含载载脂蛋白(a)的低密度脂蛋白的结构、功能及生化特性研究

《Journal of Colloid and Interface Science》：Structural, functional and biochemical characterisation of apolipoprotein(a)-containing low-density lipoproteins

动脉粥样硬化中低密度脂蛋白(a)（Lp(a)）的结构与功能差异及其亚型特征研究。通过分离健康个体的低和高Lp(a)总LDL亚型，结合FTIR、SAXS和DLS分析，发现高Lp(a)组LDL脂质清除能力显著降低，核心-壳层散射质量比差异显著，且Lp(a)主要富集于小 dense LDL6亚型。结构特征（如蛋白壳厚度）与功能（脂质清除效率）的关联提示LDL6在动脉粥样硬化中的作用。

　　动脉粥样硬化是心血管疾病（CVDs）的主要诱因，每年导致约1790万人死亡，占全球总死亡人数的三分之一。动脉粥样硬化表现为动脉壁上脂肪斑块的积累，这会阻碍血流或导致完全阻塞。这一过程通常在多年内悄然发生，直到出现显著并发症时才表现出症状。动脉粥样硬化的形成过程涉及多种因素，包括炎症反应和脂质代谢的改变。因此，维持脂质平衡至关重要，这包括有效的脂质摄取、胆固醇外流和酯化等过程。这些功能主要由脂蛋白在循环系统中执行，脂蛋白是复杂的纳米颗粒，由不同的脂质和载脂蛋白组成。脂蛋白的类型和亚型可以根据其结构、组成以及蛋白质与脂肪的比例进行分类。其中，高密度脂蛋白（HDL）和低密度脂蛋白（LDL）是最为人熟知的两种。HDL在逆向胆固醇转运（RCT）中起着关键作用，它能够从外周细胞中移除胆固醇并将其运输至肝脏进行清除。此外，HDL还具有抗炎和抗氧化等特性。相反，LDL则负责将胆固醇输送至外周组织，从而在动脉粥样硬化斑块的形成中发挥重要作用。LDL沉积在动脉壁上，导致脂肪和胆固醇的积累，这是动脉粥样硬化的初始阶段。一个关键的方面是LDL在氧化应激作用下被氧化，生成氧化型LDL（ox-LDL）。ox-LDL在动脉壁上的积累是有害的，因为巨噬细胞会吞噬这些物质。过量的ox-LDL在巨噬细胞内积累会导致细胞功能障碍和泡沫细胞的形成，泡沫细胞是动脉斑块的关键组成部分，进一步推动动脉粥样硬化的进展。

尽管LDL-C（低密度脂蛋白胆固醇）水平是评估动脉粥样硬化风险的传统指标，但单独依靠这一指标并不能完全反映LDL的致动脉粥样硬化性。因此，越来越多的研究开始关注LDL的超微结构和功能特性。例如，小而密的LDL（sdLDL）更容易被动脉壁保留，并且更容易被氧化，从而比大而轻的LDL（lbLDL）更有效地促进动脉粥样硬化。这些发现表明，LDL的大小和结构对其致动脉粥样硬化性具有重要影响。为了进一步探索这一现象，研究者利用小角X射线散射（SAXS）技术对sdLDL进行了结构分析，并发现其在健康个体与高甘油三酯血症患者之间的差异。这表明，sdLDL可能是识别新临床标志物或开发针对性治疗策略的重要研究对象。然而，对于Lp(a)（脂蛋白a）的结构分析尚未进行，而Lp(a)被认为是动脉粥样硬化发展过程中一个关键的参与者，并且与心血管疾病的风险增加密切相关。

Lp(a)是一种被修改过的LDL变体，其结构与LDL相似，但额外包含了一种称为载脂蛋白(a)（Apo(a)）的蛋白质。Apo(a)通过二硫键与LDL的主要成分载脂蛋白B-100（ApoB-100）共价连接。Apo(a)的长度因个体基因型的不同而存在显著差异，具体表现为KIV-2重复单位的数量不同。KIV-2重复单位的数量直接影响Lp(a)颗粒的大小：较少的KIV-2重复单位会导致较小的Apo(a)同工型，从而生成更密集、更紧凑的Lp(a)颗粒；而较多的KIV-2重复单位则会形成较大的颗粒。Apo(a)具有“突出”构型，使其能够与其他生物分子相互作用，这赋予了Lp(a)独特的生物特性，例如其促炎特性。Apo(a)的结构类似于纤溶酶原，但缺乏纤溶活性，因此可以被视为一种凝血因子，这进一步增加了心血管疾病的风险。

值得注意的是，许多研究表明较小的Apo(a)同工型与较高的血浆Lp(a)浓度和更强的心血管疾病风险相关，这一关联在LDL胆固醇水平不高的情况下依然存在。然而，也有研究发现Apo(a)大小与心血管疾病风险之间并无明确联系。这种不一致可能源于研究方法、样本群体或分析参数的差异。因此，进一步的研究需要明确Apo(a)的大小与Lp(a)致动脉粥样硬化性的具体关系，以及其在不同人群中的作用。

为了深入了解Lp(a)的致动脉粥样硬化性及其在心血管疾病中的作用，本研究旨在通过结构和功能分析，揭示低Lp(a)和高Lp(a)含量的LDL样本之间的差异。这些样本来源于血脂水平正常的健康个体。我们采用SAXS技术分析了这些样本的超微结构，并利用动态光散射（DLS）技术测量了它们的流体力学尺寸。SAXS技术因其能够在接近生理条件下快速、原位地探测溶液中的纳米结构而被选用。此外，SAXS的数据分析相对简便，提供了一种比低温透射电子显微镜（cryoTEM）更高效的研究方法。为了确定功能差异，我们比较了低Lp(a)和高Lp(a)个体的血清生化组成，并使用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术测量了纯化LDL亚分数去除模型膜上脂质的能力。最后，我们采用SDS-PAGE和Western blot分析技术，研究Lp(a)是否主要分布在小而密的LDL（sdLDL）或大而轻的LDL（lbLDL）亚分数中。

通过这些方法，我们发现高Lp(a)含量的LDL在去除模型膜上的脂质方面表现出显著的较低能力。然而，这种功能差异并不能完全与总LDL亚分数的结构差异相关联，除非通过SAXS技术观察到颗粒的核心与外壳散射质量（SM）比存在显著差异。进一步的SAXS测量显示，高Lp(a)含量的sdLDL亚分数（LDL6）表现出更厚的蛋白质外壳，这一特征在总LDL亚分数中并未直接观察到。这些发现提示我们，LDL6亚分数在LDL功能障碍中可能扮演着关键角色。因此，未来的研究应更加关注这些特定亚分数的结构和功能特性，以更全面地理解Lp(a)在动脉粥样硬化中的作用。

本研究的结构和功能分析不仅有助于揭示Lp(a)的致动脉粥样硬化性，还为将其作为心血管疾病的生物标志物提供了新的视角。此外，这些研究结果可能为设计针对性的治疗策略提供理论依据。由于Lp(a)水平主要由遗传因素决定，而非饮食或环境因素，因此在临床实践中，了解其结构和功能特性对于精准诊断和个性化治疗具有重要意义。同时，本研究的发现也为未来探索Lp(a)在其他病理过程中的作用，如炎症性疾病和血栓形成，提供了基础。

Lp(a)的临床测量存在一定的挑战，主要是由于其结构的异质性和研究结果的不一致。这种异质性使得Lp(a)在不同个体间的浓度和功能特性存在较大差异。因此，深入研究Lp(a)的结构和功能对于开发更有效的诊断工具和治疗手段至关重要。本研究的成果为这一领域提供了重要的参考，有助于推动Lp(a)作为心血管疾病生物标志物的临床应用。此外，研究还揭示了Lp(a)在脂蛋白功能障碍中的潜在作用，这为未来的研究方向提供了新的思路。通过进一步的实验和临床研究，可以更全面地理解Lp(a)的生物学特性及其在动脉粥样硬化和其他心血管疾病中的具体作用。