ABCA1：調控膽固醇逆向轉運與炎癥激活之間關系的研究新進展

李佳珊 關秀茹，2

(1.哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150001； 2.哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院檢驗科，黑龍江 哈爾濱 150001)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種以脂質沉積和炎癥反應為特點的慢性炎癥性疾病。臨床研究指出高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)血清含量與AS發(fā)病率呈負相關[1]。HDL的主要功能是將膽固醇從外周組織運輸?shù)礁闻K，這一過程被稱為“反向膽固醇轉運”(reverse cholesterol transport，RCT)，它可清除動脈血管中多余的膽固醇，從而減少脂質沉積，阻止泡沫細胞的形成并預防AS的發(fā)生。為了啟動RCT，三磷酸腺苷結合盒轉運體(ATP-binding cassette transporter，ABC)A1運輸磷脂和膽固醇，隨后將其裝載到載脂蛋白A-I(ApoA-I)形成HDL前體[2]。ABC轉運蛋白是一類整合膜蛋白家族，能夠利用ATP的水解作用，穿過細胞膜的磷脂雙分子層化學轉運不同的底物。目前已知有49種不同的基因編碼人類的ABC轉運蛋白，這些轉運蛋白廣泛參與細胞過程，能轉運大量不同的疏水化合物穿越細胞邊界。由于某些基因在轉錄的過程中被交替剪接，因此這49個基因中的每個基因不只編碼一種蛋白質，而是編碼多種ABC蛋白變體?；诨蚪Y構的相似性以及核苷酸結合域和跨膜域的序列同源性，ABC轉運蛋白又分為7個亞科，被命名為ABCA～G。ABCA亞家族有12個成員，其中就包括ABCA1，其主要參與脂質分子穿越細胞膜的運動[3]。但目前的研究認為ABCA1不僅能逆向轉運細胞內(nèi)的膽固醇，減少泡沫細胞的形成，而且在AS的慢性炎癥反應過程中扮演著重要作用。ABCA1貫穿AS形成的整個過程，靶向ABCA1既可減少脂質沉積又可減弱炎癥反應，可作為治療和預防AS的關鍵靶點。根據(jù)最近的研究報道，以ABCA1為藥物靶點的治療已在動物實驗中取得很好的效果[4]，而相關藥物是否可用于臨床上治療人類心血管疾病還有待進一步研究?，F(xiàn)對ABCA1調控的膽固醇代謝與炎癥反應之間關系的最新進展進行綜述。

1 ABCA1的結構與功能

ABC轉運蛋白家族主要由四個核心結構域組成，即兩個跨膜結構域和兩個核苷酸結合結構域。ABCA1是一個結構完整的轉運蛋白，而這四個結構域是由一條包含2 261個殘基的多肽鏈構成。ABCA轉運蛋白亞型，特別是ABCA1具有兩個糖基化修飾的胞外結構域，并含有一定數(shù)量的二硫鍵。這些附屬結構域可調節(jié)蛋白與蛋白之間的相互作用。近年研究發(fā)現(xiàn)ABCA1在HDL的生物合成和維持膽固醇穩(wěn)態(tài)方面具有重要作用[5]。

ABCA1基因突變可導致常染色體隱性遺傳?。篐DL缺乏癥，以血清中較低的HDL含量以及組織巨噬細胞內(nèi)膽固醇沉積為特點，可引發(fā)AS的形成[6]。轉運蛋白可調控磷脂和游離膽固醇從細胞質膜釋放并與細胞外基質中的ApoA-I結合，從而產(chǎn)生HDL前體顆粒。ABCA1和其他ABC轉運蛋白的作用則是促進細胞內(nèi)游離膽固醇外流并結合ApoA-I，增強膽固醇從巨噬細胞逆向轉運到肝臟進行代謝，從而預防心血管疾病的發(fā)生[7]。

2 在AS中的ABCA1依賴性膽固醇轉運和炎癥反應

膽固醇代謝阻礙和炎癥反應是促進AS發(fā)展的兩個重要過程。近年，一些研究報道了在AS形成的兩個過程的病理性改變。椴樹素是一種典型的黃酮成分，研究表明它可通過下調巨噬細胞和平滑肌細胞內(nèi)的腫瘤壞死因子(TNF)-α/核因子(NF)-κB通路抑制炎癥反應發(fā)生。此外椴樹素下調SR-A1 mRNA，阻止巨噬細胞樣泡沫細胞形成，同時上調B類清道夫受體和ABCA1基因的表達，進而增強RCT代謝過程[8]。有關RCT和炎癥反應的病理變化在動物體內(nèi)實驗中也有相似的文獻報道。Ou等[9]發(fā)現(xiàn)在ApoE-/-小鼠體內(nèi)，血管生成素-1(Ang-1)調控Tie2/TFE3/LXRα通路，進而下調ABCA1和ABCG1的表達，引起小鼠RCT下降，同時血清中HDL膽固醇含量顯著減少。Ang-1增加TNF-α、白介素(IL)-6和IL-1β炎癥因子的表達，促進脂質在斑塊細胞內(nèi)的積累，同時促進炎癥性M1亞型巨噬細胞生成，這些作用加速了炎癥反應并加重了AS的發(fā)生。Zhang等[10]探究了Wnt5a/Ror2通路在致心血管疾病方面的作用機制，在ApoE-/-小鼠中Wnt5a高表達，敲除Wnt5a發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)膽固醇積累與炎癥反應下降，而過表達Wnt5a能抑制ABCA1的合成與表達，同時促進NF-κB和促炎細胞因子的表達，敲除Ror2可逆轉過表達Wnt5a的作用。此外抑制ABCA1后膽固醇積累和炎癥反應也相應增多。上述研究提示W(wǎng)nt5a/Ror2通路對膽固醇轉運和炎癥反應的重要作用。膽固醇受阻導致的脂質沉積和炎癥反應是AS早期的主要病理特征，進一步探索二者之間的關系將為預防和治療AS提供新思路。

3 ABCA1調節(jié)細胞內(nèi)的炎癥信號

3.1 ABCA1對內(nèi)皮細胞炎癥反應的調控作用

清除內(nèi)皮內(nèi)膜下過量的脂質沉積可有效地減少AS的發(fā)生。基因治療是一種新方法，通過增加血管壁ApoA-I和ABCA1基因的表達，促進RCT，可有效地預防或逆轉AS。之前研究報道了利用輔助病毒依賴型腺病毒載體在高脂喂養(yǎng)兔子的內(nèi)皮細胞中表達ApoA-I，結果發(fā)現(xiàn)表達ApoA-I的內(nèi)皮細胞膽固醇流出能力增強，同時斑塊面積明顯縮小，脂質以及炎癥細胞積累也相應減少[11-12]。然而由于ApoA-I調控的膽固醇代謝依賴于ABCA1的表達，治療效果有局限性。其他研究者嘗試在內(nèi)皮細胞中過表達ABCA1，結果表明大動脈中AS的發(fā)生顯著減少。與此同時，血清中HDL膽固醇升高40%，排除了內(nèi)皮細胞中ABCA1過表達對減少AS的局部作用[13]。最近一項新的研究報道了在內(nèi)皮細胞中同時過表達ApoA-I和ABCA1，膽固醇外流增強，炎癥標志物表達減少。但單獨ABCA1過表達處理對內(nèi)皮細胞增殖、遷移、代謝以及炎癥標志物表達的影響很小，只有ApoA-I和ABCA1共同過表達的條件下，效果才比較顯著[14]。ABCA1促進ApoA-I轉運至內(nèi)皮內(nèi)膜下，加速細胞內(nèi)膽固醇的轉運和清除，因此ApoA-I/ABCA1可能作為治療AS新的靶點。

3.2 巨噬細胞內(nèi)炎癥反應的調控與ABCA1

ABCA1能將過量的脂質從細胞內(nèi)轉運到ApoA-I，并參與HDL的合成。最近研究表明ABCA1與ApoA-I相互作用，通過激活Janus激酶2，進而激活信號轉守和轉錄激活因子3(STAT3)，可顯著減少巨噬細胞內(nèi)促炎細胞因子的表達。隨后的研究表明在缺乏膽固醇外流能力的情況下，ApoA-I與ABCA1共同作用激活STAT3，可顯著減少巨噬細胞內(nèi)促炎細胞因子的表達，證明ApoA-I/ABCA1/STAT3通路具有明顯的抑炎作用。在另一組對照實驗中，ApoA-I/ABCA1調控膽固醇外流正常但缺乏STAT3激活的能力，發(fā)現(xiàn)巨噬細胞內(nèi)炎癥反應也減少。以上研究表明ApoA-I/ABCA1激活膽固醇外流和此通路，進一步激活STAT3，二者以協(xié)同的方式抑制巨噬細胞炎癥反應的發(fā)生[15]，另一項研究也證明ABCA1對炎癥反應的調控作用。巨噬細胞浸潤在肺氣腫和AS中都很常見，香煙煙霧可下調巨噬細胞內(nèi)膽固醇轉運子ABCA1的表達，導致巨噬細胞來源的泡沫細胞形成。在體內(nèi)和體外研究中，暴露于香煙煙霧的巨噬細胞都表現(xiàn)出對ABCA1依賴性RCT產(chǎn)生不利的影響，同時增強Toll樣受體4(TLR4)/髓系分化初級反應基因88信號，并導致基質金屬蛋白酶上調和炎癥加重。LXR激動劑可恢復短期煙霧導致的ABCA1表達異常，并明顯減少炎癥反應，但LXR激動劑不能減弱ABCA1敲除的巨噬細胞以及小鼠體內(nèi)的炎癥反應，證明LXR激動劑減弱巨噬細胞炎癥反應依賴于ABCA1的作用機制[16]。Zhang等[17]探究參紅通絡配方對心血管保護作用的機制，參紅通絡處理氧化修飾低密度脂蛋白誘導的巨噬細胞，可減少巨噬細胞內(nèi)活性氧積累，減少炎癥因子TNF-α和IL-6的表達，同時巨噬細胞內(nèi)脂質蓄積減少。進一步研究發(fā)現(xiàn)PPARγ/LXR-α/ABCA1信號通路作為參紅通絡的靶點，抑制下游炎癥信號以及細胞內(nèi)脂質蓄積，對心血管具有保護作用。綜上所述，ABCA1轉運子對于巨噬細胞內(nèi)脂質蓄積以及炎癥因子的釋放具有重要作用，靶向巨噬細胞內(nèi)的ABCA1可能有助于減少泡沫細胞形成，緩解血管炎癥環(huán)境，起到抑制AS發(fā)展的作用。

3.3 平滑肌細胞中ABCA1對炎癥激活的調控作用

平滑肌細胞(smooth muscle cell，SMC)內(nèi)膽固醇積累可誘導細胞分化為泡沫細胞表型。細胞內(nèi)沉積的膽固醇下調SMC標志物ACTA2和鈣調蛋白的表達，增加炎癥相關基因Mac-2、CD11b和MHCⅡ的表達。HDL3與ABCA1相互作用調節(jié)下游miR-153/145，恢復SMC標志物的表達，減少炎癥反應，可有效地阻止SMC分化為泡沫細胞表型，抑制AS的發(fā)生[18]。靶向ABCA1可減少泡沫細胞形成，可能作為抑制SMC表型轉化的新靶點。

4 炎癥刺激對ABCA1介導膽固醇轉運的作用

最近一項研究報道了慢性溫和刺激(chronic unpredicted mild stress，CUMS)通過激活TLR4對AS發(fā)展的作用機制。AopE-/-小鼠給予CUMS，結果發(fā)現(xiàn)HMGB1、TLR4以及促炎細胞因子IL-1β和TNF-α表達均增高，而PPARγ、LXRα和ABCA1蛋白表達下調。進一步的分析表明在CUMS作用下，上調的HMGB1/TLR4炎癥信號通過抑制PPARγ/LXRα/ABCA1信號通路加速泡沫細胞形成以及AS的發(fā)展[19]。托法替尼可減少類風濕關節(jié)炎患者的關節(jié)滑膜炎癥。報道稱托法替尼通過抑制JAK/STAT信號，增加細胞LXRα和ABCA1的表達，RCT增強，加速細胞內(nèi)脂質釋放[20]。以上研究表明LXRα/ABCA1通路在炎癥損害RCT方面扮演著十分重要的作用。D’Amore等[21]的研究表明NF-κB靶向miR-9-5p可抑制ABCA1的表達，阻礙RCT。而在2019年的一項體外試驗研究中，利用TNF預處理兩種肺上皮細胞系(BEAS-2B和A549)，模擬炎癥環(huán)境，研究發(fā)現(xiàn)只有在BEAS-2B細胞中ABCA1表達上調，說明兩種細胞系應對炎癥環(huán)境的反應有差異性[22]。這些研究為炎癥反應與ABCA1調控的膽固醇轉運之間的關系提供了新的靶點通路和視角，ABCA1作為炎癥反應的下游靶點，對于以慢性炎癥為特點的AS的發(fā)展具有至關重要的作用。

5 ABCA1調節(jié)的RCT與炎癥小體

CANTOS(Canakinumab Antiinflammatory Thrombosis Outcome Study)試驗證明拮抗IL-1β可減少既往患有心肌梗死和系統(tǒng)性炎癥疾病患者的冠心病風險，這說明誘導IL-1β分泌的通路可能增加心血管疾病的患病風險。膽固醇在細胞內(nèi)不斷積累可刺激骨髓細胞內(nèi)NLRP3炎癥小體激活，促進IL-1β和IL-18的成熟與分泌。但目前NLRP3炎癥小體的致動脈粥樣硬化形成的機制還不清楚。研究表明，骨髓細胞ABCA1/G1缺失誘導IL-1β和IL-18大量分泌，再同時抑制NLRP3或caspase-1/11表達，即可恢復IL-1β和IL-18的表達水平。同樣，在ABCA1/G1缺陷的LDLR-/-小鼠中，敲除NLRP3或caspase-1/11基因即可減少斑塊面積[23]。以上結果證明ABCA1/G1基因缺陷能通過上調NLRP3/caspase-1通路促進AS斑塊的形成，而抑制NLRP3/caspase-1通路可有效緩解AS的發(fā)生和發(fā)展。但NLRP3/caspase-1通路促進AS斑塊形成的機制還不明了。接下來的研究表明骨髓細胞ABCA1/G1基因缺失不僅可增加單核細胞和巨噬細胞內(nèi)caspase-1的裂解成熟，對中性粒細胞也會產(chǎn)生相同作用。研究表明炎癥小體激活可導致斑塊內(nèi)中性粒細胞的招募聚集以及中性粒細胞胞外陷阱的形成，引起斑塊內(nèi)中性粒細胞激活和積累。近些年的研究表明中性粒細胞胞外陷阱的形成過程能加快小鼠AS斑塊的發(fā)展[24]，并且與人類AS斑塊的不穩(wěn)定和侵蝕性有關[25-26]。家族性HDL缺乏癥患者，骨髓細胞內(nèi)膽固醇內(nèi)容物增加，同時炎癥小體相關標志物也相應增加[23，27]，暗示了膽固醇積累誘導炎癥小體形成的人類相似性，有待進一步研究。

6 展望

動脈粥樣硬化性血管疾病的一個標志是脂質和膽固醇在血管內(nèi)皮下間隙和內(nèi)膜的泡沫細胞內(nèi)不斷地累積。目前已識別了幾種ABC轉運蛋白在外排和運輸細胞內(nèi)脂質以及膽固醇方面具有重要作用，而某種ABC轉運蛋白的缺失可能加重AS的發(fā)展。研究表明ABCA1、ABCA5、ABCG1、ABCG5、ABCG8和ABCB4都能通過作用于RCT，進而對心血管疾病的發(fā)展產(chǎn)生影響[28]。此外，內(nèi)皮細胞功能失調以及復雜的不穩(wěn)定斑塊可誘導血管緊張性收縮，管腔變窄，引起急性血栓并發(fā)癥如心肌梗死和卒中的發(fā)生，而血小板是決定血栓事件的關鍵效應細胞。研究報道了ABC轉運蛋白如ABCB6、ABCC4或ABCG4參與了血小板的分化和功能，與心血管疾病的發(fā)病機制相關。同時大量研究表明在ABC轉運蛋白家族中，特別是ABCC亞科對于內(nèi)皮細胞功能和心肌細胞生理活動的調控具有重要作用[28]。ABCA1作為ABC轉運蛋白家族中的一員，在HDL的形成以及血管內(nèi)皮細胞和巨噬細胞內(nèi)膽固醇以及脂質的外排中起關鍵作用。ABCA1調控細胞內(nèi)RCT，同時也激活炎癥反應的發(fā)生。本文綜述了ABCA1與炎癥信號的交互作用機制以及ABCA1激活炎癥小體的致AS機制(見圖1)，通過對最新進展的分析發(fā)現(xiàn)，ABCA1在泡沫細胞形成以及炎癥反應激活方面均扮演著重要角色，同時ABCA1通過激活炎癥小體從而誘導的中性粒細胞胞外陷阱形成對于斑塊的發(fā)展與穩(wěn)定具有重要意義。AS形成的兩個主要病理過程為脂質沉積和炎癥反應，但目前對于二者的相關性研究很少。而靶向調控ABCA1基因可同時調節(jié)膽固醇轉運以及炎癥反應兩個過程，因此以ABCA1為切入點，可能對于臨床治療冠心病具有開創(chuàng)性的意義。

注：NETosis：中性粒細胞的尖性細胞死亡方式。