肝臟X受體參與阿爾茨海默病膽固醇代謝異常機制的研究進展

王 凱，唐永萍，黃 偉，徐海偉 綜述，范曉棠 審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)：1.學(xué)員旅17隊；2.生理學(xué)教研室；3.西南醫(yī)院眼科；4.組織胚胎學(xué)教研室,重慶 400038)

阿爾茨海默病(AD)是一種以記憶減退、認知、語言障礙及人格改變?yōu)橹饕Y狀的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，多發(fā)于65歲以上老年人，病理改變以細胞外β淀粉樣蛋白(β-amyloid peptide，Aβ)、老年斑或神經(jīng)炎斑、神經(jīng)元細胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)神經(jīng)纖維纏結(jié)為特征。AD發(fā)病機制中Aβ瀑流學(xué)說(Aβ cascade theory)備受關(guān)注[1]：Aβ是各種細胞淀粉樣前體蛋白(amyloid protein precursor,APP)加工的正常產(chǎn)物，正常時Aβ產(chǎn)生與降解保持平衡，Aβ產(chǎn)生與降解的失衡引起腦內(nèi)Aβ沉積，APP經(jīng)β分泌酶和γ分泌酶一系列連續(xù)切割后形成分子長短不等的Aβ分子，Aβ在AD腦中異常沉積后，通過過氧化損傷、神經(jīng)細胞凋亡、炎癥反應(yīng)等發(fā)揮其神經(jīng)毒性作用。膽固醇代謝通過影響Aβ的代謝過程而參與AD的發(fā)生和發(fā)展。其中重要的膽固醇代謝相關(guān)因子包括載脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)、ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白A1(ATP binding cassette transporter A1,ABCA1)等。肝臟X受體(liver X receptors，LXRs)可通過調(diào)控ApoE、ABCA1以及其他膽固醇代謝基因的表達而影響腦內(nèi)膽固醇水平。近來報道內(nèi)源性LXRs的激活可通過膽固醇代謝影響APP剪切生成Aβ以及Aβ清除的過程，提示LXRs在AD的發(fā)生過程中發(fā)揮重要的作用，有可能成為AD治療的新靶點。本文就LXRs調(diào)節(jié)膽固醇代謝參與AD的發(fā)生進行綜述。

1 膽固醇代謝異常在AD發(fā)生中的作用

腦內(nèi)的膽固醇大部分屬原位合成，中年以后神經(jīng)元的膽固醇合成能力逐漸下降，腦內(nèi)的膽固醇合成主要依賴于星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞。大部分腦內(nèi)膽固醇通過ApoE介導(dǎo)出腦,同時約40%腦內(nèi)膽固醇依賴膽固醇24 S-羥化酶CYP46轉(zhuǎn)變?yōu)?4 S-羥膽固醇，進而穿過血腦屏障[2]，上述途徑維持著腦內(nèi)膽固醇的動態(tài)平衡。

越來越多的實驗表明,膽固醇代謝異常在Aβ的產(chǎn)生和異常沉積過程具有核心作用。流行病學(xué)研究提示中年人群血漿膽固醇過高可能直接導(dǎo)致AD發(fā)病風險增加[3]，高膽固醇促進腦內(nèi)Aβ沉積的動物模型可被廣泛復(fù)制。隨著探索的不斷深入，Abramov等[4]通過實驗發(fā)現(xiàn)了影響Aβ沉積的因子不是腦內(nèi)所有膽固醇，而是神經(jīng)元細胞膜上的膽固醇。而Raja等[5]研究發(fā)現(xiàn)膽固醇乙?；D(zhuǎn)移酶(A-cholesterol acyltransferase,ACAT)改變細胞膜膽固醇和膽固醇酯的比例，抑制ACAT后膽固醇酯水平下降,進而調(diào)控APP酶解途徑減少Aβ合成，提示Aβ與ACAT、膽固醇脂水平的關(guān)系似乎比與膽固醇更為密切。

Fassbender等[6]利用環(huán)糊精選擇性地移除海馬區(qū)細胞膜膽固醇，結(jié)果顯示Aβ生成受抑，提示脂筏(細胞膜上富含脂質(zhì)和膽固醇的微結(jié)構(gòu)域)可能是調(diào)控Aβ沉積的重要元件。膜筏作為一個結(jié)構(gòu)和功能區(qū)域，聚積著多種參與信號分子[7]。β分泌酶和γ分泌酶介導(dǎo)的APP降解反應(yīng)已從脂筏中被分離出，說明脂筏可能通過調(diào)控APP剪切過程來影響Aβ沉積，APP同時存在于膜筏內(nèi)和膜筏外，其中位于膜筏內(nèi)的APP經(jīng)由Aβ源途徑產(chǎn)生Aβ，而在膜筏外的APP經(jīng)由非Aβ源途徑產(chǎn)生無毒性的片段。細胞膜上的膽固醇水平可以調(diào)節(jié)γ分泌酶的活性，低的膽固醇水平有利于APP經(jīng)非Aβ源途徑分解，減少Aβ的產(chǎn)生。

作為膽固醇代謝中所有低密度載脂蛋白受體家族配體的ApoE，腦內(nèi)細胞外膽固醇是通過ApoE微粒與神經(jīng)元脂蛋白受體相關(guān)蛋白結(jié)合后而轉(zhuǎn)運[8]。既往遺傳學(xué)研究已認可ApoE基因是散發(fā)型AD發(fā)病最重要的遺傳因子。有文獻發(fā)現(xiàn)ApoE脂質(zhì)化受ABCA1影響，而ApoE脂質(zhì)化水平直接引起動物腦中Aβ負荷增加。Bell等[9]通過實驗證實ApoE和ApoJ共同調(diào)節(jié)則Aβ從血腦屏障中清除，并且ApoE脂質(zhì)化促進了ApoE協(xié)助Aβ清除的程度，同時也減少了小纖維形成和沉積。隨后Jiang等[10]證明無論是在體內(nèi)環(huán)境還是體外介質(zhì)，脂質(zhì)化ApoE通過蛋白酶促進蛋白水解反應(yīng)易化了可溶性Aβ的清除，進一步證明高脂質(zhì)化程度的ApoE明顯促進Aβ水解，其結(jié)果是減輕腦血管和組織的淀粉樣沉積，即ApoE脂質(zhì)化程度才是決定細胞代謝功能和穩(wěn)定性最重要的參數(shù)?？偠灾?，目前，研究比較公認的是，低脂質(zhì)化ApoE促使Aβ的沉積，而高脂質(zhì)化ApoE加速Aβ降解[11]，脂質(zhì)化ApoE水平是腦內(nèi)Aβ沉積和清除的重要調(diào)節(jié)器。

ABCA1是近來備受關(guān)注的轉(zhuǎn)運蛋白，它通過其獨特的超分子結(jié)構(gòu)作用于ApoA-I而影響細胞內(nèi)膽固醇的流出[12]。多個實驗組通過使用基因轉(zhuǎn)染和基因敲除的方法控制模型動物腦內(nèi)APP和ABCA1表達，證實了ABCA1的表達可以抑制AD發(fā)病。ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白G1(ATP binding cassette transporter G1,ABCG1)廣泛地表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞。體外實驗和基因敲除小鼠的研究均表明,ABCG1基因的表達上調(diào),可以促進細胞內(nèi)膽固醇向高密度脂蛋白的轉(zhuǎn)移,說明ABCG1與ABCA1一樣,促進細胞內(nèi)膽固醇外流[13],進而影響AD發(fā)病。由此，ABCA1、ABCG1、ApoE都是膽固醇代謝影響AD的關(guān)鍵因子。

2 LXRs調(diào)節(jié)腦內(nèi)膽固醇代謝

LXRs是核受體家族成員，通過配體結(jié)合方式，作用于靶基因的調(diào)控區(qū)從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。哺乳動物LXRs有2種亞型：LXRα和LXRβ。LXRs分子具有5個結(jié)構(gòu)區(qū)域：(1)N末端氨基端配體非依賴的轉(zhuǎn)錄活化域(activation function domain,AF1)；(2)含2個鋅指的DNA結(jié)合域(DNA binding domain,DBD)；(3)鉸鏈區(qū)；(4)疏水的配體結(jié)合域(ligand binding domain,LBD)；(5)C末端羧基端配體依賴的轉(zhuǎn)錄活化區(qū)域(AF2)[14]。內(nèi)源性的LXRs配體是膽固醇代謝衍生物，包括22(R)-羥化膽固醇、20(S)-羥化膽固醇、24(S)-羥化膽固醇、27-羥化膽固醇。人工合成的LXRs配體包括TO901317和GW3965等。LXRs與視黃醛X受體(retinoid X receptors,RXRs)結(jié)合形成異二聚體,能夠被LXRs或RXRs配體激活后啟動轉(zhuǎn)錄從而調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。LXRs的靶基因的轉(zhuǎn)錄激活步驟如下：(1)配體缺乏時,輔阻遏物(如SMAT和N2CoR)與LXR/RXR結(jié)合抑制轉(zhuǎn)錄；(2)配體與LXR/RXR結(jié)合后,誘導(dǎo)構(gòu)象發(fā)生改變,使輔阻遏物解離,產(chǎn)生基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄;(3)輔激活物補充結(jié)合到活化的LXR/RXR上,轉(zhuǎn)錄被完全激活[15]。

LXRs是膽固醇敏感的感應(yīng)器，膽固醇含量的升高可以觸發(fā)LXRs發(fā)生一系列代謝效應(yīng)以防止細胞內(nèi)膽固醇超載，LXRs激活后觸發(fā)的效應(yīng)包括：(1)膽固醇逆轉(zhuǎn)運。膽固醇逆轉(zhuǎn)運始于膽固醇超載刺激細胞產(chǎn)生羥化固醇，而羥化膽固醇是LXRs的內(nèi)源性配體，活化內(nèi)源性LXRs引起下游膽固醇轉(zhuǎn)運因子(ABCA1和ABCG1)的改變，介導(dǎo)膽固醇轉(zhuǎn)運出細胞。其中ABCA1促使其接受的膽固醇轉(zhuǎn)移到高密度脂蛋白(high density lipoproteins，HDL)或者載脂蛋白A-I上，而ABCG1卻只能促使膽固醇與HDL結(jié)合。LXRs介導(dǎo)的這種膽固醇逆轉(zhuǎn)錄過程，保證了細胞內(nèi)膽固醇的正常穩(wěn)態(tài)。(2)減少小腸吸收膽固醇入血；LXRs激動后可以上調(diào)小腸上皮ABCG5和ABCG8的表達，促進膽固醇從糞便排泄，使腸源性吸收的膽固醇含量變少。(3)抑制細胞對膽固醇的攝取與合成。LXRs缺乏小鼠肝臟中甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-2(sterol regulatory element binding protein-2,SREBP-2)高度表達,而SREBP-2的靶基因參與3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶和合成酶的合成，從而影響膽固醇合成。最近發(fā)現(xiàn),LXRα可通過直接沉默2種膽固醇合成相關(guān)酶類：羊毛甾醇14α去甲基化酶和鯊烯合成酶的表達而抑制膽固醇的生物合成[16]。同樣在腦內(nèi)，LXRs作為膽固醇重要調(diào)節(jié)器而備受關(guān)注，Zelcer等[17]通過激動腦內(nèi)LXRs，觀察到ABCA1和ABCG1的明顯上調(diào)，ABCA1介導(dǎo)細胞的膽固醇與載脂蛋白結(jié)合,ABCG1介導(dǎo)膽固醇轉(zhuǎn)變成HDL，從而共同引起了細胞內(nèi)膽固醇流出。Cao等[18]實驗進一步證實了此過程，LXRs上調(diào)神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞內(nèi)的ABCA1水平，繼而引起膽固醇流出，此外，腦內(nèi)LXRs通過配體結(jié)合方式調(diào)節(jié)神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中的ABCA1水平導(dǎo)致細胞內(nèi)的膽固醇減少的同時，也促進星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞的ApoE合成。相反，LXRs敲除動物腦中一系列代謝因子缺陷導(dǎo)致了腦內(nèi)膽固醇的聚集。

3 LXRs通過調(diào)節(jié)膽固醇代謝影響AD的發(fā)生和進展

Fukumoto等[19]觀察到LXRs激動劑可使Neuro2A細胞Aβ分泌增多，同時伴有ABCA1表達的上調(diào)；自Koldamova等[20]研究發(fā)現(xiàn)，LXRs激動劑TO901317作用于APP23小鼠后，ABCA1表達上調(diào)，同時觀察到APP剪切過程由β分泌酶途徑向α分泌酶途徑轉(zhuǎn)換，最終導(dǎo)致腦Aβ生成量明顯減少；與之矛盾的是Riddell等[21]的研究，他們使用LXRs激動劑TO901317處理20周齡的Tg2576 AD小鼠，觀察到海馬區(qū)ABCA1和ApoE的增加，同時Aβ42水平的降低，然而APP剪切過程未曾受抑，Aβ水平降低的原因是LXRs激動后引起的脂質(zhì)代謝改變直接促進了Aβ的清除；另一方面，ABCA1缺乏的APP/PS1動物失去對LXRs激動劑GW3965的應(yīng)答，證實LXRs影響AD過程中ABCA1的不可或缺[22]，同時提示了LXRs調(diào)控AD發(fā)病時中間因子不可忽略的作用。眾多學(xué)者為闡明LXRs影響AD發(fā)病過程探索不息，雖然結(jié)果未完全一致，可以明確的是，ABCA1和ApoE密切影響著Aβ的生成、轉(zhuǎn)運和清除，LXRs激動通過促進上述基因表達必將對Aβ沉積起到重要的調(diào)控作用，LXRs影響AD與ABCA1、ApoE、膽固醇代謝密切相關(guān)。LXRs-ABCA1-ApoE-Aβ軸可能是LXRs對Aβ沉積的合理解釋，令人遺憾的是，更進一步的分子機制和信號網(wǎng)絡(luò)仍未闡明。

4 LXRs抑制AD中的神經(jīng)炎癥反應(yīng)

盡管免疫反應(yīng)不是AD的標志，但是越來越多的證據(jù)卻表明Aβ的沉積和NFT引起腦內(nèi)一系列的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。例如，AD腦組織中炎性介質(zhì)水平明顯升高，并可以檢測到識別老年斑的抗體。局部炎癥由老年斑周圍聚集的活化小膠質(zhì)細胞和反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞介導(dǎo)，小膠質(zhì)細胞與Aβ反應(yīng)導(dǎo)致了一系列炎性介質(zhì)釋放，神經(jīng)炎癥帶來的直接結(jié)果是小膠質(zhì)細胞作為一種吞噬細胞協(xié)助清除腦內(nèi)Aβ的能力下降。此外，已被證實的是，ApoE與膽固醇代謝都將參與炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)。

Zelcer等[17]利用APP/PS1鼠體內(nèi)實驗對LXRs調(diào)節(jié)AD動物模型炎癥反應(yīng)進行探索后發(fā)現(xiàn)，LXRs的激活可有效抑制由于Aβ刺激引起的炎癥反應(yīng)的發(fā)生，GW作用于BV2細胞和小膠質(zhì)細胞，明顯減少由于LPS刺激引起的iNOS和Cox2 蛋白的表達。Lefterov等[23]利用Aβ處理體外培養(yǎng)的小膠質(zhì)細胞，iNOS和炎性因子IL-6釋放增加，而LXRs激動劑TO901317與GW3695能夠反轉(zhuǎn)這一效應(yīng)。這些都暗示著LXRs影響神經(jīng)炎癥的可能機制：LXRs是Aβ引起炎癥反應(yīng)的抑制劑，LXRs抑制炎癥后帶來小膠質(zhì)細胞吞噬功能的恢復(fù)，小膠質(zhì)細胞又可以協(xié)助清除腦內(nèi)沉積的Aβ，LXRs抑制神經(jīng)炎癥可能引起一個良性循環(huán)。遺憾的是，LXRs調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥的信號通路至今仍未闡明。

5 LXRs激動劑治療AD的應(yīng)用前景

LXRs參與AD發(fā)生、發(fā)展的重要意義已被廣泛接受，鑒于目前世界范圍內(nèi)還沒有針對AD的有效藥物，LXRs激動劑的臨床應(yīng)用被寄予期望。目前的研究尚處在細胞和動物實驗階段，LXRs激動劑作為臨床藥物預(yù)防AD發(fā)病或改善AD癥狀的探索尚少，LXRs的亞型特異性、組織學(xué)特異性、配體的生物有效性等都是藥物研發(fā)的關(guān)鍵點。值得關(guān)注的還有LXRs激動劑作為藥物的不良反應(yīng)，例如升高三酰甘油水平、增加冠心病風險、參與肝臟脂肪形成、引起肝臟腫大等。

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