第四节ABCA1的调节

 

ABCA1蛋白质水平和活性受到复杂的转录和转录后的调节。有效活化和抑制ABCA1功能的机制主要通过直接作用于ABCA1基因启动子。ABCA1表达受高度的系统性调节并且涉及到很多分子作用物。

 

一、细胞核受体

 

细胞核受体家族包括肝X受体(Liver X Receptor,LXR α 和β) , 维甲酸X受体(retinoid X receptor,RXR), 过氧化物酶体增生物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors,PPAR α, β , γ,δ), 法呢醇X受体（famesoid X receptor, FXR）, 孕烷X受体(Pregnane X receptor,PXR), 糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor,GR)以及甲状腺激素受体(thyroid hormone receptor,TR)等。它们的结构特征是氨基末端负责转录激活和DNA结合，而羧基末端为配体结合结构域。这些细胞核受体主要通过作用于ABCA1启动子四个核苷酸(DR4)参与调节ABCA1表达。在这些核受体中, LXRs是脂质体内平衡稳定的主要调节器。LXRs既参与上调ABCA1表达，也参与下调ABCA1表达，发挥上调作用还是下调作用取决于与LXRs相结合的配体的性质。LXRs在胆固醇和脂肪酸代谢相关基因的调控方面起着重要的作用, LXRs直接结合胆固醇代谢物和脂肪酸。胆固醇衍生物和脂肪酸抑制LXR转录活性, 而24 (S )、25-环氧胆固醇、22(R)-羟基胆固醇和24 (S)-羟基胆固醇是LXR激动剂, 并能增加 ABCA1基因的转录。LXRs与RXR形成特异二聚体, 在这个结构中特异性的DNA反应元件包括两个六核苷酸重复序列, 这两个六核苷酸重复序列被DR4分离。LXR有两个不同基因编码的亚型即LXR α 和β。LXR β表达广泛, LXRα主要在巨噬细胞和肝脏中表达。LXR的靶基因与脂质代谢途径整个步骤相关, 即从饮食中胆固醇的吸收到细胞内胆固醇流出, 从胆固醇逆向转运到脂蛋白代谢、合成和脂肪酸的酯化作用。绝大多数氧化固醇通过细胞色素P450酶产生，这种酶在肝脏中特别旺盛并且在胆汁酸代谢中起重要作用。固醇27-羟化酶广泛分布在不同组织和细胞类型, 27-羟基胆固醇是巨噬细胞和其它外周细胞的一个主要LXR配基。作为调节细胞内胆固醇流出的转运体，ABCA1的转录明显受到胆固醇的诱导。LXRs 和RXRs分别与氧化固醇及维甲酸(RA)结合并被活化。使用氧化固醇或者9-顺式维甲酸能诱导ABCA1表达，他们的联合应用具有协同效应。氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)能够剂量依赖性下调ABCA1 mRNA和蛋白质水平。oxLDL通过阻断LXR配体结合和阻碍LXR内源性配基27-羟基胆甾醇产生而减弱LXR活性。另外, oxLDL还能抑制外源性固醇和氧化固醇诱导的内皮细胞ABCA1产生。糖皮质激素受体(GR)激动剂地塞米松能够剂量和时间依赖性地降低ABCA1 mRNA的水平, 但是GR对ABCA1表达的反式阻抑作用不是通过LXR介导。细胞核激素受体中的PPAR-α 和PPAR-γ也通过加强LXR-α转录间接参与上调ABCA1表达和胆固醇逆向转运。替米沙坦是一种血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂, 并且是一种PPAR-γ配体, 能时间和剂量依赖性的增加THP-1巨噬细胞中ABCA1 mRNA水平。沉默PPAR-γ后, 替米沙坦不能诱导ABCA1基因表达。沉默LXR-α后, 替米沙坦诱导ABCA1表达的作用完全或者部分消失。萤光素酶测定法证明替米沙坦能促进ABCA1转录, 当ABCA1启动子区域LXR结合元件突变时, 这种促进作用消失, 表明替米沙坦促进ABCA1转录作用依赖LXR。PPAR-γ激动剂罗格列酮能够上调胰腺β细胞中的ABCA1。PPAR-δ激动剂GW501516能上调人骨骼肌细胞ABCA1的表达。对前列腺癌的研究时发现, ABCA1转录的下调可以通过PXRs或者通过TR/RXR二聚体和焦磷酸牛龙牛儿基牛龙牛儿酯（geranylgeranyl  pyrophosphate，GGPP)实现。甲状腺激素受体能够抑制ABCA1转录。通过对从原代人纤维母细胞和293T细胞纯化的蛋白质和分离的核提取物进行电泳迁移率变动分析证明, TR/RXR异源二聚体能够结合到ABCA1启动子DR4元件。通过染色质免疫沉淀研究证明这种结合也存在于体内。萤光素酶分析表明TR与其配基T3共同抑制ABCA1的转录活性。TR/RXR异二聚体通过与LXR/RXR异二聚体相互竞争来抑制或者活化ABCA1转录。

 

二、环磷酸腺苷

 

环磷酸腺苷(cAMP)通过作用于转录水平和翻译水平上调ABCA1的表达。细胞内 cAMP水平依赖于腺苷酸环化酶与磷酸二酯酶(phosphodiesterases,PDEs)之间的动力学平衡, 通过抑制cAMP 水解酶PDEs可使cAMP水平提高。PDE4抑制剂咯利普兰(rolipram)可以增加THP-1巨噬细胞源性泡沫细胞的ABCA1mRNA和蛋白质水平。cAMP主要通过蛋白激酶A(PKA)依赖的途径调节脂质流出。使用cAMP 类似物作用于小鼠巨噬细胞能明显提高ABCA1 mRNA和蛋白质水平。Zanotti 等在研究他汀类药物影响巨噬细胞内ABCA1介导的脂质流出的机制时发现, 仅仅在通过cpt-cAMP诱导ABCA1蛋白的表达的条件下, 他汀类药物才能够抑制巨噬细胞内ABCA1介导的脂质流出。cAMP可以通过至少两条不依赖增加细胞内固醇合成的途径活化ABCA1, 一条不依赖LXR, 另一条依赖LXR。

 

三、细胞因子

 

体内具有众多的细胞因子, 细胞因子对ABCA1转录具有多效性和矛盾效应。其中肿瘤坏死因子α(TNF-α)和干扰素γ(IFN-γ)能减弱LXR介导的ABCA1转录和蛋白质的表达。然而, 转化生长因子β (TGF-β)却具有相反的效应, 能够诱导ABCA1表达。Gerbod-Giannone 等证明, 血管细胞内的TNF-α信号具有抗As作用, 其主要机制是, 在巨噬细胞内TNF-α信号通过核因子kB(nuclear factor-kB,NF-kB)诱导ABCA1 mRNA和蛋白质表达。而Wang等发现TNF-α可以明显地减少肝X受体反应元件(LXR-responsive-element, LXRE)驱动的转录, 减少LXR的表达, 从而使ABCA1基因的表达减少。实验表明经IFN-γ100μg/ L 处理的THP-1 巨噬细胞源性泡沫细胞,其ABCA1 mRNA和蛋白质水平都呈时间依赖性减少。ABCA1基因被认为是对IFN-γ活化巨噬细胞的早期反应基因。小鼠腹膜巨噬细胞加入IFN-γ1小时后ABCA1 mRNA减少, 3小时减少达到最大值。已经证明白细胞介素1β（IL-1β）作为炎症细胞因子具有下调巨噬细胞ABCA1并促进泡沫细胞形成的作用。在THP-1和 A549 细胞内IL-1β能够时间依赖性和剂量依赖性下调ABCA1 mRNA和蛋白质水平。研究证明不是LXR而是活性氧(reactive oxygen species,ROS)和NF-kB通过一个新的转录机制介导IL-1β诱导ABCA1下调, 这在脂质代谢促炎症反应过程中起重要的作用。白细胞介素10（IL-10）能够刺激人类单核细胞内ABCA1的表达, IL-10不仅通过IL-10受体/信号转换器和STAT3激活子途径刺激ABCA1表达, 还通过与LXR-α, PPAR-α/RXR及cAMP/ PKA途径刺激ABCA1的表达。血小板源性生长因子(PDGF)能使PI3-K下游的激酶Akt迅速磷酸化而活化, 而Akt能够抑制ABCA1启动子的活性, 从而PDGF通过PI3-K-Akt途径抑制ABCA1的表达。

 

四、酶类和蛋白质

 

多种酶类和蛋白质能影响ABCA1的表达。激活蛋白2α（AP2-α）能负向调节ABCA1基因转录。多沙唑嗪（Doxazosin）是一种α-肾上腺素受体阻滞剂, 能增加THP-1巨噬细胞和CHO-K1细胞中ABCA1mRNA和蛋白质水平。对人类ABCA1启动子基因分析表明-368位点与-147位点之间的区域含有AP2结合位点, 多沙唑嗪通过作用于ABCA1的AP2结合位点发挥作用。AP2结合位点突变能引起ABCA1启动子活性增加, 而使多沙唑嗪对ABCA1的转录激活作用以及AP2-α对ABCA1的转录抑制作用消失。HepG2细胞缺乏内源性的AP2-α, 因此多沙唑嗪对HepG2细胞ABCA1 mRNA水平没有影响。过度表达的AP2-α能剂量依赖性的抑制ABCA1转录。多沙唑嗪通过抑制AP2-α磷酸化减少AP2-α与ABCA1启动子区域的特异性结合, 从而增加ABCA1表达。蛋白激酶A（PKA）是对细胞内cAMP反应的效应系统。在巨噬细胞和转染的人胚肾细胞系内, PKA通过作用于第二个核甘酸结合结构域(NBD2), 使ABCA1结构磷酸化, 磷酸化直接调节ABCA1的活性使磷脂及胆固醇流出至接受体apo A-Ⅰ。apo A-Ⅰ可以通过阻碍ABCA1蛋白质降解途径来稳定ABCA1蛋白质并导致THP-1巨噬细胞源性泡沫细胞ABCA1蛋白质水平增加。与细胞表面对接的apo A-Ⅰ通过cAMP / PKA依赖的途径使ABCA1磷酸化, 提高THP-1巨噬细胞源性泡沫细胞ABCA1蛋白质水平, 增加细胞内胆固醇流出, 降低细胞内胆固醇聚集。蛋白激酶CK2（PKCK2）通过磷酸化定位于第一个核甘酸结合结构域(NBD1)下游的氨基酸残基下调ABCA1活性。在糖尿病和代谢综合征中不饱和的游离脂肪酸升高，通过活化磷脂酶D2（PLD2）和ABCA1丝氨酸磷酸化的一个信号途径直接使ABCA1不稳定。蛋白激酶Cδ(PKCδ)特异性抑制剂楸毒素(rottlerin)和PKCδsiRNA能够完全阻止不饱和脂肪酸抑制脂质转运的能力, 还能够完全阻止不饱和脂肪酸减少ABCA1蛋白质水平、增加ABCA1丝氨酸磷酸化的能力。表明不饱和脂肪酸还通过活化PKCδ途径使ABCA1丝氨酸磷酸化从而使ABCA1不稳定。Haidar等发现组织蛋白酶D (CTSD)的表达能够增加ABCA1 mRNA的表达和细胞ABCA1蛋白质的水平, 证明了CTSD在细胞内胆固醇的转运和ABCA1介导的胆固醇流出方面起重要作用。Wang等发现C型尼曼-匹克蛋白1(NPC1)活性能调节肝细胞CTSD的表达并且调节ABCA1蛋白质翻译速率。NPC1失活的肝细胞与野生型肝细胞相比较, ABCA1蛋白质翻译速度增加。在NPC1失活的肝细胞中CTSD mRNA水平和蛋白质水平都明显增加。抑制CTSD能使NPC1失活肝细胞和野生型肝细胞ABCA1蛋白质水平减少。在培养的THP-1单核细胞来源巨噬细胞内, 环氧合酶-1 （Cyclooxygenases,COX-1）和环氧合酶-2（COX-2）抑制剂能减少ABCA1 mRNA和蛋白质表达, 选择性的COX-2抑制剂NS398能明显减少ABCA1 mRNA表达。使用前列腺素E2(PGE2)或前列腺素D2(PGD2)孵育细胞, 能够使NS398诱导的ABCA1减少逆转。锌指蛋白202(zinc finger 202,ZNF202)广泛存在于各种组织和细胞中, 能阻遏多种涉及脂质转运、脂蛋白代谢基因的转录, 通过与位于ABCA1基因启动子区的-210/-299具有重复GnT结构结合以及ABCA1基因启动子区的-91和-157位点的GC盒结合, 使启动子失活, 抑制ABCA1基因的表达。小窝蛋白-1通常与ABCA1共同聚集在细胞膜穴样内陷和细胞质囊泡。通过转染小窝蛋白-1cDNA使主动脉内皮细胞过表达小窝蛋白-1, 能使ABCA1表达上调。通过siRNA抑制小窝蛋白-1表达, ABCA1表达和胆固醇流出减少。免疫沉淀作用分析发现在细胞膜和细胞质中小窝蛋白-1与ABCA1存在分子间的相互作用。抑制小窝蛋白-1与ABCA1之间的相互作用能减少胆固醇转移到甲基-β-环糊精和HDL。血管紧张素Ⅱ（ANGⅡ）作为重要的促炎症反应和促氧化反应因子, 能够下调ABCA1的表达。ANGⅡ能减少体外培养的小鼠腹膜巨噬细胞ABCA1启动子的活性, 因为ANGⅡ能够诱导与ABCA1启动子E盒子基序相结合的相关抗原2蛋白表达, 而ABCA1启动子E盒子区域能负向地调节巨噬细胞ABCA1转录。AngⅡ能以剂量依赖性方式下调ABCA1的表达, 从而促进泡沫细胞形成。Wong 等使用中国仓鼠卵巢突变细胞系来研究甾醇调节因子结合蛋白2(SREBP-2)对ABCA1的调节作用, SREBP-2过度表达的细胞内ABCA1mRNA水平增加而在SREBP-2功能缺损的细胞内ABCA1 mRNA水平下降,并且当SREBP-2功能恢复时ABCA1 mRNA水平也恢复。他们的研究结果表明SREBP-2通过促进LXR氧化固醇配基的产生从而对ABCA1基因表达进行正性调节。Tamehiro等证明美伐他汀可通过结合SREBP-2活化小鼠肝癌McARH7777细胞ABCA1启动子, 从而增加ABCA1转录产物. 2-甲基咪唑和1-氯-2,3-环氧丙烷的聚合物能活化SREBP-2, 从而使肝脏ABCA1mRNA和蛋白质水平增加, 引起肝脏胆固醇水平减少。转谷氨酰胺酶2(TG2)表达非常广泛, 巨噬细胞内TG2的表达能够促进体内凋亡细胞清除并促进ABCA1的表达从而可以发挥抗As作用。

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