载脂蛋白A_I结构及其功能_王云龙
ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＬＩＦＥ ２００８，２８（３）
文章编号： １０００－１３３６（２００８）03－0279-04
载脂蛋白Ａ－Ｉ结构及其功能
王云龙 卢恕来１ 陈保生
（中国医学科学院基础医学研究所，北京协和医学院国家医学分子生物学重点实验室，北京１００００５；１青岛市市立医院口腔科，青岛２６６０１１）
摘要：载脂蛋白Ａ－Ｉ（ａｐｏｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ Ａ－１， ＡｐｏＡ－Ｉ）是高密度脂蛋白的重要组成成分，高密度脂蛋白对于冠心病有重要的保护作用。盘状高密度脂蛋白或者ＡｐｏＡ－Ｉ是体内胆固醇逆向转运过程的关键因子，而游离的ＡｐｏＡ－Ｉ是胆固醇和磷脂的受体，因此，了解其结构对于研究其功能显得尤其重要。本文对ＡｐｏＡ－Ｉ单体的结构、未结合脂质，以及结合磷脂后的构象及其相关功能作了综述。
关键词：载脂蛋白Ａ－Ｉ；结合磷脂；盘状高密度脂蛋白
中图分类号：Ｑ７１
１． 载脂蛋白Ａ－Ｉ的单体结构
载脂蛋白Ａ－Ｉ（ａｐｏｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ Ａ－１， ＡｐｏＡ－Ｉ）是在肝脏和小肠中合成的，经过蛋白酶解加工后形成由２４３个氨基酸残基组成的单一多肽［１］。它包括Ｎ末端４３个氨基酸残基构成的球形结构域，随后的序列４４￣２４３形成了十个串联重复的α螺旋，其中八个螺旋包括２２氨基酸残基，另外两个由１１个氨基酸残基组成［２］。研究显示，Ｎ端在哺乳动物中高度保守［３］，而且在序列４４￣６５和２２０￣２４１区域与脂质的亲和力最强［４］，Ｃ末端具有很强的疏水性［５］。
２． ＡｐｏＡ－Ｉ未结合脂质的构象
ＡｐｏＡ－Ｉ以多种形式存在，有未结合脂质（ｌｉｐｉｄ－ｆｒｅｅ）、少量结合脂质以及结合脂质等状态，未结合的ＡｐｏＡ－Ｉ很容易与脂质相结合，人血浆中大约有５％￣１０％的ＡｐｏＡ－Ｉ是以游离状态存在的，其主要是经过肝脏和小肠直接分泌的或者是从高密度脂蛋白（ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ， ＨＤＬ）上解离出来的［６］。由于未结合磷脂的ＡｐｏＡ－Ｉ与三磷酸腺苷结合盒转运蛋白Ａ１（ＡＴＰ ｂｉｎｄｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ Ａ１， ＡＢＣＡ１）相联系，ＡＢＣＡ１对于维持ＨＤＬ的水平有关键作用，因此，研究在此状态下ＡｐｏＡ－Ｉ的结构，也就很有意义［７，８］。２００６年，研究人员在三乙酰丙酮铬（ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｔｒｉｓ－ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）存在状态下得到了完整的ＡｐｏＡ－Ｉ晶体，结果显示，未结合脂质的ＡｐｏＡ－Ｉ分子由一对反向平行的螺旋束所组成，Ｎ末端有四个螺旋所构成的螺旋束，Ｃ末端有两个螺旋构成的螺旋束。同时，Ｎ末端区对于维持这种未结合脂质的构象起了至关重要的作用。如图１所示，Ａ为完整的ＡｐｏＡ－Ｉ构象，Ｂ的中间为完整的ＡｐｏＡ－Ｉ构象，外围的为?４３ ＡｐｏＡ－Ｉ，由于其缺失了Ｎ末端部分，所以构象与完整的显著不同，呈现马蹄形（ｈｏｒｓｅｓｈｏｅ）或带形（ｂｅｌｔ）［８，９］。３． ＡｐｏＡ－Ｉ如何与磷脂结合
单体的ＡｐｏＡ－Ｉ中含有很多芳香族的残基：Ｔｒｐ、Ｐｈｅ和Ｔｙｒ。这些芳香族残基主要存在于ＡｐｏＡ－Ｉ序列的三个区域４９￣７３、９８￣１１６和２２４￣２３７，它们大部分位于环型结构的内侧。另一方面，脂质结合实验证明，４４￣６５、１００￣１２１、２１０￣２４１是重要的脂质结合部位。很明显，这些与脂质结合相关的部位都富含芳香族氨基酸。这也显示出，芳香族氨基酸在结合脂质上发挥至关重要的作用。在?４３ＡｐｏＡ－Ｉ四聚体结构中，所有的Ｐｈｅ和Ｔｒｐ都位于内侧，这些芳香基团都相互作用，如图２Ｂ中两个Ｔｙｒ１９２和两个Ｐｈｅ７１形成疏水簇。另外，Ｔｙｒ１６６、Ｔｙｒ１００、Ｐｈｅ１０４、Ｔｒｐ１０８、Ｔｙｒ１１５、Ｐｈｅ２２５、Ｐｈｅ２２９以及Ｔｙｒ２３６都相互作用，从而稳定了
收稿日期：２００７－１２－１６
国家“９７３”计划（２００６ＣＢ５０３８０１）资助
作者简介：王云龙（１９７８－），男，博士生，Ｅ－ｍａｉｌ： ｗｙｌｓｕｎ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ；卢恕来（１９７８－），女，硕士，医师， Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｓｈｌ９７＠１６３．ｃｏｍ；陈保生（１９３７－），男，博士，教授，博士生导师，联系作者，Ｅ－ｍａｉｌ： ｂｓｃｈｅｎ＠ｉｂｍｓ．ｐｕｍｃ．ｅｄｕ．ｃｎ
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表面结合，同时伴随着α螺旋度的增加，大概是在序列１９０￣２２０这个区域里，Ｎ末端的螺旋束开始发生构象上的改变，开始由螺旋疏水面之间的相互作用转变成螺旋疏水面与脂质之间的作用。在这个过程中，增加的α螺旋度主要是位于序列１２３￣１４２这个区域，继而，Ｎ端的螺旋都与脂质相结合（图３）。
２００７年，Ｂｈａｔ等［１２］研究ＡｐｏＡ－Ｉ与磷脂结合时发现，两个ＡｐｏＡ－Ｉ分子大约能结合１５０个棕榈酰油基磷脂酰胆碱分子，伴随着磷脂分子数目及结合脂质状态的升高，Ｎ、Ｃ端的疏水基团的相互作用降低。这显示，Ｎ、Ｃ端的相互作用，可以使未结合脂质状态下ＡｐｏＡ－Ｉ的三级结构稳定，同时，又可以根据磷脂数目的多少来解折叠。因此，这些Ｎ端、Ｃ端的
稳定ＡｐｏＡ－Ｉ的三级结构的构象发生变化后，会导致未结合脂质的ＡｐｏＡ－Ｉ解折叠，最终与磷脂结合，形成ＡｐｏＡ－Ｉ与磷脂的复合物。４． 盘状的ＨＤＬ
１９９９年Ｓｅｇｒｅｓｔ等［１３］根据ＡｐｏＡ－Ｉ中的疏水性氨基酸所在的位置，提出ＡｐｏＡ－Ｉ的α螺旋每三圈有１１个氨基酸，即α１１／３螺旋模型，并不是我们所熟知的每圈３．６个氨基酸的α螺旋，他认为，如果按照α螺旋每三圈有１１氨基酸的排列方式，那么疏水性氨基酸会集中到一测，有利于与磷脂双分子层的结合，同时还提出了两个ＡｐｏＡ－Ｉ分子与磷脂结合的ＬＬ５／５模型，即两条反向平行的ＡｐｏＡ－Ｉ分子的螺旋５与另一分子的螺旋５上下对准［图４（Ａ）］，螺旋５为蓝色。２００３年Ｄａｖｉｄｓｏｎ和Ｈｉｌｌｉａｒｄ根据他们的研究结果，提出了三种可能的ＡｐｏＡ－Ｉ结合脂质的定位：反向平行
图２ ?４３ＡｐｏＡ－Ｉ结构中芳香残基的分布［１０］
（Ａ）单体。
（Ｂ）四聚体。
图１ 未结合脂质的完整的ＡｐｏＡ－Ｉ结构模式图及完整和?４３ＡｐｏＡ－Ｉ（缺失Ｎ端１￣４３氨基酸的突变体）的比较图
［８，９］
（Ａ）完整ＡｐｏＡ－Ｉ构象。（Ｂ）中间为完整的ＡｐｏＡ－Ｉ构象，外围的为缺失了Ｎ端部分的?
４３ ＡｐｏＡ－Ｉ。
ＡｐｏＡ－Ｉ未结合脂质的结构。从图２中可以看出在四聚体中与脂质结合相关的芳香残基都位于内侧，因此，可以猜测脂质可以直接进入ＡｐｏＡ－Ｉ形成的这个环型的洞中，关键的问题是脂质是如何开始与ＡｐｏＡ－Ｉ相作用，最后形成ＨＤＬ［１０］。
２００３年Ｓａｉｔｏ等［１１］提出了ＡｐｏＡ－Ｉ结合脂质而形成球形ＨＤＬ颗粒两步走的模型。他们认为在未结合脂质的情况下，ＡｐｏＡ－Ｉ有两部分组成，一部分是Ｎ端的螺旋束，另一部分是Ｃ端独立的结构；与脂质结合时，首先是ＡｐｏＡ－Ｉ Ｃ末端的α双性螺旋与脂质
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（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ）、偏反向平行（ｓｌｉｄ－ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ）以及反向的
Ｚ模型（Ｚ－ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）［１４］
。与ＬＬ５／５不同，Ｓｉｌｖａ等［１５］
提出了ＬＬ５／２模型，他们认为一个ＡｐｏＡ－Ｉ分子的螺旋５和另一个ＡｐｏＡ－Ｉ分子的螺旋２相对准［图４（Ｂ）］。２００５年，Ｂｈａｔ等［１６］研究结果显示，两个ＡｐｏＡ－Ｉ分子以带状形式反向平行结合于磷脂表面，同时，一分子的４、５螺旋与另一分子的４、５螺旋相互靠近。另外，与脂质结合后，Ｎ末端会弯曲与自身形成发卡结构；同时Ｂｈａｔ等认为，Ｎ末端的这种发卡结构可以有助于与Ｃ末端疏水性区域的相互作用，从而利于该结构的稳定［图４（Ｃ）］。５． 结构与功能的关系
ＡｐｏＡ－Ｉ结合少量磷脂的情况下与ＡＢＣＡ１的功能相关联，促进胆固醇及磷脂的外流。结合磷脂的情况下会激活卵磷脂胆固醇酰基转移酶（ｌｅｃｉｔｈｉｎ ｃｈｏ－ｌｅｓｔｅｒｏｌ ａｃｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ， ＬＣＡＴ），同时与ＨＤＬ的受体ＳＲ－ＢＩ的功能相关联，从而选择性的促进脂质的摄取和胆固醇的外流［７］。
ＡｐｏＡ－Ｉ抗动脉硬化的作用决定了其在胆固醇逆
转运中扮演了重要角色，这个过程介导了外周组织细胞的过剩的胆固醇逆转运回肝脏，并最终排出体外。作为ＨＤＬ主要的蛋白质成分，ＡｐｏＡ－Ｉ介导了以下三步的胆固醇逆转运：（１）在细胞表面转运子ＡＢＣＡ１的作用下，摄取细胞的游离胆固醇和磷脂，生成新生的ＨＤＬ。通过ＡＢＣＡ１的作用，细胞膜上释放出游离胆固醇及磷脂，ＡｐｏＡ－Ｉ在未结合或少量结合脂质的情况下是这些游离胆固醇及磷脂的最优先的受体，ＡｐｏＡ－Ｉ可以结合不同数量的脂质而形成形状大小不一的ＨＤＬ颗粒。在血浆中的ＡｐｏＡ－Ｉ处于一种结合少量脂质和富含脂质的动态平衡过程中。（２）在ＬＣＡＴ的作用下，ＨＤＬ颗粒中的游离胆固醇转变为胆固醇脂。（３）通过激活肝细胞表面的ＳＲ－ＢＩ配体来将ＨＤＬ中的胆固醇脂及游离胆固醇转运至肝脏。ＡｐｏＡ－Ｉ结构的可塑性为其完成这三种完全不同的功能打下了基础［１７］。
目前为止，ＡｐｏＡ－Ｉ的结构与其代谢及功能的关系仍然需要进一步研究，其结构的改变往往会对其功能产生巨大的影响，其天然米兰突变体（ＡｐｏＡ－
Ｉ
图３ ＡｐｏＡ－Ｉ结合脂质过程的模型
［１１］
图４ 三种ＡｐｏＡ－Ｉ二聚体与磷脂结合的模型［１３，１５，１６］（Ａ）ＬＬ５／５模型；（Ｂ）ＬＬ５／２模型；（Ｃ）Ｂｈａｔ等提出的模型。
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ｍｉｌａｎｏ）就是最好的证据，同时，我们课题组也发现将其人工点突变后，结合脂质能力增强，从而增强了其抗炎的能力，这些结果即将发表。因此，全面了解其未结合脂质、少量结合脂质以及盘状、球状的结构，对于研究其功能有至关重要的作用。
参 考 文 献
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