臨床生物化學(xué):第三節(jié)　脂蛋白受體

脂類在血液中以脂蛋白形式進(jìn)行運(yùn)送，并可與細(xì)胞膜上存在的特異受體相結(jié)合，被攝取進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行代謝。迄今為止報(bào)道的受體已有很多種，研究最詳盡的是LDL受體，其次是清道夫受體，再就是VLDL受體。這三種受體的氨基酸序列、構(gòu)象及與配體的結(jié)合部位都已闡明，并且已成功地得到其cDNA。Brown和Goldstein于1974年研究家族性高膽固醇血癥（familialhypercholesterolemia，F(xiàn)H)患者代謝缺陷時(shí)，在成纖維細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)了LDL受體（LDLreceptor，LDLR)的存在。以后相繼發(fā)現(xiàn)有VLDL受體和清道夫受體。脂蛋白受體在決定脂類代謝途徑、參與脂類代謝、調(diào)節(jié)血漿脂蛋白水平等方面起重要的作用。脂蛋白受體的發(fā)現(xiàn)是脂類代謝研究的里程碑，推動(dòng)了脂蛋白、載脂蛋白的深入研究。

一、LDL受體

最先從牛腎上腺分離出LDL受體，以后又分離了編碼牛LDL受體羥基末端1/3氨基酸的cDNA，并初步闡明了牛LDL受體的cDNA，并且推導(dǎo)出人LDL受體的氨基酸序列。

（一)LDL受體結(jié)構(gòu)

LDL受體是一種多功能蛋白，由836個(gè)氨基酸殘基組成36面體結(jié)構(gòu)蛋白，分子量約115ku，由五種不同的區(qū)域構(gòu)成，各區(qū)域有其獨(dú)特的功能，見圖4-6。

圖4-6 LDL受體與VLDL受體結(jié)構(gòu)示意圖

1.配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域由292個(gè)氨基酸殘基組成，其中共有47個(gè)半胱氨酸（Cys)。含有七個(gè)由40個(gè)殘基組成的與補(bǔ)體C_b和Cq類似的重復(fù)序列，每個(gè)重復(fù)系列中有6個(gè)半胱氨酸殘基，所有42個(gè)半胱氨酸殘基均已構(gòu)成二硫鍵，重復(fù)序列2，3，6，7是結(jié)合LDL所必需，其中任何一種發(fā)生突變，均使受體喪失結(jié)合LDL的能力。重復(fù)序列5則與結(jié)合β-VLDL有關(guān)，若該序列突變時(shí)，受體結(jié)合β-VLDL的能力喪失60％。該受體不僅能結(jié)合LDL，還能結(jié)合VLDL、β-VLDL和VLDL殘粒，它不僅能識別ApoB₁₀₀，也可識別含ApoE的脂蛋白。ApoE、B₁₀₀為LDL受體的配體，因此，LDL受體又稱為ApoB₁₀₀E受體。

2.EGF前體結(jié)構(gòu)域該域約由400個(gè)氨基酸殘基組成的肽段，有五個(gè)重復(fù)序列，每個(gè)重復(fù)序列包括25個(gè)氨基酸殘基。EGF前體結(jié)構(gòu)域與小鼠上皮細(xì)胞生長因子（epidermalgrowthfactor，EGF)前體有同源性，這一區(qū)域因此而得名。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這個(gè)區(qū)域的肽段，屬于細(xì)胞膜外結(jié)構(gòu)蛋白，起著支撐作用。

3.糖基結(jié)構(gòu)域由58個(gè)氨基酸殘基組成，是緊靠細(xì)胞膜面的肽段，有18個(gè)絲氨酸或蘇氨酸，構(gòu)成O-連接糖鏈，對LDL受體也有支撐作用。

4.跨膜結(jié)構(gòu)由22個(gè)氨基酸殘基組成，富含疏水氨基酸殘基，屬于跨膜蛋白，起著固系于細(xì)胞膜中的“拋錨”作用。這個(gè)區(qū)域若有缺陷則影響受體的細(xì)胞外分泌。

5.胞液結(jié)構(gòu)域位于細(xì)胞膜的胞質(zhì)側(cè)，由50個(gè)氨基酸殘基組成，C-末端位于胞質(zhì)并“深埋”于胞質(zhì)之中。

（二)LDL受體基因結(jié)構(gòu)及功能

1.受體親和性含ApoB₁₀₀的脂蛋白可以與LDL受體以高親和力結(jié)合，腸道分泌的ApoB₄₈不是LDL受體的配體，所以肝臟不能清除完整的CM。

2.基因結(jié)構(gòu)人LDL受體基因長度45ku，由18個(gè)外顯子和17個(gè)內(nèi)含子組成。

3.LDL受體途徑LDL受體廣泛分布于肝、動(dòng)脈壁平滑肌細(xì)胞、腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，各組織或細(xì)胞分布的LDL受體活性差別很大。

LDL或其他含ApoB₁₀₀、E的脂蛋白如VLDL、β-VLDL均可與LDL受體結(jié)合，內(nèi)吞入細(xì)胞使其獲得脂類，主要是膽固醇，這種代謝過程稱為LDL受體途徑（LDLreceptorpathway)。該途徑依賴于LDL受體介導(dǎo)的細(xì)胞膜吞飲作用完成，如圖4-7所示。當(dāng)血漿中LDm.payment-defi.comL與細(xì)胞膜上有被區(qū)域（coatedregion)的LDL受體結(jié)合（第1步)，使其出現(xiàn)有被小窩（coatedpit)（第2步)，并從膜上分離形成有被小泡（coatedvesicles)（第3步)，其上的網(wǎng)格蛋白（clathrin)解聚脫落，再結(jié)合到膜上（第4步)，其內(nèi)的pH值降低，使受體與LDL解離（第5步)，LDL受體重新回到膜上進(jìn)行下一次循環(huán)（第6、7步)。有被小泡與溶酶體融合后，LDL經(jīng)溶酶作用，膽固醇酯水解成游離膽固醇和脂肪酸，甘油三酯水解成脂肪酸，載脂蛋白B₁₀₀水解成氨基酸。LDL被溶酶體水解形成的游離膽固醇再進(jìn)入胞質(zhì)的代謝庫，供細(xì)胞膜等膜結(jié)構(gòu)利用。胞內(nèi)游離膽固醇在調(diào)節(jié)細(xì)胞膽固醇代謝上具有重要作用；若胞內(nèi)濃度升高，可能出現(xiàn)下述種情況：①抑制HMGCoA還原酶，以減少自身的膽固醇合成；②抑制LDL受體基因的表達(dá)，減少LDL受體的合成，從而減少LDL的攝取，這種LDL受體減少的調(diào)節(jié)過程稱為下調(diào)（downregulation)；③激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂�；鵆oA膽固醇酰轉(zhuǎn)移酶（Acyl-CoAcholesterolacyltransferase，ACAT)，使游離膽固醇在胞質(zhì)內(nèi)酯化成膽固醇酯貯存，以供細(xì)胞的需要。經(jīng)上述三方面的變化，用以控制細(xì)胞內(nèi)膽固醇含量處于正常動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。血漿中膽固醇主要存在于LDL中，而65％-70％的LDL是依賴肝細(xì)胞的LDL受體清除。肝的LDL受體還影響LDL的合成速率及VLDL代謝。曾經(jīng)認(rèn)為人VLDL幾乎全部在血循環(huán)中轉(zhuǎn)變?yōu)長DL，LDL再被肝外組織攝取。現(xiàn)在經(jīng)大鼠和兔實(shí)驗(yàn)研究表明，僅有15％以下轉(zhuǎn)變?yōu)長DL，人則是小于50％的VLDL轉(zhuǎn)變?yōu)長DL，大部分VLDL是以VLDL或VLDL殘粒的形成被肝攝取。VLDL殘粒與肝受體的親和力比VLDL大很多。所以VLDL殘粒被肝清除的速率比VLDL快。VLDL殘粒大部分被肝清除，一小部分在肝脂酶作用下水解除去甘油三酯而轉(zhuǎn)變成LDL。LDL受體還在乳糜微粒代謝中起一定作用。乳糜微粒中的ApoB₄₈不能識別ApoB₁₀₀E受體，所以肝不能清除完整的乳糜微粒。CM中雖有少量ApoE，因含有豐富的ApoC，可掩蓋ApoE，而阻礙其與肝的ApoB、E受體結(jié)合，血液中乳糜微粒被脂蛋白脂肪酶水解去除其大部分甘油三酯核心后，同時(shí)喪失部分ApoC、A，生成乳糜微粒殘粒后除去了阻礙ApoE與受體結(jié)合的因素，其殘�？裳杆俦桓吻宄�，約有一半是通過LDL受體，另一半通過LDL受體相關(guān)蛋白代謝，其半壽期短。

總之，LDL受體主要功能是通過攝取Ch進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，用于細(xì)胞增殖和固醇類激素及膽汁酸鹽的合成等。

二、VLDL受體

在ApoE₁₀₀存在下，LDL受體可以結(jié)合LDL；有ApoE存在時(shí)，LDL受體既可結(jié)合LDL，又可結(jié)合VLDL、β-VLDL。與LDL受體不同，還有一種僅與含ApoE脂蛋白結(jié)合的特異受體存在，有以下臨床現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓人不得不推測還有另一種受體的存在：①純合子FH患者血中乳糜微粒殘粒并不增加；②LDL受體缺陷的WHHL兔乳糜微粒殘粒仍正常地被肝攝�。虎跮DL受體下調(diào)狀態(tài)下，乳糜微粒殘�？梢栽诟蝺�(nèi)異化，F(xiàn)H的LDL受體缺陷者或WHHL兔巨噬細(xì)胞不能利用LDL使之泡沫化，但可利用含ApoE脂蛋白的乳糜微粒殘粒β-VLDL使其泡沫化，所以推測有對ApoE特異結(jié)合的另一種受體存在。

利用cDNA單克隆證明存在VLDL受體，其結(jié)構(gòu)與LDL受體類似，如圖4-6所示。由與LDL受體相同的五部分組成，即配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域、EGF前體結(jié)構(gòu)域、含糖基結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞液結(jié)構(gòu)域。然而并非完全相同，配體域結(jié)構(gòu)有32％的相同性，EGF前體結(jié)構(gòu)域有52％的相同性；含糖基結(jié)構(gòu)域僅有19％的相同性，跨膜域有32％相同性，胞質(zhì)域有46％的相同性。LDL受體對含ApoB₁₀₀的LDL，含ApoE的VLDL、β-VLDL、VLDL殘粒有高親和性。VLDL受體僅對含ApoE的脂蛋白VLDL、β-VLDL和VLDL殘粒有高親和性結(jié)合，并攝入細(xì)胞內(nèi)，對LDL則為顯著的低親和性。VLDL受體在肝內(nèi)幾乎未發(fā)現(xiàn)，但是廣泛分布在代謝活躍的心肌，骨骼肌、脂肪等組織細(xì)胞。

LDL受體受細(xì)胞內(nèi)Ch（膽固醇，cholesterol)負(fù)反饋抑制，VLDL受體則不受其負(fù)反饋抑制。當(dāng)VLDL受體的mRNA量成倍增加時(shí)，不受LDL乃至β-VLDL的影響。這是因?yàn)閂LDL的配體關(guān)系使β-VLDL的攝取不受限制。這一點(diǎn)，對由單核細(xì)胞而來的巨噬細(xì)胞的泡沫化在早期動(dòng)脈粥樣硬化的斑塊形成中有重要意義。

VLwww.med126.comDL受體在脂肪細(xì)胞中多見，可能與肥胖成因有關(guān)。

圖4-7 LDL受體胞吞作用示意圖

三、清道夫受體

遺傳性的LDL受體缺陷的雜合子是不能攝取LDL的，但動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的巨噬細(xì)胞有從LDL來的膽固醇大量蓄積并泡沫化，其原因用LDL受體途徑無法解釋，因?yàn)閺倪@條途徑不可能攝取過多的脂質(zhì)。Brown與Goldstein等使LDL乙�；�，從而導(dǎo)致不受細(xì)胞內(nèi)膽固醇調(diào)節(jié)的過剩脂質(zhì)也攝入，并出現(xiàn)異常蓄積，進(jìn)而推測存在一種LDL受體途徑以外的脂質(zhì)攝取途徑，使巨噬細(xì)胞攝取乙�；疞DL。Brown等人提出這種設(shè)想并定名為清道夫受體（scarengereceptor)，以后許多實(shí)驗(yàn)證明了這種推測。其后，在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加氧化劑使LDL氧化修飾，其結(jié)果使巨噬細(xì)胞攝取了這種變性LDL。現(xiàn)在認(rèn)為，人體內(nèi)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)導(dǎo)致的變性LDL，可被巨噬細(xì)胞無限制地?cái)z取入細(xì)胞內(nèi)，這是因?yàn)樽冃訪DL上帶有各種分子的負(fù)電荷可與清道夫受體結(jié)合。

（一)清道夫受體結(jié)構(gòu)

1990年用配體親和層析和免疫親和層析，將牛肺巨噬細(xì)胞清道夫受體純化，并由其部分氨基酸序列克隆得到Ⅰ型、Ⅱ型清道夫受體cDNA。以后相繼將人、兔和小鼠的清道夫受體cDNA克隆成功。該受體C-末端為半胱氨酸的為Ⅰ型，具有短肽結(jié)構(gòu)的為Ⅱ型，清道夫受體共有兩種亞基，以三聚體形式存在，是分子量為22萬的膜糖蛋白；N末端在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，C末端在膜外側(cè)存在，是內(nèi)翻外“inside-out”型的受體。該受體的Ⅰ、Ⅱ型均由六個(gè)區(qū)域部分組成，如圖4-8所示。

圖4-8 清道夫受體結(jié)構(gòu)示意圖

1.N-端胞質(zhì)域由50個(gè)氨基酸殘基組成，可能與包涵素結(jié)合，類似LDL受體結(jié)構(gòu)。其中央部分是磷酸化區(qū)域，是攝取配體的最重要的部位。

2.跨膜域（transmembrane)由第51-76氨基酸殘基構(gòu)成。為疏水性氨基酸組成的單一結(jié)構(gòu)，“拋錨”固定于細(xì)胞膜上。

3.間隔域由第77-150氨基酸殘基構(gòu)成。

4.α-螺旋卷曲螺旋域（α-hericalcoiled-coil)由第151到271共121個(gè)氨基酸殘基組成，此肽段常常先折疊成右手α-螺旋，每圈含3.5個(gè)氨基酸殘基。這些α-螺旋又相互纏繞，構(gòu)成平行的三股索狀結(jié)構(gòu)。這種右手螺旋索靠α-螺旋之間由脂肪族氨基酸的疏水核心來維持。

5.膠原蛋白樣域?qū)俚?73至343個(gè)氨基酸殘基肽段，這種序列與膠原蛋白非常相似，推測這段肽鏈為右手膠原蛋白樣三聯(lián)體螺旋。

6.C-端側(cè)特異域?qū)俚?44至543個(gè)氨基酸殘基肽段，為羧基末端，該段富含半胱氨酸。清道夫受體的8個(gè)半胱氨酸有6個(gè)在此范圍，所以稱為清道夫受體富含半胱氨酸域（scavengerreceptorcysteinrichdomainlike，srcR)。半胱氨酸的二硫鍵交聯(lián)而成的區(qū)域非常緊密、牢固，形成球狀，足以經(jīng)受細(xì)胞外環(huán)境的影響，屬于細(xì)胞外區(qū)域。

srcR域長約430nm，猶如三朵郁金香的“花苞”，由間隔域到α-螺旋卷曲螺旋域構(gòu)成的“花莖”為支撐，這一“花莖”約占總長度的52％或胞外部分的62％。Ⅱ型清道夫受體沒有srcR域，代之以6個(gè)氨基酸殘基，所以是“截短”的清道夫受體，但Ⅱ型清道夫受體比Ⅰ型清道夫受體具有高親和力結(jié)合和介導(dǎo)內(nèi)移修飾LDL作用，配體譜很廣。

（二)清道夫受體配體

清道夫受體配體譜廣泛，有：①乙�；�或氧化等修飾的LDL；②多聚次黃嘌吟核苷酸，多聚鳥嘌吟核苷酸；③多糖如硫酸右旋糖酐；④某些磷脂，如絲氨酸磷脂，但卵磷脂不是配體；⑤細(xì)菌脂多糖，如內(nèi)毒素等。這樣廣泛的配體譜的共同特點(diǎn)是多陰離子化合物。Ⅱ型清道夫受體沒有srcR域，但仍具有與Ⅰ型相同的功能，顯然配體結(jié)合域不在srcR域，推測其結(jié)合域在膠原蛋白樣域，C末端的22個(gè)氨基酸殘基作為配體識別位點(diǎn)，是結(jié)合多陰離子配體所必須的位點(diǎn)。

（三)清道夫受體功能

目前對于清道夫受體的功能還不十分清楚，是人們在研究巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變成泡沫細(xì)胞的機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。近年來大量實(shí)驗(yàn)證明LDL可被巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞氧化成氧化LDL，可通過清道夫受體被巨噬細(xì)胞攝驟，形成泡沫細(xì)胞。氧化LDL還能吸引單核細(xì)胞粘附于血管壁，對內(nèi)皮細(xì)胞有毒性作用，從而促進(jìn)粥樣斑塊形成。這些研究無疑闡明了巨噬細(xì)胞的清道夫受體在粥樣斑塊形成機(jī)制中起重要作用；另一方面，也推測巨噬細(xì)胞通過清道夫受體清除細(xì)胞外液中的修飾LDL，尤其是氧化LDL，是機(jī)體的一種防御功能。還有清除血管過多脂質(zhì)，清除病菌毒素，攝取內(nèi)毒素及其他多方面的功能。

清道夫受體分布于胎盤、肝、脾等單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)。

清道夫受體不僅在組織巨噬細(xì)胞內(nèi)存在，在單核細(xì)胞分化由來的巨噬細(xì)胞侵入內(nèi)皮下的過程中也見有該受體。兔、大鼠高脂肪膳食模型制作過程中，喂飼高膽固醇開始的幾天見到LDL樣粒子附著于血管壁，其后有單核細(xì)胞附著于內(nèi)膜，巨噬細(xì)胞導(dǎo)致脂肪線條病巢形成，并以成百成千巨噬細(xì)胞簇出現(xiàn)，此時(shí)發(fā)現(xiàn)有大量的清道夫受體。當(dāng)病灶逐步進(jìn)入平滑肌細(xì)胞內(nèi)膜后，其深部巨噬細(xì)胞僅有少量殘存，受體量逐漸減少。若變性LDL顯著增加時(shí)，清道夫受體攝取脂質(zhì)的過程不受制約，可能這是脂質(zhì)沉積的重要原因，也是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病的重要機(jī)制。使LDL變性的主要因素是脂質(zhì)的過氧化，然而是何種原因引起膽質(zhì)過氧化的，尚待進(jìn)一步研究。