LRP-1調控血管完整性的研究進展*

楊 燕， 吳劍波

(瀘州醫(yī)學院藥物與功能性食品研究中心, 四川 瀘州 646000)

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·綜 述·

LRP-1調控血管完整性的研究進展*

楊 燕， 吳劍波△

(瀘州醫(yī)學院藥物與功能性食品研究中心, 四川 瀘州 646000)

低密度脂蛋白相關受體1(low-density lipoprotein receptor-related protein-1，LRP-1)屬于低密度脂蛋白受體家族的成員，是一種定位于胞漿膜上介導胞吞作用的受體蛋白，目前發(fā)現(xiàn)其配體種類已超過40種，包括最近發(fā)現(xiàn)的金屬蛋白酶組織抑制物1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1)[1]。部分研究顯示LRP-1在平滑肌細胞、巨噬細胞、神經(jīng)細胞和纖維細胞表面呈高水平表達。由于LRP-1能夠與多種結構及功能各異的配體相互作用使得其不僅能介導胞吞作用，而且能夠參與維持血腦屏障的完整性，調控巨噬細胞和平滑肌的增殖遷移[2]，調節(jié)信號通路和介導黏著斑的降解等，從而有效保護和維持血管的穩(wěn)定性?；蚪M學相關分析發(fā)現(xiàn)，LRP-1基因是腹主動脈瘤[3]、高脂血癥[4]以及冠心病的易感位點。此外，近來陸續(xù)有研究表明表達于血管平滑肌[5]和巨噬細胞中[6]的LRP-1能有效阻礙血管動脈粥樣硬化的形成，從而保護脈管系統(tǒng)。文章綜述了LRP-1調節(jié)血管完整性的發(fā)現(xiàn)、作用機制及功能研究進展，揭示血管形成過程中以LRP-1介導的特異性胞內信號通路反應機制，展望LRP-1作為認識和研究血管壁性疾病的新靶點。

1 LRP-1結構及其與配體的識別機制

LRP-1是由低密度脂蛋白A型受體(low-density lipoprotein receptor type A，LDLa)重復域組成的模塊結構所構成的，其結構中包括表皮生長因子樣重復域，β螺旋結構域，跨膜結構域，及胞內結構域(intracellular domain，ICD)。LRP-1系低密度脂蛋白受體家族的成員，該家族中所有受體都包含了2個或以上富含半胱氨酸的補體型重復域(complement type repeats，CR)，大多數(shù)配體都通過與該重復域結合而發(fā)揮作用。此外，所有低密度脂蛋白受體還包含了一個或多個與表皮因子前體同源的區(qū)域——YWTD重復域，其可以折疊成β螺旋結構域。低密度脂蛋白受體都包含有單向的跨膜結構域和不同長度的胞質域，這些胞質域由100個氨基酸殘基組成，包括雙亮氨酸基序和2個NPxY基序。在信號通路中，LRP-1的胞質域可與多個適配分子作用，而ICD則有轉錄調節(jié)功能。

和其它低密度脂蛋白配體識別方式相同，當LRP-1的LDLa重復域上天冬氨酸殘基的羧基末端與其配體的賴氨酸殘基的ε氨基端形成鹽橋時，LRP-1便開始識別其配體。相互作用時，天冬氨酸殘基在鈣離子的作用下形成酸性口袋。在該酸性口袋中，賴氨酸殘基的脂肪族相互之間形成范德華力，促進LRP-1與配體的結合。通常，當?shù)?個賴氨酸殘基出現(xiàn)時，便可與LDLa重復域上的氨基酸殘基相互作用產(chǎn)生弱靜電作用。目前已證實至少有8種配體是通過這種模式與LRP-1結合的[7-9]。

2 LRP-1的胞吞作用維持血管穩(wěn)定性

血液循環(huán)中產(chǎn)生的乳糜微粒和蛋白，大多在肝臟中被降解，這與肝臟中高表達的LRP-1介導的胞吞作用直接聯(lián)系。在被清除掉的蛋白中，包括凝血因子Ⅷ(coagulation factor Ⅷ，F(xiàn)Ⅷ)。FⅧ是體內一種重要的凝血因子蛋白，若體內該基因缺失，則會導致A型血友病的發(fā)生。正常情況下FⅧ處于非激活狀態(tài)，與血漿血管性血友病因子(von Willebrand factor，vWF)結合成復合物在血液中循環(huán)，并且其在vWF上的結合區(qū)域已被證實，主要位于類胰蛋白酶抑制因子(trypsin-inhibitor-like，TIL)功能域易變區(qū)[10]。當血管受損時，F(xiàn)Ⅷ被激活，通過水解作用與vWF分離，隨后激活態(tài)的FⅧ分布到血小板、內皮細胞和巨噬細胞表面并激活fIX，促進凝血。循環(huán)中FⅧ水平不僅受到其生物合成的調節(jié)，也與肝受體介導的清除相關。

肝臟中的LRP-1與FⅧ的降解是直接相關的。當用125I標記FⅧ后，在表達LRP-1的細胞中可明顯看到fⅧ被清除掉，而在不表達LRP-1 的細胞中，F(xiàn)Ⅷ則幾乎不被清除，且在體內不表達LRP-1的轉基因小鼠血漿中發(fā)現(xiàn)FⅧ的表達水平是普通小鼠的2倍。當向該種小鼠血漿中輸入125I標記的FⅧ后，F(xiàn)Ⅷ的清除時間延長，提示我們FⅧ的清除與LRP-1的表達是相關的。然而，LRP-1是怎樣介導FⅧ的降解的，機制尚不夠明確。目前廣泛被接受的解釋是FⅧ被激活后，肝臟中的乙酰肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycans，HSPG)促進FⅧ/vWf復合物聚集到細胞表面并加快FⅧ與vWf分離，隨后FⅧ與細胞膜上的LRP-1結合，通過胞吞作用，F(xiàn)Ⅷ即被降解，而vWf則重新被結合利用。除FⅧ外， LRP-1可通過HSPG途徑而抑制金屬蛋白酶組織抑制物3(tissue inhibitor of metalloproteinase-3，TIMP-3)的分泌[11]。

此外，最近研究發(fā)現(xiàn)LRP-1可能也參與了vWf的清除。體內實驗發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠肝臟中的LRP-1基因后，vWF水平明顯升高。Rastegarlari等[12]在刪除巨噬細胞中LRP-1的小鼠體內觀察到vWF清除功能顯著延遲的現(xiàn)象。而vWF清除位點主要是在肝臟，提示這可能是肝巨噬細胞中LRP-1的作用結果。

3 LRP-1調節(jié)細胞表面的水解活性維持血管穩(wěn)定性

LRP-1通過調節(jié)細胞表面的受體水平而調節(jié)細胞介導的水解作用。組織因子(tissue factor，TF)就是其中一種受體。其是外源凝血途徑中的重要成分，當血管壁的完整性遭到破壞時，TF暴露于循環(huán)血液，啟動外源凝血途徑，TF與凝血因子Ⅶ結合，激活凝血因子Ⅹ,促進凝血酶的形成。組織因子通道抑制劑(TF pathway inhibitor，TFPI)是該途徑的主要抑制劑。TFPI包含3個庫尼型蛋白酶抑制域，前2個與激活的凝血因子Ⅶ和Ⅹ結合成緊密復合物，抑制水解活性，羧基端的蛋白酶抑制域則與LRP-1結合，形成FⅦa/FXa/TF復合物，調節(jié)凝血活性。

除調節(jié)TF水平外，在LRP-1的介導作用下，發(fā)現(xiàn)尿激酶型纖溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator, uPA)可以促進荷脂血管平滑肌的遷移[13]。uPAR與uPA緊密結合提供一個細胞層面的蛋白水解通路，而LRP-1則是通過調節(jié)該水解通路來發(fā)揮作用的[14]。

4 LRP-1調節(jié)PAI-1維持血管穩(wěn)定性

纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)是一種通過抑制纖溶酶原的激活來調節(jié)纖維蛋白溶解的多功能蛋白，在心血管系統(tǒng)中，PAI-1表達水平異?？芍苯訉е滦难芗膊〉陌l(fā)生。目前，已證實，動脈粥樣硬化、肥胖、糖尿病、高血壓都與PAI-1的異常表達有關。近來發(fā)現(xiàn)，其可在LRP-1的作用下參與調控信號通路而上調細胞運動性[15]。在動脈硬化的斑塊組織中，發(fā)現(xiàn)與形成斑塊相關的細胞中PAI-1的表達是增高的，其機制可能是PAI-1通過穩(wěn)定纖維蛋白基質使其成為一種支持蛋白，從而為細胞遷移或促進平滑肌細胞增殖提供了支架。而LRP-1除介導胞吞作用和調節(jié)信號通路外，同時還能促進其適配因子與支持蛋白間發(fā)生相互作用。當LRP-1與細胞表面的配體如整合素、生長因子受體和蛋白多糖結合形成復合物時，可以激活有絲分裂素激活蛋白和非受體Src蛋白激酶，影響細胞的增殖遷移。PAI-1也可通過與LRP-1直接結合，作為一種信號調節(jié)分子影響細胞遷移。實驗發(fā)現(xiàn)，PAI-1的3種構象體(激活態(tài)、未激活態(tài)和裂解態(tài))都能通過激活Jak/Stat1信號通路增加LRP-1依賴途徑的細胞遷移[16]。

在LRP-1參與下，PAI-1調節(jié)細胞的遷移主要通過以下2種形式：uPA/uPAR非依賴途徑和uPA/uPAR依賴途徑。其中，在uPA/uPAR非依賴途徑中，PAI-1直接與LRP-1結合，促發(fā)Jak/Stat1信號通路進而加快細胞遷移[17]。而在uPA/uPAR依賴途徑中，當PAI-1與uPA/uPAR相互結合形成PAI-1/uPA/uPAR復合物后，隨后在LRP-1的作用下發(fā)生內質化[18]。PAI-1/uPA/uPAR復合物促發(fā)細胞表面整合素αVβ3與細胞外基質(extracellular matrix，ECM)配體分離，進而調節(jié)細胞增殖遷移及分化功能。之后，整合素αVβ3、uPAR、LRP1循環(huán)到細胞表面被重新利用，而uPA 和PAI-1被降解掉，如圖1所示。

Figure 1.The two pathways by which LRP-1 regulates PAI-1.

圖1 LRP-1調節(jié)PAI-1的2種途徑

5 LRP-1調節(jié)信號通路維持血管穩(wěn)定性

近年來發(fā)現(xiàn)，LRP-1還能調節(jié)炎癥、動脈粥樣硬化以及腫瘤形成中的一些信號通路，而這些通路對維持血管的穩(wěn)定性有著重要意義[19]。在缺乏LRP-1的小鼠血管平滑肌中，其主動脈壁增厚，彈性板增厚，有主動脈瘤形成，且動脈粥樣硬化易感性增高。研究發(fā)現(xiàn)，LRP-1在血管平滑肌發(fā)揮作用的機制主要是通過調節(jié)血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)信號通路和轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)信號通路。

5.1 平滑肌中LRP-1調控PDGF信號通路抑制動脈粥樣硬化的形成 很多研究已陸續(xù)揭示了在動脈粥樣硬化和內膜新生過程中，PDGF是纖維母細胞和平滑肌細胞的強啟動子[20]。當PDGF與其受體PDGFR-β結合時，PDGF信號通路被激活。PDGFR-β是一種酪氨酸激酶受體，與PDGF結合后，PDGF信號通路即被激活，進而促進細胞增殖遷移。但過多地激活PDGF信號通路后，通常會引發(fā)腫瘤。調節(jié)PDGFR是一種防止PDGF信號通路過度激活的重要途徑，LRP-1就是其中一種通過調控PDGFR而抑制PDGF信號通路過多被激活的分子[21-22]。缺乏LRP-1的小鼠動脈壁上發(fā)現(xiàn)平滑肌增生，且PDGFR-β表達量增加，PDGFR-β和Smad2磷酸化增加，表明LRP-1與PDGFR-β的過表達相關。在喂食高膽固醇情況下，發(fā)現(xiàn)敲除了LRP-1和LDLR的小鼠(smLRP-1-/LDLR- mice)比普通小鼠更容易形成動脈粥樣硬化，且PDGF表達量也明顯增高。此外，smLRP1小鼠血管彈性板明顯被破壞，且有動脈瘤形成，但當用酪氨酸激酶抑制劑gleevec阻斷PDGF-β后，對血管的損害作用便得到明顯改善。提示我們，LRP-1可以抑制PDGF信號通路的過度表達，從而發(fā)揮其保護血管的作用。

然而，LRP-1是如何調節(jié)PDGF通路的，機制尚不完全清楚。當PDGFRβ被激活時，LRP-1胞內域的NPxY末端序列被酪氨酸磷酸化，從而為酪氨酸磷酸化結合域及Src家族同源區(qū)2結構域的適配蛋白構建了一個結合位點[23]。其中一種適配蛋白是Shp-2，這是一種酪氨酸磷酸酶，在激活大鼠肉瘤或大鼠基質瘤時，作為PDGFR信號通路的信號調節(jié)激酶。Shp-2與磷酸化的LRP-1胞內域有高親和力，其在LRP-1減弱PDGF介導的信號通路時扮演著重要作用。另一種分子是與LRP-1胞內域相關的c-Cbl，這是一種泛素-E3-連接酶，其可以調節(jié)酪氨酸激酶受體PDGFRβ的泛素化。而在缺乏LRP-1的小鼠胚胎纖維母細胞中PDGFRβ的泛素化總是高于表達LRP-1的小鼠胚胎纖維細胞。這些都表明了，LRP-1與PDGFβ的泛素化相關。在特定敲除小鼠平滑肌細胞中的LRP-1后(即smLRP-1小鼠)，這些數(shù)據(jù)目前卻無法解釋該種小鼠體內觀察到的激活態(tài)PDGFRβ增加、PDGF信號也增強的現(xiàn)象。

5.2 LRP-1調控TGF-β信號通路 TGF-β可以調節(jié)體內諸多生化過程如，增殖遷移，胞外基質的生物合成，血管新生，免疫應答及細胞的凋亡與分化。在血管受損時，TGF-β也參與了其修復過程。TGF-β的激活主要是通過其受體來調節(jié)的，LRP-1就是其中一種最新發(fā)現(xiàn)的TGF-β受體。與其它TGF-β受體如TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ和TGF-βRⅢ極其相似，因此LRP-1被命名為第Ⅴ型TGF-β受體，它們都主要表達于細胞表面。用125I標記TGF-β，發(fā)現(xiàn)TGF-β與LRP-1之間確有交聯(lián)作用，并且該作用可被LRP-1的阻斷劑RAP阻斷。目前發(fā)現(xiàn)其發(fā)生交聯(lián)的位點主要是位于飾膠蛋白聚糖中第5和第6區(qū)域[24]。Muratoglu等[25]通過表面等離子體共振實驗也證實了TGF-β1和TGF-β2是直接與LRP-1結合的。在血管修復過程中，巨噬細胞中的LRP-1通過下調TGF-β2的蛋白和基因表達水平從而調節(jié)TGF-β信號通路抑制內膜新生。 此外，smLRP-1小鼠LDLR的缺失使其管脈系統(tǒng)的細胞核中Smad2/3表達增加，這主要是因為TGF-β信號通路過多地被激活。由于缺乏LRP-1，TGF-β信號通路過多被激活，同時也會增加動脈壁上的PDGFR-β的表達量，進而過多激活PDGF-BB信號通路，促進動脈粥樣硬化病變的發(fā)生。

綜上所述，LRP-1可以通過調節(jié)信號通路，或影響通路與通路之間的相互作用而保護和維持血管的完整性。胞漿LRP-1能夠與多種特有生理作用的配體相互作用，不僅介導內吞作用，而且參與調節(jié)細胞水解活性、細胞增殖、遷移以及復雜信號通路，進而維持血脂動態(tài)及纖溶系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時通過調控多類細胞生長因子、細胞激酶等，與動脈粥樣硬化、心肌梗死及中風等疾病密切相關，提示LRP-1可能是潛在的心血管類疾病新的致病因子。

當前血管穩(wěn)定性相關LRP-1功能及作用機制研究已取得較大進展，如最近研究已發(fā)現(xiàn)LRP-1影響著巨噬細胞的極化從而促進M1型巨噬細胞向M2型巨噬細胞的轉化，這可能對血管性疾病的治療是一個新思路[26]。但仍存在諸多疑問，例如，LRP-1作為調節(jié)FⅧ水平的關鍵受體，其功能作用途徑及相關機理研究仍不清楚；并且TFPI途徑中LRP-1介導FⅦ/TF復合物的清除到底有何意義，仍是未來研究的重要方向。另外，部分研究揭示LRP-1可以介導炎癥中產(chǎn)生的生長因子和蛋白酶的攝取，但該功能途徑具體是通過LRP-1介導的胞吞作用還是通過直接激活該生長因子或蛋白酶的信號通路產(chǎn)生的結果，尚待進一步探究。

隨著對LRP-1配體及其作用方式的深入研究，已陸續(xù)揭示LRP-1在維持血腦屏障的完整性，調控巨噬細胞及平滑肌的增殖遷移，調節(jié)信號通路等生理過程中扮演著重要作用，這將為腹主動脈瘤、高脂血癥以及冠心病等血管性疾病的防治提供新突破口。此外, 已發(fā)現(xiàn)增加VLDLR基因表達可改善2型糖尿病大鼠脂代謝紊亂，并可在此基礎上減輕主動脈粥樣斑塊程度[27]。因此，進一步以LRP-1為靶點的抗動脈粥樣硬化及其它血管類疾病藥物研發(fā)也可能成為未來新藥研發(fā)的新方向。

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Advances in LRP-1-regulated vascular integrity

YANG Yan, WU Jian-bo

(DrugDiscoveryResearchCenter,LuzhouMedicalCollege,Luzhou646000,China.E-mail:jbwucn@163.com)

Low-density lipoprotein receptor-related protein-1 (LRP-1) is a transmembrane receptor protein located on the plasma membrane of the cells and involved in receptor-mediated endocytosis. LRP-1 binds to distinct ligands that are structurally and functionally unrelated, which makes it not only mediates endocytosis, but also regulates cell surface proteolytic activity and specific intracellular signaling pathways related to multiple links in the process of development of atherosclerosis. Moreover, LRP-1 plays an important role in maintaining vascular stability. This review focuses on the progress in LRP-1-regulated vascular integrity, and provides new insights to the target of the blood vessel diseases.

低密度脂蛋白相關受體1； 凝血因子Ⅷ； 胞吞； 信號通路

Low-density lipoprotein receptor-related protein-1; Gogultion factor Ⅷ; Endocytosis; Signal pathway

1000- 4718(2015)04- 0759- 05

2014- 12- 01

2015- 01- 22

國家自然科學基金資助項目(No. 81172050)；四川省科技廳資助項目(No. 14ZC2765)

R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2015.04.033

△通訊作者 Tel: 0830-3161673; E-mail: jbwucn@163.com