PSCK9在动脉粥样硬化中的作用.pdf

1、综述 l临床荟萃2016年1月5日第31卷第1期Clinical Focus，January 5，2016，Vol 31，No1 PSCK9在动脉粥样硬化中的作用 钱正瑶 ，李广平 (1天津医科大学第二医院心脏科，天津市心血管病离子与分子机能重点实验室， 天津心脏病学研究所，天津300211；2天津医院心内科，天津300211) 摘 要：前蛋白转化酶枯草溶菌素9(PCSK9)是一个与常染色体显性高胆固醇血症相关的新基因，其可通过介导 降解肝细胞表面的低密度脂蛋白受体，间接影响血浆低密度脂蛋白的水平，从而在动脉粥样硬化的发生发展中起着重 要作用。因此，阐明PCSK9在动脉粥样硬化的作用及机制，将

2、会给人们治疗脂质代谢性疾病带来新的启迪和突破。 关键词：动脉粥样硬化；前蛋白转化酶类；脂蛋白类，I DL；枯草溶菌素9 中图分类号：R5435 文献标识码：A 文章编号：1004583X(2016)01010804 doi：103969jissn1004583X201601028 动脉粥样硬化(atherosclerosis，As)是危害人类 健康的常见病，是目前公认的一种累及动脉管壁的 慢性炎症性疾病，As病变中不仅含有大量脂质，而 且有大量炎症细胞浸润，并以单核巨噬细胞和淋巴 细胞的集聚为特征。氧化应激是指机体或细胞内氧 自由基的产生与清除失衡，导致活性氧在体内或细 胞内蓄积而引起的氧化损

3、伤过程。氧化应激是炎症 反应的一个显著特征，是As发生发展的重要环节。 血液中的低密度脂蛋白(1ow density lipoprotein， LDL)进入内皮下被氧化修饰成毒性很强的氧化型 低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，OX- LDL)，OXLDL是As的重要致病因素，是As发生 发展过程中最主要的促炎症因素，也是As病变局部 强烈的凋亡诱导因子，可通过多种途径诱导巨噬细 胞凋亡。ox-LDL可通过多种途径启动和促进As的 发生发展，并最终导致粥样斑块破裂，引发恶性心脑 血管事件。oX_I DL致As主要表现在以下几个方 面：是泡沫细胞形成的

4、关键；促进细胞黏附于内 皮并向内皮下趋化；促进巨噬细胞增殖退化；诱 导内皮细胞增生和平滑肌增生、移行；促进血小板 黏附、聚集、血栓形成；促进血管收缩；损伤内皮 细胞；加剧As的炎性反应；激活转录因子 B。 目前研究发现，前蛋白转化酶枯草溶菌素9 (proprotein convertase subtmsinkexin type 9， PCSK9)主要的生物学功能是在蛋白水平降解低密 度脂蛋白受体(1ow density lipoprotein receptor， LDLR)，而不影响LDLR mRNA水平【1 。其功能 获得型和功能缺失型突变与遗传性家族性高胆固醇 血症和低胆固醇血症的发生有关

5、口。 通信作者：钱正瑶，Email：tomatosesameyao163corn 家族性高胆固醇血症 (familial hypercholesterolemia，FH)是一种严重的常染色体 单基因显性遗传性疾病，其临床特点是高胆固醇血 症、特征性黄色瘤、早发心血管疾病和典型家族史。 研究证实，LDLR发生基因突变可影响细胞摄取脂 蛋白，其代谢过程与FH 1型相关。LDI R的配体B 100可发生基因突变导致功能缺陷，使脂蛋白与细胞 表面的受体无法正常结合，从而影响脂蛋白的内吞 摄取作用，与FH 2型相关_4。PCSK9是2003年 Seidah等 发现的一个与常染色体显性高胆固醇血 症相关的

6、新基因，该基因属于前蛋白转化酶家族，编 码神经细胞凋亡调节转化酶一1(neural apoptosis regulated convertase 1，NARC一1)蛋白，可促进神经 细胞分化再生，研究表明其可通过介导降解肝细胞 表面的LDLR，间接影响血浆LDL的水平，引起FH 3型_6_8_。除此之外，PCSK9通过其他多种途径参与 As发生发展的过程，因此，对于PCSK9的全面认识 为我们治疗As提供了新的方向。 1 PCSK9的结构及功能 11 PCSK9的结构PCSK9属于前蛋白转化酶家 族中蛋白酶K亚家族的成员，共编码692个氨基酸， 包含一个信号序列(氨基酸13O)，一个前导序列

7、(氨基酸31152)，一个催化结构域(氨基酸153 425)，一个羧基末端结构域(氨基酸426694)9。 人类PCSK9基因位于1号染色体的短臂上 (1p323)。PCSK9在肝、肾、脾、脑、空回肠等很多组 织中都有表达，其中在肝和空回肠中表达最高。 12 PCSK9的功能 PCSK9是一种肝源性分泌蛋 白10-11，它与LDLR的胞外区结合，然而，PCSK9对 LDLR降解作用是胞内的1 。PCSK9并不需要激 酶的催化活性来影响LDLR的转化，激酶的催化活 临床荟萃2016年1月5日第31卷第1期Clinical Focus，January 5，2016，Vol 31，No1 性不能引导

8、带受体的复合体到复合体降解的溶酶体 中或是抑制复合体的循环。PCSK9作为一种神经细 胞凋亡调节转化酶口 ，不但参与肝脏再生，调节神经 细胞凋亡，还能通过降低肝细胞上LDLR的数 量1 ，影响LDL内化，使血液中LDL不能清除，从 而导致高胆固醇血症。研究表明，PCSK9水平与胆 固醇、OXLDL、甘油三酯显著相关r1 “。PCSK9作 为一种丝氨酸蛋白酶，除了能够降解LDLR，升高血 LDL水平之外，还有其他多种生物学功能，例如，参 与神经系统发育_1 、神经细胞的凋亡_】 和调节钠通 道、胰岛细胞功能2叩等。PCSK9的产生过程是首先 在内质网中合成PCSK9酶原，其在内质网或者高尔 基体

9、内发生自我催化反应 ，裂解释放出前肽，形成 成熟的蛋白酶，并立即分泌人血，通过调节LDLR维 持血浆脂质的稳态，其不仅能影响血浆胆固醇的水 平，调节神经细胞的凋亡，还与炎症反应有一定的相 关性 。 2 PCSK9表达的影响因素 已知可上调PCSK9表达的有SREBP21a、 SREBP21C、sREBP22、胰岛素、LXR激动剂、他汀类 降脂药；下调PCSK9表达的有贝特类降脂药、黄连 素、核受体FXR或PPARa激活剂等。 3 PCSK9在AS中的作用 31 PCSK9与细胞凋亡研究发现，NARC一1在人 单核细胞株THP一1细胞源性巨噬细胞中有表达，oX- LDL能促使巨噬细胞泡沫化，过量

10、的脂质蓄积使得 细胞凋亡。然而，使用PcSK9 siRNA干扰巨噬细胞 对PCSK9的表达后，再给予ox-LDL处理，与对照组 相比，PCSK9 siRNA干扰组凋亡现象明显被抑制， 提示PCSK9可促使THP一1源性巨噬细胞凋亡。研 究还发现，PCSK9 siRNA也能在ox-LDL诱导的人 脐静脉内皮细胞凋亡信号传导通路中，下调促凋亡 蛋白Bax和上调抗凋亡蛋白BeL2的表达，并且抑制 下游caspase3，caspase9的活性，进而达到经作用于 caspase9信号通路发挥抗凋亡的作用2 。 32 PCSK9与胆固醇代谢PCSK9在人体内主要 是通过结合固醇类调节因子来改变血脂水平，L

11、DLR 基因受SREBP2调控。当细胞内固醇类物质减少 时，PCSK9基因受到SREBP2调控刺激进而表达增 加，通过靶向作用LDLR溶酶体降解途径，在蛋白水 平降解LDLR，减少其与低密度脂蛋白胆固醇(LDL- C)的结合作用，引起LDLC水平上升 引。SREBP 就是通过与LDLR的SRE结合来调控LDLR的转 录，从而维持细胞内外LDL的平衡。近几年发现， 除LDLR外，极低密度脂蛋白受体(VLDLR)和载脂 蛋白E受体2(ApoER2)也是PCSK9的底物。 PCSK9基因敲除小鼠模型中，体内肝脏的LDLR摄 取LDLC能力下降，血浆胆固醇水平显著下降 。 PCsK9基因失活的小鼠模型

12、中，动脉粥样硬化的发 生率显著下降，患心脑血管疾病的风险亦有所减 低 。 。 PCSK9基因不同部位碱基突变会导致两种截然 不同的生物学效应。一种是功能获得型突变，此类 突变会增强降解肝细胞LDLR的能力，从而使血液 中LDLC清除减少，导致高胆固醇血症的发生，增 加心脑血管疾病的易感性；另一种是功能缺失型突 变，此类突变可破坏PCSK9的正常功能，导致肝细 胞表面LDLR增多，血液中LDLC被摄取降解增 加，进而引起低胆固醇血症的发生。 33 PCSK9与炎症反应 高脂血症可诱导全身性 和局部炎症反应发生，PCSK9降解肝细胞表面的 LDLR，导致血脂不能及时清除而水平升高，将间接 地导致炎

13、症反应的发生。 Feingold等_2。 将内毒素注射入小鼠体内，刺激 炎症反应的发生，发现LDLR水平下降，但LDLR mRNA水平却未见减少。进一步检测表明，随着注 射时间的延长，PCSK9 mRNA的表达逐渐增加。除 了内毒素，其他引起炎症的物质(如酵母聚糖、松节 油等)均能刺激肝PCSK9的表达。Lan等2 通过基 因微阵列分析研究证实，细胞内胆固醇缺乏时 PCSK9可诱导胆固醇合成的基因上调，此外，还证实 一些新的途径可能受PCSK9的调节，它们独立影响 胆固醇的吸收，这些途径包括蛋白泛素化、异生代 谢、细胞周期、炎症和应激反应，结果表明在HepG2 中PCSK9除了影响胆固醇代谢之

14、外还影响其他的 代谢途径，一些与炎症相关的基因表达如白细胞介 素(IL)一17B、LCK、TNFR Superfamily Member 3及 MKK6等处于PCSK9基因的下游调控之列。功能 获得型突变D374Y-PCSK9基因分析也表明，PCSK9 调节LDL时出现某些特殊炎症反应，可能与 p38MAPK信号通路有关3 。研究发现PCSK9 siRNA能够抑制ox-LDL诱导的THP一1源性巨噬 细胞炎症因子IL-I、IL-6和肿瘤坏死因子a(TNF a)表达，其机制与PCSK9表达沉没后，通过减少P IkBa的降解，抑制NFIcB表达，降低炎症因子的合 成与分泌，进而抑制了炎症反应有关_

15、3 。 Hampton等 通过晶体学研究发现，PCSK9羧 基末端和抵抗素羧基末端结构高度相似，于是提出 PCSK9和抵抗素可能分享或竞争同一个受体。由于 抵抗素与炎症关系密切，抵抗素可以通过激活NF 临床荟萃2016年1月5日第31卷第1期Clinical Focus，January 5，2016，Vol 31，No1 B途径促进巨噬细胞表达炎症因子，而且炎症因子 还可以参与抵抗素表达的调控_3。 。Tarkowski 等_3朝研究发现抵抗素与细胞膜表面受体TLR4结 合，通过MyD88依赖性信号转导通路，发挥其促炎 作用。由于PCSK9与抵抗素具有高度相似的羧基 末端，我们推测PCSK9具

16、有的促炎作用也由TLR4 介导，依赖MyD88的NFxB和MAPK信号转导通 路可能是PCSK9激活靶细胞启动炎症反应的重要 途径 。引。 4 PCSK9-新的治疗靶点 PCSK9是LDLR的抑制剂，主要是促进溶酶体 中受体的降解。因此PCSK9功能的衰减会减缓 LDLR的降解。除了他汀类药物治疗，PCSK9抑制 剂是另一个把LDLC降低到所需范围的方法，并且 为那些难以容忍大剂量他汀类药物治疗的患者提供 了选择。近年来，无论是采用反义技术还是单克隆 抗体，在PCSK9的降解方法上有很大进展。近年来 以PCSK9为代表的新的降脂靶点受到越来越多的 关注 ，PCsK9已经成为治疗高胆固醇血症的新

17、 的药物的靶点蛋白393。在研的PCSK9抑制剂研究 也取得了令人瞩目的进展_4 “，在治疗高胆固醇血 症方面已进入临床3期。例如：单克隆抗体： Evolocumab (AMG一145)42-46、 Alirocumab (RGEN727，SAR236553) 、bococizumab(RN316 PF一04950615)、LY一3015014、RG7652；反义寡核苷 酸：ISIS一394814、SPC5O01、SPC4061；干扰小核糖 核酸(siRNA)：ALN-PCS_4。 ；模拟抗体蛋白药： Adnectins；小分子抑制剂：SX-PCK9。未来对 PCSK9作用机制的进一步研究将会

18、给人们治疗脂质 代谢性疾病带来新的启迪和突破。 参考文献： 13 Poirier S，Mayer G，Benjannet S，et a1The proprotein convertase PCSK9 induces the degradation of low density 23 3 4 5 lipoprotein receptor(LDLR)and its closest family members VLDLR and ApoER2JJ Biol Chem，2008，283(4)：2363 2372 Grefhorst A，Mcnutt MC，Lagace TA，et a1Plasma

19、PCSK9 preferentially reduces liver LDL receptors in miceJJ Lipid Res，2008，49(6)：13031311 Benjannet S，Hamelin J，Chretien M，et a1Lossand gainof- function PCSK9 variants：cleavage specificity，dominant negative effects，and low density lipoprotein receptor(LDLR) degradationJJ Bio Chem，2012，287(40)：3374533

20、755 李文龙，裴卫东人类枯草溶菌素转化酶9基因影响胆固醇代 谢的研究进展口基础医学与临床，2008，28(6)：629632 Seidah NG，Benjannet S，Wickham L，et a1The secretory proprotein convertase neural apoptosisregulated eonvertase l (NARc-1)：liver regeneration and neuronal differentiationJ Proc Natl Acad Sci USA，2003，100(3)：928-933 E63 Abifadel M，Guerin M

21、，Beannet S，et a1Identification and characterization of new gainoffunction mutations in the PCSK9 gene responsible for autosomal dominant hypereholesterolemiaJAtherosclerosis，2012，223(2)：394 400 7 Kosenko T，Golder M，Leblond G，et a1Low density lipoprotein binds to proprotein convertase subt|lisinkexin

22、 type一9(PCSK9)in human plasma and inhibits PCSK9一mediated low density lipoprotein receptor degradationJ3J Biol Chem， 2O13，288(12)：82798288 8Leren TPSorting an LDL receptor with bound PCSK9 to intracellular degradationJAtherosclerosis，2014，237(1)：76 81 9Cariou B，Le May c，Costet PClinical aspects of P

23、CSK9J Atheroscler0sis，2011。216(2)：258265 1O3 Zhang Y，Liu J，Li S，et a1Impact of currently prescribed lipidlowering drugs on plasma PCSK9 concentration：single or in combination study in ratsJLipids Health Dis，2014，13： 3546 11xu Rx，Li S，Zhang Y，et a1Relation of plasma PCSK9 levels to lipoprotein subfra

24、ctions in patients with stable coronary artery diseaseJLipids Health Dis，2014，13：188 204 1 23 Getz GSPCSK9 in South African variants of familial hypereholesterolemiaJJ Am Coll Cardiol，2014，63(22)： 23742375 1 3Piao Mx，Bai Jw，Zhang PF，et a1PCSK9 regulates apoptosis in human neuroglioma u25 1 cells via

25、 mitochondrial signaling pathwaysJInt J Clin Exp Pathol，2015。8(3)：27872794 143 Leren TPSorting an LDL receptor with bound PCSK9 to intracellular degradationJAtheroselerosis，2014，237(1)：76 81 15Araki S，Suga S，Miyake F，et a1Circulating PCSK9 levels correlate with the serum LDL cholesterol level in new

26、born infantsJEarly Hum Dev，2014，90(10)：607611 2163 Kwakernaak AJ，Lambert G，Dullaart RPPlasma proprotein convertase subtilisinkexin type 9 is predominantly related to intermediate density lip0proteinsJClin Biochem，2014，47(7 8)：679-682 -17Werner C，Hoffmann MM，winkler K，et a1Risk prediction with propro

27、tein convertase subt|1isinkexin type 9(PCSK9)in patients with stable coronary disease on statin treatmentJ Vasc Pharmacol，2014，62(2)：94102 18Seidah NG，Benjannet S，Wickham I ，et a1The secretory proprotein convertase neura1 apoptosisregulated convertase 1 (NARC一1)：liver regeneration and neuronal diffe

28、rentiation JProc Natl Acad Sci U S A，2003，100(3)：928933 193 wu Q，Tang ZH，Peng J，et a1The dual behavior of PCSK9 in the regulation of apoptosis is crucial in Alzheimer s disease progression(Review)JBiomed Rep，2014，2(2)：167171 203 Mbikay M，Sirois F，Mayne J，et a1PCSK9一deficient mice 临床荟萃2016年1月5日第31卷第1

29、期Clinical Focus，January 5，2016，Vol 31，No1 exhibit impaired glucose tolerance and pancreatic islet abnormalitiesJFEBS Lett，2010，584(4)：701 706 21Lagace TAPCSK9 and LDLR degradation：regulatory mechanisms in circulation and in cellsJCurr Opin Lipidol， 2014，25(5)：387393 223李风梅，刘忠民人前蛋白转化酶枯草溶菌素9基因的研究进 展J临

30、床检验杂志，2014，32(3)：219 221 23江璐，龚慧琴，刘录山前蛋白转化酶枯草溶菌素9的生物学功 能J中国生物化学与分子生物学报，2010，26(12)：1085 1089 24Saavedra YG，Zhang J，Seidah NGPCSK9 prosegment chimera asovel inhibitiors of LDLR degradationJPLoS One，2013，8(8)：e72113 E253 Joy TRNovel therapeutic agents for lowering low density lipoprotein cholesterolJP

31、harmacol Ther，2012，135(1)：31 43 26 Fatton E，Cappelletti M，Lo Surdo P，et a1Immunization against proprotein convertase subtilisinlikekexin type 9 lowers plasma LDLcholesterol levels in miceJJ Lipid Res， 2012，53(8)：16541661 27Shen L，Peng HC，Nees SN，et aIProproein convertase subt|lisinkexin type 9 poten

32、tially influences cholesterol uptake in macrophages and reverse cholesterol transportJFEBS Lett，2013，587(9)：12711274 283 Feingold KR，Moser AH，Shigenaga JK，et a1Inflammation stimulates the expression of PCSK9JBiochem Biophys Res Commun，2008，374(2)：341344 29Lan H，Pang L，Smith MM，et a1Proprotein conver

33、tase subt|lisinkexin type 9(PCSK9) affects gene expression pathways beyond cholesterol metabolism in liver cellsJj Cell Physiol，2010，224(1)：273281 3ORanheim T，Mattingsdal M，Lindvall JM，et a1Genomewide expression analysis of cells expressing gain of function mutant D374YPCSK9JJ Cell Physiol，2008，217(

34、2)：459467 31Tang Z，Jiang L，Peng J，et a1PCSK9 siRNA suppresses the inflammatory response induced by oxLDL through inhibition of NFKB activation in THPl_derived macrophagesJ1nt J Mol Med，2O12，3O(4)：931938 32Hampton EN，Knuth Mw，J，et a1The self-inhibited structure of fulllength PCSK9 at 19 A reveals str

35、uctural homology with resistin within the C-terminal domainJProc Natl Acad Sci U S A，2007，104(37)：1460414609 33Lehrke M，Reilly MP，Millington SC，et a1An inflammatory cascade leading to hyperresistinemia in humansJPLoS Med， 2004，1(2)：e45 34Axelsson J，Bergsten A，Qureshi AR，et a1Elevated resistin levels

36、 in chronic kidney disease are associated with decreased glomerular filtration rate and inflammation，hut not with 35 363 37 38 393 4o 41 42 43 44 45 46 47 48 insulin resisanceJKidney Int，2006，69(3)：596604 Tarkowski A，giersing J，Shestakov A，et a1Resistin competes with lipop0lysaccharide for binding t

37、o tolllike receptor 4JJ Cell Mol Med，2010，14(6B)：14191431 江璐PCSK9 siRNA抑制ox-LDL诱导的THP 1源性巨噬细 胞炎症因子表达与分泌D衡阳：南华大学，2011 Hooper AJ，Burnett JRAntiPCSK9 therapies for the treatment of hypercholesterolemiaJExpert Opin Biol Ther， 2O13，13(3)：429-435 Cariou B，Le May C，Costet PClinical aspects of PCSK9J Athero

38、sclerosis，2O11，216(2)：258-265 范丽娟，李仲LDL受体介导的血浆低密度脂蛋白胆固醇的内 吞J生命的化学，2014，34(3)：329336 Mullard ACholesterollowering blockbuster candidates speed into phase llI trialsJNat Rev Drug Discov，2012，11(11)： 817819 Crunkhorn STrial watch：PCSK9 antibody reduces LDL cholesterolJNat Rev Drug Discov，2012，l1(I)：11

39、Koren MJ，Lundqvist P，Bolognese M，et a1AntiPCSK9 monotherap for hypereholesterolemia：the MENDEL-2 randomized，controlled phase HI clinical trial of evolocumab JJ Am Coll CardioI，2014，63(23)：25312540 Blom DJ，Hala T，Bolognese M，et a1A 52一week placebocontr0lled trail of evolocumab in hyperlipidemiaJN Eng

40、l J Med，2014，370(19)：18091819 刘兴兰，谷文，雷寒，等Evoloeumab降低低密度脂蛋白胆固 醇有效性与安全性的Meta分析J临床荟萃，2015，30(5)： 48卜485 Koren MJ，Lundqvist P，Bolognese M，et a1AntiPCSK9 monotherapy for hypereholesterolemia：the MENDEL一2 randomizedcontrolled phase III clinical trial of evolocumab JJ Am Coll Cardiol，2014，63(23)：2531-2540

41、 Hirayama A，Honarpour N，Yoshida M，et a1Effects of evolocumab(AMG145)，a monoclonal antibody to PCSK9，in hypercholesterolemic，statintreated Japanese patients at high Cardiovascular riskJCirc J，2014，78(5)：10731082 Schwartz GG，Bessac L，Berdan LG，et a1 Effect of alirocumab，a monoclonal antibody to PCSK9，

42、on longterm cardiovascular outcomes following acute coronary syndromes： Rationale and design of the ODYSSEY Outcomes trialJAm Heart J，2014，168(5)：682689 Fitzgerald K，FrankKamenetsky M，Shulga-Morskaya S，et a1 Effect of an RNA interference drug on the synthesis of proprotein convertase subt1isinkexin type9(PCSK9)and the concentration of serum LDL cholesterol in healthy volunteers： a randomised，singleblind，placebocontrolled，phase 1 trialJ Lancet，20I4，383(9911)：6068 收稿日期：2015-1022编辑：张卫国