ABC转运体与脂质代谢关系的研究进展

作者:王勇,韩天权,张圣道 

【关键词】ABC转运体  脂质代谢  胆固醇结石

     三磷酸腺苷结合盒（ATP binding cassette,ABC)转运体是一组跨膜蛋白，与ATP结合在胞膜和内质网、过氧化物酶体、线粒体等细胞器膜上，介导氨基酸、脂质、脂多糖、无机离子、多肽、糖类、各种药物等多种分子的耗能转运。目前已知的人类ABC基因包括A、B、C、D、E、F、G7个家族，共48个成员。ABC转运体的变异可以相应引起多种疾病，比如囊性纤维病、脑白质肾上腺萎缩症等。近年来，人们发现一些ABC家族成员与脂质代谢有关，并参与胆固醇结石等疾病的发生、发展过程，现就这些研究综述如下。

    1  ABCA1

    ABCA1基因位于9q31.1，约149kb，其编码一种含有2261个氨基酸的跨膜蛋白，主要参与胆固醇逆转运，即HDL将外周组织过多的胆固醇转运到肝脏的代谢过程。ABCA1将细胞内胆固醇和磷脂（主要是卵磷脂）转运至细胞表面的HDL前体apoAI，该蛋白负责胆固醇逆转运的第一步也是主要的限速步骤，因此在胆固醇和血浆脂蛋白代谢中起着重要的作用。该基因突变时，胆固醇从外周组织返回肝脏的逆转运受到阻碍，将导致 Tangier病，表现为胆固醇酯在外周组织中累积。 Mulligan等 ［1］发现在肠上皮和肝细胞细胞的基底膜外侧而非顶端表达ABCA1，促进胆固醇转运至HDL，ABCA1缺陷导致肝脏和小肠细胞内胆固醇酯累积。Repa 等［2］给予小鼠视黄醛X受体（RXR）激动剂后，小肠内ABCA1表达升高同时胆固醇吸收受到抑制，而ABCA1表达的上调则由肝脏X受体（LXR）直接介导和RXR间接介导，表明ABCA1参与食物胆固醇吸收的调节，将胆固醇从肠上皮细胞主动转运至肠腔内，从而限制胆固醇的吸收。在过度表达ABCA1的转基因小鼠中，血浆HDL水平增高，胆汁中胆固醇浓度也增加，提示ABCA1可能参与毛细胆管膜的脂质分泌［3］。然而也有研究显示ABCA1敲除小鼠中胆固醇吸收仅轻微减少［4］，胆汁胆固醇、磷脂和胆盐分泌速率与对照组并未发现差异［5］。近年来的一些研究发现［6～7］，在冠心病患者中ABCA1基因的启动子和编码区存在着单核苷酸多态性（SNP），而一些SPN与冠心病患者血浆HDL胆固醇、apoAⅠ水平、冠脉病变程度等存在相关性。

    2  ABCB4

    ABCB4位于7q21.12，在肝脏毛细胆管膜上高度表达，编码多药耐药蛋白3(multidrug resistance protein 3，MDR3)，而在啮齿类动物则编码多药耐药蛋白2（MDR2）。该蛋白为磷脂输出泵，如同磷脂翻转酶，将卵磷脂从毛细胆管膜双分子层的内侧转运到外侧，而卵磷脂在对胆盐诱导的胆管粘膜损伤起到保护作用。当ABCB4基因变异时，由于磷脂的缺乏，胆盐与磷脂构建的混合微胶粒不能形成，胆盐游离，将引起胆管细胞损伤导致胆汁淤积，可导致Ⅲ型进行性家族性肝内胆汁淤积症(progressive familial intrahepatic cholestasisⅢ，PFIC3)和妊娠期肝内胆汁淤积症。Rosmorduc等［8］对6例胆囊胆固醇结石伴轻度肝内慢性胆汁淤积，以及胆囊切除术后结石再发的成年患者进行研究，发现ABCB4有2例杂合无义突变，3例纯合错义突变，1例杂合错义突变。这些突变在PFIC3的研究中未曾报道过。之后，该研究小组［9］扩大样本，对32例具备上述特征的低磷脂相关胆石病(low phospholipid associated cholelithiasis,LPAC)患者的ABCB4进行测序分析，在18例（56％）患者中共检测到14个杂合或纯合的点突变，并与3种独立的临床表现相关：胆囊切除术后胆石复发（OR＝8.5），肝内超声强光团、肝内胆泥、微结石（OR＝6.1），首发年龄40岁（OR＝3.0）。而在通常的胆囊胆固醇结石患者和无胆石症患者中未检测到上述变异。Jacquemin等［10］调查了31例有PFIC3特征的肝内胆汁淤积患者，17例检测到16种不同的ABCB4突变，4例患者和2例患者的父母中发现有胆囊结石。这种胆囊结石的发生可能与胆汁中胆固醇与磷脂比值增高有关，也提示了部分胆固醇和磷脂的胆汁分泌是非偶联的，推测磷脂的缺乏或减少导致微胶粒的不稳定，促进了胆固醇结晶产生结石。 Shoda等在肝内胆管结石患者中，发现肝脏MDR3表达水平降低；又对16例肝内胆管结石患者的ABCB4的 cDNA进行测序，并未发现与之相关的突变，有关机制尚待进一步证实［11，12］。

    3  ABCB11

    ABCB11，又称为胆汁酸盐输出泵（bile salt export pump,BSEP)基因。1995年，猪的 BSEP基因首先被克隆，因其编码的蛋白与P 糖蛋白170（由ABCB1基因编码）结构相近，当时被命名为Spgp(the sister of Pglycoprotein)。后来发现 Spgp是肝脏主要的胆盐转运体，改称为 BSEP。人类BSEP基因位于2q24.3，编码的BSEP蛋白为150~170kDa的蛋白多肽，仅在毛细胆管侧的肝细胞中表达。除了转运牛磺胆酸外，BSEP还介导牛磺鹅脱氧胆酸、牛磺熊脱氧胆酸、甘氨胆酸的ATP依赖的转运。BSEP基因突变可导致PFIC2以及妊娠期肝内胆汁淤积症。研究表明小鼠的BSEP是参与胆石形成的 Lith1基因的主要候选基因［13～14］。在 BSEP敲除小鼠中［15］，胆汁胆盐输出减少了30％，血浆和肝脏胆汁酸浓度增加，而胆汁中胆固醇和磷脂浓度和输出却增加。这种情况可能是由于 Bsep缺乏后肝内胆汁酸的积累导致了肝脏胆固醇的积聚，从而胆固醇分泌入胆汁也相应增加。 Hoda等［16］ 用Northen blot和 Western blot方法以及3H牛磺胆酸摄取功能试验，发现在胆石抵抗小鼠AKR／J中牛磺胆酸摄取明显增多， 而在胆石易感小鼠C57L／J中Bsep基因以及其在毛细胆管膜上的表达比AKR/J小鼠增加了3倍，但转运胆盐的活力下降了9倍，毛细胆管膜上胆固醇：磷脂的比值也明显增高，说明C57L／J小鼠牛磺胆酸的转运功能降低，并与毛细胆管膜上胆固醇含量增高抑制了胆盐转运有关。 Figge等［17］对 Abcb11过表达小鼠的研究发现，胆汁流以及胆盐、卵磷脂、胆固醇的胆汁分泌都相应增加，但粪便中胆盐排泄量没有改变，说明胆盐的肠肝循环增加；当致以致石饲料（高胆固醇、脂肪、胆酸）后，能够抑制肝内脂肪累积，提示ABCB11可能影响肝脂肪变性疾病的发生。

    4  ABCC2

    ABCC2位于10q24.2，编码多药耐药相关蛋白2(multidrug resistance associated protein2,MRP2)，包含由17个跨膜螺旋构成的3个跨膜区域。ABCC2主要在肝细胞的胆管侧和近端小肠上皮细胞以及近端肾小管细胞膜顶端表达，介导多种有机阴离子从肝细胞分泌进入胆汁，包括结合胆红素、胆酸硫酸盐等二价胆盐。除了阴离子化合物外，MRP2也介导转运肿瘤化疗药物、利尿剂、抗生素、白三烯、谷胱苷肽、毒素及重金属等，参与调节许多药物的药代动力学。ABCC2突变时肝细胞膜上MRP2蛋白缺失，将导致DubinJohnson综合征，后者为一种常染色体隐性遗传病，表现为高结合性胆红素血症、尿中粪卟啉Ⅰ增高，小叶中心肝细胞黑色素沉积和磺溴酞钠滞留时间延长，但肝功能正常。在肿瘤或结石引起的胆道梗阻患者中，十二指肠中的MRP2表达下降，且与梗阻的病程相关，当采用胆总管支架引流后可以逆转［18］。小鼠的 Abcc2基因也被认为是致石基因 Lith2的候选基因［14］ 。Bouchard等［19］在C57L小鼠中检测到 Abcc2结构多态性，并且将C57L的 Lith2基因导入AKR小鼠中，早期的胆汁流增加，谷胱苷肽和结合胆红素分泌速率增加，表明胆固醇结石和ABCC2基因具有一定的遗传关系。有研究表明［20］转基因小鼠过度表达Abcc2对于小鼠胆固醇结石风险起着决定作用，并且调节雌激素对胆石的影响。

   5  ABCG5和ABCG8

    ABCG5和ABCG8是近年被发现的参与植物固醇和胆固醇吸收的基因，与β谷固醇血症有关。这对基因定位在染色体2p21上，仅相距374个核苷酸，两者都含有13个外显子和12个内含子，分别编码sterolin1和sterolin2蛋白。它们在肝脏的肝细胞、胆管细胞、小肠上皮细胞以及胆囊上皮细胞中表达。与其它ABC转运体不同，这两个sterolin蛋白都仅含有6个跨膜螺旋，属于ABC半转运体；两者在内质网中相互结合形成异二聚体成为完整的ABC转运体后，移至高尔基体，然后靶向性移动到细胞顶端浆膜上发挥作用。这对基因突变将导致β谷固醇血症，这是一种在人体组织中大量植物固醇累积的常染色体隐性遗传疾病，同时明显增加饮食中胆固醇的吸收，减少胆固醇泌入胆汁，导致高胆固醇血症；这些患者表现为血浆胆固醇和植物固醇水平增高，产生腱和结节性黄瘤以及过早的动脉硬化和冠心病，但不易生成胆石。这对基因编码的蛋白可能通过将固醇从小肠上皮排入肠腔而限制固醇的吸收，并能够促进肝脏将固醇泌入胆汁。Hubacek等［21］对285例人群进行8年随访研究，从众多突变中发现ABCG8基因的Tyr54Cys和Thr400Lys多态性可能在血浆胆固醇水平的遗传决定中起作用，影响饮食改变后的血浆胆固醇反应，并具有性别特异性。Yu等［22］将人类ABCG5和ABCG8基因转入小鼠中，发现饮食中胆固醇吸收减少，而胆汁胆固醇水平增加，肝脏胆固醇合成也增加。给予高脂饮食后，肝脏胆固醇含量的增加被减弱。在Abcg5和Abcg8基因敲除小鼠中［23］，发现血浆谷固醇明显增加。胆汁胆固醇浓度极低，血浆和肝脏胆固醇水平都明显减少；给予高胆固醇饲料喂养后，血浆和肝脏胆固醇水平均明显增高。最近，Yu等［24］又在转基因小鼠中检测到胆汁胆固醇水平与这对基因拷贝数和表达水平呈线性关系。这些结果显示ABCG5和ABCG8表达增加后能够减少小肠对胆固醇的吸收，选择性地增加中性固醇排泄以及代偿性的增加胆固醇合成，阻断这对基因后血浆和肝脏胆固醇水平对于食物胆固醇含量的应答明显增加，表明它们在参与食物固醇吸收以及固醇的胆汁分泌中起着重要的作用。研究显示［25］这对基因以中等程度的过表达，即可导致胆汁胆固醇升高以至于过饱和；在胆石易感小鼠胆汁胆固醇的高水平与肝脏这对基因产物高表达相关。 Wittenburg等［26］在胆石易感小鼠PERA/Ei和抵抗小鼠 I/LnJ杂交后用数量性状位点分析法研究认为小鼠 Abcg5和 Abcg8是胆固醇结石致石基因Lith9的主要候选基因。

    6  其它ABC转运体

    ABCB1位于7q21.12，在包括小肠上皮细胞在内的许多组织细胞中广泛表达，编码含有1280个氨基酸的多药耐药蛋白1（MDR1）；在小鼠中， Abcb1编码Mdr1a和Mdr1b 。目前尚未发现与MDR1缺陷明确有关的疾病。MDR1介导许多中性或阳离子有机化合物转出细胞，并被认为与固醇的摄取和转运有关，参与小肠胆固醇的吸收。MDR1的非特异性抑制剂能够抑制胆固醇的合成和酯化，可能与固醇从细胞浆膜到内质网的转运受到阻断有关。在大鼠上皮细胞中，Mdr1表达增加引起胆固醇的累积以及酯化动力学增强［27］。但是 Luker等［28］在 Mdr1a/Mdr1b双敲除小鼠中并未发现小肠胆固醇吸收的变化，给予口服胆固醇后肝脏胆固醇累积增加，因此 Mdr1参与胆固醇吸收和作用尚有待明确。

    ABCG1位于21q22.3，只有6个跨膜螺旋，也是ABC半转运体，在许多组织细胞和单核巨噬细胞中表达。ABCG1参与胆固醇的分泌和逆转运。将人ABCG1通过重组腺病毒转入小鼠体内，发现流向肝脏的HDL胆固醇和胆汁胆固醇含量增多，而胆汁酸没有变化［29］。ABCG4位于11q23，和ABCG1具有同源性并极为相似，在调节羟固醇和类视黄醇有着类似的作用。两者可能类似于ABCG5和ABCG8，也组成异二聚体方式共同发挥作用。将ABCG1和ABCG4转入人胚肾293细胞中，发现胆固醇转运至HDL3和HDL2增多，转运至 apoAI没有变化。在给予LXP激活的巨噬细胞中，ABCG1表达上调，胆固醇运至HDL增多；RNA干扰减少ABCG1表达后，胆固醇运至HDL减少［30］。

    7  结  语

    脂质代谢是一个多因素、多步骤、多基因参与的复杂过程，ABC转运体家族成员在脂质吸收、分泌及转运等方面起着重要的作用，并与包括胆固醇结石病在内的许多脂类代谢相关疾病有着相应的联系。随着研究的逐步深入，将为阐明这些疾病的发生机制以及寻找新的药物靶点提供依据。

    参  考  文  献

    ［1］Mulligan JD, Flowers MT,Tebon A,et al.ABCA1 is essential for efficient basolateral cholesterol efflux during the absorption of dietary cholesterol in chickens［J］.J Biol Chem,2003;278（15）：1335613366.

    ［2］Repa JJ,Turley SD,Lobaccaro JA,et al.Regulation of absorption and ABC1mediated efflux of cholesterol by RXR heterodimers［J］.Science，2000,289（5484）：15241529.

    ［3］Vaisman BL,Lambert G,Amar M,er al.ABCA1 overexpression leads to hyperalphalipoproteinemia and increased biliary cholesterol excretion in transgenic mice［J］.J Clin Invest,2001,108(2):303309.

    ［4］Drobnik W,Lindenthal B,Lieser B,et al.ATP binding cassette transporterA1(ABCA1) affects total body sterol metabolism［J］.Gastroenterology，2001，120(5)：12031211.

    ［5］Groen AK,Bloks VW,Bandsma RH,et al.Hepatobiliary cholesterol transport is not impaired in Abcalnull mice lacking HDL［J］.J Clin Invest，2001;108（6）:843850.

    ［6］Brousseau ME,Bodzioch M,Schaefer EJ,et al.Common variants in the gene encoding ATPbinding cassette transporter 1 in men with low HDL cholesterol levels and coronary heart disease［J］.Atherosclerosis,2001，154（3）：607611.

    ［7］Evans D,Beil FU.The association of the R219K polymorphisms in the ATPbinding cassette transporter 1(ABCA1)gene with coronary heart disease and hyperlipidaemia［J］.J Mol Med，2003，81（4）：264270.

［8］Rosmorduc O,Hermelin B,Poupon R.MDR3 gene defect in adults with symptomatic intrahepatic and gallbladder cholesterol cholelithiasis［J］.Gastroenterology ,2001,120(6):14491467.

    ［9］Rosmorduc O,Hermelin B,Boelle PY,et al.ABCB4 gene mutationassociated cholelithiasis in adults［J］.Gastroenterology,2003,125(2):452459.

    ［10］Jacquemin E,De Vree JM ,Cresteil D,et al.The wide spectrum of multidrug resistance 3 deficiency:from neonatal cholestasis to cirrhosis of adulthood［J］.Gastroenterology,2001,120(6):14481458.

    ［11］Shoda J,Oda K,Suzuki H,et al.Etiologic significance of defects in cholesterol,phospholipid,and bile acid metabolism in the liver of patients with intrahepatic calculi［J］.Hepatology，2001，33（5）：11941205.

    ［12］Kano M,Shoda J,Sumazaki R,et al.Mutations identified in the human multidrug resistance Pglycoprotein 3 (ABCB4) gene in patients with primary hepatolithiasis［J］.Hepatol Res，2004，29（3）:160166.

    ［13］Bouchard G,Nelson HM,Lammert F,et al.Highresolution maps of the murine Chromosome 2 region containing the cholesterol gallstone locus,Lith［J］.Mamm Genome,1999,10(11):10701074.

    ［14］Lammert F,Carey MC,Paigen B.Chromosomal organization of candidate genes involved in cholesterol gallstone fomation:a murine gallstone map［J］.Gastroenterology,2001,120(1):221238.

    ［15］Wang R,Salem M,Yousef IM,et al.Targeted inactivation of sister of Pglycoprotein gene(spgp) in mice results in nonprogressive but persistent intrahepatic cholestasis［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2001，98（4）：20112016.

    ［16］Hoda F,Green RM.Hepatic canalicular membrane transport of bile salt in C57L/J and AKR/J mice:implications for cholesterol gallstone formation［J］.J Membr Biol,2003,196(1):914.

    ［17］Figge A,Lammert F,Paigen B,et al.Hepatic overexpression of murine Abcb11 increases hepatobiliary lipid secretion and reduces hepatic steatosis［J］.J Biol Chem,2003,279(4):27902799.

    ［18］Dietrich CG ,Geier A,Salein N,et al.Consequences of bile duct obstruction on intestinal expression and function of multidrug resistanceassociated protein 2［J］.Gastroenterology，2004，126（4）：10441053.

    ［19］Bouchard G,Carey MC,Paigen B.In the genetic locus containing the second gallstone gene Lith2 ,an Mrp2 polymorphism is linked to heightened secretion of organic a nions(abstr)［J］.Gastroenterology，2000，118：A1017.

    ［20］VanBergeHenegouwen GP,Venneman NG,Portincasa P,et al.Relevance of hereditary defects in lipid transport proteins for the pathogenesis of cholesterol gallstone disease［J］.Scand J Gastroenterol ,2004，（41,2Suppl）：6069.

    ［21］Hubacek JA,Berge KE,Stefkova J,et al.Polymorphisms in ABCG5 and ABCG8 transporters and plasma cholesterol levels［J］.Physiol Res,2004,53(4):395401.

    ［22］Yu L,LiHawkins J,Hammer RE,et al.Overexpression of ABCG5 and ABCG8 promotes biliary cholesterol secretion and reduces fractional absorption of dietary cholesterol［J］.J Clin Invest,2002,110(5):671680.

    ［23］Yu L,Hammer RE,LiHawkins J,et al.Disruption of Abcg5 and Abcg8 in mice reveals their crucial role in biliary cholesterol secretion［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2002，99（25）：1623716242.

    ［24］Yu L,Gupta S,Xu F,et al.Expression of ABCG5 and ABCG8 is required for regulation of biliary cholesterol secretion［J］.J Biol Chem，2005，280（10）：87428747.

    ［25］Wittenburg H,Carey MC.Biliary cholesterol secretion by the twinned sterol halftransporters ABCG5 and ABCG8［J］.J Clin Invest,2002,110(5):605609.

    ［26］Wittenburg H,Lyons M,Li R,et al.FXR and ABCG5/ABCG8 as determinants of cholesterol gallstone formation from quantitative trait locus mapping in mice［J］.Gastroenterology,2003,125(3):868881.

    ［27］Tessner TG,Stenson WF.Overexpression of MDR1 in an intestinal cell line results in increased cholesterol uptake from micelles［J］.Biochem Biophys Res Commun,2000,267(2):565671.

    ［28］Luker GD,Dahlheimer JL,Ostlund RE Jr,et al.Decreased hepatic accumulation and enhanced esterification of cholesterol in mice deficient in mdrla and mdr1b Pglycoproteins［J］.J Lipid Res，2001，42（9）：13891394.

    ［29］Ito T.Physiological function of ABCG1［J］.Drug News Perspect，2003，16（8）：4902.

    ［30］Wang N,Lan D,Chen W,et al.ATPbinding cassette transporters G1 and G4 mediate cellular cholesterol efflux to highdensity lipoproteins［J］.Proc Natl Acad Sci USA,2004,101(26):97749779.

    上海第二医科大学附属瑞金医院  外科  上海消化外科研究所  （上海  200025）