Science丨宋保亮/马依彤合作组揭示人体高胆固醇的“保护基因”
编辑 | 迦 溆
责编 | 狄德罗
心血管疾病（cardiovascular disease，CDV）是目前世界范围内的头号健康杀手，而血浆中“低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）”浓度升高，则是导致心脑血管疾病的主要风险之一。
LDL-C水平受遗传和饮食双重控制，了解人体LDL-C水平的遗传调控机制是相关疾病诊治和医药研发的先决条件。然而，目前人们只鉴定出少数影响LDL-C水平的基因。自发基因突变频率在已知人群的不同种族之间差别巨大，据悉，为发现新的调控胆固醇的基因，武汉大学生命科学学院宋保亮研究组与新疆医科大学马依彤团队合作，着重分析新疆地区少数民族——哈萨克族人群的基因图谱，最终发现LIMA1基因突变可导致人小肠胆固醇吸收效率下降、血浆LDL-C水平降低，突变携带者除胆固醇水平降低以外，各项指标健康，这提示LIMA1可以作为新的降胆固醇药物研发靶点，并且有助于理解为什么哈萨克族人虽然消耗较多牛羊肉，但心脑血管疾病患病率却低于汉族人群。相关工作于北京时间6月8凌晨以A LIMA1 variant promotes low plasma LDL cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption 为题在线发表在Science杂志上（研究长文，Research Article）。
血浆LDL-C水平在不同个体之间存在较大差异，并且具有一定的遗传性【1, 2】。已有的研究发现，人群中有一些自发基因突变和血浆LDL-C水平有关，例如LDLR (LDL receptor), ARH (Autosomal recessive hypercholesterolemia) , PCSK9 (Proprotein convertase subtilisin /kexin type 9) 等基因，有一些突变会造成血浆LDL-C水平升高，增加罹患心血管疾病的风险【3-5】；而PCSK9, APOC3 (Apolipoprotein C3), APOB (Apolipoprotein B), NPC1L1 (Niemann-Pick C1 Like 1), MTTP (Microsomal triglyceride transfer protein), ANGPTL3 (Angiopoietin-like 3), ANGPTL4（Angiopoietin-like 4）等基因有一些突变会造成血浆LDL-C水平降低，从而降低患心血管疾病的风险【6-12】。但目前只有少数和LDL-C水平有关的基因突变被鉴定出来，其他很多影响LDL-C水平的基因突变仍然未知【13】。人群中自发基因突变频率在不同种族间有差别，因此在不同的种族中进行研究可以鉴定出更多新的自发基因突变【14】。鉴定和血浆LDL-C水平有关的基因突变可以深入了解LDL-C水平的调控机制，并为治疗心血管疾病提供新的药物靶点。
为了鉴定新的和血浆LDL-C水平有关的基因突变，武汉大学宋保亮研究组和新疆医科大学马依彤研究组合作，针对新疆地区哈萨克族中一个部分成员血浆LDL-C水平降低的家系进行研究。他们利用全外显子组测序和全基因组连锁分析的方法，鉴定到了LIMA1 (LIM domain and actin binding 1) 基因的一个杂合移码缺失突变LIMA1-K306fs（下图）和血浆低LDL-C水平有关。
通过用气相色谱-质谱仪 (GC-MS) 测定该家系成员血浆中芸苔甾醇：7-烯胆烷醇（Ca: L）的比值（芸苔甾醇是一种只能从饮食中吸收获得的植物固醇，而7-烯胆烷醇是胆固醇合成的中间物质，血浆中7-烯胆烷醇的水平和胆固醇的内源合成密切相关，因此Ca: L是胆固醇吸收效率的指标，其值和胆固醇吸收效率正相关【15】），他们于是发现携带LIMA1-K306fs突变成员的小肠胆固醇吸收降低。
随后，研究人员制备并纯化了抗小鼠LIMA1蛋白的抗体，检测LIMA1蛋白的小鼠组织表达谱，结果表明LIMA1蛋白在小肠组织高表达（这一结果显然符合预期，因为小肠是胆固醇的主要组织，由膜蛋白NPC1L1负责介导胆固醇的吸收）。
为了进一步验证LIMA1蛋白可能在胆固醇吸收过程中的重要作用，研究人员构建了Lima1基因敲除小鼠，通过测定小鼠胆固醇吸收以及检测小鼠血浆中的胆固醇水平，发现Lima1基因缺失会导致小鼠胆固醇吸收减少、血浆胆固醇水平降低，并且Lima1基因敲除小鼠能够抵抗饮食诱导的高胆固醇血症。
在验证了LIMA在1蛋白参与胆固醇吸收的重要生理功能之后，为进一步弄清楚相关分子机制，研究人员通过免疫沉淀结合质谱的方法检测LIMA1的结合蛋白，鉴定出LIMA1蛋白能结合NPC1L1和myosin Vb蛋白，已知NPC1L1是介导胆固醇肝肠吸收的关键蛋白【16, 17】，myosin Vb蛋白参与NPC1L1蛋白的细胞内转运【18】。小鼠小肠免疫荧光染色实验表明，LIMA1、NPC1L1和myosin Vb蛋白在小肠绒毛上皮细胞刷状缘膜上存在共定位（下图）。
此外，细胞水平的研究还发现，LIMA1蛋白参与NPC1L1蛋白从内吞循环体 (Endocytic recycling compartment，ERC) 向质膜 (Plasma membrane）的细胞内转运过程。细胞和分子水平研究表明，LIMA1蛋白介导NPC1L1蛋白和myosin Vb蛋白相互作用，从而参与NPC1L1蛋白的细胞内转运，如果阻断LIMA1和NPC1L1。的结合可以抑制NPC1L1介导的胆固醇吸收（下图）。
总的来说，该研究从发现新的调控胆固醇基因的角度出发，在选好人群研究样本的情况下通过运用全基因组关联分析手段最终发现了调控胆固醇吸收的新基因LIMA1，然后进一步通过小鼠模型验证了该新基因的功能，最后充分运用高精尖的质谱分析手段并结合分子与细胞生物学方法阐明了LIMA1调控胆固醇吸收的分子机制。
不得不说，整篇论文逻辑性非常好，由表及里、由浅入深、环环相扣，非常值得学习和细读，该论文可称作研究的典范（过去很多全基因组关联分析的论文通常会发现许多关联或者疾病易感基因，但是大多数论文往往止步于此，尚缺乏验证性的深入到分子层面的机理研究）。
据悉，张莹钰博士、付真彦博士和魏健博士为该论文的共同第一作者，宋保亮教授和马依彤教授为共同通讯作者。
宋保亮教授实验室长期致力于胆固醇代谢研究，已取得一系列引领该领域的原创性研究成果，包括：发现了细胞内胆固醇运输的新途径、新的胆固醇共价修饰蛋白和胆固醇稳态调控的新机制。近年来，作为通讯作者在Cell，Science，Nature Medicine，Cell Metabolism（4篇），Nature Cell Biology 和 Molecular Cell等期刊上发表系列高水平研究论文【19-26】（部分成果详见BioArt此前的报道：宋保亮组发现新型胆固醇共价修饰蛋白；宋保亮李伯良组合作首次揭示了脂质过度累积引发活性氧增多的分子机制）。这次他们发现LIMA1基因突变导致血浆低LDL-C水平，并阐明了LIMA1蛋白参与胆固醇吸收的分子机制，加深了对人体胆固醇代谢稳态的认识，为治疗高脂血症提供了新的可能。
马依彤教授是新疆医科大学第一附属医院心内科主任、新疆心血管病研究所所长，著名的心血管病专家，在心血管内科领域做出过杰出贡献并享有很高的声望，他还是美国心脏病学院会员，同时还是西北第一位获此荣誉的心血管病专家。
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