第六章 脂蛋白受体

Schneider等于1982年从牛肾上腺分离出LDL受体，以后又分离出编码牛LDL受体羧基末端1/3氨基酸的cDNA，并初步阐明了牛LDL受体cDNA，推导出人LDL受体的氨基酸序列。

LDL受体是一种多机能蛋白，由836个氨基酸组成的36面体结构蛋白，分子量约115kD。由五种不同的区域构成（见图6-1），各区域有其独特的功能。
dongmaizhouyangyinghua028.jpgLDL受体与VLDL受体结构
图6-1 LDL受体与VLDL受体结构
1．配体结合结构域配体结合结构域由292个氨基酸残基组成，其中共有47个半胱氨基酸，含有七个由40个氨基酸残基组成的与补体CB、Cq类似的重复序列，每个重复系列中有6个Cys残基，所有42个Cys残基均已构成二硫键，重复序列2、3、6、7是结合LDL所必需的，其中任何一种发生突变，均使受体丧失结合LDL的能力。重复序列5则与结合β-VLDL有关，若该序列突变时，该受体结合β-VLDL的能力丧失60%。该受体不仅能结合LDL，还能结合VLDL、β-VLDL和VLDL残粒；它不仅能识别ApoB100，也可识别ApoE的脂蛋白。ApoE、B100为LDL受体的配体，因此，LDL受体又称为ApoB100，E受体。
2．EGF前体结构域 约由400个氨基酸残基组成的肽段，有5个重复序列，每个重复序列包括25个氨基酸残基。EGF前体结构域与小鼠上皮细胞生长因子（epidermal growth factor,EGF）前躯体有同源性，这一区域因此而得名，Mutagenisis等在体外实验证实，这个区域的肽段，属于细胞膜外结构蛋白，起着支撑作用。
3．含糖基结构域 由58个氨基酸残基组成，是紧靠细胞膜面的肽段，由18个丝氨酸或苏氨酸构成0-连接糖链，对LDL受体起着支撑作用。
4．跨膜结构域 由22个氨基酸残基组成，富含疏水氨基酸残基，属于跨膜蛋白，起着固系于细胞膜中的抛锚作用。这个区域缺陷，影响受体的细胞外分泌。
5．胞液结构域 位于细胞膜的胞浆侧，由50个氨基酸残基组成，C-末端位于胞浆并“深埋”于胞浆之中。

人LDL受体基因长度45kD，由18个外显子和17个内含子组成共长达2535bp。LDL受体基因如图6-2所示。
外显子1编码短的5'侧序列及信号肽。内含子1在信号肽远端2个氨基酸处中断编码序列。配体结合域中的7个由40个氨基酸残基组成的重复序列中，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ残基序列均由各自的外显子编码，Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ则由同一个外显子编码。
EGF前体结构域由外显子7至14编码其蛋白的290～690氨基酸残基。外显子15则编码LDL受体C末端的50个氨基酸。
LDL受体基因突变时可引起多种遗传疾病，典型遗传病有定族性高胆固醇（FH）。LDL受体基因突变种类包括基因大片段的缺失或插入或仅有1个碱基的改变而导致形成错误或无意义的密码（见图6-2）。
通过基因水平分析，LDL受体基因突变不外乎下列几种类型：①一类是因基因突变使LDL受体蛋白无法检出或其活性丧失，这种突变涉及到mRNA转录水平变异。如外显子1中缺6～10kb或外显子13～15kb缺失4～5kb；②另一类是因突变使分子量为120kD和ECG前驱体结构域抑制通过小胞体进入高尔基氏体的转送作用；③第三种是突变结果使LDL受体的结合LDL的能力降低；④第四种是受体结合LDL后不能内移，这种突变点在外显子16～18kb，即编码跨膜结构域的一段基因。LDL受体的四种级别变异类型如图6-3所示。
dongmaizhouyangyinghua029.jpgLDL受体基因结构及其家族性高胆固醇血症的基因突变和受体蛋白变异
图6-2 LDL受体基因结构及其家族性高胆固醇血症的基因突变和受体蛋白变异
（引自 KajinamiK. Mabuchi H, Michishita I et al.Arteriosclerosis 8.187.1988）
dongmaizhouyangyinghua030.jpgLDL受体的生物合成与四种级别的变异类型
图6-3 LDL受体的生物合成与四种级别的变异类型
(源自Brown MS, et al.1986)

LDL受体广泛分布于肝脏、动脉壁平滑肌细胞、肾上腺皮质细胞、血管内皮细胞、淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞，各组织或细胞的LDL受体活性差别很大。
含ApoB100的脂蛋白可以与LDL受体以高亲和力结合转运到肝脏，肠道分泌的ApoB48不是LDL受体配体。所以肝脏不能清除完整的CM。
LDL或其他含ApoB100，E的脂蛋白如VLDL、β-VLDL均可与LDL受体结合，内吞入细胞使其获得脂类，主要是胆固醇，这种代谢过程称为LDL受体途径（LDl receptor pathway），该途径依赖于LDL受体介导的细胞膜吞饮作用完成，如图6-3所示。当血浆中LDL与细胞膜上有被区域（coated region）的LDL受体结合（第1步），使其出现有被小窝（coated pit）（第2步），并从膜上分离形成有被小泡（coated vesicles）（第3步），其上的网格蛋白（clathrin）解聚脱落，再结合到膜上（第4步），其内的pH值降低，使受体与LDL解离（第5步），LDL受体重新回到膜上进行下一次循环（第6、7步）。有被小泡与溶酶融合后，LDL经溶酶体酶作用，胆固醇酯水解成游离胆固醇和脂肪酸，甘油三酯水解成脂肪酸，载膜蛋白B100水解成氨基酸，见图6-4。LDL被溶酶体水解形成的游离胆固醇再进入胞浆的代谢库，供细胞膜等膜结构利用。胞内游离胆固醇在调节细胞胆固醇代谢上具有重要作用：若胞内浓度升高，可能出现下述几种情况：①抑制HCGCoA还原酶，以减少自身的胆固醇合成；②抑制LDL受体基因的表达，减少LDL受体的合成，从而减少LDL的摄取，这种LDL受体减少的调节过程称为下调（down regulation）；③激活内质网酰基CoA胆固醇酰基转移酶（acyl-Coa cholesterolacyltransferase,ACAT），使游离胆固醇在胞浆内酯化成胆固醇酯贮存，以供细胞的需要。经上述三方面的变化，用以控制细胞内胆固醇含量处于正常动态平衡状态。血浆中胆固醇主要存在于LDL中，而65%～70%的LDL是依赖肝细胞的LDL受体清除。肝脏的LDL受体还影响LDL的合成速率及VLDL代谢。曾经认为人VLDL几乎全部在血循环中转变为LDL，LDL再被肝外组织摄取，现在经大鼠和兔实验研究表明，VLDL仅有15%以下转变为LDL，人则有＜50%的VLDL转变为LDL，大部分VLDL是以VLDL或VLDL残粒的形式被肝脏摄取。VLDL残粒与肝脏受体的亲和力比VLDL大很多，VLDL中虽有少量ApoE，因含有丰富的ApoC，可掩盖ApoE，而阻碍其与肝脏的ApoE、E受体结合，因VLDL转变成VLDL残粒时，随着甘油三酯水解而丧失ApoC，暴露出ApoE，因此，VLDL残粒被肝清除的速率比VLDL快。VLDL残粒大部分被肝脏清除，一小部分在肝脂酶作用下水解除去甘油三酯而转变成LDL。LDL受体还在乳糜微粒代谢中起有一定作用。由于乳糜微粒中的ApoB48不能识别ApoB100，E受体。所以肝脏不能清除完整的乳糜微粒。但是血管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，同时丧失部分ApoC、A，生成乳糜微粒残粒除去了阻碍ApoE与受体结合的因素，故可迅速被肝脏清除。LDL约有一半是通过LDL受体，另一半通过LDL受体相关蛋白进行代谢，其半寿期短，
总之，LDL受体主要功能是通过摄取胆固醇进入细胞内，用于细胞增殖和固醇类激素及胆汁酸盐的合成等。
dongmaizhouyangyinghua031.jpgLDL受体胞吞作用示意图
图6-4 LDL受体胞吞作用示意图

在ApoB100存在下，LDL受体可结合LDL；在ApoE存在下，既可结合LDL，又可结合VLDL、β-VLDL。与LDL受体不同，还有一种仅与ApoE脂蛋白结合的特异受体存在，据以下临床现象及实验结果推测还有另一种受体的存在：①纯合子FH，患者血中乳糜微粒残粒并不增加；②LDL受体缺陷的WHHL兔乳糜微粒残粒仍正常地被肝脏摄取；③LDL受体下调状态下，乳糜微粒残粒可在肝脏异化，FH的LDL受体缺陷者或WHHL兔巨噬细胞不能利用LDL使其泡沫化，但可利用含ApoE脂蛋白的乳糜微粒残粒及β-VLDL使其泡沫化，所以推测有对ApoE特异结合的第二种受体存在，即极低密度脂蛋白受体（VLDl receptor, VLDL-R）。
利用cDNA单克隆已证明有VLDL受体存在，其结构与LDL受体类似，如图6-1所示。有与LDL受体相同的五部分组成，即配体结合结构域，EGF前体结构域，含糖基结构域、跨膜结构域和胞液结构域。然而并非完全相同，配体结构域，有55%相同性（图6-4）；EGF前体结构域有52%的相同性；含糖基结构域仅有19%相同性；跨膜域有32%相同性；胞浆域有46%的相同性，如图6-5、6-6所示。LDL受体对含ApoB100的LDL，含ApoE的VLDL，β-VLDL，VLDL残粒有高亲和性。VLDL受体仅对含ApoE的脂蛋白VLDL，β-VLDL和VLDL残粒有高亲和性结合并摄入细胞内，对LDL则为显著的低亲和性。VLDL受体在能量代谢活跃的心脏、肌肉、脂肪等组织细胞存在，肝脏几乎未发现，这是因为与提供组织脂肪酸机能由LPL单独承担有关。即①LPL分解结合在受体上的VLDL，水解得到的游离脂肪酸扩散通过细胞膜入细胞内，以提高利用率；②VLDL受体与LPL的mRNA有同一组织的特异性；③VLDL受体结合含ApoE的TG脂蛋白能力很强；④LPL缺损者皮下脂肪的蓄积不正常。从这几方面去考虑，VLDL受体对富含TG脂蛋白代谢起有重要作用。人VLDL受体与兔VLDL受体有97%的同源性，同人LDL受体有76%的同源性。已证实它的mRNA在组织中高度表达的结果，对这些组织细胞的脂肪酸代谢功能具有重要的意义，如肌细胞、脂肪细胞、心脏、脑和胎盘细胞等。
dongmaizhouyangyinghua032.jpgLDL受体与VLDL受体基因结构的异同示意图
图6-5 LDL受体与VLDL受体基因结构的异同示意图
dongmaizhouyangyinghua033.jpgLDL受体与VLDL受体的配体结合结构域及胞液结构域的比较
图6-6 LDL受体与VLDL受体的配体结合结构域及胞液结构域的比较
配体结构域的VLDL受体和LDL受体均保留有SDE（Ser-Asp-Glu）序列，LDL受体有7个突变序列，VLDL受体则有8个重复系列。以胞液结构域比较，LDL受体与VLDL受体均有被小窝信号肽（coated pit signal）的FDNPVY结构，其功能是与配体结合摄取进入细胞内。另外LDL受体胞液结构域，在肝细胞内侧存在向基运输小窝（basipetal translocation pit）的[RNxDxx(S/T)xxS]结构，VLDL受体则无此小窝，如图6-6所示。
LDL受体受细胞内胆固醇负反馈抑制，VLDL受体则不受其负反馈抑制，当VLDL受体的mRNA量成倍增加时，不受LDL乃至β-VLDL的影响。这是因为VLDL的配体关系使β-VLDL的摄取不受限制。这一点，对由单核细胞由来的巨噬细胞的泡沫化在早期动脉粥样硬化的斑块形成中有重要意义。
VLDL受体在脂肪细胞中多见，可能与肥胖成因有关。

遗传性的LDL受体缺陷的杂合子是不能摄取LDL的，但动脉粥样硬化斑块的巨噬细胞有从LDL来的胆固醇酯大量蓄积并泡沫化，其原因用LDL受体途径无法解释，因为从这条途径不能摄取对过多的脂质。同时经LDL受体摄入脂类的量是受细胞内胆固醇水平的调节。Brown与Goldstein等使LDL乙酰化，从而导致不受细胞内胆固醇调节的过剩脂质也摄入并出现异常蓄积，进而推测存在一种LDL受体途径以外的脂质摄取途径，使巨噬细胞摄取乙酰化LDL。Brown等人提出这种设想并定名为清道夫受体（scarenger receptor）。以后许多实验证明了这种推测。1984年Heinecke等人在细胞培养液中添加氧化剂使LDL氧化修饰，其结果使巨噬细胞摄取了这种变性LDL。现在认为，人体内脂质过氧化反应导致的变性LDL，可被巨噬细胞无限制地摄人细胞内，这是因为变性LDL上带有各种分子的负电荷而与清道夫受体结合。

Komada等于1990年用配体亲和层析和免疫亲和层析，将牛肺巨噬细胞清道夫受体纯化，并由其部分氨基酸序列（见图6-7）克隆得到Ⅰ型、Ⅱ型清道夫受体cDNA，以后相继将人、兔和小鼠的清道夫受体cDNA克隆成功。该受体C-末端为半胱氨酸的为Ⅰ型，具有短肽结构的为Ⅱ型清道夫受体。以三聚体形式存在，分子量为22kD的膜糖蛋白。N末端在细胞膜内侧，C末端在膜外侧存在，是“inside out”型的受体。该受体的Ⅰ、Ⅱ型均由6个区域部分组成，如图6-8所示。
1．N-端胞浆域 由50个氨基酸残基组成，可能与包涵素结合，类似LDL受体结构。其中央部分是磷酸化部位，摄取配体的最重得要的部位。
2．跨膜域（transmembrane） 由第51～76氨基酸残基构成。为疏水性氨基酸组成的单一结构，“抛描”固定于细胞膜上。
3．间隔域 由第77～150氨基酸残基构成。
4．α-螺旋卷曲螺旋域（α-hericalcoiled-coil）由第151～271共121个氨基酸残基组成。在这段蛋白中，其中含糖基结构域中有7个氨基酸残基组成的一含疏水性氨基酸的高氨酸拉链（leucine-zipper-helix）结构或者称为“七联体”，如图6-9所示，这种结构可以多达23个。
dongmaizhouyangyinghua034.jpg清道夫受体氨基酸序列比较
图6-7 清道夫受体氨基酸序列比较
dongmaizhouyangyinghua035.jpg清道夫受体结构模式图
图6-8 清道夫受体结构模式图
dongmaizhouyangyinghua036.jpg清道夫受体的亮氨酸拉链结构
图1-9 清道夫受体的亮氨酸拉链结构
图中为α-螺旋卷曲螺旋域中的螺旋轮示意图（人与牛）
亮氨酸拉链结构的肽段先叠成右手α-螺旋，每一圈含3.5个氨基酸。尔后这些α-螺旋以疏水氨基酸中心构成的平行的三聚体结构。该结构域内，亮氨酸与异亮氨酸残基出现部分对人则是分别为155～203和240～272氨基酸残位置。
5．胶原蛋白样域 属第273-343个氨基酸残基肽段，这种序列与胶原蛋白非常相似，推测这段肽链为右手胶原蛋白样三联体螺旋。
6．C端侧特异域 属第344～453个氨基酸残基肽段，为羧基末端。该段富含半胱氨酸。清道夫受体的8个Cys有6个在此域范围，所以称为清道夫受体富半胱氨酸域（scavenger receptor cystein rich domain like, srcR域）。半胱氨酸的二硫键交联而成的区域非常紧密，牢固，形成球状，足以经受细胞外环境的变动，属于细胞外区域。
srcR域长约430nm，犹如三朵郁金香的“花苞”，有由间隔域到α-螺旋卷曲螺旋域构成的“花茎”为支撑，这一“花茎”约占总长度的52%或胞外部分的62%。Ⅱ型清道夫受体没有srcR域，代之以6个氨基酸残基，所以是“截短”的清道夫受体。但Ⅱ型清道夫受体比Ⅰ型清道夫受体具有高亲和力结合和介导内移修饰LDL作用。

清道夫受体配体广泛，有：①乙酰化或氧化LDL等修饰的LDL；②多聚次黄嘌呤核苷酸和多聚鸟嘌呤核苷；③多糖如硫酸右旋糖酐；④某些磷脂，如丝氨酸磷脂，但卵磷脂不是配体；⑤细菌脂多糖，如内毒素等。这样广泛的配体谱的共同特点是多阴离子化合物。Ⅱ型清道夫受体没有srcR域，但仍具有Ⅰ型相同的功能，显然配体结合域不在srcR域，推测其结构域在胶原蛋白样域C末端的22个氨基酸残基作为配体识别位点。是结合多阴离子配体所必需的位点。

目前对于清道夫受体的功能还不十分清楚，是人们在研究巨噬细胞转变成泡沫细胞的机制时发现的。近年来大量实验证明LDL可被巨噬细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞氧化成氧化LDL，可通过清道夫受体被巨噬细胞摄取，形成泡沫细胞，氧化LDL还能吸引血单核细胞粘附于血管壁，对内皮细胞有毒性作用等，从而促进粥样斑块形成。这些研究无疑阐明了巨噬细胞的清道夫受体在粥样斑块形成机制中起有重要的作用，另一方面，也推测巨噬细胞通过清道夫受体清除细胞外液中的修饰LDL，尤其是氧化的LDL，是机体的一种防御功能。可清除血管壁过多脂质；清除病菌毒素，摄取内毒素多方面的功能。
清道夫受体分布于胎盘，肝脏、脾脏等网状内皮系统，脑组织也有Ⅰ型和Ⅱ型。
清道夫受体不仅在组织巨噬细胞内发现有，在单核细胞分化由来的巨噬细胞侵入内皮的过程中也见有该受体。兔、大鼠高脂肪膳食模型制作过程中，喂饲高胆固醇开始的的几天见到LDL样粒子附着于血管壁，其后有单核细胞附着于内膜、巨噬细胞导致脂肪线条病巢形成并出现成百成千巨噬细胞簇出现，此时发现有大量的清道夫受体，病灶逐步进入平滑肌细胞内膜，然而其深部巨噬细胞仅有少量残存受体，其量也逐渐减少。当变性LDL显著增加时，清道夫受体摄取的脂质则不受制约，目前认为这是脂质沉积的重要原因，也是动脉粥样硬化发病的重要机制。使LDL变性的主要因素是脂质的过氧化，而何种原因引起脂质过氧的，有待进一步研究。
（周新）

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