家族性高胆固醇血症(FH)是一种严重的遗传性脂质代谢障碍疾病，其特征是总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平高，如不及时进行治疗将导致严重的心血管疾病。LDLR基因突变是FH最常见的遗传病因。目前，用于治疗FH的他汀类药物和PCSK9抑制剂的降脂效果在很大程度上取决于FH患者的LDLR残余活性。几乎没有LDLR活性的纯合子FH患者对增强LDLR活性的药物没有或反应很差。因此，探索和开发新的降脂药物，特别是不依赖于患者自身LDLR功能的药物具有重要意义。
2022年3月29日，华中科技大学生命科学与技术学院凃欣教授与厦门大学附属第一医院心内科谢强教授，青岛大学附属妇女儿童医院心脏中心泮思林教授合作在Clinical and Translation Medicine上发表题为“Small extracellular vesiclescontaining LDLRQ722*protein reconstructed the lipidmetabolism via heparan sulfate proteoglycans and clathrin-mediated endocytosis”的研究成果(2022, 12(3):e773)。该研究揭示了小细胞外囊泡(sEV)介导突变蛋白LDLRQ722*重建脂质代谢途径，降低循环中LDL-C水平。
LDLR是由860个氨基酸组成的I型跨膜糖蛋白，包括LDL配体结合结构域、EGF前体同源结构域、O-链接糖结构域、跨膜结构域和胞内结构域，用于受体介导的LDL的内吞作用。根据LOVD FH数据库(https://databases.lovd.nl/shared/genes/LDLR)，截至2022年2月，全球共有3843个LDLR突变的相关报道，其中的突变大部分为杂合突变，纯合突变仅占所有已报道突变的0.67%。通过全外显子组测序，研究人员在一个中国近亲FH家系中发现了一个纯合无义突变LDLR c.C2164T (p.Q722*)(图1A-1B)。该突变定位于LDLR基因的第15外显子(编码O-链接糖结构域)，形成一个含有1-722个氨基酸的截短蛋白LDLRQ722*。根据ACMG最新的遗传变异分类标准和指南，LDLR c.C2164T可归类为致病性突变(PVS1)。
由于LDLRQ722*缺少O-链接糖结构域、跨膜结构域和胞内结构域，LDLRQ722*不能锚定在细胞膜上并分泌到胞外(图1C-1D)。在体外，LDLRQ722*的热稳定性和时间稳定性与野生型LDLR相似(图1E-1F)。考虑到LDLRQ722*存在完整的LDL配体结合结构域，研究人员进一步检测了LDLRQ722*与LDL结合的能力。结果显示LDLRQ722*能够结合LDL并清除细胞外LDL(图1G-1H)。
图1 LDLRQ722*的发现和功能验证
随后研究结果显示小细胞外囊泡(sEV)介导了LDLRQ722*的分泌，LDLRQ722*附着在sEV表面（图2A-2B），sEVAd-LDLR-Q722*依然能够结合LDL并将LDL带入细胞（图2E-2G）。已有的研究显示硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)和网格蛋白介导sEV的内吞。通过添加外源性抑制剂，研究人员证实HSPG和网格蛋白介导了sEVAd-LDLR-Q722*的内吞。sEVAd-LDLR-Q722*结合LDL进入细胞后被转运至早期胞内体，胞内体的酸性环境导致sEVAd-LDLR-Q722*与LDL解离，LDLRQ722*被释放并分泌到细胞外，而LDL进入溶酶体进行降解。
在体内，腺病毒和sEV介导的LDLRQ722*均能降低Ldlr-/-小鼠血浆LDL-C水平。虽然腺病毒介导的野生型LDLR的降脂效果优于LDLRQ722*，但其高免疫原性限制了临床应用。LDLRQ722*附着于sEV表面，作为“天然纳米颗粒”，更安全、更容易使用，为开发新的FH治疗药物提供了思路。
综上所述, 该研究发现了一种引起中国人FH的新型纯合致病突变，但是该致病突变保留了完整的LDL配体结合结构域，可结合血液中LDL并以sEV载体通过HSPG和网格蛋白介导的内吞途径清除LDL。通过外源补充LDLRQ722*可重建脂质生理代谢途径，为FH的诊断和治疗提供了新的见解。
参考文献：
Small extracellular vesicles containingLDLR(Q722*) protein reconstructed the lipid metabolism via heparan sulphateproteoglycans and clathrin-mediated endocytosis. Clin Transl Med.2022;12(3):e773. doi:10.1002/ctm2.773
华中科技大学生命科学与技术学院凃欣教授为该论文通讯作者，华中科技大学周颖超博士，厦门大学第一附属医院谢强教授，青岛大学附属妇女儿童医院泮思林教授为该论文第一作者，该研究得到了国家自然科学基金的支持并于2019年获批一项国家发明专利（ZL201711044797.5）。
外泌体资讯网 Clinical and Translation Medicine∣小细胞外囊泡介导LDLRQ722*重建低密度脂蛋白代谢途径
