第六节  转ABCA1基因小鼠中的脂质代谢

 

几个实验室已制备人类ABCA1基因过表达的转基因小鼠。对转基因小鼠初步研究显示增加ABCA1在体内表达可达到预期效果。同时,这些研究也发现一些问题,即ABCA1在调节血浆脂蛋白代谢、巨噬细胞内胆固醇稳态和动脉粥样硬化发生中作用复杂。

 

一、ABCA1过表达对高密度脂蛋白代谢的影响

 

对两个不同实验室制备的转ABCA1基因小鼠研究发现，转基因小鼠ABCA1的过表达能明显提高血浆HDL-C水平。在Vaisman 等制备的转ABCA1基因小鼠模型中，喂正常饲料的C57B1/6小鼠肝和巨噬细胞过表达人类ABCA1基因，小鼠血浆HDL-C和apoA-Ⅰ的水平可提高达1.8倍和1.3倍, 而喂致动脉粥样硬化饲料可达2.8倍和2倍。转ABCA1基因小鼠血浆apoA-Ⅰ水平的适当升高暗示富含脂质HDL颗粒的形成。事实上，在ABCA1高表达的动物中存在富含脂质HDL1颗粒的聚集, 这与ABCA1作为细胞内胆固醇流出促进者的作用相一致。Kinetic研究发现在转基因小鼠中血浆apoA-I水平的提高部分推迟apoA-Ⅰ的分解代谢，其分解代谢可能因HDL脂质成分的变化而变化。这些发现说明增加肝和巨噬细胞ABCA1的表达及胆固醇流出可足以提高血浆HDL水平。

在Singaraja 等制备的BAC-ABCA1-Tg小鼠，致动脉粥样硬化饲料可使血浆HDL-C升高, 正常饲料也使血浆HDL-C和apoA-Ⅰ升高。这些小鼠被转染人类ABCA1基因的内含子1启动子。除小鼠肝和巨噬细胞ABCA1高表达外，小鼠肺，小肠，胃，睾丸和脑也有高表达。

与Vaisman 等和Singaraja 等的发现正好相反，Cavelier 等制备的BAC1 ABCA1-Tg小鼠血浆脂质谱没有什么变化。而造成不一致的原因目前还未阐明。在三个研究中，ABCA1-Tg小鼠巨噬细胞胆固醇流出至少增加两倍。但是，已证明巨噬细胞中的胆固醇影响血浆HDL的水平很小。一个可能的解释, 在BAC1 ABCA1-Tg小鼠，人类的ABCA1的表达水平在大多数器官可能与小鼠内源ABCA1的表达水平相似。因此，与Vaisman 等和Singaraja 等制备的ABCA1-TG小鼠相比，Cavelier 等制备的转基因小鼠相对低表达人类ABCA1基因。从Vaisman 等和Singaraja 等制备的小鼠模型获得的数据显示转基因小鼠ABCA1过表达能提高血浆HDL水平。

 

二、肝ABCA1过表达对血浆HDL胆固醇的影响

 

对ABCA1过表达小鼠血浆脂蛋白研究发现肝可能是血浆HDL-C的主要来源。在Vaisman 等制备的转ABCA1基因小鼠模型中，仅仅在肝和巨噬细胞过表达人类ABCA1就可明显提高血浆HDL-C水平。肝脏是ABCA1基因表达的主要器官, 巨噬细胞ABCA1表达不能明显提高小鼠血浆HDL水平，这些结果暗示肝ABCA1是血浆HDL-C重要来源。

其它的一些研究也支持这个观点。ABCA1局部性分布在两极化的Wif-B肝细胞的基底外侧面，这表明ABCA1使胆固醇流向血浆比流向胆汁更容易。另外，在Tangier病病人和WHAM鸡肝中可见肝细胞胆固醇升高，这与ABCA1转运体调节肝内胆固醇水平的作用相一致。肝ABCA1对血浆HDL-C的作用已用重组腺病毒载体灌注法来评价，这种方法是在小鼠肝脏中靶向表达人类ABCA1基因。Basso等研究发现肝ABCA1的表达增加能明显提高血浆成熟的HDL水平，这提供体内的直接证据，ABCA1介导胆固醇从肝脏流出是血浆HDL的主要来源。

研究显示肝脏除了合成apoA-Ⅰ与形成新生HDL作用外，还形成成熟的HDL。这些发现可能会改变胆固醇逆向转运即胆固醇从外周细胞运到肝脏的简单过程。ABCA1介导的肝细胞胆固醇流出到血浆HDL的生理意义还未完全阐明。除VLDL外，通过ABCA1介导的肝细胞胆固醇流出到血浆HDL的运输可能作为一条调节肝细胞内胆固醇水平的重要途径。肝源性HDL-C也为类固醇组织提供胆固醇的来源，经过CETP，LCAT和脂酶的作用后，作为新生的HDL池。需要进一步的研究才能完全理解ABCA1在调节肝细胞胆固醇与血浆HDL水平中的作用。

 

三、ABCA1过表达对含有apoB脂蛋白代谢的影响

 

对Tangier病人和缺乏ABCA1动物模型研究表明，ABCA1基因表达的改变除了影响血浆HDL水平外，也影响含有apoB脂蛋白的水平。当ABCA1缺乏时，VLDL-C和LDL-C水平常常降低。ABCA1敲除×apoE敲除或ABCA1敲除×LDLr敲除小鼠含有apoB脂蛋白水平明显降低。对Tangier病病人的研究发现，LDL降低可能是由于异常的LDL过度代谢造成。ABCA1表达水平降低，除了引起LDL过度代谢外，其它的途径也可能造成含有apoB脂蛋白的水平降低。综合这些数据表明，ABCA1表达的改变直接或间接影响含有apoB脂蛋白的新陈代谢。

ABCA1-Tg小鼠的血浆脂质谱研究结果支持ABCA1表达在调节含有apoB脂蛋白代谢中的作用。Joyce 等报道喂致动脉粥样硬化饲料, ABCA1-Tg小鼠血浆胆固醇水平显著减少（63%），主要是含有apoB脂蛋白和apoB水平降低。Vaisman 等制备的ABCA1-Tg小鼠含有apoB脂蛋白水平的降低可能引起LDL代谢增强。给敲除LDLr基因小鼠喂正常饲料，在肝和巨噬细胞过表达ABCA1，结果显示血浆脂质谱中致动脉粥样硬化成分增加，包括血浆胆固醇和non-HDL-C水平明显升高，并伴有含有apoB脂蛋白的胆固醇增多，apoB和apoE水平也升高。给Singaraja 等制备的BAC ABCA1-Tg小鼠喂胆固醇可以升高总胆固醇的水平, 这主要归因于含有apoB脂蛋白中的胆固醇升高。尽管这些变化没有象Joyce 等所说的那样, 但是这些BAC ABCA1-Tg小鼠仅只喂了7天的致动脉粥样硬化饲料。

对Tangier病病人的研究结果表明ABCA1介导的胆固醇流出的变化可能影响HDL和含有apoB脂蛋白的脂质水平及成分, 而这又反过来改变这些颗粒的分解代谢。但是, ABCA1影响含有apoB脂蛋白水平的机制比ABCA1引起颗粒的分解代谢变化要复杂的多。ABCA1基因表达增强，导致胆固醇转运的改变，也可能导致调节apoB合成和分解代谢的酶和受体的变化。

 

四、ABCA1过表达对动脉粥样硬化的影响

 

Joyce 等最先证明在转基因小鼠ABCA1过表达具有抗动脉粥样硬化作用。他们用致动脉粥样硬化饲料喂养C57B1/6小鼠，并在小鼠肝和巨噬细胞中过表达人类ABCA1，结果发现主动脉粥样硬化降低达65%。ABCA1过表达除了使细胞内胆固醇释放，防止巨噬细胞胆固醇聚集及泡沫细胞形成外, 还增加血浆HDL-C水平和降低含apoB的血浆脂蛋白水平。

但是, 在apoE敲除背景的小鼠中, ABCA1过表达导致一些相互矛盾的结果。Joyce等发现在ABCA1-Tg×apoE敲除小鼠中更易发生动脉粥样硬化。在小鼠肝和巨噬细胞中, 人类ABCA1基因表达增加6倍, 但ABCA1过表达并没提高血浆HDL-C的水平。虽然血浆总胆固醇和non-HDL-C水平有升高趋势, 但血浆脂质谱没有明显地变化。这些结果显示, apoE可能通过目前不明机制提高ABCA1介导的细胞内胆固醇流出。

Singaraja等报道ABCA1 BAC Tg×apoE敲除小鼠血浆胆固醇水平明显升高, 主要是non-HDL-C(1.15倍)和HDL-C(1.2倍)的水平提高。这进一步证实Joyce 等的结果即血浆总胆固醇和non-HDL-C有升高趋势。另外, 血浆apoB水平提高1.18倍。与apoE敲除小鼠相比, 小鼠巨噬细胞内胆固醇流出增加。尽管在BAC ABCA1-Tg小鼠有脂质谱的致动脉粥样硬化变化。但Singaraja 等报道主动脉粥样硬化病变减少2.6倍, BAC ABCA1 Tg×apoE敲除小鼠病变缺乏纤维帽, 并且病变进展缓慢。

在Singaraja等培育的小鼠品系中, 品系之间致动脉粥样硬化的原因不同。两种小鼠在组织结构, 组织表达位点和ABCA1基因表达水平存在差异。Joyce等使ABCA1在肝和巨噬细胞过表达, 结果在其它组织未发现有ABCA1过表达。相反, Singaraja等使用一个在ABCA1内含子1启动子控制下的BCA结构。结果发现在这些BAC ABCA1 Tg×敲除apoE小鼠中, ABCA1不仅在肝和巨噬细胞中过表达, 而且在肾、脑、主动脉、性腺和大肠中也有过表达。与肝和巨噬细胞比较, 性腺和肾ABCA1表达水平更高。这种基因表达模型与Cavelier 等所报道的模型不同, Cavelier 等使用一个包含外显子1和内含子1的结构 (BAC1)。与Singaraja ABCA1 BAC Tg×敲除apoE小鼠比较, Cavelier BAC1 ABCA1-Tg小鼠肝和巨噬细胞中有较高的ABCA1表达。两个研究的其它不同之处是小鼠的基因背景和用于研究主动脉粥样硬化小鼠的数目和性别。Joyce 等比较雄性和雌性ABCA1×敲除apoE小鼠的主动脉粥样硬化发生情况。Singaraja 等比较敲除apoE小鼠与BAC-ABCA1-Tg×敲除apoE小鼠的动脉粥样硬化发生情况。因此, 需要进一步研究才能完全阐明这两种ABCA1-Tg×敲除apoE小鼠模型的不同致动脉粥样硬化原因。

尽管敲除ABCA1小鼠血浆脂蛋白谱和巨噬细胞胆固醇流出有显著变化，但动脉粥样硬化发生并没有预期的那么严重。然而，选择性地使巨噬细胞ABCA1失活可显著增加敲除apoE和敲除LDLr小鼠动脉粥样硬化的发生。这些发现显示尽管巨噬细胞ABCA1介导的胆固醇流出可降低动脉粥样硬化的发生，但ABCA1抗动脉粥样硬化功能可能被ABCA1介导的致动脉粥样硬化血浆脂蛋白谱的变化或其它不明的ABCA1功能所掩饰。因此，ABCA1介导的巨噬细胞胆固醇流出的变化并不能准确地预测动脉粥样硬化的发生情况。综合这些敲除ABCA1和ABCA1-Tg 小鼠的研究显示，ABCA1对动脉粥样硬化的影响即复杂又多样。发现各种转基因小鼠和基因敲除动物模型的其他特性可能更能阐述ABCA1在动脉粥样硬化发生发展中的重要作用。

ABCA1作为细胞胆固醇流出的关键转运体，人们认为它具有潜在的抗动脉粥样硬化作用。对ABCA1过表达转基因小鼠的研究表明, 增加ABCA1表达可提高血浆HDL水平、增加巨噬细胞胆固醇流出和降低转基因小鼠食物诱导的动脉粥样硬化发生。另外，对ABCA1-Tg小鼠的研究提供了其他的证据,即ABCA1可改变致动脉粥样硬化的含有apoB脂蛋白的血浆水平。对肝ABCA1表达增加的小鼠研究显示，肝作为血浆HDL-C重要来源，是调节肝细胞内胆固醇水平潜在的新的分泌途径。不同实验室研究ABCA1 Tg×apoE敲除小鼠发生动脉粥样硬化所获得的不同结果表明，细胞胆固醇代谢途径和影响动脉粥样硬化发生发展的因素具有复杂性。只有通过对其它动物模型的进一步研究，我们才可能完全理解ABCA1在动脉粥样硬化发生发展中的作用。综合体内外的研究结果，ABCA1可作为防止低HDL综合症和心血管疾病新的干预靶点。

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