Science：揭示细胞内tPA-PAI-1相互作用决定肝细胞中的VLDL组装

尽管在治疗高胆固醇方面取得了进展，但心脏病仍然是美国人死亡的主要原因。在一项新的研究中，来自美国威斯康星医学院、哥伦比亚大学和Versiti血液研究所的研究人员研究了一种叫做极低密度脂蛋白（very-low-density lipoprotein, VLDL）的胆固醇的作用，他们的发现可能会在未来带来新的治疗选择。相关研究结果发表在2023年9月1日的Science期刊上，论文标题为“Intracellular tPA–PAI-1 interaction determines VLDL assembly in hepatocytes”。论文通讯作者为威斯康星医学院医学助理教授Ze Zheng博士、哥伦比亚大学欧文医学中心的Ira Tabas博士和Versiti血液研究所的Wen Dai博士。

1769年，François Poulletier de la Salle首次从胆结石中成功分离出胆固醇，当时他的同行们认为血液中只含有蛋白，不含脂肪。从那以后，科学家们努力确定胆固醇的分子式和形状，并更好地了解胆固醇与血管中的斑块积聚和心脏病发生之间的联系。美国食品药品管理局（FDA）于 1987 年批准了第一种他汀类药物，用于治疗高胆固醇患者，降低他们心脏病发作和中风的风险。2015 年，FDA批准了一类新型药物，即前蛋白转换酶枯草杆菌蛋白酶/kexin 9型（proprotein convertase subtilisin-kexin type 9, PCSK9）抑制剂，为心脏病专家提供了另一种工具，用于治疗在单独使用他汀类药物治疗后胆固醇水平仍然过高的患者。

然而，根据美国疾病控制与预防中心（CDC）的数据，心脏病仍然是美国人的主要死因，而中风仍然是第五大死亡原因。一项对服用PCSK9抑制剂的患者进行的临床试验已显示，这类药物对患者有益，但同时也揭示了改进的机会，因为绝对风险的降低幅度被认为不大，仅为 1.5%。

Zheng博士说，“很明显，除了他汀类药物和这些较新的抑制剂药物所能控制的情形外，还有更多的情况。我们需要更多的疗法，而要获得这些疗法，我们需要更多地了解心脏疾病的其他风险来源，尤其是心脏病发作和中风。”

有几种形式的胆固醇在人类的血液中循环。通常被称为“坏胆固醇”的胆固醇---低密度脂蛋白（low-density lipoprotein, LDL）---是由一种叫做载脂蛋白B（apoB）的蛋白携带的，它与脂质和蛋白形成结构良好的颗粒。这些颗粒是在血液中运输胆固醇等脂质的稳定载体。这些富含脂质的颗粒主要包括VLDL和LDL。目前用于降低胆固醇的药物可降低LDL水平。虽然大量证据表明控制LDL很重要，但它并不是心脏病的唯一风险因素。事实上，与LDL同属一类的其他脂蛋白在现有的治疗方法下并没有降低多少。Zheng博士和他的团队正在研究如何降低脂蛋白家族中其他成员的水平，尤其是 VLDL。

Zheng博士补充说，“由于我有脂质代谢方面的背景，我发现自己一直在检查血脂水平，甚至在研究血凝块溶解以及人体清除血凝块的能力受损如何影响血管堵塞风险时也是如此。我只是很自然地对此感到好奇，我注意到我正在研究的一种蛋白可能会对循环胆固醇的含量产生影响。”

肝细胞内质网胞中的tPA-PAI-1相互作用决定apoB蛋白脂化、VLDL组装和分泌。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.adh5207。

在之前的研究中，Zheng博士帮助确定了这种蛋白---组织型纤溶酶原激活剂（tissue-type plasminogen activator, tPA）---的新细胞来源，以及它在分解血凝块和防止血管堵塞方面的作用。为了了解这种蛋白对胆固醇水平的潜在影响，她的团队利用基因编辑技术，阻止易形成血管斑块的小鼠体内的肝细胞产生 tPA。他们发现，在这项实验中，小鼠体内的脂蛋白胆固醇增加了。随后，在使用人类肝细胞和一种已知能以类似于人类肝细胞的方式产生 VLDL 的大鼠肝细胞进行的后续研究中，他们验证了这一发现。基于这些发现和其他实验结果，他们证实了肝脏tPA对血液胆固醇水平的新的重要影响，同时强调了肝脏、心脏和血管之间的重要联系。

Dai博士说，“在确定了tPA的这一新作用后，我们将注意力转移到了它如何改变血液中胆固醇水平的问题上。”

肝脏通过制造 VLDL 产生了大部分“坏”apoB-脂蛋白。这些作者重点研究了tPA是否以及如何影响VLDL在肝脏中的组装过程。由于微粒体甘油三酯转运蛋白（microsomal triglyceride transfer protein, MTP）具有将脂质携带到载脂蛋白B的作用，因此它是组装 VLDL 所必需的。他们确定，tPA 与apoB蛋白结合的位置与 MTP 相同。tPA 越多，MTP 与 apoB 结合并催化新 VLDL 生成的机会就越少。如果说 MTP 是四分卫，试图将胆固醇足球传给空位的apoB接球员，那么 tPA 就是破坏比赛的角卫。

Zheng 博士说，“基于我们之前的研究，我们知道研究 tPA 的主要抑制剂也至关重要。”众所周知，血浆酶原激活剂抑制剂-1（Plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1）会阻断 tPA 的活性。科学家们还发现，血液中的 PAI-1 水平与斑块形成和血管堵塞导致的疾病发展之间存在相关性。这些作者发现，较高水平的 PAI-1 会降低 tPA 与apoB蛋白结合的能力，从而降低 tPA 与 MTP 竞争以阻止 VLDL 生成的效果。回到生物学上，PAI-1 可能是一种诱饵，它可以分散 tPA 的注意力，直到 MTP 与 apoB 结合获得巨大收益。他们在携带 编码PAI-1 的基因发生自然突变的人类受试者身上研究了这种相互作用。他们发现，与来自同一社区、没有同样基因突变的人相比，这些人的 tPA 水平较高，而 LDL 和 VLDL 水平较低。

Zheng博士指出，“我们正在根据这些关于tPA、MTP和PAI-1的发现研究治疗策略。我认为我们可能能够降低即使治疗进展也持续存在的剩余心血管风险。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Wen Dai et al. Intracellular tPA–PAI-1 interaction determines VLDL assembly in hepatocytes. Science, 2023, doi:10.1126/science.adh5207.

2. LDL is Not the Be All and End All
https://www.mcw.edu/newsroom/news-articles/ldl-is-not-the-be-all-and-end-all