼠），用15%脂肪和0.25%膽固醇喂養6～12周誘發AS，與ABCG1＋/＋小鼠相比，2組小鼠的血清脂質水平無明顯差異，但在ABCG1-/-缺陷小鼠肺間質內的巨噬細胞中觀察到了顯著的脂質蓄積，動脈粥樣硬化斑塊體積增加了33%～36%，結果表明巨噬細胞ABCG1缺乏可導致肺巨噬細胞中大量脂質積聚，并且對AS病變發展也有顯著影響。Out等［22］的另一項實驗給ABCG1-/-小鼠和野生型同窩小鼠喂食致AS飲食12周，以誘導AS病變形成，在野生型小鼠中，致AS飲食誘導了富含巨噬細胞的早期病變的形成；給ABCG1-/-小鼠喂食后，與野生型小鼠相比，AS病灶大小增加了1.9倍，且在小鼠肺臟和脾臟的富含巨噬細胞的區域中觀察到過量脂質蓄積，結果表明ABCG1具有明顯抗AS作用，全身ABCG1表達可預防早期AS病變的發展。以上研究證實ABCG1對AS斑塊的進展具有抑制作用。

2.2 ABCG1受高血糖的影響 長期高血糖狀態下，蛋白質非酶糖基化形成的晚期糖基化終末產物 （advanced glycation end products， AGEs） 通過與其受體RAGE（receptor of AGEs）結合，抑制巨噬細胞膽固醇外流，增加細胞內脂質聚積，從而易于形成泡沫細胞，促進糖尿病患者AS的發生發展［23］。

RAGE在人和鼠類糖尿病的AS斑塊中高度表達。Daffu等［24］發現在高血糖狀態下，與野生型骨髓巨噬細胞 （bone marrow-derived macrophages，BMDMs） 相比， AGER-/-（RAGE） 組膽固醇流出至HDL明顯增多，由此可知，RAGE-AGEs相互作用抑制巨噬細胞膽固醇流出至HDL；非高血糖組野生型BMDMs的ABCG1 mRNA及蛋白表達水平較高血糖組明顯升高；AGER-/-組較野生型BMDMs相比，ABCG1 mRNA及蛋白表達水平明顯升高，結果表明RAGE可下調ABCG1的表達，其調控機制為RAGE通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPAR-γ）的響應性啟動子元件，抑制ABCG1的啟動子活性，而不依賴于LXR。薛嘉虹等［25］通過將VSMCs分別在不同濃度的D-葡萄糖（5～30 mmol/L） 下孵育 1～ 7 d， 檢測葡萄糖對ABCG1及ABCA1 mRNA和蛋白水平的影響，發現高血糖狀態下，VSMCs細胞表面促進膽固醇流出的重要受體ABCG1 mRNA和蛋白表達被抑制，且呈時間和濃度依賴性；用抗氧化劑NAC和NF-κB抑制劑 Bay11-7085、TCPK作用于高糖干預的VSMCs，發現NAC和NF-κB抑制劑可逆轉高糖對ABCG1 mRNA表達的抑制，表明高糖抑制ABCG1表達的作用機制可能與高糖增加的氧化應激和活化的NF-κB通路有關。之后薛嘉虹等［26］又通過高糖干預誘導THP-1單核巨噬細胞實驗發現，高糖可以抑制巨噬細胞中ABCG1的表達及功能，有助于促進巨噬細胞內脂質堆積。王會娟等［27-28］通過將2型糖尿病患者 （單純糖尿病及合并冠心病）及正常對照組分離的外周血單核細胞進行巨噬化培養，測定細胞ABCG1的mRNA及蛋白表達，發現ABCG1在2型糖尿病患者巨噬細胞中的mRNA與蛋白表達水平顯著低于對照組，膽固醇流出率也顯著低于對照組，且ABCG1的mRNA表達與巨噬細胞膽固醇外流率呈顯著正相關，表明2型糖尿病患者巨噬細胞膽固醇外流功能明顯降低，與ABCG1表達下調有關。

2.3 ABCG1受Ghrelin的影響 Ghrelin是1999年被發現的一種由28個氨基酸組成的多肽鏈，循環中的Ghrelin約2/3由胃組織產生，還有小部分則由體內的其他組織器官如心臟、肺臟、腦、腎臟、胰腺、性腺、甲狀腺、胎盤組織、淋巴組織和腫瘤組織等產生［29］。Ghrelin是一種體內生長激素促分泌素受體 （GHSR）的內源性配體，與受體結合后可發揮生理功能［29］，關于Ghrelin的生理功能目前主要與攝食、肥胖、血糖、胰島素抵抗、血管內皮功能等有關。

萬晶晶等［30］通過體外培養人源單核細胞系THP-1，由佛波酯 （PMA）作用使其分化為巨噬細胞，其可在ox-LDL存在條件下進一步轉變為泡沫細胞；巨噬細胞加入不同濃度Ghrelin孵育2 h后再加入ox-LDL作用不同時間，結果顯示，Ghrelin干預可明顯減少細胞內脂滴的形成，顯著增加膽固醇流出率，并能顯著增加單核-巨噬細胞泡沫化過程中ABCG1 mRNA和蛋白的表達水平，且此作用呈濃度依賴性而不呈時間依賴性，結果表明，Ghrelin可通過上調ABCG1轉錄翻譯水平延緩AS的發生。Churm等［31］探索離體人體模型，活檢內臟脂肪組織中的脂質和炎癥標志物的酰基化Ghrelin水平，結果發現，酰基化Ghrelin與ABCG1表達下降有關，試驗數據支持高血糖和酰基化Ghrelin在脂質蓄積中具有調節作用的假設。

3 小結與展望

ABCG1通過調節膽固醇外流在體內膽固醇代謝平衡和AS性血管疾病的調控中發揮重要作用。AS嚴重危害人類健康，臨床的實驗數據指出糖尿病加速AS進展及程度，也有基礎實驗證明Ghrelin對于ABCG1及其參與的脂類代謝具有調控作用。但高血糖和Ghrelin促發AS的可能原因及具體機制仍不十分清楚，是亟待解決的問題。總之，深入探究ABCG1功能和機制將為脂類代謝和AS以及糖尿病合并AS的研究提供新思路，為心血管疾病的治療提供新靶點，從而為糖尿病患者預防及延緩AS提供實驗數據支持。