【摘要】

血液高胆固醇水平是诱发心脑血管疾病的主要风险因素。为了理解胆固醇代谢和心脑血管疾病之间的关系，使心脑血管疾病的高效预防与治疗成为可能，宋保亮教授研究组开展了大量工作，取得了一系列重大突破。宋老师在报告中具体阐述了研究组近期（部分）解决的四个机制问题：

1. 胚胎发育过程中Hedgehog（Hh）信号通路胆固醇参与调控的机制。

2. 哺乳动物细胞中进食-断食转换（Feeding-fasting transition）过程中的胆固醇合成增加-减少转换机制。

3. 去唾液酸糖蛋白受体ASGR1缺陷通过促进胆固醇排泄降低脂质水平的机制。

4. 低密度脂蛋白（LDL）/胆固醇通过细胞内吞运输至线粒体促进类固醇（/固醇类激素）合成的机制。

【精彩回顾】

胆固醇是构成细胞生物膜的基础分子之一。从单细胞生物到多细胞生物，固醇随着生物进化和不断氧化，分子构造形式越来越复杂。目前有一种观点认为，胆固醇合成途径中的中间体并非简单的中间体化合物，而是携带着进化的印迹。它具有构成生物膜微区域、作为胆酸及激素的合成前体，调控发育过程和突触形成等一系列功能。

第一部分，宋保亮教授从调控胚胎左右对称发育的经典Hh信号通路讲起。该信号通路通过“Hedgehog (Hh) -| Patch-1 (Ptch1) -| Smoothened (SMO)”调控轴调控SMO活性。早先的研究发现Hh分子为唯一一种携带胆固醇修饰的形态发生素，但其调控SMO的机制尚不明确。研究组通过多年的发现SMO同样能被胆固醇修饰（修饰位点位于人源SMO-Asp95）。细胞膜受体Ptch1抑制该修饰过程，而Hh与Ptch1结合后Ptch1并解除对SMO的抑制，修饰得以产生。事实上，SMO的半胱氨酸富集区（CRD）会发生自胆固醇化修饰；这种修饰与Hh刺激下SMO定位内体的局部钙离子浓度升高相关。这样就将Hh信号通路与细胞内钙离子释放的反应过程联系了起来。

第二部分，宋保亮教授介绍了研究组长期关注胆固醇合成途径的关键限速酶HMG-CoA还原酶HMGCR的泛素化降解问题。研究组发现在进食状态下，去泛素化酶USP20稳定HMGCR，使其不被泛素化降解。从机制上看，进食后血液中胰岛素浓度和细胞内葡萄糖浓度的增加促使mTORC1激酶复合物磷酸化USP20的S132和S134位点；携带磷酸化修饰的p-USP20被招募到HMGCR处抑制其降解，从而使胆固醇合成增加。

图2 磷酸化的USP20稳定HMGCR模式图。

第三部分，宋保亮教授首先介绍了早前发表在《新英格兰医学杂志》上的一项对冰岛人群的遗传学调查显示，去唾液酸糖蛋白受体ASGR1的一种缺陷突变体降低了心脑血管疾病的发生概率。ASGR1专一性地表达于肝脏细胞，介导血液中去唾液酸糖蛋白的内吞和溶酶体降解。宋保亮教授研究组发现Asgr1缺陷使转录因子LXRα得到稳定，进而降低了血清和肝脏的脂质水平。LXRα上调ABCA1和ABCG5/G8蛋白的表达——ABCA1促进胆固醇转移至高密度脂蛋白（HDL）、ABCG5/G8则促进胆固醇外排至胆酸和尿液中。从机制上看，Asgr1缺陷阻断糖蛋白内吞和降解，降低了细胞内氨基酸含量，在抑制mTORC1活性的同时提高AMPK活性。这带来转录和代谢两个方面的影响：一方面，AMPK降低了LXRα的E3泛素化降解酶BRCA1/BARD1的表达；另一方面，AMPK抑制控制脂类合成的SREBP1蛋白的表达。ASGR1中和抗体通过提高胆固醇排泄降低细胞内脂质水平，与市面上广泛使用的降血脂药阿托伐他汀（Atorvastatin）和依泽替米贝（Ezetimibe）具有协同效应。

图3 ASGR1 影响转录因子LXRα机制模式图。

第四部分，宋保亮教授介绍了研究组的最新研究成果。血液循环中LDL是胆固醇的主要存在形式，通过细胞膜上的LDL受体（LDLR）介导的内吞作用进入细胞。研究组通过全基因组小发夹RNA（shRNA）文库筛选，发现线粒体外膜蛋白磷脂酶D6（PLD6）加速LDLR降解。PLD6水解心磷脂（cardiolipin）为磷脂酸（phosphatidic acid），促进LDL-LDLR进入线粒体。后者LDL被线粒体内的蛋白酶降解，游离的这一过程的机制包括：首先，线粒体外膜蛋白CISD2结合胞质内的LDLR的C末端区域（810-860 aa），将LDLR+囊泡锚定在线粒体上；随后，PLD6通过产生融合型脂质磷脂酸融合物促进LDLR+囊泡与线粒体的融合。值得一提的是，在具体阐述PLD6、CISD2功能的实验中，研究借助免疫印迹、免疫荧光、免疫电镜技术证明二者如何影响LDLR在线粒体中的降解，以及借助LDLR纯化、线粒体纯化等体外生化手段，多角度地、严谨地论证了二者参与LDLR与线粒体的融合现象。

图4 LDL通过LDLR介导的细胞内吞并被输运至线粒体内促进类固醇（/固醇类激素）合成的模式图。