臨床生物化學:第三節(jié)　脂蛋白受體

脂類在血液中以脂蛋白形式進行運送，并可與細胞膜上存在的特異受體相結合，被攝取進入細胞內(nèi)進行代謝。迄今為止報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、構象及與配體的結合部位都已闡明，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，在成纖維細胞膜上發(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，并且推導出人LDL受體的氨基酸序列。

（一)LDL受體結構

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

圖4-6 LDL受體與VLDL受體結構示意圖

1.配體結合結構域配體結合結構域由292個氨基酸殘基組成，其中共有47個半胱氨酸（Cys)。含有七個由40個殘基組成的與補體C_b和Cq類似的重復序列，每個重復系列中有6個半胱氨酸殘基，所有42個半胱氨酸殘基均已構成二硫鍵，重復序列2，3，6，7是結合LDL所必需，其中任何一種發(fā)生突變，均使受體喪失結合LDL的能力。重復序列5則與結合β-VLDL有關，若該序列突變時，受體結合β-VLDL的能力喪失60％。該受體不僅能結合LDL，還能結合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前體結構域該域約由400個氨基酸殘基組成的肽段，有五個重復序列，每個重復序列包括25個氨基酸殘基。EGF前體結構域與小鼠上皮細胞生長因子（epidermalgrowthfactor，EGF)前體有同源性，這一區(qū)域因此而得名。體外實驗證實，這個區(qū)域的肽段，屬于細胞膜外結構蛋白，起著支撐作用。

3.糖基結構域由58個氨基酸殘基組成，是緊靠細胞膜面的肽段，有18個絲氨酸或蘇氨酸，構成O-連接糖鏈，對LDL受體也有支撐作用。

4.跨膜結構由22個氨基酸殘基組成，富含疏水氨基酸殘基，屬于跨膜蛋白，起著固系于細胞膜中的“拋錨”作用。這個區(qū)域若有缺陷則影響受體的細胞外分泌。

5.胞液結構域位于細胞膜的胞質(zhì)側，由50個氨基酸殘基組成，C-末端位于胞質(zhì)并“深埋”于胞質(zhì)之中。

（二)LDL受體基因結構及功能

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.基因結構人LDL受體基因長度45ku，由18個外顯子和17個內(nèi)含子組成。

3.LDL受體途徑LDL受體廣泛分布于肝、動脈壁平滑肌細胞、腎上腺皮質(zhì)細胞、血管內(nèi)皮細胞、淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞，各組織或細胞分布的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受體結合，內(nèi)吞入細胞使其獲得脂類，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受體介導的細胞膜吞飲作用完成，如圖4-7所示。當血漿中LDjfsoft.net.cnL與細胞膜上有被區(qū)域（coatedregion)的LDL受體結合（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入胞質(zhì)的代謝庫，供細胞膜等膜結構利用。胞內(nèi)游離膽固醇在調(diào)節(jié)細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，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，以供細胞的需要。經(jīng)上述三方面的變化，用以控制細胞內(nèi)膽固醇含量處于正常動態(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)認為人VLDL幾乎全部在血循環(huán)中轉變?yōu)長DL，LDL再被肝外組織攝取�，F(xiàn)在經(jīng)大鼠和兔實驗研究表明，僅有15％以下轉變?yōu)長DL，人則是小于50％的VLDL轉變?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與受體結合的因素，其殘粒可迅速被肝清除，約有一半是通過LDL受體，另一半通過LDL受體相關蛋白代謝，其半壽期短。

總之，LDL受體主要功能是通過攝取Ch進入細胞內(nèi)，用于細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受體可以結合LDL；有ApoE存在時，LDL受體既可結合LDL，又可結合VLDL、β-VLDL。與LDL受體不同，還有一種僅與含ApoE脂蛋白結合的特異受體存在，有以下臨床現(xiàn)象及實驗結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��；③LDL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特異結合的另一種受體存在。

利用cDNA單克隆證明存在VLDL受體，其結構與LDL受體類似，如圖4-6所示。由與LDL受體相同的五部分組成，即配體結合結構域、EGF前體結構域、含糖基結構域、跨膜結構域和胞液結構域。然而并非完全相同，配體域結構有32％的相同性，EGF前體結構域有52％的相同性；含糖基結構域僅有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殘粒有高親和性結合，并攝入細胞內(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、脂肪等組織細胞。

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

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

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，但動脈粥樣硬化斑塊的巨噬細胞有從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，因為從這條途徑不可能攝取過多的脂質(zhì)。Brown與Goldstein等使LDL乙�；�，從而導致不受細胞內(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，使巨噬細胞攝取乙�；疞DL。Brown等人提出這種設想并定名為清道夫受體（scarengereceptor)，以后許多實驗證明了這種推測。其后，在細胞培養(yǎng)液中添加氧化劑使LDL氧化修飾，其結果使巨噬細胞攝取了這種變性LDL。現(xiàn)在認為，人體內(nèi)脂質(zhì)過氧化反應導致的變性LDL，可被巨噬細胞無限制地攝取入細胞內(nèi)，這是因為變性LDL上帶有各種分子的負電荷可與清道夫受體結合。

（一)清道夫受體結構

1990年用配體親和層析和免疫親和層析，將牛肺巨噬細胞清道夫受體純化，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，具有短肽結構的為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末端在細胞膜內(nèi)側，C末端在膜外側存在，是內(nèi)翻外“inside-out”型的受體。該受體的Ⅰ、Ⅱ型均由六個區(qū)域部分組成，如圖4-8所示。

圖4-8 清道夫受體結構示意圖

1.N-端胞質(zhì)域由50個氨基酸殘基組成，可能與包涵素結合，類似LDL受體結構。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氨基酸殘基構成。為疏水性氨基酸組成的單一結構，“拋錨”固定于細胞膜上。

3.間隔域由第77-150氨基酸殘基構成。

4.α-螺旋卷曲螺旋域（α-hericalcoiled-coil)由第151到271共121個氨基酸殘基組成，此肽段常常先折疊成右手α-螺旋，每圈含3.5個氨基酸殘基。這些α-螺旋又相互纏繞，構成平行的三股索狀結構。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-端側特異域?qū)俚?44至543個氨基酸殘基肽段，為羧基末端，該段富含半胱氨酸。清道夫受體的8個半胱氨酸有6個在此范圍，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)受細胞外環(huán)境的影響，屬于細胞外區(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合和介導內(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細菌脂多糖，如內(nèi)毒素等。這樣廣泛的配體譜的共同特點是多陰離子化合物。Ⅱ型清道夫受體沒有srcR域，但仍具有與Ⅰ型相同的功能，顯然配體結合域不在srcR域，推測其結合域在膠原蛋白樣域，C末端的22個氨基酸殘基作為配體識別位點，是結合多陰離子配體所必須的位點。

（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胞轉變成泡沫細胞的機制時發(fā)現(xiàn)的。近年來大量實驗證明LDL可被巨噬細胞、血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞氧化成氧化LDL，可通過清道夫受體被巨噬細胞攝驟，形成泡沫細胞。氧化LDL還能吸引單核細胞粘附于血管壁，對內(nèi)皮細胞有毒性作用，從而促進粥樣斑塊形成。這些研究無疑闡明了巨噬細胞的清道夫受體在粥樣斑塊形成機制中起重要作用；另一方面，也推測巨噬細胞通過清道夫受體清除細胞外液中的修飾LDL，尤其是氧化LDL，是機體的一種防御功能。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、脾等單核吞噬細胞系統(tǒng)。

清道夫受體不僅在組織巨噬細胞內(nèi)存在，在單核細胞分化由來的巨噬細胞侵入內(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，其后有單核細胞附著于內(nèi)膜，巨噬細胞導致脂肪線條病巢形成，并以成百成千巨噬細胞簇出現(xiàn)，此時發(fā)現(xiàn)有大量的清道夫受體。當病灶逐步進入平滑肌細胞內(nèi)膜后，其深部巨噬細胞僅有少量殘存，受體量逐漸減少。若變性LDL顯著增加時，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，也是動脈粥樣硬化發(fā)病的重要機制。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，尚待進一步研究。