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人类极低密度脂蛋白受体的研究进展
国外医学老年医学分册1999年7月第20卷第4期
湖北医科大学第二临床学院医学检验系（430071）
邵华综述 周新审校
摘要 人类极低密度脂蛋白受体是一种存在于细胞表面的、可识别多种配体的脂蛋白受体，在体内对于富含甘油三酯的脂蛋白代谢非常重要。该受体的禽类中发挥介导卵子发生的重要生理功能，但其在哺乳动物中的生理功能尚待进一步研究。
关键词 极低密度脂蛋白受体；卵黄生成素受体；低密度脂蛋白受体；动脉粥样硬化；阿尔茨海默病
1983年，冯完忱[1]首次报道在巨噬细胞（ mφ）膜上存在极低密度脂蛋白受体（VLDL-R），使正常的VLDL（即n-VLDL）通过一种可饱和机制被Mφ结合、摄取。不久国外也相继证实VLDL-R的存在。经过20多年的研究，人类VLDL-R分子的氨基酸序列、空间构象及编码基因的结构均已被阐明。本文仅对该受体的结构、功能及其与相关疾病的关系作一简要综合。
1 VLDL-R的分子结构与编码基因
VLDL-R是一种跨膜蛋白，位于细胞表面披有网格蛋白的小窝内，是含有ApoE的脂蛋白颗粒等多种不同配体的受体。VLDL-R属于低密度脂蛋白受体（LDL-R）家族成员，主要分布于心脏、肌骼肌、脑和脂肪等利用脂肪酸（FA）提供或贮存能量的组织中。
细胞中新合成的VLDL-R前蛋白由873个氨基酸残基组成，脱去含27个氨基酸残基的信号肽后，合成的VLDL-R分子含有846个氨基酸残基。人和兔的VLDL-R氨基酸序列有97%同源，而LDL-R只有75%同源。VLDL-R氨基酸序列在兔、人和小鼠间高度保守，其保守性较LDL-R高。免疫印迹法测定成熟VLDL-R分子的表观分子量，使用非还原凝胶测为123KD。使用还原凝胶测为158KD。VLDL-R和LDL-R的氨基酸组成极为相似，前者的分子量刦较后者低，可能是由于VLDL-R的糖基化程度较LDL-R低。实验证明，用糖甘酶处理两种受体的抽提物，去掉O-或N-的多糖后，对VLDL-R迁移率的影响较LDL-R小。由此说明，VLDL-R的糖基化程度确实比LDL-R低。VLDL-R在中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）中过度表达时，VLDL-R的生成较LDL-R慢得多，生成的前体约70%转变为成熟的蛋白质[2]。
VLDL-R分子结构与LDL-R非常类似，有和LDL-R相同的5个功能结构域：配体结合结构域（相同性55%），上皮细胞生长因子（EGF）前体结构域（相同性52%），含糖基结构域（相同性19%），跨膜结构域（相同性32%）和胞液结构域（相同性46%）。VLDL-R配体结合结构域含有8个补体重复序列，而LDL-R中的相应区域只含有7个补体样重复序列。EGF前体结构域因与小鼠EGF前体有同源性而得名。VLDL-R胞液结构域中含有和LDL-R相同的FDNPVY结构，是靶向有被小窝的信号肽，没有LDL-R中存在的向基运输小窝[3]。
人的VLDL-R基因定位于9P24，含19个外显子，长约40kb。小鼠的VLDL-R基因定位于19号染色体。VLDL-R和LDL-R基因来自共同的原始基因，虽然它们位于不同的染色体上，它们的基因结构和组成却几乎完全相同。不同之处仅仅在于VLDL-R基因比LDL-R基因多了一个特殊的外显子，编码配体结合结构域中多出的一个补体样重复序列。VLDL-R基因5'侧翼区含有2个拷贝的固醇调节元件-1样序列，其转录却不受固醇下调[4]。值得注意的是，VLDL-R基因起始密码子上游16bp处存在着CGG三核苷酸重复序列，这一结构可能与某些疾病有关。不同种族人群中该三核苷酸重复序列重复数的频率分布不同，但均以5、8、9个拷贝者多见[5]。
2 禽类中VLDL-R的同源物
VLDL-R在禽类中的同源物被称为卵黄生成素受体（vitellogenin receptor,VTG-R），分子量为95KD，分布在处于感受态的卵母细胞表面的有被小窝内，介导卵黄成熟过程中将VTG转运入卵母细胞，VTG-R是禽类的必需受体，其基因定位于禽类的性染色体Z上。正常情况下，鸡的卵母细胞中该受体的含量丰富。研究显示，该受体缺陷突变的母鸡由于缺乏VTG-R的表达而不育，伴有严重的高脂血症，并发生主动脉粥样硬化（AS）。VTG-R除可识别VTG、VLDL外，还可结合一些和脂蛋白代谢无关的配体，如核黄素结合蛋白、α2-巨球蛋白，并将它们摄入卵母细胞内。VTG-R的这种多功能可能是在进化过程中雌性生殖细胞以高度经济的方式生成卵黄压力下形成的。目前，关于VLDL-R在较哺乳动物低级的雌性动物中的生理功能已取得一致的看法，也就是在其卵巢中聚积高浓度的VTG及其它配体，在卵母细胞卵黄前体摄取中起关键作用，介导卵母细胞的生长[6-7]。
3 VLDL-R的功能与表达的调控
VLDL-R在哺乳动物中的生理功能正在研究之中，目前尚无定论。过去一直认为。VLDL在循环中最终变成LDL进行代谢。近年来的研究表明，VLDL代谢不均一，在人类只有50%左右的VLDL转变为LDL，其余的VLDL可以完整的颗粒形式被肝脏及肝外组织摄取。VLDL-R的系统分布不同于LDL-R，它主要分布在以FA为能源的代谢活跃的组织中，其mRNA在骨骼肌、心脏中高度表达，在肝脏中几乎不表达。根据系统分布特点推测，VLDL-R主要定位于脂肪组织和肌肉组织中，加快外周富含甘油三酯（TG）的脂蛋白的摄取，将其导向这些组织并提供FA。VLDL-R对于含有ApoE且富含TG的脂蛋白颗粒的代谢非常重要，如VLDL、β-VLDL（β迁移率VLDL）和IDL，它可特异性地结合并摄取这些配体。最新的体外研究显示，VLDL-R通过识别ApoE和脂蛋白脂肪酶（LPL），介导入乳糜微粒（CM）残粒的摄取，证实CM残粒也是其生理性配体[8]。目前认为，VLDL-R和LDL-R虽均可识别结合ApoE，但ApoE与两者的结合位点不同[9]。
研究表明，粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）通过使VLDL-R mRNA表达上调和增强Mφ的功能，降低血浆胆固醇（Ch）水平[10]。在RNA酶保护分析实验中，发现自发性高血压大鼠的高血压早期，其心室的VLDL-R mRNA水平减少一半；发生心肌肥大时，VLDL-R mRNA水平减为原来的20%，肥大心肌的能量利用明显消弱，FA代谢不活跃，且心肌肥大时能量底物从脂类转向葡萄糖[11]。对于VLDL-R表达调控的认识尚处于初级阶段，详细机理还有待于进一步研究。
4 VLDL-R与AS的关系
人们已经知道，大多数细胞的LDL-R明显受细胞内Ch含量的调节，但是细胞内Ch对VLDL-R的表达几乎无下调作用，而细胞内脂质的含量与细胞表面脂蛋白受体的调节密切相关。Mφ通过其细胞膜上的VLDL-R摄取取完整的VLDL，导致细胞内胆固醇酯（CE）和TG增加。由于Mφ的VLDL-R不易受细胞内TG和CE含量的调节，Mφ可不断地摄取VLDL，导致细胞内TG和CE大量堆积，最终演变成泡沫细胞。由此可见，VLDL-R低效率的调节对VLDL引起AS发病可能起一定作用。在一项研究中经纤维酸衍生物类降脂药吉菲罗齐（gemfibrozil）处理后，兔腹膜后脂肪组织中VLDL mRNA水平升高6.9倍。消化道平滑肌中VLDL-R mRNA水平升高3.7倍，在VLDL-R表达最高的心脏中没有明显改变，用药前后均未测到肝脏中的VLDL-R mRNA。由于吉菲罗齐促进了LDL-R和VLDL-R介导的对富有ApoE和VLDL的清除，从而降低血浆VLDL浓度，改变VLDL中的载脂蛋白组成，达到降脂效果。脂肪组织和肌肉组织中富含TG的脂蛋白代谢增强可能是VLDL-R mRNA表达上调的原因[12-13]。
动物实验表明，正常的新泽西白兔的主动脉未发现VLDL-R表达。但在其AS损害处，Mφ大量表达VLDL-R mRNA，内膜平滑肌细胞中少量表达。结果VLDL-R的表达在AS形成和发展中起重要作用，可能加快高TC血症个体AS的发展[14]。另有一些实验结果支持这一结论。
5 VLDL-R与阿尔茨海默病（AD）的关系
ApoE ε4等位基因与AD有显著关联已经得到公认。VLDL-R与ApoE关系密切，是含ApoE的脂蛋白颗粒的受体，由此推测其可能也是AD的风险因子。于是，VLDL-R是否也是AD的风险因子成为争论的焦点。曾经有报道认为，CGG拷贝数为5的VLDL-R基因型在一日本人群中与AD独立相关，使发病风险提高2倍，随着年龄增长发病风险下降，但与ApoEε4风险无相互作用。最新的研究资料否定了VLDL-R基因中5'非编码区CGG三核苷酸重复序列与AD有连锁或关联，根据发病年龄或ApoE基因型分层分析亦未发现显著意义，AD的痴呆类型与VLDL-R基因亚型亦无关联。尽管VLDL-R和ApoE在生物化学上有密切联系，两者基因座间等位基因相互作用并没有显著的统计学意义[15-16]。也就是说，只有ApoE等位基因与AD有显著关联，而VLDL-R不是AD的风险因子。
实验研究发现，AD患者大脑海马皮质区抗VLDL-R抗体的免疫活性明显增强，这一发现有力地证明，VLDL-R参与了AD的病理生理过程。所以，目前还不能否定VLDL-R基因编码区不是AD的危险因子，而其5'非编码区的多态性可能与编码区发生连锁不平衡。因此关于VLDL-R与AD的关系，在其他人群中做进一步研究是必要的。
6 VLDL-R与其它疾病的关系
一项实验研究显示，用嘌呤霉素诱导大鼠实验性肾病综合征时，大鼠心脏和骨骼肌中VLDL-R含量下降。这种获得性VLDL-R缺陷使肾病综合征大鼠血浆中富含TG的VLDL-R浓度升高。在另一项研究中，与对照组相比，实验性慢性肾功能衰竭动物心脏和骨骼机中VLDL-R mRNA和蛋白质含量下降75%，血浆TG浓度升高5倍。血浆TG和VLDL浓度升高与VLDL-R表达的显著下调有关。这两项研究均提示，在肾病中存在着另外的、过去未被认识的打乱脂质代谢的因素[7]。有关肾病诱导VLDL-R缺陷的机制还不清楚。实验研究表明，在正常的妊娠后期，VLDL-R和LDL-R在胎盘滋状层细胞中的表达升高，而先兆子痫患者中这两种受体的表达下降。受体的低表达必然导致脂质代谢异常，这可能是先兆子痫的发病原因[18]。
7 VLDL-R在基因治疗中的应用
关于家族性高胆固醇血症（FH）的基因治疗，人们作过很多研究和尝试。最初，人们用LDL-R进行鼠FH模型的基因治疗，可暂时纠正高脂血症，但出现对LDL-R的体液和细胞免疫反应。由于VLDL-R在肝外组织中表达，人们试图通过转基因技术使LDL-R缺陷小鼠的肝脏表达VLDL-R。结果发现，不仅纠正了动物模型的高脂血症，而且不发生免疫反应。VLDL-R过度表达增强了实验小鼠清除富含ApoE的IDL的能力，从而减少LDL的生成，使血浆IDL/LDL明显下降[19-20]。因而，在基因治疗FH的领域中，VLDL-R比LDL-R有更重要的应用价值和更广阔的应用前景。
综上所述，VLDL-R作为一种重要的脂蛋白受体，越来越多地受到人们的关注。目前对于VLDL-R本身及其与AS、AD、肾病、先兆子痫等疾病的关系还缺乏系统的认识，有待于进一步研究。随着研究工作的不断深入，对VLDL-R的了解将越来越全面，从而为相关疾病的防治工作提供新的依据和途径。
参考文献
1 Feng Z,Bates SR,Getz GS et al.Acta Acad Med Wuhan,1983;3:8-10
2 Patel DD,Forder RA,Soutar AK et al.Biochem j,1997;324(pt2):371-377
3 Oka K,Forte T,Ishida B et al.Eur J Biochem,1994;224(3):975-983
4 Jimgami H,Yamamoto T.Curr Opin Lipidol,1995;6(2):104-108
5 Helbecque N,Dallongeville J,Codron V et a..Arterioscler Thromb vasc Biol,1997;17(11):2759-2764
6 Bujo H,Yamamoto T.J Atheroscler Thromb,1996;2(2):71-75
7 Schneider WJ.Int Rev cytol,1996;166:103-137
8 Niemeier A,Gafvels M,Heeren J et al.J Lipid res,1996;37(8):1733-1742
9 Takah AShi S,Oida K,Ookubo M et al.FEBS lett,1996;386(2-3):197-200
10 IshibAShi T,Nakazato K,Shindo J et al.J Atheroscler thromb,1996;2(2):76-80
11 Masuzaki H,Jingami H,Matsuoka N et al.Circ res,1996;78(1):8-14
12 Yang CY,Gu ZW,Xie YH et al.Atherosclerosis,1996;126(1):105-116
13 Matsuoka N,Jingami H,Masuzaki H et al.Atherosclerosis,1996;126(2):221-226
14 Nakazato K,Ishibashi T,Shindo J et al.Am J pathol,1996;149(6):1831-1838
15 Fallin D,Gauntlett AC,Scibelli P et al.Genet epidemiol,1997;14(3):299-305
16 Okuizumi K,Onodera O,Seki K et al.Ann neurol,1996;40(2):251-254
17 Liang K,Vaziri ND.Kindey Int,1997;51(6):1761-1765
18 Murata M,Kodama H,Goto K et al.Am J Obstet gynecol,1996,175(6):1551-1556
19 Kozarsky KF,Jooss K,Donahee M et al.NaT genet,1996;13(1):54-62
20 Kobayashi K,Oka K,Forte T et al.J Biol chem,1996;271(12):6852-6860
(1998-07-11 收稿)
99-12-9 9:55 刘小琴 校对
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