宋保亮：探尋膽固醇代謝奧秘，助推2.0版他汀降脂時代

▎葯明康德/報導

膽固醇，動物體內特有的神奇小分子，200多年前人類便已從動物膽結石中發現了它的蹤跡。膽固醇既是細胞膜重要組分，還是膽汁、多種類固醇激素和維生素D3的前體物質，對胚胎髮育和細胞功能維持至關重要。

但在全球人口超重比例持續增長、營養過剩性失衡愈益明顯的當代，膽固醇又成為讓代謝性炎症和心血管疾病患者聞之色變的代名詞。因此了解膽固醇合成、轉運機制，並善加調控其平衡穩態，無疑是代謝研究者夢寐以求的渴望。武漢大學生命科學院長宋保亮多年專攻膽固醇研究，並在現有他汀類藥物方案基礎上，發現了新穎通路靶點和全新降脂小分子，為醫學界應對高膽固醇血症帶來了新的希望。今日第12屆「葯明康德生命化學研究獎」頒布，宋保亮憑藉膽固醇代謝穩態調控機制與功能研究獲得傑出成就獎。

宋保亮教授於2002年獲得中科院上海生科院博士學位，之後加入德克薩斯大學西南醫學中心諾獎得主Brown和Goldstein實驗室。2014年至今任武漢大學生命科學學院長，曾獲得國家傑出青年科學基金、談家楨生命科學創新獎、長江學者特聘教授等榮譽稱號，其「細胞內膽固醇運輸的新機制」成果於2015年入選中國生命科學領域十大進展。

抽絲剝繭，描繪膽固醇轉運新通路

膽固醇與提供能量的甘油三酯，是人體內最重要的兩種脂類物質。膽固醇廣泛分布於人體多個臟器，其中腦組織含量最高。作為一種疏水小分子，膽固醇在細胞內分布不均且呈現高度動態運輸，其平衡穩態受到複雜的機制調控，包括以乙醯輔酶A為原料的合成途徑、低密度脂蛋白（Low-density Lipoprotein, LDL）介導的正向運輸、高密度脂蛋白（High-density Lipoprotein, HDL）介導的逆向運輸、SREBP/SCAP/Insig信號通路介導的反饋調節機制等。其中肝臟與小腸是膽固醇合成、吸收、轉運、代謝的主要器官，通過巧妙設計，宋保亮團隊至今已鑒定出超過300個與膽固醇運輸相關的基因。

近年來，膽固醇穩態失衡導致心血管疾病發病率不斷攀升，引起了全球代謝研究者的關注。其實人體內有兩大類脂蛋白，行使不同的膽固醇轉運功能。其中，高密度脂蛋白逆向轉運內源性膽固醇，至肝臟重攝取後分解並轉化為膽汁酸、膽鹽，或通過膽汁從腸道、血液排出，因此高密度脂蛋白是動脈硬化的重要預防因子。相反，由低密度脂蛋白介導的正向運輸，則將人體內2/3含量的膽固醇從肝臟轉移到其他組織；低密度脂蛋白從不易通過動脈內膜的極低密度脂蛋白（Very low density lipoprotein, VLDL）轉化而來，而氧化修飾的低密度脂蛋白（Oxidized low density Lipoprotein, OXLDL）可攜帶膽固醇，沉積在動脈內皮受損處，過量OXLDL可引起巨噬細胞吞噬和泡沫細胞產生，最終引發以膽固醇和膽固醇酯為主要成分的黃色粥樣斑塊，以及動脈硬化後期的複合斑塊、血管鈣化、血栓形成、動脈瘤等心腦血管疾病。

過去人們已知在低密度脂蛋白膽固醇（Low-density Lipoprotein Cholesterol, LDL-C）胞內轉運通路中，低密度脂蛋白與其跨膜受體分離後便進入溶酶體，膽固醇酯最終被水解；但遊離膽固醇在溶酶體內被吸收之後的代謝途徑，則還有許多研究空白。「我們團隊在膽固醇轉運機制領域最重磅的突破，就是發現「溶酶體與過氧化物酶體發生膜接觸，將膽固醇轉移至真核細胞另一重要細胞器——過氧化物酶體。過氧化物酶體含有約40種氧化酶和觸酶，其標誌酶過氧化氫酶可將具有細胞毒性的過氧化氫水解；該細胞器功能缺失會導致大量膽固醇堆積。」這項重要發現曾發表在《細胞》雜誌上，並被評為2015年度中國生命科學科學十大進展之一。

▲宋保亮團隊合影

遊牧民族神奇基因突變，降脂新靶點呼之欲出

基因組差異導致的膽固醇代謝效率不同，很早就在宋保亮心中留下了深刻的印象。「上世紀90年代，《新英格蘭醫學雜誌》刊載過一篇論文，有位高齡美國老人持續十年每日食用數十個雞蛋，卻心血管功能正常。而一位上海醫生告訴我，有位中國患者每天也食用數十個雞蛋，僅僅一年之後便發展成為動脈粥樣硬化。」哪些基因突變可以解釋這兩個迥然相異的結局？2010年宋保亮在新疆參加學術會議，了解到當地一個萬人流行病學調查項目，涉及漢族及多個緣起遊牧飲食文化的少數民族，從中發現了群體遺傳學與膽固醇代謝機制關聯的蛛絲馬跡。

通過整整8年合作，宋保亮團隊與新疆醫科大學馬依彤團隊在《科學》雜誌上發表重要論文：在哈薩克族一個低血脂的家系中，鎖定了與低密度脂蛋白膽固醇顯著相關的基因突變LIMA1-K306fs。「研究發現，LIMA1基因特異性表達於小腸，LIMA1蛋白可與我們曾參與發現的膽固醇轉運蛋白NPC1L1互相作用，然後將NPC1L1蛋白錨定到肌球蛋白myosin Vb上，myosin Vb蛋白也參與NPC1L1蛋白的細胞內轉運，從而調控小腸膽固醇的吸收。LIMA1-K306fs突變令飲食偏葷腥的遊牧民族受益良多，該突變位點不僅是『吃貨』的福音，也為開發降脂藥物及基因療法提供新靶點。」

除了基因突變位點靶標，催化膽固醇合成的關鍵限速酶HMGCR通路，也是宋保亮團隊研究的主攻方向，並於近日在《自然通訊》雜誌發表重要成果：一個嶄新化合物有望與傳統他汀類藥物聯用，促進血液膽固醇濃度降低並減少長期服藥的副作用。HMGCR酶活性直接影響膽固醇合成速度及含量，多種已經上市的他汀類藥物，正是HMGCR蛋白競爭性抑製劑，可降低總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白，並提升高密度脂蛋白的血漿濃度。

▲圖片來源：Pixabay

從「刺蝟」通路到阿茲海默症：膽固醇研究新亮點

「人體必須的膽固醇主要由身體自行合成，理論上健康人無需攝入外源性膽固醇也可滿足新陳代謝需求。過去數十年，中國人生活飲食習慣變化很大，不少人從食物中攝入的膽固醇甚至超過內源性膽固醇總量。因此減少膽固醇攝入、降低血液中膽固醇含量，成為防治粥樣斑塊、動脈硬化、冠心病、腦卒中等心腦血管疾病高發的重要手段之一。」除此之外，宋保亮團隊牽手華師大仇文衛實驗室，還從全新的膽固醇共價修飾蛋白機制中，發現了防治肝癌等腫瘤的新思路。

「長期以來人們一直認為Hedgehog是膽固醇共價修飾的唯一蛋白，但我抱懷疑態度。通過合成一種全新膽固醇探針，我們發現了Hedgehog通路裡的另一個關鍵蛋白Smoothened（SMO）也可以被膽固醇共價修飾。」Hedgehog基因突變因可致果蠅胚胎呈多毛狀、酷似刺蝟而得名，Hedgehog通路受靶細胞膜兩種受體控制，其中Patched蛋白由抑癌基因編碼，對Hedgehog通路起負調控作用；而對Hedgehog通路起正向調控作用的正是Smoothened蛋白，由原癌基因編碼，並充當下遊靶基因的轉錄因子。Hedgehog通路異常激活被證實與胚胎髮育、多種癌症相關，不少腫瘤組織病理活檢表明癌細胞組織周邊，Patched和Smoothened蛋白都有異常增高的現象。因此膽固醇全新翻譯後修飾機制，對腫瘤發生發展的防治有重大價值。

此外，宋保亮認為膽固醇代謝失衡與神經退行性疾病之間的關聯，也將是未來研究的主要方向之一。「人體約1/4膽固醇位於腦部，過去學術界認為外周血液中的低密度脂蛋白膽固醇無法通過血腦屏障，而現在有不少證據表明，血液中高濃度膽固醇不僅可能直接損害血腦屏障，膽固醇可能使β-澱粉樣蛋白積聚速度加快。因此研究膽固醇代謝對防治阿茲海默病有重要意義。我們希望未來醫學界能結合化學葯和生物葯的優勢，並聯合基因療法等最新前沿科技手段，造福全球心血管疾病以及代謝性炎症患者。」

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