INSIG—SCAP—SREBPs通路與炎癥

趙爽　葉強　范忠才

摘要：固醇調節元件結合蛋白是脂質代謝信號轉導的主要途徑之一，對膽固醇調控起重要作用。INSIG、SCAP、SREBPs共同構成了INSIG-SCAP-SREBPs轉運體系，維持體內脂質平衡具有重要意義。炎癥應激干擾了INSIG-SCAP-SREBPs通路負反饋調節，致使LDLr表達失調，細胞大量攝取外源性膽固醇并形成泡沫細胞。

關鍵詞：固醇調節元件結合蛋白；脂代謝；炎癥

固醇調節元件結合蛋白（SREBPs）是脂質代謝信號轉導的主要途徑之一，對膽固醇調控起重要作用。新合成的SREBPs是一種沒有活性的前體蛋白，必須由SREBPs裂解激活蛋白（SCAP）攜帶從內質網轉運至高爾基體后才能加工成有活性的轉錄因子-核SREBPs（nSREBPs），而此過程依賴于細胞內游離膽固醇含量和內質網胰島素誘導基因（INSIG）水平。INSIG與SCAP、SREBPs共同構成了INSIG-SCAP-SREBPs轉運體系，INSIG-SCAP-SREBPs以復合體的形式存儲于內質網上與細胞內膽固醇的含量共同影響nSREBPs的活化，調節低密度脂蛋白受體（LDLr）的轉錄，從而反饋調節細胞對外源性膽固醇的攝入[1]。研究發現，炎癥應激干擾了INSIG-SCAP-SREBPs通路負反饋調節，致使LDLr表達失調，細胞大量攝取外源性膽固醇。本文從INSIG-SCAP-SREBPs通路概述、功能以及炎癥干擾INSIG-SCAP-SREBPs轉運體功能進行綜述。

1 INSIG-SCAP-SREBPs通路概述

1.1 SREBPs SREBPs家族由三種亞型組成，有3種形式的異構體，即SREBPs-1a、SREBPs-1c和SREBPs-2，其中 SREBPs-1a和SREBPs-1c是由SREBPs-1的不同啟動子轉錄而生成的。SREBPs-1在肝臟及腎上腺最為豐富，SREBPs-2則普遍存在于大多數組織。

1.2 SCAP SCAP是內質網上另一種整合膜蛋白，包括兩個不同結構域，即C端結構域和N端結構域。SCAP的C端含有5個WD重復，每個重復約為40個氨基酸長度，重復作用于SERBPs 的C端調節結構域，并在內質網形成緊密的SCAP-SREBPs復合體。SCAP分子N端結構域由8個跨膜螺旋組成，其中的2～6個螺旋組成了一個固醇敏感區，即固醇感受敏感域（SSD），它是細胞內膽固醇水平的感受器。SSD可以與膽固醇結合而實現阻斷SREBPs的運輸，在SREBPs-SCAP復合物調節脂質合成的過程中發揮至關重要的作用。當細胞內膽固醇水平升高時，SCAP的構象改變，使得 SCAP-SREBPs復合體與INSIG在內質網結合，使膽固醇合成減少；相反，當細胞內膽固醇水平低時，SCAP構象不發生改變，它能夠使INSIG和 SCAP-SREBPS復合體分離，而使SREBPs有效地從內質網轉運至高爾基體實現活化，從而促進膽固醇合成。因此，最終SCAP-SREBPs復合體能否在內質網上滯留是通過INSIG結合SCAP-SREBPs復合體來實現的。

1.3 INSIG INSIG是幾年來發現的調控脂質代謝的新基因之一，目前發現INSIG有兩種異構體，即INSIG-1和INSIG-2，兩種分子都是以6跨膜螺旋結構形式鑲嵌在內質網膜上的。INSIG-1由277個氨基酸殘基組成，INSIG-2有225個氨基酸殘基，缺少INSIG-1氨基末端的50個氨基酸殘基，這種結構的差別在不同種屬間是高度保守的。人類的兩種INSIG蛋白有59%的同源性，分別位于INSIG-1的Asp-205和INSIG-2的Asp-149位點，是INSIG對SCAP和HMGCoA還原酶發揮作用的重要結構。INSIG-1主要調節 SREBPs靶基因的表達，INSIG-2與此無關。當細胞內膽固醇缺失時，泛素連接酶gp78與INSIG-1聯系，誘導INSIG-1泛素化和蛋白酶途徑降解，SCAP-SREBPs 復合體進入高爾基體并水解激活，SREBPs 釋放活性蛋白，脂質合成相關基因激活；當細胞內脂質水平升高時，INSIG則抑制 SCAP-SREBPs 復合體進入高爾基體水解以降低脂質合成。由于INSIG-1蛋白的半衰期很短，合成之后很快被蛋白酶體降解，其有效的維持細胞脂質合成動態平衡中具有重要意義。INSIG-2只有在固醇存在的條件下才能發揮作用，沒有固醇的環境中即使其表達水平再高也不能將SREBPS-SCAP復合體滯留在內質網膜上。當細胞在對固醇供需發生較大變化時，INSIG-1和INSIG-2共同作用，對SREBPs合成和成熟進行精細的調節。但由于INSIG-1和INSIG-2所含的氨基酸殘基不同，INSIG-1的降解速率比INSIG-2要迅速得多，研究發現，INSIG-1的Ser-149促進其降解，而INSIG-2的Ser-106和Glu-214可增強泛素化，相比INSIG-1而言INSIG-2的穩定性更強。

2 INSIG-SCAP-SREBPs轉運體

INSIG-SCAP-SREBPs轉運體主要功能是調節SREBPs的活化和加工，進而調節機體內脂質合成。當SREBPs前體蛋白合成后，首先與SCAP形成SCAP-SREBPs復合體。當細胞內的膽固醇負荷過重時，膽固醇結合到固醇感受敏感域上，引起SCAP-SREBPs復合體構象改變，并與內質網上的INSIG結合，形成INSIG-SCAP-SREBPs復合體，將SREBPs鎖定在內質網膜上，從而抑制SREBPs蛋白裂解，膽固醇合成減少；相反，細胞內膽固醇濃度下降時，固醇感受敏感域構象發生改變，SCAP與內質網膜上的INSIG分離，并攜帶SREBPs從內質網轉運至高爾基體。因此，生理狀態下決定SCAP能否攜帶SREBPs從內質網逃逸，取決于細胞內游離膽固醇的含量和內質網INSIG的水平。

3 炎癥干擾INSIG-SCAP-SREBPs轉運體的功能

實驗發現在人肝癌細胞上[2]，無論細胞內是否存在高膽固醇負荷，炎癥刺激因子增加了細胞SCAP、SREBPs的異常表達，并促進SCAP-SREBPs復合物從內質網向高爾基體的轉移及SREBPs的活化，進而增加了LDLr的表達，最終使細胞外膽固醇經LDLr途徑進入細胞。研究發現，在炎癥因子如TNF-α、IL-1β的作用下，干擾了腎小球系膜細胞SCAP-SREBPs-LDLr途徑，從而使LDLr失調，吞噬過多的低密度脂蛋白，加重了細胞內脂質沉積。類似的研究同樣證實了炎性因子IL-1β可干擾人血管平滑肌SREBPs信號轉導途徑，導致LDLr表達失調，促進了泡沫細胞的形成[3]。Zhao[3]等在小鼠模型上證實，盡管細胞內膽固醇超負荷，炎癥因子通過干擾 SCAP介導的細胞內膽固醇對LDLr的反饋調節，在促進肝細胞對外源性膽固醇的攝入[4]。進一步研究證實炎癥因子如脂多糖增加了THP-1源性巨噬細胞SCAP、SREBPs的mRNA和蛋白的過度表達，進而增加了了SCAP/INSIG比率，由于INSIG在內質網上的數量有限，炎癥狀態下沒有足夠量的INSIG固定表達增加的SCAP-SREBPs復合體，INSIG被飽和所致，并且對巨噬細胞這種干擾效應比在血管平滑肌細胞中的作用更加明顯。最新研究發現，炎癥因子使巨噬細胞高爾基體甘露糖苷酶表達增加，促進SCAP糖基化并延長其半衰期，增強內質網與高爾基體之間SCAP的轉位及再循環，可攜帶更多的SREBPs-2從內質網轉運至高爾基體，使LDLr表達上調。而隨著糖基化產物（AGE）的增多，又可正向調節了高爾基體甘露糖苷酶的活性及SCAP的糖基化，最終導致脂質在細胞內沉積，泡沫細胞形成。

總之，上述研究均提示即使在細胞內高膽固醇濃度水平下，炎癥因子促進了SCAP-SREBPs復合體從內質網逃逸至高爾基體，這種非正常逃逸擾亂了INSIG-SCAP-SREBPs生理反饋調控。

4 展望

綜述，脂質代謝的信號傳導途徑十分復雜， INSIG-SCAP-SREBPs通路是其中一條重要途徑，此通路中的多個環節都不僅受到其終末產物的負反饋調節作用，還涉及到INSIG、SCAP、SREBPs本身激活及INSIG、SCAP、SREBPs等蛋白之間的相互作用。目前關于INSIG-SCAP-SREBPs信號通路與炎癥相關研究仍較為局限，許多環節仍然不清楚，如炎性刺激因子是否干擾了INSIG與SCAP-SREBPs復合體的結合？是否下調了INSIG水平？是否激活了S1P、S2P水解酶？是否促進了 COPII蛋白的表達？這些疑問尚需進一步研究加以證實。

參考文獻：

[1]Radhakrishnan A，Ikeda Y，Kwon HJ，et al.Sterol-regulated transport of SREBPs from endoplasmic reticulum to Golgi：oxysterols block transport by binding to INSIG[J].Proc Natl Acad.Sci USA，2007，104（16）：6511-6518.

[2]Chen Y，Ruan X Z，Huang A L，et al.Mechanisms of dysregulation of low-density lipoprotein receptor expression in HepG2 cells induced by inflammatory cytokines[J].Chin Med J（Engl），2007，120（24）：2185-2190.

[3]Zhao L，Chen Y，Tang R，et al.Inflammatory stress exacerbates hepatic cholesterol accumulation via increasing cholesterol uptake and de novo synthesis[J].J Gastroenterol Hepatol，2011，26（5）：875-883.

[4]Ye Q，Chen Y，Lei H，et al.In stress increases unmodified LDL uptake via LDL receptor：an alternative pathway for macrophage foam-cell formation[J].Inflamm Res，2009，58（11）809-818.

編輯/哈濤