探本溯源，一个世纪以来与低密度脂蛋白和高密度脂蛋白相关的关键里程碑式研究和突破
探本溯源，一个世纪以来与低密度脂蛋白和高密度脂蛋白相关的关键里程碑式研究和突破
低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）是血脂检测中的两个重要指标，它们与心血管疾病的发生发展密切相关。自20世纪40年代以来，科学家们对这两种脂蛋白进行了大量研究，取得了许多重要突破。本文将为您梳理过去一个世纪中与LDL和HDL相关的关键里程碑式研究，帮助您更好地理解这些研究对现代医学的影响。
图1 脂蛋白相关里程碑式研究示意图
LDL研究的里程碑
LDL的研究始于第二次世界大战期间。John Gofman和J Robert Oppenheimer等科学家使用超速离心机分离钚。战后，Gofman领导加州大学伯克利分校的一个医学研究小组，应用超速离心技术对血浆脂蛋白进行分类，从而产生了现在仍然使用的低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）等分类方法。
Gofman的同事Frank Lindgren和Alexander Nicholls进一步描述了脂蛋白的结构、功能和代谢作用，Richard Havel则使用制备型超速离心机测定脂蛋白。随后，Donald Fredrickson、Robert Levy和Robert Lees于1967年提出了人类血脂异常的临床分类系统。
自1970年代以来，无数研究人员探索出了LDL与动脉粥样硬化相关的机制，包括：
- 通过吞噬聚集的LDL颗粒形成巨噬细胞源性泡沫细胞
- 释放具有局部和全身效应的生物活性促炎脂质
- 细胞外脂质沉积（如胆固醇晶体）的形成
- 诱导固有免疫和适应性免疫应答
- 诱导血栓前基因的表达
- 损害动脉斑块内细胞胞葬功能
- 促进动脉斑块侵蚀和破裂等
数千篇评估这些机制的文章，确立了LDL与动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）风险之间的联系。
为了扩大低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）的诊断应用，有必要绕过超速离心法。从1972年开始使用Friedewald方程，直到最近被更准确的Sampson-NIH和Martin-Hopkins方程所取代。Petar Alaupovic、Antonio Gotto和其他许多人员对致动脉粥样硬化脂蛋白载脂蛋白成分的鉴定，促进了对代谢途径的理解，确定了新的药物靶点和临床工具来诊断和监测高危患者。1963年，Kåre Berg鉴定了脂蛋白(a)（Lp(a)），随后Richard Lawn团队于1987年克隆了LPA基因。
Joseph Goldstein和Michael Brown因发现LDL受体获得了诺贝尔奖，这一发现对生物学和医学产生了深远的影响。他们定义了受体介导的内吞作用，并通过整合细胞生物学、分子生物学和分子遗传学在功能上确定了LDL受体的特征，这有助于诊断家族性高胆固醇血症（FH）患者和研发降低LDL-C的治疗方法。
与此同时，Akira Endo于1976年发现了第一种他汀类药物——Compactin，可降低杂合子FH患者的LDL-C，随后被证明可降低所有高危人群的临床ASCVD事件和死亡率，即使是血脂水平明显正常的人群。其他降低LDL-C的疗法进一步降低了他汀类药物治疗后的残余风险。Harry“Chip”Davis研发的依折麦布，可与他汀类药物联用以延迟ASCVD事件。
此外，Helen Hobbs和Jonathan Cohen应用孟德尔随机化方法，发现了PCSK9功能丧失个体的血浆LDL-C浓度和ASCVD事件风险均降低，这激发了人们对PCSK9抑制剂的研发，包括单克隆抗体（阿利西尤单抗和依洛尤单抗）和短干扰RNA（Inclisiran）。未来，将持续研发抑制PCSK9的方法，包括疫苗、CRISPR/Cas9基因组编辑技术，以及Evinacumab等，以更好地控制纯合子FH患者的LDL-C水平。
HDL的生物学突破
1960年代中期，John Glomset发现了卵磷脂胆固醇脂酰转移酶（LCAT），这是HDL领域最具影响力的重大发现之一。虽然Sperry及其同事于1935年首次描述了血浆胆固醇酯化，但Glomset及其同事首先证明了LCAT催化磷脂酶和酰基转移酶步骤，从而生成胆固醇酯。
另一项关键进展来自Framingham心脏研究，该研究表明HDL-C与冠心病（CHD）风险呈负相关。自此，HDL-C成为了临床指南中推荐的常规诊断检测指标，用于评估CHD风险。
HDL的早期基础报告促使对其组成蛋白质和脂质进行检测，以了解其保护特性。HDL的血管内代谢或重塑是主要蛋白质成分载脂蛋白A-I（Apo A-I）的粒径不均一性和交换性的基础。HDL重塑需要2种载体蛋白，即胆固醇酯转运蛋白（CETP）和磷脂转运蛋白（PLTP）。
其他人则关注HDL Apo A-I的物理和生化特性。Jere Segrest描述了Apo A-I的两亲性α-螺旋特征。1980年，计算生物学和分子生物学克隆一致表明，Apo A-I由10个串联重复的22-mer结构域组成，其中包含两亲性α-螺旋基序。这些重复的螺旋片段是Apo A-I以及整个载脂蛋白基因家族特异性的基础。
HDL可以与多种其他类型的蛋白质弱结合。迄今为止，已有200种不同的血浆蛋白与HDL相关。HDL也可转运脂质，但磷脂相对较多，甘油三酯较少，。此外，HDL还可向组织递送多不饱和脂肪酸，如二十碳五烯酸和二十二碳己酸。
1983年，HDL胆固醇酯被证明可以选择性地从载脂蛋白成分中去除，而不是作为一个完整的颗粒被吸收。随后，在1994年，Monty Krieger鉴定并克隆了B族I型清道夫受体（SR-BI），描绘了指导选择性摄取HDL胆固醇酯的受体，再次强调HDL和LDL的代谢遵循不同的机制规则。
随着基因编辑动物模型在动脉粥样硬化研究中的应用，Edward Rubin在1991年直接评估了血浆HDL浓度升高对心脏的保护作用，这与数十年来HDL-C升高和CHD风险降低之间的流行病学关联一致。这些研究重新燃起了人们阐明HDL保护基础的兴趣。
1996年，Jack Oram和Shinji Yokoyama通过对重度HDL缺乏的丹吉尔病患者的成纤维细胞的研究，预测了一种假定的胆固醇转运体。随后，在1999年，三个研究小组同时发表ATP结合盒转运蛋白A1（ABCA1）的致病变异体可导致丹吉尔病。在2000年，脂蛋白和血管生物学研究的融合重新燃起了人们对HDL和Apo A-I的动脉粥样硬化保护抗炎特性的兴趣。
2010年的一项研究表明，HDL Apo A-I在T细胞水平上具有保护作用。随后，在2011年，Daniel Rader发现，HDL外流能力比浓度更能预测动脉粥样硬化负荷，并非所有血浆HDL都具有功能。迄今为止，已有数千篇期刊文章描述了脂质、蛋白质、RNA和其他物质如何导致HDL功能失调，并将HDL功能置于比浓度更重要的心脏保护地位。
2006年，辉瑞公司研发的CETP抑制剂（Torcetrapib）尽管能够显著升高血浆HDL-C水平，但未能减少CHD事件，此后对HDL的科学兴趣开始减弱。这些药物对心血管结局的有利影响实际上可能源于其降低LDL的能力。
除了去除细胞胆固醇外，HDL的其他潜在有益功能包括抗氧化、抗炎、抗糖尿病和抗血栓形成作用。在动物模型中，直接输入HDL可迅速逆转和稳定动脉粥样硬化斑块，并预防缺血性组织损伤。有研究探索了重组LCAT增加HDL-C和潜在降低SHD风险的能力，但因其II期结果不尽人意，最近停止了开发。
最近由Borge Nordestgaard领导的孟德尔随机化研究提示，HDL调节药物的失败是因为HDL-C仅仅是ASCVD的生物标志物，而与ASCVD没有因果关系。令人意外的是，最近的研究显示，非常高的HDL-C>80 mg/dL（>2 mmol/L）水平与ASCVD风险呈正相关。未来，将HDL功能检测转化为常规诊断检测可能会提高预测ASCVD风险的能力。我们需要更多的研究来确定靶向药物以改善HDL功能，而不是简单地调节HDL-C水平。
尽管HDL作为药物靶点存在各种科学缺陷，但HDL仍然是一个令人兴奋和有趣的研究领域。Michael Hayden和Gwendalyn Randolph等人的实验室研究表明，肠道HDL的一个潜在作用可能是保护肝脏免受肠道内有害促炎脂类（如脂多糖）的影响。目前对多种疾病开展的研究提示，靶向HDL最终产生的临床益处可能超过与ASCVD风险相关的益处。
在这篇简短的综述中，我们只对大量脂蛋白研究进行了概述，在有限的篇幅内，无法适当地引用或承认任何研究人员或团队的工作。我们要强调的是，因为脂蛋白科学家维持了John Gofman等该领域先驱点燃的研究连锁反应，世界已经变得更好！
参考文献：
Mary G Sorci-Thomas, Robert A Hegele, Alan T Remaley. et al. A Century of Milestones and Breakthroughs Related to Low- and High-Density Lipoproteins. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2024 Jan;44(1):7-11.