新型冠狀病毒肺炎患者膽固醇代謝的研究進(jìn)展

陶裕佳，蓋嬋嬋，程明，曹源（1.解放軍第九六〇醫(yī)院a.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，b.神經(jīng)內(nèi)科，濟(jì)南 250031；2.濰坊醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院，山東濰坊 261042）

病毒誘導(dǎo)宿主代謝重編程，為其進(jìn)入、復(fù)制、成熟、傳播及生存創(chuàng)造一個適宜的環(huán)境［1］。對人類臨床樣本的分析發(fā)現(xiàn)，膽固醇及其衍生物、脂蛋白和載脂蛋白（apolipoprotein，Apo）的變化與新型冠狀病毒（syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）感染有關(guān)。針對膽固醇代謝相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行治療，或能為新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）患者帶來益處。我們試圖闡明膽固醇代謝在SARS-CoV-2感染中的潛在生物標(biāo)志物作用及影響SARS-CoV-2感染宿主的可能機(jī)制，為靶向治療提供方向。

1 COVID-19患者膽固醇代謝相關(guān)指標(biāo)異常概述

1.1 COVID-19患者膽固醇、脂蛋白和Apo水平降低及臨床意義 最新研究顯示，COVID-19患者的膽固醇穩(wěn)態(tài)被破壞［2］，與健康人對照組相比，患者組的總膽固醇（total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）和高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）水平顯著降低［3-4］。此外，脂蛋白中的蛋白質(zhì)成分即Apo，例如ApoAⅠ、ApoB和ApoE，在COVID-19患者中也明顯減少［5-7］。因此，它們或可作為COVID-19相關(guān)的潛在血清生物標(biāo)志物。SARS-CoV-2造成宿主膽固醇代謝改變的機(jī)制多樣。首先，該病毒可通過抑制與膽固醇代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)，改變膽固醇的合成和吸收途徑［8］。Islam等［9］比較被SARS-CoV-2感染的肺組織和細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，膽固醇的生物合成發(fā)生下調(diào)，這或許是膽固醇水平降低的原因之一。其次，有研究認(rèn)為，低脂血癥是SARS-CoV-2感染導(dǎo)致的血管通透性增加使LDL-C漏出引發(fā)的［10］。再者，SARS-CoV-2感染引起的肝功能損害能夠干擾低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）的攝取、減少LDL的生物合成，可能也是導(dǎo)致COVID-19患者LDL水平降低的原因［11］。此外，有研究人員推測，這些代謝物水平降低可能是SARS-CoV-2耗盡了它們新陳代謝和復(fù)制所需脂質(zhì)的一種表現(xiàn)［12］。LDL-C和HDL-C在冠心病等心血管疾病患者中水平變化分別呈高、低趨勢，而具有這些基礎(chǔ)病的患者感染SARS-CoV-2后，LDL-C和HDL-C與未有基礎(chǔ)病的COVID-19患者一致均呈低水平狀態(tài)，感染急性期反應(yīng)的特征變化可能是該情況的一種解釋［13］。

這些主要的膽固醇代謝相關(guān)指標(biāo)提示SARS-CoV-2感染風(fēng)險(xiǎn)，一些具有膽固醇代謝異常的基礎(chǔ)病患者對SARS-CoV-2的易感性異于常人。高膽固醇水平可能提升SARS-CoV-2的感染風(fēng)險(xiǎn)［14］，本就有高膽固醇血癥尤其是家族性高膽固醇血癥患者可能對SARS-CoV-2更加易感［15］。雖然SARS-CoV-2感染后改變宿主代謝，患者膽固醇水平降低，但也并不是膽固醇水平越高越好。與膽固醇相反，HDL-C及其主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ApoAⅠ水平與SARS-CoV-2感染風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)，血清HDL-C或ApoAⅠ水平增加10 mg/dL，感染風(fēng)險(xiǎn)降低約10%［16-17］，檢測血清HDL-C或ApoAⅠ水平有助于感染風(fēng)險(xiǎn)分層。通過反向膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)，高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）將肝外多余膽固醇運(yùn)送到肝臟，冠心病等心血管疾病患者該過程發(fā)生異常時(shí)，將導(dǎo)致膽固醇水平升高［18］，這可能使這類患者更容易受到SARS-CoV-2攻擊，其COVID-19患病率高于非心血管疾病患者（P＝0.027）［19］。

這幾種主要的膽固醇代謝相關(guān)指標(biāo)與COVID-19的嚴(yán)重程度有關(guān)。在輕度、重度和危重COVID-19患者組中觀察到，TC和LDL-C水平逐漸下降［20］。多項(xiàng)研究均顯示，與非重癥患者相比，COVID-19重癥患者僅有HDL-C呈現(xiàn)較低水平；與高HDL-C的患者相比，低HDL-C的患者更易發(fā)生嚴(yán)重事件［4，21］，因此HDL或可作為COVID-19的重癥預(yù)警標(biāo)志物。此外，危重COVID-19病例中呈現(xiàn)出的冠心病等心血管疾病的高患病率［22］，為冠心病作為COVID-19的重癥因素提供了依據(jù)。膽固醇和脂蛋白水平明顯下降的COVID-19患者往往預(yù)后不良，而觀察到血液中膽固醇和脂蛋白水平改善可能提示患者恢復(fù)。Hu等［23］監(jiān)測一名重癥COVID-19患者的血脂譜發(fā)現(xiàn)，早期血清膽固醇濃度顯著下降，恢復(fù)期恢復(fù)正常。研究顯示，幸存者的TC、LDL-C、HDL-C和ApoAⅠ呈上升趨勢，而在非幸存者中呈下降趨勢且非幸存者的HDL-C和ApoAⅠ水平顯著降低［24-25］。且將年齡、性別和基礎(chǔ)病因素排除后仍發(fā)現(xiàn)，HDL-C（P＜0.001）和LDL-C（P＝0.005）水平在非幸存者中低于幸存者［12］。然而，HDL和LDL水平是否與臨床結(jié)局具有相關(guān)性尚存爭議，還需納入更多樣本進(jìn)行研究。Yue等［26］的研究顯示，入院當(dāng)天和達(dá)到臨床結(jié)局前一天的HDL-C水平與COVID-19危重患者的死亡率呈負(fù)相關(guān)。相反，Tanaka等［27］的研究顯示，在第28天比較重癥COVID-19存活和死亡患者的HDL-C和LDL-C濃度沒有顯示出任何差異（P＝0.554、P＝0.083），與臨床結(jié)局無關(guān)。高脂血癥可能并不是COVID-19的重癥因素。Wu等［28］納入3 513例無高脂血癥和6 309例高脂血癥的COVID-19患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，高脂血癥與28 d全因死亡的增加或減少沒有顯著相關(guān)性。

1.2 COVID-19患者多種氧甾醇水平變化不一及其臨床意義 不同于膽固醇和脂蛋白減少，作為膽固醇氧化衍生物的多種氧甾醇在COVID-19患者中表現(xiàn)出水平升高或降低，造成它們水平變化差異的原因之一可能是氧化還原失衡［29］。由膽固醇-25-羥化酶（cholesterol-25-hydroxylase，CH25H）基因編碼的25-羥基膽固醇是CH25H氧化膽固醇的產(chǎn)物［30］，SARS-CoV-2感染患者25-羥基膽固醇水平升高［31］。然而，Marcello等［29］在研究中觀察到25-羥基膽固醇的血清水平與COVID-19的嚴(yán)重程度無關(guān)，雖然25-羥基膽固醇水平發(fā)生了改變，但可能并不足以用于區(qū)分COVID-19患者病情的嚴(yán)重程度。另外，研究還發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2陽性患者血清27-羥基膽固醇水平顯著降低，而7-酮膽固醇和7β-羥基膽固醇水平顯著升高［29］。

2 膽固醇代謝影響SARS-CoV-2感染宿主的可能機(jī)制

2.1 膽固醇代謝影響SARS-CoV-2進(jìn)入宿主細(xì)胞 膽固醇代謝在SARS-CoV-2進(jìn)入宿主細(xì)胞過程中發(fā)揮一定的調(diào)節(jié)作用。脂筏（lipid raft）是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘脂的結(jié)構(gòu)域，SARS-CoV-2的最初結(jié)合、激活、內(nèi)化和細(xì)胞間傳播在脂筏處完成，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）已被證明位于脂筏內(nèi)［32］。作為脂筏主要成分之一的膽固醇能夠通過作用于SARS-CoV-2特異性受體影響病毒進(jìn)入，但是其確切機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。Shoemark等［33］的研究顯示，膽固醇可能具有暴露受體結(jié)合域的作用。據(jù)報(bào)道，脂筏中的膽固醇含量是SARS-CoV-2刺突蛋白與細(xì)胞表面受體ACE2相互作用的決定因素，但消耗膽固醇可能并不會減少ACE2蛋白的數(shù)量而是影響其的構(gòu)象［34］。此外，在膜融合過程中，膽固醇是增加結(jié)合力的關(guān)鍵，并且還可通過減少形成融合中間產(chǎn)物所需的能量來促進(jìn)膜融合，可能有助于加速SARS-CoV-2的進(jìn)入［35］。

前期研究表明，細(xì)胞表面清道夫受體B族1型（scavenger receptor B type 1，SR-B1）與ACE2在肺內(nèi)和肺外多種組織中共表達(dá)，SR-B1通過HDL促進(jìn)SARS-CoV-2與ACE2結(jié)合并進(jìn)入細(xì)胞［36］。這似乎與高HDL可降低SARS-CoV-2感染風(fēng)險(xiǎn)相矛盾，提示HDL還通過其他機(jī)制發(fā)揮作用，有待深入研究。還有研究顯示，氧化LDL可能通過增加脂筏的密度促進(jìn)SARS-CoV-2的進(jìn)入［37］。

氧甾醇會擾亂膽固醇的正常運(yùn)輸，它們在脂筏中取代膽固醇，使膽固醇無法正常發(fā)揮作用，從而損害病毒進(jìn)入、病毒顆粒的內(nèi)吞轉(zhuǎn)運(yùn)以及最終的細(xì)胞內(nèi)融合［38］。Zu等［31］在研究中首次證明，25-羥基膽固醇可以在進(jìn)入階段抵抗SARS-CoV-2感染，其可能通過消耗質(zhì)膜上的膽固醇實(shí)現(xiàn)［39］。

2.2 膽固醇代謝影響SARS-CoV-2復(fù)制和釋放 膽固醇代謝有益于SARS-CoV-2復(fù)制和釋放。SARS-CoV-2是一種單正鏈RNA病毒，多種正鏈RNA病毒可募集膽固醇和其他脂質(zhì)建立復(fù)制結(jié)構(gòu)［40］。研究指出，抑制膽固醇穩(wěn)態(tài)可有效減少SARS-CoV-2復(fù)制［41］。此外，25-羥基膽固醇以劑量依賴性顯著抑制SARS-CoV-2復(fù)制［31，42］。在病毒釋放過程中，在高爾基體新組裝完成的病毒和成熟病毒在富含膽固醇和鞘脂的微結(jié)構(gòu)域處進(jìn)行胞吐作用，從宿主細(xì)胞中流出［43］。

3 基于膽固醇代謝的COVID-19治療

對于已感染SARS-CoV-2的患者，與研發(fā)新藥相比，篩選和再利用已獲批準(zhǔn)藥物是預(yù)防和治療COVID-19的更高效選擇。體外細(xì)胞培養(yǎng)顯示，降膽固醇的他汀類藥物（如氟伐他?。┏晒σ种芐ARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)胞［44］，可發(fā)揮預(yù)防SARS-CoV-2感染、緩解癥狀、降低死亡風(fēng)險(xiǎn)和促進(jìn)恢復(fù)的作用［45-46］。當(dāng)前的研究結(jié)果需要在更大的前瞻性臨床研究中證實(shí)，以確保他汀類藥物在COVID-19患者中安全使用［47］。

除了靶向膽固醇起作用的藥物，一些膽固醇代謝物本身也具有抗病毒活性。氧甾醇外源性給藥可能是一種有效的COVID-19治療策略。研究表明，25-羥基膽固醇對表達(dá)SARS-CoV-2刺突蛋白的假病毒和SARS-CoV-2的分離株USA-WA1/2020表現(xiàn)出抑制作用［39，48］。而且，25-羥基膽固醇以約10μmol/L的濃度發(fā)揮SARS-CoV-2抑制活性［42］，并且在高達(dá)400μmol/L的濃度下沒有明顯的細(xì)胞毒性［31］。此外，通過細(xì)胞培養(yǎng)感染測定，Ohashi等［49］發(fā)現(xiàn)7-酮膽固醇、22（R）-羥基膽固醇、24（S）-羥基膽固醇和27-羥基膽固醇也顯著抑制SARS-CoV-2在細(xì)胞中感染。

4 小結(jié)與展望

SARS-CoV-2進(jìn)入人體后，可能引起合成減少、過度消耗或者從血管內(nèi)到血管外空間的再分配，這可能解釋了膽固醇代謝相關(guān)指標(biāo)水平變化的原因。SARS-CoV-2感染導(dǎo)致這些指標(biāo)變化的其他原因和詳細(xì)機(jī)制有待進(jìn)一步探索。膽固醇及其衍生物和脂蛋白通過多種機(jī)制影響SARS-CoV-2的生命周期，這可能是靶向治療的依據(jù)。

根據(jù)美國疾病預(yù)防與控制中心數(shù)據(jù)，SARS-CoV-2不斷進(jìn)化出新的變種，世界衛(wèi)生組織（WHO）指定Alpha（B.1.1.7）、Beta（B.1.351）、Gamma（P.1）、Delta（B.1.617.2）和Omicron（B.1.1.529）為關(guān)注變種。目前對于多種SARS-CoV-2變異毒株感染后的膽固醇代謝特點(diǎn)尚不清楚。Omicron等變種感染是否會表現(xiàn)出不同于原始毒株感染的膽固醇代謝異常？以及檢測SARS-CoV-2變異株感染后的膽固醇代謝相關(guān)指標(biāo)是否有意義？值得我們思考。