张 欣，来春林

前蛋白转化酶家族(PCs)是一类Ca2+依赖的丝氨酸蛋白酶的统称，可以对前体蛋白(如蛋白水解酶、生长因子等)进行限制性蛋白水解，使其从单一的前体转化为多种有活性或无活性的产物，从而发挥不同的生理功能，在机体的生长、发育、新陈代谢、内分泌等方面发挥重要作用[1-2]。目前已知的PCs 包含有9个成员：PC1/3，PC2，Furin，PC4，PC5/6，PACE4，PC7，SK-1/S1P，PCSK9，通过不同的方式发挥蛋白水解作用，其中，前7个成员可在单个或成对的碱性残基上裂解底物；SK-1/S1P在非碱性残基上裂解底物；PCSK9则是自我裂解1次，随后与特定的受体结合，并将受体转运至溶酶体降解[2-3]。脂质代谢作为人体三大重要代谢之一，对生命活动具有重要意义，且随着经济的发展及生活水平的提升，脂质代谢异常及其所引发的疾病已成为现代社会的常见疾病，如何安全、有效调节脂质代谢异常也已成为医学上不可忽视的问题。既往研究显示，PCs中多个成员如Furin，PC5/6，SK-1/S1P，PC7，PCSK9等，均与脂质代谢密切相关，尤其是PCSK9，被认为是降低低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)的合理靶点。现基于PCs的不同成员，对其在脂质代谢中的作用进行阐述，从而为脂质代谢异常寻找潜在的治疗靶点。

1 PCSK9在脂质代谢中的作用

PCSK9于2003年首次被Seidah等[4]报道，其位于人类染色体1p32上，与家族性高胆固醇血症相关。生理状态下，PCSK9于内质网经自体催化裂解后与低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor，LDLR)结合形成复合物，将其转运至溶酶体内被降解，从而阻止其再循环至细胞表面，有效减少LDLR的数量[5]。PCSK9可通过下调肝细胞膜上的LDLR，干扰胆固醇的有效降解，从而升高循环中的LDL-C水平。而PCSK9缺失时，LDLR与循环中的LDL-C结合，通过内吞作用进入肝细胞内，随后LDL-C被降解，LDLR则重新回到肝细胞表面，捕获新的LDL-C。另有研究表明，PCSK9、LDLR的基因均受甾醇调节元件结合蛋白-2(SREBP-2)的调控，细胞中胆固醇水平降低时，SREBP-2就会刺激 PCSK9的表达增加，并通过靶向调控调整血浆LDLR水平[6]。此外，PCSK9亦可促进极低密度脂蛋白受体(very low-density lipoprotein receptor，VLDLR)和载脂蛋白E受体2型(LRP8)的降解，在三酰甘油(triglyceride，TG)和极低密度脂蛋白(very low-density lipoprotein，VLDL)的代谢中发挥重要作用[7]。有研究发现PCSK9抑制剂可以增加VLDL的大小、降低VLDL相关载脂蛋白的数量，间接证明了PCSK9抑制剂可以清除小的VLDL残粒[8]。综上可知，调节PCSK9的表达可有效调节血脂水平。

另外，抑制PCSK9表达已被证明可以降低低密度脂蛋白(LDL)水平及高胆固醇血症的发病风险。目前，PCSK9抑制剂主要包括3种类型：小分子干扰RNA、反义寡核苷酸、单克隆抗体。随着PCSK9抑制剂的两个主要临床试验——FOURIER研究和ODYSSEY OUTCOMES研究的完成，标志着降脂药物新时代的开始[9]。这两项国际性、大规模、多中心、随机对照研究分别证实了单克隆抗体药物Alirocumab和Evolocumab作为他汀类药物的辅助治疗比单独使用他汀类药物降低LDL-C高50%～60%，同时明显降低了稳定性动脉粥样硬化性心血管疾病病人和急性冠脉综合征病人心血管事件的发生[10-11]。欧美指南均对PCSK9抑制剂做出推荐，Alirocumab和Evolocumab两种PCSK9抑制剂在我国均已获批上市，用于动脉粥样硬化性心血管疾病和家族性高胆固醇血症的治疗。由此可见，PCSK9与脂质代谢密切相关，抑制PCSK9的表达已成为调节脂质代谢异常的治疗靶点。

2 SK-1/S1P在脂质代谢中的作用

Brown等[12]于1999年发现SK-1/S1P直接参与甾醇调节元件结合蛋白(SREBPs)的水解激活，从而调节胆固醇和脂肪酸的合成；SREBPs是脂代谢的关键转录调节因子，其中SREBP1c主要通过促进编码乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成酶、硬脂酰辅酶A去饱和酶-1和其他与脂肪酸合成相关的基因的转录来调节脂肪酸的合成；SREBP2则通过增加胆固醇生物合成途径中所有已知酶的mRNA水平来控制胆固醇的合成。在胆固醇水平较高时，SREBPs与SREBP裂解激活蛋白(SCAP)形成复合物保留在内质网中，而在胆固醇缺乏的情况下，SREBPs和SCAP解离，SREBPs迅速从内质网转移到高尔基体[13]，被管腔环中的SK-1/S1P切割，随后被膜扫描结构域中的位点-2蛋白酶(S2P)二次切割[12]，使SREBPs的N端结构域释放出来，并移位到细胞核与甾醇调节元件(SRE)结合，激活LDLR与涉及胆固醇和脂肪酸合成的基因转录，从而恢复细胞胆固醇水平[14]。SK-1/S1P是这一调控途径的关键组成部分，因此被认为是调节脂质代谢和胆固醇稳态的关键酶。研究表明，当SK-1/S1P失活或被抑制时，肝细胞中SREBPs的活性形式水平显著下降，同时所有SREBPs的靶mRNAs水平亦下降，而且脂肪酸和胆固醇的合成率也分别下降了约90%和75%[15]。可见，SK-1/S1P抑制剂可作为有效的降脂剂应用于调节脂质代谢，但其对SK-1/S1P没有选择性，会干扰额外的途径，包括溶酶体功能下调、内质网应激反应等[1]，长期使用可能会引起副作用，对全身稳态产生负面影响。而且PCSK8基因在小鼠体内的完全失活会导致早期胚胎死亡[15]，这都阻碍了SK-1/S1P抑制剂的临床应用。因此，SK-1/S1P虽可作为脂质代谢治疗靶点，但由于其抑制剂缺乏选择性，药物安全性及副作用仍需进一步探索。

3 PC7在脂质代谢中的作用

PC7作为哺乳动物PCs家族中最古老和保守的成员，是一种广泛表达的跨膜蛋白酶，在肝脏中高度富集[1]，目前人们对其在脂质代谢方面的作用机制尚不清楚。各种全基因组关联研究(GWAS)的数据提示PC7相关基因变异和血脂异常存在关系：①Peloso等[16]发现PC7的一个低频编码突变(R504H；rs142953140)的携带者，其高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平比非携带者高40%，而TG水平则低30%。②Hoogeveen等[17]利用GWAS分析发现小而密低密度脂蛋白胆固醇(small dense low-density lipoprotein cholesterol，sdLDL-C)与位于PCSK7基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)rs508487显著相关，研究表明该SNP上的小等位基因的每一拷贝都会使sdLDL-C增加40 mg/L，TG增加200 mg/L。③Kurano等[18]通过检测日本药物基因组学数据科学联盟(JPDSC)数据库中250万个SNPs与血脂的关联性，证实了先前报道的与LDL-C、HDL-C、TG及磷脂相关的各个区域的SNPs，表明JPDSC数据库和GWAS目录之间的方向是一致的，进一步的复制分析提示，位于PCSK7基因内的SNPs(rs508487和rs236911)与TG显著相关。④Dongiovanni等[19]通过研究PCSK7 rs236918变异对多例非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)病人相关特征的影响，发现PCSK7 rs236918 C等位基因变异与NAFLD病人的循环TG升高及脂肪变性程度相关，其机制可能与细胞内PC7蛋白的增加及其从肝细胞分泌有关。这些数据提示抑制PC7的合成可能会降低循环中的脂质，尤其是TG。此外，人PCSK7位于染色体11q23.3上，靠近载脂蛋白A5(APOA5)/载脂蛋白A4(APOA4)/载脂蛋白C3(APOC3)/载脂蛋白A1(APOA1)基因簇，该区域与脂蛋白代谢调控密切相关，支持PC7在TG代谢中的可能作用[20]。未来的研究应该关注PC7缺失突变在提高APOA5水平而降低循环TG水平方面起到的保护作用，这可能成为治疗血脂异常的新靶点。

4 Furin、PC5/6在脂质代谢中的作用

内皮脂酶(endothelial lipase，EL)和脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase，LPL)都属于脂肪酶家族成员，在脂质代谢中起重要作用。EL具有微弱三酰甘油酶活性的同时也具有很强的磷脂酶活性，可特异性水解高密度脂蛋白(HDL)上的磷脂酰胆碱，降低循环中HDL-C的水平[21]。而LPL是水解TG的限速酶，位于毛细血管内皮的腔面，将TG水解成甘油和游离脂肪酸，以供各种组织贮存和利用。EL的失活会导致其C-末端和N-末端片段的释放，Essalmani等[22]研究发现，特异性敲除Furin的小鼠与野生型小鼠相比，其体内的C-末端片段减少超过80%，而且在Furin缺乏的小鼠体内未能检测到N-末端片段，提示Furin在EL的裂解失活过程中起着重要作用。血管生成素样蛋白3(angiopoietin-like 3，ANGPTL3)和血管生成素样蛋白4(angiopoietin-like 4，ANGPTL4)这两种内源性脂肪酶抑制剂可以调节EL和LPL的活性，在缺失Furin的活体小鼠体内，血浆中ANGPTL3水平降低约50%，这表明Furin也可能通过ANGPTL3对EL活性产生负面影响[22]。Dijk等[23]通过siRNA的方法使脂肪细胞中的PCSK3沉默，导致PCSK3的表达水平下降90%，细胞培养液和细胞裂解物中LPL裂解的数量显著减少，这些数据与先前的研究一致。Ueyama等[24]通过对多个GWASs进行荟萃分析发现Furin基因rs17514846的A等位基因L-C在TG的代谢中起主要作用[25]。也有研究通过GWAS发现PCSK5位点在全基因组范围内与HDL-C水平显著相关[26]。Furin及PC5/6可通过对EL和LPL的调节，影响不同类型的脂质代谢及脂肪酶的活性，从而为脂质代谢异常提供一种新的治疗方法[27]。

5 小 结

脂质代谢是体内重要且复杂的生化反应，对生命活动具有重要意义，如何调节脂质代谢异常也成为医学上不可忽视的问题。基于以上对PCs不同成员的认识可知，PCs可通过不同途径参与脂质代谢。目前，PCs作为脂质代谢异常的潜在治疗靶点已被广泛认可，研究最为深入的是PCSK9，其两种单克隆抗体Alirocumab和Evolocumab已经上市，其他如siRNA类药物等也已进入二期临床试验。然而直至目前，对PCs成员如何参与脂质代谢的了解只是冰山一角，对相关药物的研发亦面临着巨大的挑战，仍需要不断探索。