血脂

   血脂是血浆中的中性脂肪(甘油三酯和胆固醇)和类脂(磷脂、糖脂、固醇、类固醇)的总称, 广泛存在于人体中。它们是生命细胞的基础代谢必需物质。一般说来, 血脂中的主要成份是甘油三酯和胆固醇, 其中甘油三酯参与人体内能量代谢,而胆固醇则主要用于合成细胞浆膜、类固醇激素和胆汁酸。

   脂蛋白主要是由胆固醇、甘油三酯、磷脂和蛋白质组成, 绝大多数是在肝脏和小肠组织中合成, 并主要经肝脏进行分解代谢。位于脂蛋白中的蛋白质称为载脂蛋白, 现已发现有20余种载脂蛋白。 载脂蛋白能介导脂蛋白与细胞膜上的脂蛋白受体结合并被摄入细胞内进行分解代谢。在脂蛋白的代谢过程中, 有几种酶也起很重要的作用, 主要包括脂蛋白脂酶和肝甘油三酯脂酶(或称肝脂酶)。所以,血脂代谢就是指脂蛋白代谢, 而参与这一代谢过程的主要因素有载脂蛋白、脂蛋白受体和脂酶。

  由于甘油三酯和胆固醇都是疏水性物质, 不能直接在血液中被转运, 同时也不能直接进入组织细胞中。它们必须 与血液中的特殊蛋白质和极性类脂(如磷脂)一起组成一个亲水性的球状巨分子, 才能在血液中被运输, 并进入组织细胞。这种球状巨分子复合物就称作脂蛋白(彩图1)。

    由于技术手段的限制, 直到本世纪50年代初才开始认识脂蛋白。近40年来由于超速离心和电泳等技术的发展, 人们对脂蛋白的分类及其代谢过程和临床意义进行了深入的探讨, 已取得巨大的进展。

    脂蛋白有许多种类, 但其结构有共同之处。一般都是以不溶于水的甘油三酯和胆固醇酯作为核心, 其表面则是少量蛋白质和极性磷脂和游离胆固醇, 它们的亲水基团突入周围水相中, 从而使脂蛋白分子能够稳定并溶于水相。

载脂蛋白、脂蛋白受体和脂蛋白代谢酶类

  近年来, 对细胞表面脂蛋白受体、载脂蛋白结构和功能以及脂酶的研究有了很大进展,因而加深了人们对脂蛋白的代谢途径的认识。为了更好地了解这些过程, 首先必须了解一些有关载脂蛋白、;细胞脂蛋白受体和一些关键性脂酶的基础知识。有关这一部分的内容详见本篇第2、3、4、5章。

一、载脂蛋白
   载脂蛋白是位于脂蛋白表面的蛋白质, 他们以多种形式和不同的比例存在于各类脂蛋白中。各类脂蛋白也因其所 含载脂蛋白的种类不同, 而具有不同的功能和不同的代谢途径。例如, CM来源于小肠含Apo B48, 而VLDL由肝脏合成则 含Apo B100。
  一般认为, 载脂蛋白至少有下列五方面的功能:
(一)、与脂质的亲和作用而使脂质溶于水性介质中;
(二)、运转胆固醇和甘油三酯;
(三)、作为脂蛋白外壳的结构成份, 与脂蛋白外生物信息相连联;
(四)、以配体的形式作为脂蛋白与特异受体的连接物。载脂蛋白结合到受体上是细胞摄取脂蛋白的第一步。例如 , Apo B100能被LDL受体识别, Apo E不仅能被LDL受体识别, 还能CM残粒受体识别。
(五)、激活某些与血浆脂蛋白代谢有关的酶类。例如, Apo AI和CI能激活卵磷脂-胆固醇酰基转移酶(licithin: cholesteryl acetyl transferase, LCAT), 该酶催化HDL中的游离胆固醇酯化为胆固醇酯; Apo CII则可激活脂蛋白脂 酶, 该酶可水解CM和VLDL中的甘油三酯。

二、脂蛋白受体
  血浆脂蛋白在体内的分解代谢是通过与细胞膜上的脂蛋白受体结合而实现的。目前了解较为清楚的脂蛋白受体是 LDL受体。这种受体存在于哺乳动物和人体几乎所有的细胞表面上, 但以肝细胞上最为丰富, 对脂蛋白分子中的ApoB 和Apo E有特异性识别和高亲和性结合能力, 故亦称为Apo B、E受体。LDL受体主要参与VLDL、IDL和LDL的分解代谢。
许多实验表明人体内除了LDL受体外, 还有其它脂蛋白受体。其中较为确切的是近年发现仅存在于肝细胞表面膜上 的一种特异性受体──Apo E受体。这种受体主要识别含Apo E丰富的脂蛋白, 包括CM残粒和VLDL残粒(β-VLDL), 所以 又称之残粒受体(remnant receptor)。Apo E受体数量比较恒定, 不像LDL受体那样受细胞内游离胆固醇的含量的调节。

看懂血脂化验单

 血脂高低是衡量人健康与否的一项重要指标。无论是得了相关的疾病,还是正常体检,都会有血脂检查这一项。当您拿到自己的血脂化验结果时,您知道上面那些数字说明了什么吗?
诊断
如果血清总胆固醇达到或超过5.72mmol/L,甘油三酯达到或超过1.70mmol/L,则可分别诊断为“高胆固醇血症”和“高甘油三酯血症”;两者均异常升高则称“混合型高脂血症”。高密度脂蛋白胆
固醇如果低于0.91mmol/L(35mg/dl)也属血脂代谢紊乱,称为“低高密度脂蛋白血症”。
冠心病的危险因素
高胆固醇血症是动脉粥样硬化的主要危险因素之一。冠心病患者血清总胆固醇多数在5.0~6.5mmol/L,血清总胆固醇在4.5mmol/L以下者冠心病发生的可能性较小。血清总胆固醇水平越高,冠心病发
病的可能性越大,它每降低1%,冠心病的危险性可减少2%。  研究显示,高甘油三酯也是冠心病的危险因素。虽然继发性或遗传性因素可升高甘油三酯水平,但大部分血清甘油三酯升高是代谢综合征所致。
低高密度脂蛋白胆固醇血症也是冠心病的重要危险因素。血清高密度脂蛋白胆固醇水平越低,发生动脉粥样硬化的危险性越大。
低密度脂蛋白胆固醇属于致动脉粥样硬化脂蛋白。众多研究提示,低密度脂蛋白胆固醇升高是冠心病的主要病因,采取降低低密度脂蛋白的治疗,能降低40%的近期心脏病危险。
标准
根据我国现有的“血脂异常防治建议”的标准,成人血脂化验结 果说明如下:●血清总胆固醇≤5.2mmol/L(200mg/dl)为合适水平  5.23~5.69mmol/L(201~219mg/dl)为边缘升高  ≥5.72mmol/L(220mg/dl)为升高●甘油三酯≤1.70mmol/L(150mg/dl)为合适水平  >1.70mmol/L(150mg/dl)为升高●低密度脂蛋白胆固醇≤3.12mmol/L(120mg/dl)为合适水平  3.15~3.61mmol/L(121~139mg/dl)为边缘升高  ≥3.64mmol/L(140mg/dl)为升高●高密度脂蛋白胆固醇≥1.04mmol/L(40mg/dl)为合适水平
三把尺子
北京大学人民医院心内科徐成斌教授很形象地将成人高脂血症应开始饮食治疗的血脂水平用“三把尺子”来衡量,也就是说,不同的 人群达到了其相应的血脂水平时就应该开始饮食治疗了。这三把尺子
是:无动脉粥样硬化,也无其他危险因素者用第一把尺子,即血清总胆固醇高于5.72mmol/L(220mg/dl),低密度脂蛋白胆固醇高于3.64mmol/L(140mg/dl);无动脉粥样硬化病,但有其他危险因素者
用第二把尺子,即血清总胆固醇高于5.2mmol/L(200mg/dl),低密度脂蛋白胆固醇高于3.12mmol/L(120mg/dl);有动脉粥样硬化病者用第三把尺子,即血清总胆固醇高于4.68mmol/L(180mg/dl),
低密度脂蛋白胆固醇高于2.6mmol/L(100mg/dl)。饮食治疗最终应该达到的目的是:保持合适的体重,降低过高的血脂。患者可以通过自己调整饮食结构来进行,如限制食盐;控制摄入的总热量,减少
脂肪,尤其高胆固醇、高饱和脂肪酸的摄入;适量增加食物中蛋白质 和碳水化合物的比例;减少饮酒,戒烈性酒等。

血脂异常分析参考值
  
  
测定项目
 
临床意义
低密度脂蛋白(LDL-C)
<2.6 mmol/L(<100 mg/dl)
最合适
2.6~3.4 mmol/L(100~130 mg/dl)
合适
3.4~4.1 mmol/L(130~160 mg/dl)
轻度升高
4.1~5.0 mmol/L(160~190 mg/dl)
中度升高
≥5.0 mmol/L(≥190 mg/dl)
显著升高
甘油三酯(TG)
<1.7 mmol/L(<150 mg/dl)
合适
1.7~2.3 mmol/L(150~200 mg/dl)
轻度升高
2.3~5.7 mmol/L(200~500 mg/dl)
中度升高
≥5.7 mmol/L(≥500 mg/dl)
显著升高
总胆固醇(TC)
<5.2 mmol/L(<200 mg/dl)
合适
5.2~6.2mmol/L(200~240 mg/dl)
轻度升高
≥6.2 mmol/L(≥240 mg/dl)
中度升高
高密度脂蛋白(HDL)
<1.0 mmol/L(<40 mg/dl)
>1.6 mmol/L(>60 mg/dl)

载脂蛋白、脂蛋白受体和脂蛋白代谢酶类

  近年来, 对细胞表面脂蛋白受体、载脂蛋白结构和功能以及脂酶的研究有了很大进展,因而加深了人们对脂蛋白的代谢途径的认识。为了更好地了解这些过程, 首先必须了解一些有关载脂蛋白、;细胞脂蛋白受体和一些关键性脂酶的基础知识。有关这一部分的内容详见本篇第2、3、4、5章。

一、载脂蛋白
   载脂蛋白是位于脂蛋白表面的蛋白质, 他们以多种形式和不同的比例存在于各类脂蛋白中。各类脂蛋白也因其所 含载脂蛋白的种类不同, 而具有不同的功能和不同的代谢途径。例如, CM来源于小肠含Apo B48, 而VLDL由肝脏合成则 含Apo B100。
  一般认为, 载脂蛋白至少有下列五方面的功能:
(一)、与脂质的亲和作用而使脂质溶于水性介质中;
(二)、运转胆固醇和甘油三酯;
(三)、作为脂蛋白外壳的结构成份, 与脂蛋白外生物信息相连联;
(四)、以配体的形式作为脂蛋白与特异受体的连接物。载脂蛋白结合到受体上是细胞摄取脂蛋白的第一步。例如 , Apo B100能被LDL受体识别, Apo E不仅能被LDL受体识别, 还能CM残粒受体识别。
(五)、激活某些与血浆脂蛋白代谢有关的酶类。例如, Apo AI和CI能激活卵磷脂-胆固醇酰基转移酶(licithin: cholesteryl acetyl transferase, LCAT), 该酶催化HDL中的游离胆固醇酯化为胆固醇酯; Apo CII则可激活脂蛋白脂 酶, 该酶可水解CM和VLDL中的甘油三酯。

二、脂蛋白受体
  血浆脂蛋白在体内的分解代谢是通过与细胞膜上的脂蛋白受体结合而实现的。目前了解较为清楚的脂蛋白受体是 LDL受体。这种受体存在于哺乳动物和人体几乎所有的细胞表面上, 但以肝细胞上最为丰富, 对脂蛋白分子中的ApoB 和Apo E有特异性识别和高亲和性结合能力, 故亦称为Apo B、E受体。LDL受体主要参与VLDL、IDL和LDL的分解代谢。
许多实验表明人体内除了LDL受体外, 还有其它脂蛋白受体。其中较为确切的是近年发现仅存在于肝细胞表面膜上 的一种特异性受体──Apo E受体。这种受体主要识别含Apo E丰富的脂蛋白, 包括CM残粒和VLDL残粒(β-VLDL), 所以 又称之残粒受体(remnant receptor)。Apo E受体数量比较恒定, 不像LDL受体那样受细胞内游离胆固醇的含量的调节。

各类脂蛋白的临床意义

    一、CM正常人空腹12小时后, 血浆中CM已完全被清, 但I型和V型高脂蛋白血症病人, 空腹血浆中出现高浓度CM。 由于CM颗粒大, 不能进入动脉壁内, 一般不致动脉粥样硬化, 但易诱发胰腺炎。近年来的研究表明, 餐后高脂血症(主 要是CM浓度升高)亦是冠心病的危险因素。CM的代谢残骸即CM残粒可被巨噬细胞表面受体所识别而摄取, 因而可能与动 脉粥样硬化有关。

    二、VLDL与动脉硬化的关系一直没有定论。以往认为正常的VLDL不具致动脉粥样硬化的作用, 因为它们携带相对 少量的胆固醇, 另外VLDL颗粒相对大, 不易透过动脉内膜。目前多数学者认为, 血浆VLDL水平升高是冠心的危险因子。 其理论依据是: (1).当血浆VLDL浓度升高时, 其结构也发生变化, 颗粒变小, 胆固醇的含量相对增加, 因而具有致动 脉粥样硬化作用。例如, β-VLDL是唯一的不必经化学修饰就可在体外试验中引起细胞内胆固醇聚积的脂蛋白。(2). VLDL浓度升高, 可影响其他种类脂蛋白的浓度和结构。例如, 高VLDL血症常伴有小颗粒LDL增加, 而小颗粒LDL易被氧 化, 氧化后的LDL(Ox-LDL)具有很强的致动脉粥样硬化作用。(3). VLDL浓度升高伴有血浆HDL水平降低, 因而使体内抗 动脉粥样硬化的因素减弱。(4). VLDL增高常与其他的冠心病危险因素相伴随, 如胰岛素抵抗、肥胖、糖尿病等。

    三、IDL一直被认为具有致动脉粥样硬化作用。但是, 由于IDL的分离技术相对复杂, 有关血浆IDL水平与冠心病的 大系列临床研究报道不多。有研究表明, 血浆IDL浓度升高常易伴发周围动脉粥样硬化。

    四、LDL是所有血浆脂蛋白中首要的致动脉粥样硬化性脂蛋白。已经证明粥样硬化斑块中的胆固醇来自血液循环中 的LDL。LDL的致动脉粥样硬化作用与其本身的一些特点有关, 即LDL相对较小, 能很快穿过动脉内膜层。近来的研究发 现, 经过氧化或其他化学修饰后的LDL, 具有更强的致动脉粥样硬化作用。由于小颗粒LDL易被氧化, 所以较大颗粒LDL 更具有致动脉硬样粥化作用。

    五、HDL被认为是一种抗动脉粥样硬化的血浆脂蛋白,是冠心病的保护因子。流行病学调查表明, 人群中HDL-胆固 醇水平< 0.907 mmol/L(<35mg/dl)者, 冠心病发病的危险性为HDL-C>1.68mmol/L者的8倍。HDL-C水平每增加0.026 mmol/L(1 mg/dl), 患冠心病的危险性则下降2%-3%。HDL的抗动脉粥样硬化作用可能是由于它能将周围组织包括动脉壁 内的胆固醇转运到肝脏进行代谢有关。最近有人发现,HDL还具有抗LDL氧化的作用, 并能促进损伤内皮细胞的修复, 还 能稳定前列环素的活性。曾认为在临床上测定HDL2亚组分浓度对预测冠心病的较大, 其敏感性约比总HDL-C高1.5倍。 但新近的研究表明, 测定HDL3亚组分浓度对预测冠心病具有同样的价值, 并可能大于HDL2亚组分的测定。

载脂蛋白(a

载脂蛋白(a)(Apo(a))是构成脂蛋白(a[lipoprotein(a),Lp(a)]的重要蛋白质。Lp(a)是一独立存在的脂蛋白系统,其脂质成分和LDL极为相似,而其蛋白质部分由ApoB100和一富含神经氨酸的糖蛋白即Apo(a)组成,在完整Lp(a)颗粒中二者以双硫键共价相连,其比例因人而异,可为二比一、一比二或一比一。标准的Lp(a)颗粒中含有一分子量约为645kDApo(a)分子。

一、结构

    Apo(a)是一高度糖化的蛋白质,其糖的含量较高,约为ApoB6倍。Apo(a)约占Lp(a)蛋白组分的20%左右。1987CcLean等首先应用分子生物技术检测Apo(a)的一级分子结构,发现其分子量为503kD,含有27Kingle结构,约4529个氨基酸。

    Apo(a)Pg基因位点的相近导致了二者的结构十分相似。现已证明,Apo(a)分子由三个结构域组成:疏水性信号肽、Kringle (可以1537重复)Kringle

    遗传学研究证明,Apo(a)分子的多态性受一组位于第6号染色体上的等位基因(LPfLPbLPs1LPs2LPs3LPs4LPs0)控制。Utermann等按其在SDSPAGE电泳中与ApoB100移动速度的快慢而划分为6Apo(a)异构体:F(较ApoB100快)、B(与ApoB100相似)、S1S4(依次较ApoB100慢)。并提出Apo(a)的多态性和血浆中Lp(a)浓度均由遗传基因控制的学说,认为Apo(a)的结构基因似乎就是控制血浆中Lp(a)浓度的主要因素。

二、 生理功能

    Apo(a)的生理功能目前尚不十分清楚。已有许多研究均提示血浆中Lp(a)水平升高是冠心病的独立危险因素。

三、多态性

    遗传学研究证明,Apo(a)分子的多态性受一组位于第6号染色体上的等位基因(LPfLPbLPs1LPs2LPs3LPs4LPs0)控制、Utermann按其在SDSPAGE电泳中与ApoB100泳动速度的快慢而划分为6 Apo(a)多态性:F(较ApoB100快)、B(与ApoB100相似)、S1S4(依次较ApoB100慢)。并提出Apo(a)的多态性和血浆中Lp(a)浓度均由遗传基因控制的学说,认为Apo(a)的结构基因似乎就是控制血浆中Lp(a)浓度的主要基因。

    Apo(a)多态性的检测,各家所采用方法不尽相同,采取的定型标准不一,所得结论也有许多相左之处。但大多数所采用检测方法都是首先应用SDSPAGE垂直板电泳技术将Apoa)与其他载脂蛋白分离,然后应用转移免疫印迹分析技术,灵敏而特异地显示出Apo(a)区带的位置,最后根据其分子量大小或是根据与ApoB100电泳速率比较而定型。

    描述Apo(a)多态性到目前为止基本可以分为以Utermann倡导的电泳速率比较法和Gaubatz提出的分子量定型法。前者将Apo(a)定义为6种多态,共检出14种临床表型。Gaubatz的方法较灵敏,作者按Apo(a)分子量由小到大的规律将其分为11种多态性,理论上应存在66种表型,实际作者本人仅检出其中的32种。临床上对Apo(a)多态性研究是从80年代开始的,近十年来,Utermann,Gaubatz等通过分析不同Apo(a)多态性在正常人、冠心病、高脂血症人群中的分析,以及对几个遗传性高胆固醇血症的家系调查,得出以下几个结论:

1.  Apo(a)多态性的分子量与其血清Lp(a)浓度呈负相关,即高分子量的Apo(a)表型伴低Lp(a)浓度,低分子量Apo(a)表型伴高Lp(a)浓度见表兄24

2.   Apo(a)表型在冠心病与非冠心病患者中的分布存在明显差异,通过对115例遗传性高胆固醇血症的Apo(a)多态性调查证实了这一点,结果见表25

3.   个体中Apo(a)表型受遗传基因控制,其遗传遵循孟德尔遗传规则,即个体中出现的Apo(a)表型总存在其双亲中。

4.     Apo(a)表型多由一种蛋白构成,最多由两种Apo(a)多态构成同一血清表型,正常人群中较常见的Apo(a)表型为S4S3S2、和B1S1少见,而F罕见。

    通过近十年来的研究,虽然人们对Apo(a)的结构和功能有了一定的了解,但对其合成代谢以及多态性的形成机制和确切数目还知道得很少,有待于进一步的研究。

    有研究表明,Apo(a)多态性与冠心病相关程度因种族的不同而异。国内有人首次报告北方汉族人群中,Apo(a)多态性表型与冠心病关系。105例冠心病患者和102例健康对照人群中Apo(a)分子量与Lp(a)水平呈负相关,Apo(a)多态性表型BS1S2为冠心病的独立危险因素。中国北方健康汉族人群的Apo(a)低分子量表型只占15.7%,介于爱斯基摩人和丹麦人之间(分别为15.7%26.6%),但在冠心病患者中则高达30.5%,与新加坡人(为中国南方人的后裔)的分子量表型比较,  冠心病组为15.9%,正常对照组为8.5%,均低于中国北方人的发生比例。

已知冠心病发病率北方高于南方。Apo(a)多态性从遗传学上为冠心病发生率北方高于南方的流行病学调查结果提供了有力证据。许多研究表明,载脂蛋白基因的某些突变所致的多态性可增加动脉粥样硬化的易感性,部分成为研究动脉粥样硬化的候选基因。然而,动脉粥样硬化是一多基因遗传性疾病,仅有某一载脂蛋白基因的多态性变化,并不一定会引起明显的血浆脂蛋白水平异常,与冠心病之间的关系也不一定非常明确。最近有人对多种载脂蛋白基因的多态性与冠心病的关系进行较为系统的研究,认为现有已知的载脂蛋白基因多态性与个体冠心病易感性无关

载脂蛋白B

    载脂蛋白B(Apo B)是一类在分子量、免疫性和代谢上具有多态性的蛋白质, 依其分子量及所占百分比可分为B100、B48、B74、B26及少量B50。在正常情况下, 以Apo B100和Apo B48较为得重要。Apo B100主要分布于血浆VLDL、IDL和LDL中, 占这三类脂蛋白中蛋白含量的25%、60%、95%。而Apo B48则分布于CM中, 占其蛋白含量的5%。正常情况下Apo B浓度为0.80~1.00g/L。

一、 结构

    Apo B100是其基因的全序列转录产物。成熟B100含糖4~9%, 分子量约550kD, 是迄今所知最大的哺乳类蛋白分子。其氨基酸顺序于1986年已阐明, 它由4536个氨基酸残基组成的单一多肽链。Apo B100分子内有19个潜在N-连接糖基化位点, 其中16个已证实被糖基化。含25个Cys, 其中16个以二硫键相连。整个Apo B 100分子内有9 段α两性螺旋, 每段含22个氨基酸, 和多处β-片层。 分子内亲水肽段和疏水肽多处交替存在, 前者浮于LDL颗粒表面, 后者则埋入脂质核心, B 100分子呈网状包绕整个LDL分子。每一分子LDL颗粒只含有一分子Apo B100。蛋白质仅能覆盖颗 粒表面的1/3至1/2。Apo B100与LDL结合的区域位于C端。由于Apo B100的两性α-螺旋和富含脯氨酸的疏水短肽和可脂酰化的Cys残基形成的特殊结构, 使得Apo B100能够与单层极性脂牢固结合, 并赋于Apo B100在VLDL和LDL从分泌到清除的整个过程中不与其他脂蛋白颗粒发生交换的特点。

    Apo B100具有能与LDL受体和血管内皮糖胺多糖(如肝素)结合的性质。 许多研究证明, Apo B100的赖氨酸(Lys)和精氨酸(Arg)残基的电荷经化学修饰后, 上述两种结合功能即完全消失, 说明含碱性氨基酸的结构域对LDL 受体或肝素的相互作用是至关重要的。Apo B100有7个结合肝素的碱性氨基酸结构域, 位于3134- 3209 和3356-3489残基之间。 这些碱性氨基酸结构还可帮助富含甘油三酯的脂蛋白与毛细血管内皮细胞结合, 便于脂蛋白脂酶发挥作用。同时, Apo B100的肝素结合区还可与主动脉壁的糖胺多糖相互作用, 这可能与含Apo B100脂蛋白具有致动脉粥样硬化作用有着密切的关系。

Apo B100的LDL受体结合区在VLDL颗粒时并不表现出来, 只有当VLDL 的甘油三酯水解后其他的载脂蛋白从颗粒表面移去, Apo B100蛋白质空间构象发生改变后, LDL受体的结合位点才能暴露。此时Apo B100才真正成为LDL受体专一性配基。

    用抗Apo B100肽段1980-3780的单克隆抗体, 可完全阻断LDL与受体间的相互作用, 而针对该区两侧翼的抗体则有部分阻断功能。推测Apo B100的受体结合区在正电荷丛集的肽段 3147-3157和3359-3367, 此处正电荷经化学修饰后, LDL即丧失与受体结合之功能。已知人和猪的Apo B100的LDL受体结合区有高度保守性。

    Apo B100基因位于2号染色体的短臂上(2p23), 基因总长度为43kb, 由29 个外显子和28个内含子构成。Apo B100蛋白质的N端1/3(相当于凝血酶溶角的T4端)由前25个外显子编码, C末端的2/3蛋白质(相当于T2、T3端)由4个外显子编码。最大的外显子是26号外显子(7572), 其次为29号外显子(1906)。内含子4、14、15、20和21含有重复的Alu顺序, 3'末端的第80到800bp之间有一个由181bp组成的高变区, 这个区域由11到16个重复的A-T 序列组成。Apo B100基因的5'末端和5'翼端(flanking region)有一个含甲基的CPG的卫星状结构。Apo B100基因起始密码子上游-29和-60位处, 有调节单位TATA盒和CAAT盒, -86至-52区间内含两个蛋白结合位点。结合在-86至-61区段的是蛋白因子AF-1, 结合在-69至-52区段的是热稳定C/EBP。两者均参与Apo B100基因的转录调控, 上述两区段内的碱基突变, 可招致转录活性的大幅度下降。Apo B100基因仅在肝、肠细胞中特异表达, 可能与DNA甲基化作用相关。

    人类的Apo B100由含14121核苷酸的mRNA编码。这种mRNA包括5'-端128 个核苷酸和3'-端301个核苷酸的非翻译区以及13689个核苷酸的编码区和UAA为终止码。引物链延伸分析证实它是一种单一转录点。研究发现, 肠细胞内一些特异性蛋白因子和胞嘧啶脱氨酶可能参与了编辑反应。 Smith 等提出一个 " 抛锚序 "( mooring sequence)模序列, 位于碱基6649-6661和/或6688-6703处。 肠细胞内一编辑活性蛋白能辨认该序列并在此"抛锚", 先生成11s的核酸蛋白质复合物, 该复合物再与胞嘧啶脱氨酶结合形成27s的编辑复合体(editng complex)。在此复合体中, 脱氨酶活性中心正对待编辑的碱基C, 脱去C4位上的氨基后, C即转变为U。

    Apo B100前体所含的27个氨基酸疏水信号肽在未组装成脂蛋白颗粒之前已被切除, 故成熟的Apo B100为4536个残基。脉冲示踪和细胞亚组分研究证明, Apo B100的mRNA在正常肝细胞和HepG2细胞的核糖体上10分钟完成翻译过程。合成的 Apo B100开始附着在内质网膜内侧面, 磷脂及中性脂由膜外侧加入, 形成脂蛋白颗粒后随即游离于内质网腔。Apo B100磷酸化作用是该过程所必需的。因此新生脂蛋白转移到高尔基氏器之前Apo B100必需进一步形成适宜的空间构象。脂蛋白颗粒在高尔基氏器停留时间(40分钟)比在内质网(30分钟)长, 认为在高尔基氏器继续有脂质(特别是胆固醇)的加入。同时, Apo B100甘露糖链也被修饰成复合糖链。 许多研究证明合成的Apo B100仅1/3-1/2组装成脂蛋白被分泌, 其余则在细胞内降解。这是Apo B 100合成和分泌的主要调节方式。

    关于Apo B48的生物合成机制一直有争议。曾认为Apo B48是由一种独立于Apo B100基因所编码, 或是由Apo B100基因外显子经选择性剪接或是小肠的Apo B 100基因重排而编码Apo B48蛋白质的生物合成。然而现已证实, Apo B48生物合成是由Apo B100同一基因提供的mRNA所编码的。Apo B48是在小肠合成。 对肠源性和肝源性Apo B cDNA序列作对比分析发现, 肝源性Apo B cDNA第6666位上的碱基C, 在肠源性Apo B cDNA中转换为T, 导致第2153个密码子CAA(Gln)转变为TAA(终止密码子), 这致使肠细胞内Apo B mRNA翻译提前终止, 产物仅含Apo B100 N 端的2152个氨基酸, 随后C末端的Ile裂解, Met2152成为新的C末端, 此即 Apo B48分子。肠Apo B cDNA 6666位上的T在染色体Apo B基因中并不存在, 显然肠细胞内存在一特殊的转录后mRNA编辑机制(mRNA editing mechanism), 它对Apo B基因转录产物mRNA 中个别碱基作局部微调,而导致一种新蛋白(B48)的合成。

二、生理功能

(一)、 参与VLDL的合成、装配和分泌。

(二)、 Apo B100是肝脏合成和分泌富含甘油三酯的VLDL所必需的载脂蛋白。

(三)、 Apo B100是VLDL、IDL和LDL的结构蛋白, 参与脂质转运。

(四)、 80%的LDL经受体途径清除, Apo B100是介导LDL与相应受体结合必不可少的配体。

(五)、 Apo B48为CM合成和分泌所必需, 参与外源性脂质的消化吸收和运输。

三、多态性

    在已知的基因中, Apo B100基因具有最明显的多态性。有人综合多项研究结果指出, Apo B100基因上共有75处核苷酸序列有差异, 其中54 处引起氨基酸变异。Apo B基因的多态性早在1961年就被提出, 其源于从一个多次接受输血的病人血液中查到不同的抗LDL抗体, 这表明人群中存在不同结构的Apo B, 因而影响到 Apo B抗原性。有人于1978年和1979年先后阐明了与共显性基因相联的Apo B Ag位点分别为: AG (c/g)、 Ag (t/z)、Ag(h/i)、Ag(x/y)、Ag(al/d)。因为每一抗原都可能有不同组合的表型, 以c/g为例, 可有cc、gg、cg, 那么5 个抗原族有 235个表型,但仅有46个表型被研究清楚, 这反映了抗 原的等位基因是联锁不平衡。 所谓联锁不平衡指的是一个位点的等位基因与另一个位点的等位基因同在一个染色体比单独一等位基因存在于染色体的频率大。现已清楚这5个抗原多态性都可引起Apo B100一级结构中单个氨基酸被置换。

    应用RFLP原理, 现已发现Apo B基因上有十余个多态性酶切点, 其中研究较多的有5'(TG)n、SP、ApoLI、HincII、PvuII、AluI、XbcI、MspI、EcoRI和3'HVE等。 Apo B基因的RFLP 与血脂水平以及动脉粥样硬化的易患性之间有着较为密切的关系。有研究表明, Apo B的XbaI多态性对血浆胆固醇、LDL-胆固醇和Apo B水平都有影响。有XbaI切点的纯合子个体血浆中总胆固醇、LDL-胆固醇和Apo B水平最高, 杂合子次之, 缺切点纯合子个体则最低。进行脂蛋白标记动力学研究发现, 这些差别主要是由于LDL的分解代谢速度不同所致。有切点的纯合子体内LDL分解代谢速度最慢, 而无切点的纯合子体内LDL分解代谢速度最快。这些研究结果提示, Apo B XbaI的RFLP可能对脂蛋白与细胞膜受体的亲合力有一定的影响。Hegele 等首先报道Apo B100基因上XbaI的RFLP等位基因频率在心肌梗塞病人组与对照组间存在显著差异, 并认为是冠心病的一个独立危险因素。后来相继证实XbaI的等位基因型与血浆脂质水平升高及动脉粥样硬化关系密切。XbaI位点上纯合子X2基因型者( 有酶切位点者)其平均血浆胆固醇水平较纯合子X1基因型(无酶切位点)者升高11- 14%, 平均LDL-C水平升高21%。Demant等测定XbaI的多态性对体内LDL清除的影响,发现纯合子X2基因型者的LDL清除率较纯合子X1基因型者降低22%, 认为可能是由于Apo B100基因编码区的多态性影响Apo B100与LDL受体结合的能力, 使 LDL 清除延缓。Series等进一步测定LDL与成纤维细胞膜上LDL受体的结合力, 其结果证实XbaI位点上的X2等位基因型使LDL与受体的结合力及受体介导的LDL降解率明显降低。国内的研究亦表明, Apo B100的X2等位基因与冠心病相关。

    Peacock等对经冠脉造影证实的冠心病患者进行研究时观察到, Apo B 100信号肽插入/缺失基因与冠心病相关。另有人发现Apo B100信号肽插入/缺失基因影响血浆甘油三酯水平, 插入纯合子基因型者甘油三酯水平较缺失纯合子基因型者高。而Renges等的研究发现缺失纯合子型者血浆胆固醇水平明显升高。

    Apo B EcoRI的多态性与血脂水平亦有关系, 正常人缺切点的等位基因者血浆VLDL呈较高水平, 并在冠心病人中比例高。所以, 有人认为Apo B EcoRI 切点缺失等位基因是动脉粥样硬化的危险因子, 这可能是由于这种基因会引起Apo B 一级结构的改变, 也可能是存在与其他位点的联锁不平衡。

    亦有少数研究却未发现Apo B的多态性与冠心病和高脂血症相关。 这些不尽相同的研究结果除与样本大小有关外, 主要是由于研究对象的种族差异。不同的种族有不同的基因表现型和等位基因频率, 如日本人XbaI的X2等位基因频率为0.04, 斯里兰卡人为0.20, 而高加索人则高达0.50。

四、突变

    Apo B基因突变可引多种血浆脂蛋白代谢异常。例如, 家族性低β-脂蛋白血症(familial hypobetalipoprotienemia, FHL)是由于单碱基替换引起无意义突变和缺失引起移码突变所致, 两者均使终止密码子提前出现, 从而生成不同长度的短型 Apo B分子。缩短型Apo B对脂蛋白代谢影响与其缩短的程度有关。B25、B29 突变型中未检出它们的存在, 其可能的原因是肽链太短, 低于装配和分泌脂蛋白所需的长度阈值。B31-B67型突变,由于其合成和分泌障碍使它们的血浆含量有不同程变的下降。B75-B67型突变型因清除速度加快而使其血浆浓度降低。这些结果揭示, 至少Apo B100C端第3386位以后的肽段, 对Apo B100的受体结合功能实际上起某种抑制作用。

    仅携带一个突变基因的家族性低β-脂蛋白血症(FHL)患者, 通常无临床症状,其血浆LDL和Apo B含 量下降, 为正常人的1/3-1/4。同时获得两个突变基因的 FHL纯合子罕见, 其临床症状的严重程度与突变基因产物的可用度有关。含两个零等位基因的纯合子病情最重, 患者血浆中无CM、VLDL和LDL, 胆固醇<1.3mmol/L. 甘油三酯仅数毫克。症状主要与肠道脂肪和脂溶性维生素吸收不良有关, 常见有脂肪痢和神经发育障碍等。

脂蛋白E

    载脂蛋白E(Apo E)主要存在于CM、VLDL、IDL和部分HDL中, 正常人血浆Apo E浓度为0.03~0.05g/L。Apo E的浓度与血浆甘油三酯含量呈正相关。

一、结构

    Apo E是一个含有299 个氨基酸结合有磷脂的糖蛋白, 其分子量为34kD。Apo E可以在各种组织中合成, 但以肝脏为主。首先合成的是含有317个氨基酸的前肽, 这个前肽在内质网中经过蛋白水解作用除去18个氨基酸的信号肽, 再经过糖基化作用和细胞外液的脱唾液酸作用形成成熟的Apo E。Apo E分泌入血后即转移到脂蛋白中, 并同它们一起代谢。

    Apo E的一级结构是一条单多肽链, 其全部的氨基酸组成顺序已经被Apo E mRNA的cDNA分析所证实。其氨基酸组成上含有10%~12%的精氨酸(按其氨基酸克分子计算),故曾称为富含精氨酸载脂蛋白。有关Apo E的二级结构已基本弄清(图1-2-1), 对其三级结构也有部分了解(图1-2-2)。Apo E是一个多态性蛋白, 有三个常见的异构体 , 即E2、E3和E4。各种Apo E异构体的主要区别是氨基酸一级结构的不同, 这涉及到半胱氨酸(Cys)和精氨酸(Arg)的交换: E3含一个Cys(第112位); E4不含Cys, 但比E3多一个Arg(第112位); E2含2个Cys, 但比E3少一个Arg(第158位)。Apo E 的二级结构(图1-2-2)中含有较多的α-螺旋, 这种结构在去垢剂或脂类环境中仅有极微小的改变 , 是比较稳定的。同其他载脂蛋白(如AI、AII、CII)相比较, Apo E有易变的、 松散的、折迭三级结构。

图1-2-1. 载脂蛋白E的二级结构

图1-2-2. 载脂蛋白E氨基末端主要部分的三级结构

    Apo E羧基未端的稳定区可能是主要的脂蛋白脂类结合区, 此区没有与LDL受体结合的活性。而Apo E氨基未端区具有很强的与LDL受体结合的能力。通过酶和化学切开的Apo E分子碎片基因研究表明, Apo E的受体结合区域存在于N端126-191氨基酸残基端区域之间。LaLazar等研究表明, Apo E的N端140-160氨基酸残基附近区域, 对于受体的结合是非常得要的。特别是这一部位的硷性氨基酸如精氨酸(Arg)和赖氨酸(Lys)是Apo E结合受体所必需的。这一区域中仅一个氨基酸的取代就可影响受体的结合活性。用一些中性氨基酸分别取代136、140、150等位置上的碱性氨基酸, 可出现不同的受体结合活性, 约为正常的9%~25%(Apo E3为100%) 。 如果使 Apo E139位的色氨酸(Ser)变为Arg、149位的亮氨 酸(Leu)变为 甘氨酸(Ala), 却表现出结合活性的轻微增加。这一活性的改变与人类自然变异体的变化是很相似的。这已被有受体结合缺陷的变异体研究所证实。将分离出的E2、E3、E4分别与磷脂重组, 并检查其与人成纤维细胞的LDL受体的结合能力, 结果发现Apo E3和E4的磷脂复合物易与LDL受体结合, 两者结合力相同。而E2的磷脂复合物与受体的结合力降低 , 表现出受体结合缺陷。这说明发生在112位上的半胱氨酸(Cys)被Arg取代对E4 的受体结合活性无明显影响, 而158位的Arg被Cys取代则使E2的受体结合活性大为降低。上述结果表明158位的带正电荷的精氨酸可能为Apo E与受体结合所必需的。用巯基乙胺(cysteamine)处理Apo E, E2增加两个正电荷, 结果使受体结合活性增加, 也说明158位的重要性。通过对LDL受体的研究也证明了这一点, 在LDL受体结构区I含有成簇的带负电荷的氨基酸, 是Apo E带正电荷的氨基酸残基的特异结合部位。此外, 用抗结合部位的Apo E单克隆抗体研究也表明Apo E140-160 氨基酸残基为受体结合的残基。这一区域的结构包括: α-螺旋(131-150)、β转角(151-154)和β-折迭(155-162)。

    Apo E除具有与LDL受体结合的能力外, 还可以与Apo E受体结合。Apo E受体只能与Apo E结合, 它只存在于肝脏。Apo E受体对LDL受体抗体有交叉免疫性 , 但Apo E受体抗体不与LDL受体反应。这说明Apo E受体中有特殊的抗原决定簇, 这种抗原决定簇在LDL受体中并不存在。

    人Apo E基因已被分离出来, 基因定位于19号染色体上。Apo E基因由3597个核苷酸组成, 含有4个外显子和3个内含子。四个外显子的长度分别为44、66、193 和860bp; 三个内含子的长度分别为760、1092和582bp。相对应的Apo E mRNA由 1169个核苷酸组成。

二、生理功能

    (一)、组成脂蛋白, 是CM、VLDL、IDL和部分HDL的结构蛋白;

    (二)、作为配体与LDL受体和Apo E受体结合;

    (三)、具有某种免疫调节作用, 这是因为在淋巴细胞表面有Apo E免疫调节受体,而含Apo E的脂蛋白能与淋巴细胞免疫调节受体结合, 可使淋巴细胞对促进细胞分裂的刺激发生对抗, 这可能是脂蛋白和受体的结合抑制了淋巴细胞活化所需要的早期转化过程, 如对钙的摄取、 磷脂酰肌醇循环和环核苷酸代谢等。 这些观察提示Apo E在免疫反应中可能有一定的调节作用。

    (四)、参与神经细胞的修复。

三、 多态性

    人类Apo E有三种主要的异构体(E2、E3、E4), 他们之间的差别仅在于112 位和158位上的单个氨基酸不同, 即半胱氨酸(Cys)和精氨酸(Arg)相互取代(E2为112 位和158位上均是Cys, E3为112位上是Arg158位上是Cys, 而E4则为112位和158位上均是Arg)。这种单个氨基酸不同造成的异构体就是由于Apo E基因的多态性所决定的。已知的常见Apo E异构体是由三个等位基因编码, 人群中有六种表型, 即三种纯合子如E2/E2、E3/E3和E4/E4以及三种杂合子如E4/E3、E4/E2和E3/E2。在不同的人群中三个不同的Apo E等位基因(Ε2、Ε3、Ε4)分布频率存在不同, 因而决定了不同人群中Apo E表型的频率差异(表1-2-2)。

表1-2-2. 不同正常人群中Apo E表型分布和Apo E等位基因频率

────────────────────────────

表 型 等 位 基 因

────────────────── ─────────

国家 N 2/2 2/3 3/3 3/4 4/4 4/2 Ε2 Ε3 Ε4

────────────────────────────

北京 95 0 9.47 78.96 9.47 1.05 1.05 0.053 0.883 0.064

湖南* 103 0.95 8.70 77.60 10.8 0.95 0 0.063 0.874 0.063

日本 110 0 4.45 79.09 15.45 0.91 0 0.023 0.891 0.086

日本 92 1.09 5.43 75.00 15.22 3.26 0 0.038 0.853 0.109

日本 100 0 12.00 71.00 15.00 1.00 1.00 0.065 0.845 0.090

新西兰 426 1.41 19.95 51.41 25.12 0.94 1.17 0.120 0.720 0.160

美国 1209 0.58 11.83 63.28 18.78 3.14 1.93 0.075 0.786 0.135

西德 1000 0.80 11.00 62.70 20.20 2.30 3.00 0.078 0.783 0.139

英国 400 0.50 12.75 58.25 24.75 1.00 2.75 0.083 0.770 0.147

加拿大 102 1.96 9.80 61.77 20.59 3.92 1.96 0.078 0.770 0.152

荷兰 247 0.81 16.20 57.49 19.43 4.05 2.02 0.099 0.753 0.148

法国 223 0.89 20.63 55.16 17.49 2.24 3.59 0.130 0.742 0.128

芬兰 615 0.33 6.67 53.98 31.87 6.34 0.81 0.041 0.732 0.227

──────────────────────────────

*基因型

    在血脂正常的人群中, 各Apo E 表型者的血浆胆固醇水平高低依次是 E4/E4> E4/E3 > E4/E2 > E3/E3 > E3/E2 > E2/E2。这种Apo E 表型影响个体间血浆胆固醇水平的作用并不受环境和其他遗传背景的干扰。有人发现Apo E2和Apo E4携带者的血浆胆固醇浓度平均较Apo E3携带者相差13-30mg/dl。Apo E2的"降胆固醇"作用是Apo E4的"升胆固醇"作用的2-3倍。 目前尚未发现任何其他的等位基因能如此显著地影响正常人群的血浆胆固醇水平。

    人群中甘油三酯水平与Apo E表型间亦有较明确有关系, 即E2/E2 、 E3/E2 、E4/E3和E4/E2者的血浆甘油三酯水平明显高于E3/E3者。同时还发现E4/E4者 HDL-C浓度明显 低于E3/E3者。

    Apo E的多态性也可影响各类高脂蛋白血症患者的血脂和脂蛋白水平, 最典型的范例是 Apo E2/E2 表型与家族性异常β脂蛋白血症 ( familial dysbetalipoproteinemia, FD)相伴随。绝大多数FD患者为Apo E2/E2表型, 故后者被认为是FD发病的必备条件。有研究表明, Apo E2/E2表型者, 无论其血浆总胆固醇浓度的高低如何,都伴有VLDL结构异常(富含胆固醇酯)、血浆IDL浓度升高和 LDL浓度降低。

    体内代谢研究结果表明, Apo E2和E4的代谢不同于Apo E3。将用同位素标记的Apo E2和Apo E3注射入Apo E3/E3的个体内, 发现Apo E2与VLDL、IDL和HDL 结合较少, 而是较多地存在于HDL中或游离在血浆中, 并且 E2 自身的分解代谢缓慢。 而Apo E4的体内代谢情况则恰恰相反。Apo E 各表型在体内的代谢不同与临床上测定各表型者血浆Apo E浓度有一致的关系: E2/E2者血浆Apo E浓度最高, E3/E3者居中,而E4/E4者最低。

    关于Apo E表型调节体内血浆脂蛋白代谢的机理, 目前认为是由于Apo E2 与脂蛋白受体结合的能力低下, 引起CM和VLDL残粒分解代谢延缓, 造成这些残粒在体内蓄积; 同时也因IDL向LDL转化减少, 造成血浆中IDL浓度增加和LDL浓度低下。这些改变使CM和VLDL残粒进入肝细胞内代谢减少, 肝细胞内游离胆固醇含量减少, 反馈调节性地引起肝细胞表面上的LDL受体上调(数目增加), 因而加速LDL在体内的分解代谢, 使血浆LDL浓度进一步低下。如果没有其他可引起血脂升高的遗传和/或环境因素并存, Apo E2的尽效应则是使血浆甘油三酯水平升高, 而使血浆胆固醇水平降低。与此相反, Apo E4与受体的结合能力则相对较强, 因而使CM和VLDL残粒代谢增速,使IDL向LDL的转化也增多。其结果是引起血浆中CM残粒、VLDL和 IDL水平下降,而LDL水平升高。由于正常情况下, 体内CM和VLDL残粒水平很低, 故Apo E4 对这些脂蛋白残粒的影响难以被察觉。所以, Apo E4的尽效应是造成血浆胆固醇水平升高,而对血浆甘油三酯水平的影响则不大。

    此外, Apo E表型还可能通过其他途径来影响体内血脂水平。有人发现, Apo E4携带者, 小肠吸收胆固醇增加。所以, Apo E4携带者采用饮食疗法治疗高脂血症获益最明显。另有实验发现, Apo E2携带者体内脂肪酸合成明显高于Apo E3者, 并认为这种体内脂肪酸合成增加是Apo E2者易伴发高甘油三酯血症的主要原因。

    各种Apo E表型者罹患冠心病的危险性可能不相同。 芬兰人心肌梗塞的患病率居世界首位, 其Apo E4频率(0.227)分布较高, 而Apo E2频率(0.041)分布较低; 亚州人冠心病患病率低, 而Apo E4等位基因频率(0.064)也较低。 这些结果似乎支持各地区冠 心病患病率不同与Apo E表型分布不同有关。

    有关Apo E表型与冠心病关系的研究结果很不一致, 可能是由于被研究者常同时存在高胆固醇血症、高血压病、糖尿病和吸烟等冠心病的主要危险因素。若能在无危险因素存在的中青年心肌梗塞存活者中进行Apo E等位基因频率分析, 则可望获得较为有说服力的结果。

    调查12866例存在冠心病高危因素的中年男性, 发现冠心病组Apo E3/E3频率分布为0.462, 较对照组(0.67)显著为低, 提示Apo E3/E3表型者不易患冠心病。而冠心病组Apo E4/E3分布为0.333, 较对照组(0.206)显著为高, 提示Apo E4/E3表型者有易患冠心病的倾向。经对比线性回归单因素分析, 提示Apo E3/E2 、 E4/E3 和E4/E4 表型者患冠心病的危险性增加。 国内的研究结果亦支持冠心病患者中 Apo E4/E4的频率分布较高。

    观察100例缺血性脑卒中的男性病人, 发现其Apo E4 等位基因的频率明显高于对照组, 故认为Apo E等位基因携带者很可能具有缺血性脑血管疾病的遗传易感性。然而, 另一组研究则提示Apo E2等位基因可能是缺血性脑卒中的危险因素。

    此外, 还有几组研究报道在老年性痴呆患者中Apo E4/E4表型者频率异常高 , 提示Apo E的多态性也可能与神经系统疾病之间存在一定的关系。