Nature | 宋保亮團隊揭示抑制去唾液酸糖蛋白受體ASGR1通過促使膽固醇外排而降脂

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膽固醇作為一類脂質小分子,對於哺乳動物生命活動至關重要。機體通過協調膽固醇吸收、合成和外排而維持動態平衡。高濃度膽固醇引發的心血管疾病越來越多【1,2】,降脂是預防和治療心血管疾病的必要手段。現有的降脂藥物如:他汀、依折麥布、PCSK9抑制劑等雖然都能不同程度的降低血脂,但是也存在一定的副作用和侷限性【3】,如:他汀和PCSK9抑制劑使血液中膽固醇進入肝臟,改變膽固醇分佈,有增加肝臟負擔的風險;依折麥布抑制膽固醇吸收,降脂幅度有限。由於膽固醇的環戊烷多氫菲結構,人體細胞很難高效降解膽固醇分子,如能將膽固醇外排出人體將是理想的降脂策略。

2022年8月3日,武漢大學生命科學學院、泰康生命醫學中心教授宋保亮實驗室在Nature發表了文章「Inhibition of ASGR1 decreases lipid levels by promoting cholesterol excretion」(抑制ASGR1蛋白通過促使膽固醇外排而降低脂質水平)。該工作發現抑制ASGR1蛋白促使膽固醇外排入膽汁,進一步通過糞便排出機體,從而降低血液和肝臟脂質水平,對動脈粥樣硬化和脂肪肝有明顯療效。

ABCG5/G8以異源二聚體的形式介導膽固醇外排至膽汁和腸腔。小鼠肝臟中轉基因過表達ABCG5/G8可增加肝臟細胞膽固醇外排入膽汁,降低血液膽固醇水平【4】。ABCG5/G8的表達主要受LXR的轉錄調控。LXR通過上調ABCG5/G8表達而增加膽固醇外排。然而,LXR也會增加SREBP1c (Sterol Regulatory Element Binding Protein-1c)的表達,增加脂肪酸合成,導致脂肪肝和高三酸甘油酯血癥【5】。因此,無法直接使用LXR激動劑在臨床上治療高膽固醇血癥。

2016年,《新英格蘭醫學》中一項針對冰島人的大規模基因關聯分析發現功能缺失的ASGR1變異與低膽固醇和CVD風險降低有關,但是其具體機理未知【6】ASGR1(Asialoglycoprotein Receptor 1)主要表達在肝實質細胞膜上,介導多種去唾液酸糖蛋白的內吞和溶酶體降解。

為詳細解析ASGR1在脂質代謝中的機制,宋保亮研究團隊首先通過RNA-Seq分析ASGR1敲低的細胞中發生變化的通路,發現LXR通路相關的基因被顯著富集。LXR的靶基因包括ABCG5和ABCG8高表達。反之,過表達ASGR1則減少了LXR蛋白水平,抑制LXR靶基因的表達。ASGR1缺失的小鼠,血液中和肝臟中脂質水平大大降低,其膽汁中膽固醇顯著增加,表明ASGR1缺失通過引起膽固醇外排而降低體內的脂質水平。但有意思的是,LXR的另一個靶基因SREBP1c並沒有增加。

據已有研究報道,BRCA1/BARD1 複合體作為泛素連接酶介導LXR的泛素化降解【7】。研究人員證明ASGR1對LXR的降解是通過BRCA1/BARD1介導的泛素化實現的。ASGR1主要介導多種去唾液酸糖蛋白的內吞和溶酶體降解。那麼ASGR1介導的配體內吞是否參與ASGR1對脂質代謝的調控?為解決該疑問,研究人員通過在無血清培養基中加入ASGR1的高親和力配體——Asialofetuin A ,發現ASGR1配體能有效的誘導LXR的降解,增強ASGR1誘導的LXR泛素化。而當敲低介導配體內吞所需的網格蛋白CHC時,配體-ASGR1對LXR的降解效果消失。Bafilomycin A1 是V-ATPase 抑制劑,可抑制蛋白在溶酶體中降解。Bafilomycin A1處理後,LXR增加,同時ASGR1對LXR的調控效果消失。已知AMPK激活可抑制SREBP1功能【8】。AMPK的激動劑A769662處理後,LXR的蛋白穩定性增加,BRCA1/BARD1的蛋白量減少,SREBP1的剪切被抑制。反之,AMPK 抑制劑Dorsomorphin 處理後,ASGR1敲除引起的LXR蛋白增加效果消失。

進一步,研究人員設計多種動物實驗如:注射ASGR1的配體Asialofetuin A;mTOR抑制劑Rapamycin;腺相關病毒介導的肝臟特異性AMPK敲低;LXR激動劑和AMPK激動劑等從多方面證實了ASGR1通過mTOR/AMPK→BRCA1/BARD1→LXR→ABCG5/G8通路調控脂代謝的詳細機制。

圖 ASGR1 通過BRCA1/BARD1-mTOR/AMPK 通路調控LXR

綜上所述,本研究證明去唾液酸糖蛋白(配體)與位於細胞膜上的ASGR1結合,經過內吞途徑,進入到溶酶體中,在溶酶體酸性條件下被降解成遊離氨基酸等營養物質激活溶酶體表面的mTORC1及抑制AMPK。增加下游泛素連接酶BRCA1/BARD1的蛋白水平,促進LXR蛋白降解。而當ASGR1缺失或被抑制時,糖蛋白內吞降解減少,溶酶體內的氨基酸水平降低,導致mTORC1抑制和AMPK激活,一方面E3泛素連接酶複合物BRCA1/BARD1減少,引起LXR增多,ABCG5/G8表達增加,膽固醇外排增多;另一方面AMPK抑制SREBP通路,防止脂肪酸合成增加【9】

為進一步探索ASGR1在脂代謝調控中的應用前景,為治療膽固醇代謝異常引起的疾病提供基礎,研究團隊通過多輪篩選,得到一株效果非常好的中和抗體4B9, 能在生理條件下抑制ASGR1的功能,有效降低血脂和肝脂,促使膽固醇外排,且與現有的降脂藥:他汀、依澤麥布聯用後,兩者在降脂中呈現出協同的效果。為ASGR1作為新的降脂靶點提供了依據。

武漢大學生命科學學院博士後王菊瓊博士為論文第一作者。宋保亮教授為通訊作者。武漢大學生命科學學院碩士李亮亮、胡傲博士、碩士研究生鄧港、魏健博士、李雲峰博士、博士研究生劉源彬、邱智萍博士、史熊傑和趙曉璐副教授、羅婕教授為共同作者。

原文連結:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05006-3

參考文獻

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