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

(第三軍醫大學：1.學員旅17隊；2.生理學教研室；3.西南醫院眼科；4.組織胚胎學教研室,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為主要癥狀的神經系統退行性疾病，多發于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)、老年斑或神經炎斑、神經元細胞質內出現神經纖維纏結為特征。AD發病機制中Aβ瀑流學說(Aβ cascade theory)備受關注[1]：Aβ是各種細胞淀粉樣前體蛋白(amyloid protein precursor,APP)加工的正常產物，正常時Aβ產生與降解保持平衡，Aβ產生與降解的失衡引起腦內Aβ沉積，APP經β分泌酶和γ分泌酶一系列連續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、神經細胞凋亡、炎癥反應等發揮其神經毒性作用。膽固醇代謝通過影響Aβ的代謝過程而參與AD的發生和發展。其中重要的膽固醇代謝相關因子包括載脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)、ATP結合轉運蛋白A1(ATP binding cassette transporter A1,ABCA1)等。肝臟X受體(liver X receptors，LXRs)可通過調控ApoE、ABCA1以及其他膽固醇代謝基因的表達而影響腦內膽固醇水平。近來報道內源性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的發生過程中發揮重要的作用，有可能成為AD治療的新靶點。本文就LXRs調節膽固醇代謝參與AD的發生進行綜述。

1 膽固醇代謝異常在AD發生中的作用

腦內的膽固醇大部分屬原位合成，中年以后神經元的膽固醇合成能力逐漸下降，腦內的膽固醇合成主要依賴于星形膠質細胞和少突膠質細胞。大部分腦內膽固醇通過ApoE介導出腦,同時約40%腦內膽固醇依賴膽固醇24 S-羥化酶CYP46轉變為24 S-羥膽固醇，進而穿過血腦屏障[2]，上述途徑維持著腦內膽固醇的動態平衡。

越來越多的實驗表明,膽固醇代謝異常在Aβ的產生和異常沉積過程具有核心作用。流行病學研究提示中年人群血漿膽固醇過高可能直接導致AD發病風險增加[3]，高膽固醇促進腦內Aβ沉積的動物模型可被廣泛復制。隨著探索的不斷深入，Abramov等[4]通過實驗發現了影響Aβ沉積的因子不是腦內所有膽固醇，而是神經元細胞膜上的膽固醇。而Raja等[5]研究發現膽固醇乙酰基轉移酶(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,進而調控APP酶解途徑減少Aβ合成，提示Aβ與ACAT、膽固醇脂水平的關系似乎比與膽固醇更為密切。

Fassbender等[6]利用環糊精選擇性地移除海馬區細胞膜膽固醇，結果顯示Aβ生成受抑，提示脂筏(細胞膜上富含脂質和膽固醇的微結構域)可能是調控Aβ沉積的重要元件。膜筏作為一個結構和功能區域，聚積著多種參與信號分子[7]。β分泌酶和γ分泌酶介導的APP降解反應已從脂筏中被分離出，說明脂筏可能通過調控APP剪切過程來影響Aβ沉積，APP同時存在于膜筏內和膜筏外，其中位于膜筏內的APP經由Aβ源途徑產生Aβ，而在膜筏外的APP經由非Aβ源途徑產生無毒性的片段。細胞膜上的膽固醇水平可以調節γ分泌酶的活性，低的膽固醇水平有利于APP經非Aβ源途徑分解，減少Aβ的產生。

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，腦內細胞外膽固醇是通過ApoE微粒與神經元脂蛋白受體相關蛋白結合后而轉運[8]。既往遺傳學研究已認可ApoE基因是散發型AD發病最重要的遺傳因子。有文獻發現ApoE脂質化受ABCA1影響，而ApoE脂質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共同調節則Aβ從血腦屏障中清除，并且ApoE脂質化促進了ApoE協助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]證明無論是在體內環境還是體外介質，脂質化ApoE通過蛋白酶促進蛋白水解反應易化了可溶性Aβ的清除，進一步證明高脂質化程度的ApoE明顯促進Aβ水解，其結果是減輕腦血管和組織的淀粉樣沉積，即ApoE脂質化程度才是決定細胞代謝功能和穩定性最重要的參數。總而言之，目前，研究比較公認的是，低脂質化ApoE促使Aβ的沉積，而高脂質化ApoE加速Aβ降解[11]，脂質化ApoE水平是腦內Aβ沉積和清除的重要調節器。

ABCA1是近來備受關注的轉運蛋白，它通過其獨特的超分子結構作用于ApoA-I而影響細胞內膽固醇的流出[12]。多個實驗組通過使用基因轉染和基因敲除的方法控制模型動物腦內APP和ABCA1表達，證實了ABCA1的表達可以抑制AD發病。ATP結合轉運蛋白G1(ATP binding cassette transporter G1,ABCG1)廣泛地表達于中樞神經系統的神經元、星型膠質細胞和小膠質細胞。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,可以促進細胞內膽固醇向高密度脂蛋白的轉移,說明ABCG1與ABCA1一樣,促進細胞內膽固醇外流[13],進而影響AD發病。由此，ABCA1、ABCG1、ApoE都是膽固醇代謝影響AD的關鍵因子。

2 LXRs調節腦內膽固醇代謝

LXRs是核受體家族成員，通過配體結合方式，作用于靶基因的調控區從而調節轉錄。哺乳動物LXRs有2種亞型：LXRα和LXRβ。LXRs分子具有5個結構區域：(1)N末端氨基端配體非依賴的轉錄活化域(activation function domain,AF1)；(2)含2個鋅指的DNA結合域(DNA binding domain,DBD)；(3)鉸鏈區；(4)疏水的配體結合域(ligand binding domain,LBD)；(5)C末端羧基端配體依賴的轉錄活化區域(AF2)[14]。內源性的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)結合形成異二聚體,能夠被LXRs或RXRs配體激活后啟動轉錄從而調節靶基因的轉錄。LXRs的靶基因的轉錄激活步驟如下：(1)配體缺乏時,輔阻遏物(如SMAT和N2CoR)與LXR/RXR結合抑制轉錄；(2)配體與LXR/RXR結合后,誘導構象發生改變,使輔阻遏物解離,產生基礎轉錄;(3)輔激活物補充結合到活化的LXR/RXR上,轉錄被完全激活[15]。

LXRs是膽固醇敏感的感應器，膽固醇含量的升高可以觸發LXRs發生一系列代謝效應以防止細胞內膽固醇超載，LXRs激活后觸發的效應包括：(1)膽固醇逆轉運。膽固醇逆轉運始于膽固醇超載刺激細胞產生羥化固醇，而羥化膽固醇是LXRs的內源性配體，活化內源性LXRs引起下游膽固醇轉運因子(ABCA1和ABCG1)的改變，介導膽固醇轉運出細胞。其中ABCA1促使其接受的膽固醇轉移到高密度脂蛋白(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結合。LXRs介導的這種膽固醇逆轉錄過程，保證了細胞內膽固醇的正常穩態。(2)減少小腸吸收膽固醇入血；LXRs激動后可以上調小腸上皮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節元件結合蛋白-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。最近發現,LXRα可通過直接沉默2種膽固醇合成相關酶類：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，LXRs作為膽固醇重要調節器而備受關注，Zelcer等[17]通過激動腦內LXRs，觀察到ABCA1和ABCG1的明顯上調，ABCA1介導細胞的膽固醇與載脂蛋白結合,ABCG1介導膽固醇轉變成HDL，從而共同引起了細胞內膽固醇流出。Cao等[18]實驗進一步證實了此過程，LXRs上調神經元和膠質細胞內的ABCA1水平，繼而引起膽固醇流出，此外，腦內LXRs通過配體結合方式調節神經元和膠質細胞中的ABCA1水平導致細胞內的膽固醇減少的同時，也促進星形膠質細胞和小膠質細胞的ApoE合成。相反，LXRs敲除動物腦中一系列代謝因子缺陷導致了腦內膽固醇的聚集。

3 LXRs通過調節膽固醇代謝影響AD的發生和進展

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；自Koldamova等[20]研究發現，LXRs激動劑TO901317作用于APP23小鼠后，ABCA1表達上調，同時觀察到APP剪切過程由β分泌酶途徑向α分泌酶途徑轉換，最終導致腦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的應答，證實LXRs影響AD過程中ABCA1的不可或缺[22]，同時提示了LXRs調控AD發病時中間因子不可忽略的作用。眾多學者為闡明LXRs影響AD發病過程探索不息，雖然結果未完全一致，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沉積起到重要的調控作用，LXRs影響AD與ABCA1、ApoE、膽固醇代謝密切相關。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絡仍未闡明。

4 LXRs抑制AD中的神經炎癥反應

盡管免疫反應不是AD的標志，但是越來越多的證據卻表明Aβ的沉積和NFT引起腦內一系列的神經炎癥反應。例如，AD腦組織中炎性介質水平明顯升高，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細胞和反應性星形膠質細胞介導，小膠質細胞與Aβ反應導致了一系列炎性介質釋放，神經炎癥帶來的直接結果是小膠質細胞作為一種吞噬細胞協助清除腦內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的調節。

Zelcer等[17]利用APP/PS1鼠體內實驗對LXRs調節AD動物模型炎癥反應進行探索后發現，LXRs的激活可有效抑制由于Aβ刺激引起的炎癥反應的發生，GW作用于BV2細胞和小膠質細胞，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處理體外培養的小膠質細胞，iNOS和炎性因子IL-6釋放增加，而LXRs激動劑TO901317與GW3695能夠反轉這一效應。這些都暗示著LXRs影響神經炎癥的可能機制：LXRs是Aβ引起炎癥反應的抑制劑，LXRs抑制炎癥后帶來小膠質細胞吞噬功能的恢復，小膠質細胞又可以協助清除腦內沉積的Aβ，LXRs抑制神經炎癥可能引起一個良性循環。遺憾的是，LXRs調節神經炎癥的信號通路至今仍未闡明。

5 LXRs激動劑治療AD的應用前景

LXRs參與AD發生、發展的重要意義已被廣泛接受，鑒于目前世界范圍內還沒有針對AD的有效藥物，LXRs激動劑的臨床應用被寄予期望。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防AD發病或改善AD癥狀的探索尚少，LXRs的亞型特異性、組織學特異性、配體的生物有效性等都是藥物研發的關鍵點。值得關注的還有LXRs激動劑作為藥物的不良反應，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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