胆固醇硫酸酯通过多重机制负调控细胞胆固醇稳态的分子机制研究

胆固醇稳态失衡与多种疾病密切相关。为解决胆固醇代谢调控机制不清的问题，研究人员聚焦胆固醇硫酸酯(CS)这一关键分子，发现其通过促进HMGCR(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶)泛素化降解、抑制LDLR(低密度脂蛋白受体)内吞、阻断SREBP2(固醇调节元件结合蛋白2)活化等多重途径降低细胞内胆固醇水平。该研究为胆固醇相关疾病治疗提供了新靶点，发表于《Molecules and Cells》。

　　

胆固醇是细胞膜结构和信号转导的关键成分，其代谢紊乱与心血管疾病、神经退行性疾病等密切相关。虽然已知25-羟基胆固醇(25-HC)等衍生物参与调控，但胆固醇硫酸酯(CS)作为人体血浆中最丰富的固醇硫酸酯，其作用机制尚不明确。尤其值得注意的是，X连锁鱼鳞病(XLI)患者因固醇硫酸酯酶(STS)缺陷导致CS异常累积，但相关代谢影响仍未阐明。

为揭示CS的调控机制，来自延世大学医学院的研究团队通过体外和体内实验证实，CS能显著降低多种细胞系的胆固醇水平。研究发现，25μM CS处理24-48小时可使细胞内胆固醇降低20%-30%，其作用涉及三大创新机制：首先通过增强INSIG1(胰岛素诱导基因1)介导的泛素化，促进HMGCR经蛋白酶体降解；其次通过抑制LDLR内吞作用减少胆固醇摄取；更重要的是首次发现CS能阻断SREBP2的蛋白水解活化，从而抑制胆固醇合成与摄取相关基因表达。该成果发表于《Molecules and Cells》。

研究采用多项关键技术：通过HMGCR活性测定和免疫共沉淀分析酶活性和蛋白互作；利用DiI-LDL荧光标记和流式细胞术检测胆固醇摄取；采用分子对接和200ns分子动力学模拟解析CS与SCAP/INSIG2复合物的相互作用；建立小鼠模型评估CS与他汀类药物的协同效应。

【CS降低细胞胆固醇水平】
通过Filipin染色和胆固醇定量证实，CS处理使Huh-7细胞胆固醇水平降至与胆固醇耗竭组相当。机制研究表明，CS既抑制由LDS(脂质缺失血清)解除诱导的胆固醇合成，也阻断由FBS(胎牛血清)恢复的胆固醇摄取，但对ABCA1/ABCG8胆固醇外排通路无显著影响。

【CS促进HMGCR蛋白酶体降解】
不同于他汀类药物直接抑制酶活，CS通过增强INSIG1-HMGCR互作，促使HMGCR在K89/K248位点发生泛素化。分子对接显示CS以IC₅₀
=5.6μM的效力诱导该过程，且K89R/K248R突变体能抵抗CS介导的降解。特别值得注意的是，CS能有效抑制他汀类药物引起的HMGCR代偿性升高，小鼠实验中联合用药使阿托伐他汀诱导的HMGCR增加从13倍降至7.5倍。

【CS抑制LDL胆固醇摄取】
短期(4小时)CS处理即可通过非胆固醇依赖途径抑制DiI-LDL内吞，免疫荧光显示CS使LDLR滞留于细胞膜。分子机制涉及CS的硫酸基团改变膜电荷特性，干扰网格蛋白介导的内吞(CME)过程。

【CS阻断SREBP2活化】
RNA-seq分析发现CS可逆转他汀类药物诱导的SREBP2靶基因上调。分子动力学模拟揭示CS与SCAP/INSIG2复合物的结合模式：其硫酸基伸向腔面膜侧，与25-HC共享L343/V355关键结合位点，但I348F突变仅影响25-HC结合而不干扰CS作用，说明二者存在差异化的调控机制。

该研究系统阐明了CS作为胆固醇稳态"多重制动器"的分子机制：通过降解HMGCR抑制合成、阻断LDLR内吞减少摄取、抑制SREBP2活化中断反馈环路。特别具有临床意义的是，CS能缓解他汀类药物引起的HMGCR代偿性升高，但需注意其可能同时抑制SREBP2-LDLR通路而影响他汀疗效。与具有细胞毒性的25-HC相比，CS在XLI患者中即使达到90μM仍无严重不良反应，显示出更好的安全性特征。这些发现不仅为XLI等代谢性皮肤病提供机制解释，也为开发新型胆固醇调节策略奠定了理论基础。