1、-442- 文章编号：10001336(2002)05-0442-03 生命的化学)2001年22卷5期 固醇调节元件结合蛋白的研究 柴红燕 刘 芳 周 新 (武汉大学中南医院，武汉430071) 摘要 细胞膜中的胆固醇浓度保持动态平衡有赖于固醇调节元件结合蛋白(SREBPs)。SREBPs 是DNA结合蛋白，当细胞内固醇减少时，SREBPs裂解激活蛋白(SCAP)能感受到，SCAP与SREBPs 形成复合物，护送SREBPs从内质网到高尔基体，再经过两个顺序性的蛋白裂解，SREBPs的N端结 构域从膜上释放出来，含有bHLHZip的该结构域进入到细胞核，与固醇调节元件相结合，进而激活 编码胆
2、固醇生物合成的酶和LDL受体基因的转录；当胞内固醇超载时，SCAP不再护送SREBPs到高 尔基体进行蛋白裂解，核内SREBPs的N端结构域也发生降解，胆固醇合成停止。若此信号传导中 任一环节有误，会导致体内固醇代谢紊乱，引起高脂血症 关键词：固醇调节元件结合蛋白；固醇调节元件 结合蛋白裂解激活蛋白；胆固醇 中图分类号：R341 收稿日期：2002-02-08 作者简介：柴红燕，女，硕士；刘芳，女，博士；周新，男 教授，博士生导师。 细胞膜在执行其正常功能时，膜中的胆 固醇浓度必须维持动态平衡。这种动态平衡 的维持有赖于调节反馈系统，即能感受到细 胞内胆固醇水平的动态反馈系统，调节编码 胆固醇
3、生物合成酶的基因转录，以及调节胆 固醇从血浆脂蛋白中摄取。这些调节因子是 在其他途径也未得到完全的阐明。这些将是该领域 研究者今后的重要研究方向。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 参考文献 Pasche B et a1physiology2001186：153168 Miyazono K et a1Adv lmmunol，2000，75(1)：115 157 Patrick et a1Endorcrine review，1998 19(3)：349 363 Itoh S et a1Eur J Biochem，2000，267(24)：6954 6967 Kim J et a1Natu
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8、醇浓度动态平衡方 面的研究进展。 1SREBPs的分类及一般结构特点 SREBPs于1993年在培养的人Hela细 胞核提取物中被分离出来，目前已经有3种 SREBP，即：SREBP一1aSREBP一1 e和SREBP一 2。编码SREBP一1的基因定位于17pl12， SREBP一1a和SREBP一1c是由相同的基因产 生的，但由于各自的启动子不同，因而其第一 外显子不同而产生不同位置的转录，mRNA 长度约为4154bp。SREBP一2是由一个独立 的基因产生的，编码SREBP一2的基因定位于 22q13，mRNA长度约为4249bp。3种SREBP 合称为固醇调节元件结合蛋白家族(SRE
9、B Ps)。 SREBPs是一类位于内质网上的膜连接 蛋白，属于bHLHZip(basichelixloophelix leueine zipper)超家族的一员，由1150个氨 基酸组成，含有3个结构域：氨基端含有480 个氨基酸的结构域，羧基端含有590个氨基 酸的结构域和固定在膜上的含80个氨基酸 的中间结构域，其氨基端和羧基端的结构域 突出到胞液中。中间结构域包含有两个跨膜 区，通过含31个氨基酸的小环将两个跨膜区 分离开，小环突出到内质网的腔室中。 SREBPs的氨基端结构域具有bHLHZip 结构，其末端有一小段酸性氨基酸是转录协 同激活因子，在SREBP一1a和SREBP一2中这
10、 段酸性氨基酸均较长，在SREBP一1 e中这段 酸性氨基酸较短，且转录激活作用比SREBP一 1a和SREBP一2弱 。所有3种SREBP的 氨基端结构域都包括一个bHLHZip，它可以 介导该结构域进入细胞核，并与DNA相结 合；在其它的bHLHZip家庭成员中，都保留 有一个精氨酸，而SREBPs的这个bHLHZip 结构域内，酪氨酸替代了精氨酸，使SREBPs 一443一 能够识别固醇调节元件(SRE)。SRE是含十 个核苷酸的DNA片段，是LDL受体和HMG CoA合成酶这些基因的增强子。SREBPs对 SRE序列呈现高度亲和性。 2SREBPs与SCAP 在研究SREBPs调节作用
11、中的一个重要 进展是分离出编码SREBP裂解激活蛋白 (SREBP cleavageactivating proteinSCAP)的 cDNA。SCAP是构成完整膜结构所必须的一 种膜蛋白，由1，276个氨基酸组成两个独特 的结构域，氨基端730个氨基酸组成的结构 域是由亲水序列和疏水序列交替出现而形成 的8个跨膜螺旋组成 ，它使SCAP固定在 膜上；羧基端550个氨基酸组成的结构域突 到细胞液中，它包括5个WD重复序列，在 每4O个残基的长度就会出现相似的重复序 列，介导蛋白质之间相互作用。在细胞内， SCAP与SREBP形成紧密的复合物，这种联 系是通过SREBP的羧基端调节结构域和 SC
12、AP的WD重复结构域之间相互作用而介 导的 。SCAP是SREBP的护送蛋白，当细 胞内胆固醇减少时，SCAP护送SREBP到高 尔基复合体，在那里SREBP被裂解1 5 2；SCAP 是固醇感受器，通过研究CHO突变系发现 SCAP中含160个氨基酸的膜功能区是固醇 敏感区，这个片段包括SCAP中8个跨膜螺 旋的5个，该区特异性的点突变会引起SCAP 固醇抑制敏感性的丧失，这样即使胞内固醇 超载，SREBP仍被裂解。 3SREBPs的两步蛋白裂解 SREBPs进入细胞核与SRE结合之前， 必须在高尔基复合体经过1位蛋白酶(S1P) 和2位蛋白酶(S2P)的蛋白分解 。SCAP SREBP复合
13、物是S1P作用的底物，S1P裂解 SREBPs的位点是在突出到内质网腔的亲水 环中 ，S1P裂解将SREBPs分成两部分，它 们都保持与膜相连接，此时氨基端部分被称 为SREBPs的中间片段。当SREBPs的两部 分被蛋白水解分离后，随即第2个蛋白酶即 维普资讯 http:/ 2位蛋白酶(S2P)使中间片段裂解，其裂解位 点在跨膜区域中 ，经过两步蛋白分解， SREBPs的氨基端片段即从膜上游离出来，并 进入细胞核与SRE结合，从而激活多种脂代 谢相关的酶基因。 4SREBP调节胞内胆固醇浓度的信号转导 过程 当细胞内胆固醇减少时，SCAPSREBP 复合物中的固醇敏感区能感受到这一变化， S
14、CAP作为SREBP的护送蛋白使SREBP进 入高尔基复合体，在那里，经过活化的S1P 作用水解成两个片段，这两个片段都与膜相 连接，随即S2P水解氨基端中间片段。经过 两个顺序性的蛋白裂解，SREBP的氨基端结 构域从膜上释放出来，进入到细胞核，与SRE 相结合，进而激活其他多种酶基因，例如编码 胆固醇生物合成的酶，编码不饱和脂肪酸生 物合成的酶，编码甘油三酯生物合成的酶，其 靶基因包括HMGCoA合成酶，HMGCoA还 原酶，角鲨烯合成酶，乙酰辅酶A羧化酶，脂 肪酸合成酶，硬脂酰辅酶A去饱和酶和甘油一 3磷酸酰基转移酶等酶基因 。SRE还能增 强低密度脂蛋白受体(LDLR)基因的转录， 从
15、而介导胆固醇从血浆脂蛋白中的摄取；当 细胞内的胆固醇达到一定程度，SCAP SREBP的固醇敏感区感受到细胞内固醇超 载，SCAP不再护送SREBP到高尔基复合体 中，SREBP的蛋白裂解因而被中止，同时已 经进入到细胞核的氨基端结构域也被降解， SRE不再被激活，靶基因的转录减少，引起固 醇合成酶的减少，脂肪酸生物合成酶也同时 减少。SREBP裂解的终止会引起胆固醇生 物合成的完全停止，脂肪酸生物合成的不完 全减少，因为胆固醇生物合成的酶的转录完 全依赖SREBP，但脂肪酸生物合成的酶的基 本转录还能依靠其他因素维持 m 。 综上所述，SREBPs调节胞内胆固醇浓度 的动态平衡需要SCAP、
16、S1P、S2P和SRE的 共同参与才能顺利完成，如果其中任何一个 生命的化学)2001年22卷5期 环节出现异常或编码有关酶或蛋白质的基因 出现突变，都会导致体内脂代谢紊乱，引起高 脂血症。 5展望 目前，很多学者根据SREBPs调节胞内 固醇浓度的信号传导特点，致力于新一代降 脂药物的研究 ；SCAP的固醇敏感区如何 与胆固醇作用的机制也是各国学者研究的热 点，这方面的研究为高脂血症的基因诊断和 基因治疗提供了新的线索；通过转基因小鼠 和基因剔除小鼠的研究发现SREBP1a和 SREBP1c主要与脂肪酸和糖代谢有关 ， SREBP2主要与胆固醇合成有关，但它们的 分子作用机制尚不清楚，这为体
17、内的能量代 谢又提出了新的研究内容；此外，SREBPs调 节胞内固醇浓度信号传导过程中的S1P和 S2P的研究才刚刚起步，对于S1P和S2P是 否与其它蛋白质的分解有潜在关系尚需进一 步深入研究。 参考文 献 Brown MS et a1GelZ，199789：331340 Pai J et a1J Biol Chem1998273：2613826148 Nohturfft A et a1J BioZ Ckm，1998273：17243 17250 Sakai J et a1J BioZ Ckm1998273：5785-5793 Nohturfft A et a1Pr0c Natl Acad
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