载脂蛋白与疾病[Apo(a)]
- boke
- 2024-05-31
- 4:05 下午
血脂是血清中的胆固醇、甘油三酯（Triglyceride，TG）和类脂（如磷脂）等的总称，与临床密切相关的血脂主要是胆固醇和 TG。由于血脂不溶于水，因此必须与特殊的蛋白质，即载脂蛋白（apoprotein，Apo），结合形成脂蛋白才能溶于血液，并被运输至组织进行代谢[1]。
不同脂蛋白结合的载脂蛋白[2]
按照脂蛋白进行分类，包括乳糜微粒（chylomicron，CM）、极低密度脂蛋白（very low-density lipoprotein，VLDL）、中间密度脂蛋白（intermediate-density lipoprotein，IDL）、低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）、高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）和 脂蛋白(a)[ Lipoprotein(a), Lp(a)]。
脂蛋白的物理及生物学特性和功能[1]
按照载脂蛋白进行分类，包括载脂蛋白B-100 (ApoB-100)、载脂蛋白B-48 (ApoB-48)、载脂蛋白A-I (ApoA- I)、载脂蛋白C-II (ApoC-II)、载脂蛋白C-III (ApoC-III)、载脂蛋白E (ApoE)、以及载脂蛋白(a)[Apo(a)]等。
不同的脂蛋白，其结合的载脂蛋白种类会存在差异。例如，极低密度脂蛋白（VLDL）除结合载脂蛋白 ApoB-100 外，还包括ApoC-II、ApoC-III和ApoE等载脂蛋白；低密度脂蛋白(LDL)由VLDL转化而来，但LDL中的载脂蛋白95% 以上为ApoB-100，而脂蛋白(a)[Lipoprotein(a), Lp(a)]则包括 ApoB-100和 Apo(a) 两种载脂蛋白。载脂蛋白在人体胆固醇稳态中发挥着重要作用，一旦发生功能变异，则会导致严重的疾病。
载脂蛋白的编码基因、合成组织和相关的脂蛋白[2]
Lp(a)结构
脂蛋白(a)[Lipoprotein(a), Lp(a)]呈圆球型，由类LDL颗粒(LDL-like particle)和载脂蛋白(a)[Apolipoprotein, Apo(a)]组成，两者以二硫键共价结合。
电子显微镜照片[3]
类LDL颗粒约含有30%~46% 的胆固醇及载脂蛋白B100（ApoB-100）和氧化磷脂（OxPL）[4]。载脂蛋白Apo(a) 是一种高度糖化的亲水蛋白质，占Lp(a)总量的25%~40%。载脂蛋白Apo(a)的KIV-9结构域与载脂蛋白ApoB-100通过二硫键共价结合，氧化磷脂与Apo(a)的KIV-10结构域结合，或存在于类LDL表面。
Lp(a)与LDL结构[5]
Lp(a)多态性
我们每个人所产生的Lp(a)都可能是不一样的，即存在多样性。产生这种多样性的原因来自于载脂蛋白Apo(a)在不同个体中的长短不一。如下图所示，Apo(a)有10个同源的kringle Ⅳ（KⅣ）结构域（与纤溶酶原同源），KⅣ第2个结构域中（KIV-2）的相似环饼从2~40个拷贝数不等，其他均只有一个拷贝数，从而决定了Lp(a)的分子量大小及血浆Lp(a)水平在不同个体间存在较大差异[4]。例如，有的个体血浆Lp(a)浓度为2mg/L，而有的个体则高达1400mg/L，可以相差100~1000倍。
Plasminogen(纤溶酶原)结构以及结合不同长度Apo(a)的Lp(a)[6]
Lp(a)与疾病
Lp(a)升高是多种心脑血管疾病，包括冠心病（CAD）、缺血性脑卒中和钙化性主动脉瓣狭窄（CAVS）等疾病的独立危险因素。
冠心病：多项观察性研究和基因组学研究证实，Lp(a)升高是冠心病的独立危险因素。AIM-HIGH试验提示，LDL-C相似时（1.62 mmol/L），Lp(a) >50 mg/dl的患者较＜50 mg/dl患者，主要不良心血管事件（MACE）的风险高90%。一项荟萃分析纳入 7 项 29069 例经他汀治疗的随机对照研究，结果显示，即使经他汀治疗后 LDL-C 较低情况下，Lp(a)升高仍会增加冠心病风险。哥本哈根城市心脏研究分析 7524 例受试者资料，随访时间长达 16 年，结果提示，Lp(a)升高与冠心病风险增加呈显著正相关。中国人群的大型观察性研究表明，Lp(a)是冠心病的独立危险因素。基于 CCSSSCC 数据库进行回顾性分析，纳入1522例首次急性心肌梗死（AMI）患者和1691例无冠心病的对照者，结果提示，与LDL-C<2.6 mmol/L，Lp(a)第1个五分位数的对照组相比，根据Lp(a)五分位分层后，首次AMI的OR值分别为1.51、1.84、1.86和2.66[4]。
缺血性脑卒中：无论从观察性研究还是遗传学的分析，Lp(a)均与缺血性脑卒中的高风险相关。哥本哈根一般人口研究及城市心脏研究纳入6万余例缺血性脑卒中患者，结果显示，高水平的 Lp(a) 与缺血性脑卒中的风险增加相关。与 Lp(a) 水平 <10 mg/dl 的个体相比，Lp(a) >93 mg/dl 缺血性脑卒中的多变量校正后危险比为 1.60。观察性分析中，对于 Lp(a) 水平 >50 mg/dl，缺血性脑卒中的年龄和性别调整后的危险比为1.20。源于上海市嘉定区于2010年3月至8月随机抽取10375名40岁以上居民入组队列数据，8500名受试者纳入最终分析。结果发现，血清Lp(a)水平与脑卒中发生风险之间存在显著相关性（P<0.05）。多变量校正分析显示，与低Lp(a)水平组相比，高Lp(a)水平组发生脑卒中的HR为1.34。孟德尔随机化研究近40万余人数据显示Lp(a)与大动脉闭塞性脑卒中正相关，与小血管闭塞性脑卒中负相关[4]。
CAVS：Lp(a)也是CAVS的危险因素。ASTRONOMER研究在220例轻-中度主动脉狭窄（AS）患者中测量Lp(a)，平均随访3.5年。结果提示，Lp(a)水平的升高与CAVS疾病进展相关。有研究以Lp(a)=58.5 mg/dl为切点，发现在Lp(a)升高的患者中，AS的进展更快，提示 Lp(a) 可预测轻–中度 CAVS 的进展[4]。
此外，Lp(a) 升高也是家族性高胆固醇血症(FH)和 2 型糖尿病患者发生 CVD 的危险增强因素。还有报道提示，Lp(a) 升高与动脉血管钙化、静脉血栓性疾病相关，但尚需更进一步积累证据。也有研究指出，极低的Lp(a)水平（<3-5 mg/dL vs 27-55 mg/dL）与糖尿病风险增加38%有关[6]。
Lp(a) 可能的致病机制
低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）是众所周知的“坏”胆固醇，但大量的证据已经表明，Lp(a)可能比LDL更加凶险。JACC（《美国心脏病学会杂志》）发表的一项基于载脂蛋白B（ApoB）的遗传分析提示，Lp(a)的致动脉粥样硬化作用大约是LDL的6.6倍[7]。如下图所示，氧化磷脂（OxPL）与载脂蛋白Apo(a)可能是Lp(a)的两个独特的致病因素。
Lp(a) 促动脉粥样硬化和促血栓机制[8]
Lp(a) 是氧化磷脂的最大结合力载体，氧化磷脂具有重要的促炎、促动脉粥样硬化作用，通过诱导内皮细胞、平滑肌细胞和巨噬细胞的促炎信号激活，引发动脉壁的炎症反应(下图)。此外，Lp(a)已显示在体外与纤溶酶原竞争结合位点，导致纤溶酶合成减少和纤维蛋白溶解抑制。推测Lp(a)可能的生理作用之一是参与伤口早期的修复。组织损伤时，细胞外基质暴露于血液中，Lp(a) 被“捕获”至伤口处，促进炎症细胞（如单核细胞）向血管内皮下内流，通过抑制纤溶而发挥促血栓的作用[4]。
因此，与 LDL相比，Lp(a) 同时还可通过促血栓形成和促炎作用加剧 ASCVD的发生与发展。
Lp(a)和Lp(a)相关氧化磷脂的细胞效应[9]
Lp(a)的合成与代谢
Lp(a) 与LDL不同，不能由极低密度脂蛋白（VLDL）转化而来，也不能转化为其他脂蛋白，是一类独立的由肝脏合成的脂蛋白。Apo(a)几乎完全在肝细胞内合成，但Lp(a)的组装地点尚未明确，可能在肝细胞内、狄氏间隙或血液循环中完成。组装过程包括 Apo(a) 对接至LDL，然后在Apo(a)的 KⅣ-9和LDL的ApoB之间形成共价二硫键，此过程是否可逆尚不清楚。血浆中Lp(a)的清除途径和机制也了解甚少，目前认为大部分 Lp(a) 在肝脏中经 LDL受体清除，小部分也可经肾脏和其他途径清除。但也有研究显示清道夫受体B型Ⅰ（SR-BⅠ）、纤溶酶原受体、LDL受体相关蛋白1（LDLRP1）及其他受体也参与了肝脏介导的Lp(a)清除[4]。
Lp(a)的合成与代谢[9]
Lp(a)的浓度决定因素及治疗
Lp(a)浓度主要由载脂蛋白Apo(a)决定，Apo(a)由LPA基因编码，该基因是灵长类动物等少数物种所特有，由于KIV-2区域的拷贝数多态性存在，LPA基因也是人类最为复杂的基因之一。LPA基因起源于纤溶酶原基因（Plasminogen，PLG），Plasminogen由多个kringle结构域和蛋白酶结构域组成，现在的LPA基因通过基因复制、KI-KIII丢失、KIV扩增、引入KIV-2拷贝数变化并保留KV和蛋白酶结构域（突变失活）形成。
纤溶酶原、载脂蛋白(a)以及LPA基因结构[10]
LPA是人类基因中多态性最高的基因之一，其多态性一方面来自KIV-2 的拷贝数变化（CNV），KIV-2具有大约40种不同的等位基因，可以形成约1600种可能的基因型。在整体趋势上，KIV-2的拷贝数与Lp(a)浓度负相关，KIV-2拷贝数越多，Lp(a)浓度越低，可能的生物学机制是由于高分子量异构体Apo(a)无法在内质网中正常成熟，并在分泌之前被降解导致。
不同分子量Apo(a)的稳定性[3]
人群中Lp(a)水平的差异非常大，在个体之间可以达到1000倍以上，40%-70%的Lp(a)水平差异可以归因于Apo(a)的KIV-2拷贝数多态性，此外，还有很多SNP发挥着作用，整体而言，Lp(a)的浓度由LPA基因的KIV-2 拷贝数与SNPs共同决定。因此，由于LPA复杂的基因组结构，一些功能性SNP往往被KIV-2 CNV的作用所掩盖，这给研究造成了很大的困扰。比如，高拷贝KIV-2异构体的Lp(a)浓度本来较低，与之关联的LOF 突变的功能便被掩盖。
LPA基因的KIV-2拷贝数与SNPs共同决定了Lp(a)浓度[3]
Lp(a)浓度几乎完全由遗传决定，且不受传统心血管风险降低方法的影响，包括生活方式改变和他汀类药物。有研究显示，他汀类药物反而导致Lp(a) 轻微升高（~8–20%）[11]，PCSK9抑制剂也只能轻微降低Lp(a)约20%[12]。在中国，约有20%人群的Lp(a)水平异常，但目前市场上尚无批准用于降低Lp(a)水平的药物。
多种靶向Lp(a)的降脂药物也正在开发当中，反义寡核苷酸Pelacarsen（降低80%）和siRNA药物Olpasiran（降低98%），均正在进行第三阶段临床试验。口服小分子药物Muvalaplin（降低65%），能够破坏Apo(a)和载脂蛋白ApoB-100的结合，已显示出安全性和有效性。鉴于Lp(a)的巨大危害，希望有效干预Lp(a)的手段能够早日出现。
参考资料
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2. Mehta A, Shapiro M D. Apolipoproteins in vascular biology and atherosclerotic disease[J]. Nature Reviews Cardiology, 2022, 19(3): 168-179.
3. Kostner, Karam et al., Springer Nature, 2023
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12. Ajufo E, Rader DJ. Recent advances in the pharmacological management of hypercholesterolaemia. Lancet Diabetes Endocrinol. 2016;4:436–46.