膽固醇穩(wěn)態(tài)由體內(nèi)的各種組織相互協(xié)調(diào)，以保持膽固醇吸收、從頭合成以及膽汁清除和外排之間的平衡。眾所周知，血液中膽固醇水平升高，尤其是低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C），會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化，因此被認(rèn)為是心血管疾病的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。

外源膽固醇的吸收在小腸內(nèi)進(jìn)行，而內(nèi)源膽固醇的合成在肝臟內(nèi)發(fā)生。膽固醇的生物合成和吸收是通過(guò)感知細(xì)胞膽固醇水平的負(fù)反饋機(jī)制嚴(yán)格調(diào)節(jié)的，其中SREBP2-SCAP復(fù)合體發(fā)揮重要作用。然而，人們對(duì)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)平衡的具體因子及這些因子如何精確調(diào)節(jié)平衡仍知之甚少。考慮到膽固醇水平升高在心血管疾病中的風(fēng)險(xiǎn)，填補(bǔ)這一知識(shí)缺口至關(guān)重要。

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的王一國(guó)副教授團(tuán)隊(duì)和南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院的張惠杰教授團(tuán)隊(duì)近日首次發(fā)現(xiàn)了一種腸道激素Cholesin，它能夠抑制肝臟中膽固醇的合成，從而降低血液中的膽固醇水平。這項(xiàng)研究成果于2024年3月18日發(fā)表于《Cell》在線版上，有望為高膽固醇血癥和動(dòng)脈粥樣硬化的治療提供一種新策略。
 

圖片來(lái)源：《Cell》
（https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.024）

研究材料與方法
在這項(xiàng)研究中，研究人員構(gòu)建了多個(gè)小鼠模型來(lái)研究Cholesin等蛋白質(zhì)的功能，包括腸道特異性Cholesin基因敲除小鼠、Cholesin基因敲入小鼠和肝臟特異性Gpr146基因敲除小鼠等（其中Cholesin^fl/fl、Cholesin-GFP小鼠由賽業(yè)生物提供）。研究者測(cè)定了多名個(gè)體及實(shí)驗(yàn)小鼠的血漿膽固醇和Cholesin水平。在分析Cholesin的作用機(jī)制時(shí)，研究者采用了CRISPR/Cas9全基因組篩選，后續(xù)采用GST pulldown等方法來(lái)驗(yàn)證。

技術(shù)路線
01 通過(guò)比較不同飲食喂養(yǎng)后的小鼠血漿蛋白圖譜，發(fā)現(xiàn)腸道激素Cholesin
02 探索Cholesin與血漿膽固醇水平之間的關(guān)聯(lián)，并分析Cholesin在膽固醇代謝中的作用
03 發(fā)現(xiàn)Cholesin的受體GPR146，并深入分析關(guān)聯(lián)的信號(hào)通路
04 探究Cholesin單用或與他汀類藥物聯(lián)用是否能對(duì)抗動(dòng)脈粥樣硬化

研究結(jié)果
1.膽固醇誘導(dǎo)的腸道激素Cholesin
研究人員發(fā)現(xiàn)，膽固醇自身作為調(diào)節(jié)因子，通過(guò)負(fù)反饋機(jī)制調(diào)節(jié)膽固醇合成。不過(guò)，在腸道吸收膽固醇后，除了膽固醇外，還有其他因子參與調(diào)節(jié)了肝臟膽固醇的合成。為了確定其他調(diào)節(jié)因子，研究者對(duì)禁食過(guò)夜后喂食普通飲食（RD）和西方飲食（WD）的小鼠血漿蛋白進(jìn)行分析。喂食WD后，研究者觀察到23 kDa附近有一條增強(qiáng)條帶（圖1）。通過(guò)質(zhì)譜分析，研究者發(fā)現(xiàn)該蛋白由功能未知的基因編碼（C7orf50），在小鼠中也有同源蛋白（由3110082I17Rik編碼）。

根據(jù)后續(xù)對(duì)蛋白功能的表征，研究人員將其命名為Cholesin（腸抑脂素）。為了確定哪些組織在進(jìn)食后分泌Cholesin，研究者開展了組織分布分析。結(jié)果表明，Cholesin在腸道中高表達(dá)，在胃中中度表達(dá)（圖1）。于是研究者利用賽業(yè)生物提供的Cholesin^fl/fl小鼠，構(gòu)建了腸道特異性Cholesin基因敲除（IKO）小鼠。與WT小鼠相比，IKO小鼠不再響應(yīng)進(jìn)食或膽固醇刺激下的Cholesin分泌。這些結(jié)果表明Cholesin是一種腸道激素，對(duì)膽固醇吸收做出反應(yīng)。
 

西方飲食促進(jìn)Cholesin的分泌[1]

膽固醇吸收是通過(guò)腸道中腸上皮細(xì)胞表面的NPC1L1作用完成的，因此，研究者推測(cè)Cholesin可能在腸上皮細(xì)胞中表達(dá)。研究者構(gòu)建了Cholesin-GFP基因敲入小鼠（由賽業(yè)生物提供），并將其與Apoa1-mCherry基因敲入小鼠雜交（APOA1是腸上皮細(xì)胞的標(biāo)志物）。結(jié)果表明Cholesin在腸上皮細(xì)胞中表達(dá)。后續(xù)的體外和體內(nèi)分析還表明，NPC1L1介導(dǎo)的膽固醇吸收刺激了Cholesin的分泌。

2.Cholesin調(diào)節(jié)血漿膽固醇水平
Cholesin位于人類7號(hào)染色體的p22區(qū)域，而在不同人群中，該區(qū)域與高膽固醇血癥密切相關(guān)。為了確定Cholesin與血漿膽固醇水平之間的關(guān)聯(lián)，研究人員測(cè)定了600個(gè)人的血漿Cholesin和膽固醇水平，發(fā)現(xiàn)血漿Cholesin水平與總膽固醇水平和LDL-C水平呈負(fù)相關(guān)。在進(jìn)一步分析后，研究者發(fā)現(xiàn)位于Cholesin 3’端附近的SNP（rs1007765）影響了Cholesin的表達(dá)。攜帶rs1007765次要等位基因的人群血漿Cholesin水平顯著升高，而血漿總膽固醇和LDL-C水平降低。rs1007765位于增強(qiáng)子區(qū)域，促進(jìn)了Cholesin的表達(dá)。

接下來(lái)，研究者分析了Cholesin在膽固醇代謝中的作用。Cholesin IKO小鼠在喂食普通飲食或西方飲食后，雄性和雌性小鼠的血漿膽固醇水平均顯著升高（20%），肝臟膽固醇含量也相應(yīng)增加。在分析腸道膽固醇吸收、肝臟膽固醇合成以及極低密度脂蛋白（VLDL）的分泌等多個(gè)因素后，研究者認(rèn)為Cholesin的缺乏至少在部分程度上通過(guò)增加肝臟膽固醇合成和VLDL分泌來(lái)提高血漿膽固醇水平。

3.Cholesin對(duì)膽固醇合成的抑制依賴于GPR146
為了分析Cholesin的作用機(jī)制，研究人員對(duì)MCF7細(xì)胞開展了CRISPR全基因組篩選（圖2）。結(jié)果顯示，Cholesin的受體是GPR146，它是一種參與調(diào)節(jié)膽固醇合成的GPCR孤兒受體。在Gpr146^-/-小鼠的組織和原代肝細(xì)胞中，Cholesin的結(jié)合完全消失。在小鼠原代肝細(xì)胞中，Cholesin處理破壞了GPR146與鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白G(i)亞基α1（GNAI1）的相互作用。在Gpr146^-/-肝細(xì)胞中，WT GPR146的添加則恢復(fù)了Cholesin對(duì)細(xì)胞cAMP水平的抑制作用。這些結(jié)果表明，Cholesin通過(guò)GPR146偶聯(lián)的Gαi信號(hào)傳導(dǎo)抑制cAMP的產(chǎn)生。
 

GPR146是Cholesin的受體^[1]

之后，研究者進(jìn)一步分析了Cholesin是否通過(guò)GPR146抑制小鼠體內(nèi)的膽固醇合成。在肝臟特異性Gpr146基因敲除（LKO）小鼠中，Cholesin對(duì)膽固醇合成和血漿總膽固醇水平的抑制作用被削弱，而添加WT GPR146可恢復(fù)Cholesin對(duì)膽固醇水平的抑制作用，表明GPR146是Cholesin抑制膽固醇合成所必需的。通過(guò)進(jìn)一步的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)Cholesin通過(guò)與GPR146結(jié)合，抑制cAMP/PKA信號(hào)傳導(dǎo)和SREBP2介導(dǎo)的膽固醇合成。

4.Cholesin可對(duì)抗高膽固醇血癥和動(dòng)脈粥樣硬化
他汀類藥物是治療高膽固醇血癥的常用處方藥。于是，研究人員分析了Cholesin單用或與瑞舒伐他汀聯(lián)用是否能對(duì)Ldlr^-/-小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化起到防護(hù)作用。研究者發(fā)現(xiàn)，注射Cholesin顯著降低了膽固醇生成基因的表達(dá)和血漿總膽固醇水平，也能明顯減少動(dòng)脈粥樣硬化病變。有意思的是，Cholesin與瑞舒伐他汀聯(lián)用具有更明顯的抑制作用。

研究結(jié)論

腸上皮細(xì)胞的膽固醇吸收促進(jìn)Cholesin分泌[1]

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一種腸道分泌的激素Cholesin，并提出了一些證據(jù)來(lái)支持Cholesin-GPR146對(duì)高膽固醇血癥和動(dòng)脈粥樣硬化的防護(hù)作用。研究人員發(fā)現(xiàn)，腸上皮細(xì)胞在NPC1L1的協(xié)助下吸收膽固醇，引發(fā)Cholesin的分泌。隨后，Cholesin與GPR146結(jié)合，導(dǎo)致cAMP/PKA-ERK1/2信號(hào)級(jí)聯(lián)的抑制和肝臟膽固醇合成的下調(diào)（圖3）。這項(xiàng)研究有助于人們了解膽固醇代謝過(guò)程中腸道和肝臟之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，也有望指導(dǎo)人們開發(fā)治療高膽固醇血癥和動(dòng)脈粥樣硬化的藥物。

原文檢索：
[1]Hu et al., A gut-derived hormone regulates cholesterol metabolism, Cell (2024), https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.024