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全新发现！武汉大学宋保亮院士团队发文：揭示肠道胆固醇运输的调控新机制

首页 » 《转》译 2023-10-19 转化医学网赞(2)

导读	Niemann-Pick C1-like 1（NPC1L1）对肠道胆固醇的吸收至关重要。NPC1L1与富含胆固醇和Flotillin阳性的膜微域一起通过网格蛋白介导的内吞作用内化并运输到内吞再循环室（ERC）。当ERC胆固醇水平降低时，NPC1L1与LIMA1相互作用并移回质膜。然而，胆固醇如何离开ERC是未知的。

2023年10月13日，武汉大学宋保亮院士团队在《Nature Communications》发表了题为“Bile acids-mediated intracellular cholesterol transport promotes intestinal cholesterol absorption and NPC1L1 recycling”的研究论文，该研究发现在雄性小鼠中，细胞内胆汁酸以非胶束方式促进胆固醇转运到其他细胞器，如内质网。当胆汁酸降低ERC中的胆固醇水平时，先前通过A1272LAL残基与富含胆固醇的膜相互作用的NPC1L1羧基端从膜上解离，暴露Q1277KR基元用于LIMA1的募集。然后NPC1L1移动回质膜。本研究证明了胆汁酸的细胞内胆固醇转运功能，并解释了在胆固醇吸收过程中，npc1l1阳性区室中大量胆固醇是如何在肠细胞中卸载的。

https://www.nature.com/articles/s41467-023-42179-5#Sec10

研究背景

胆固醇是一种重要的脂质，可以调节细胞膜特性并修饰蛋白质。高胆固醇水平是心血管疾病(CVD)和非酒精性脂肪肝疾病的关键危险因素。胆固醇可通过从头生物合成和膳食吸收获得。较高的膳食胆固醇摄入量与较高的心血管疾病风险显著相关。

Niemann-Pick C1 like 1 (NPC1L1)是一种13-跨膜蛋白，是肠道吸收胆固醇所必需的。之前的研究表明，NPC1L1通过囊泡内吞作用吸收膳食胆固醇。胆固醇与NPC1L1的氨基端结合诱导羧基端与质膜(PM)分离，暴露出内吞基体Y1306VNxxF(其中x代表任意氨基酸)以供NUMB识别。NUMB招募AP2/网格蛋白生成网格蛋白包被的囊泡并启动NPC1L1内吞作用。同时，NPC1L1与flotilin -1/−2相互作用形成富含胆固醇的膜微域。通过这种囊泡运输方式，NPC1L1将大量胆固醇运输到内噬循环室(ERC)， ERC是一种富含胆固醇的rab11阳性核内体，被认为是细胞内胆固醇库。当ERC中的胆固醇水平下降时，NPC1L1通过其Q1277KR残基与LIM结构域和肌动蛋白结合1 (LIMA1)相互作用，并由LIMA1和相关的肌球蛋白Vb再循环到PM。突变导致细胞内NPC1L1滞留，降低肠道胆固醇吸收。依折麦布通过结合NPC1L1并抑制其内化来阻断胆固醇的吸收。

研究过程及发现

既往研究发现NPC1L1通过囊泡内吞作用摄取肠道胆固醇。内化的胆固醇和NPC1L1存在于与ER空间分离的rab11阳性ERC上。ERC胆固醇的减少释放出NPC1L1，然后再循环回PM。

本研究中，研究人员发现BAs，特别是CDCA, DCA, GDCA和TDCA，可以动员细胞内的胆固醇。随着ER和PM中胆固醇水平的增加，BA介导的胆固醇扩散是无方向性的。ACAT2在肠上皮细胞ER中高表达。因此，ACAT2将胆固醇转化为CE，并驱动ERC胆固醇主要转化为ER。已知细胞内胆固醇转运机制分为囊泡转运和非囊泡转运。非囊泡性胆固醇运输需要固醇转运蛋白，通常发生在来自不同细胞器的相邻两层膜之间的膜接触位点，通常在40纳米内。BA介导的胆固醇转运是一种未特征性的胆固醇转运方式，可能特异性存在于肠上皮细胞或肝细胞中。

研究人员发现，NPC1L1细胞内序列的功能损失突变使小鼠的胆固醇吸收率降低了约53%,比高密度小鼠的降低了约70% 考虑到4a突变的NPC1L1仍然可以通过其氨基端将胆固醇插入到PM，因此可能存在另一种直接从PM运送胆固醇的途径，并代偿胆固醇的吸收。GRAMD/ASTER通过结合PM内膜磷脂酰丝氨酸，促进胆固醇从PM单向转运至ER。ASTER也在肠道中富集，可能参与膳食胆固醇的吸收。

既往研究表明，TDCA比TCA表现出更高的溶解能力。此外，TCA对脂/水界面具有较高的亲和力，有利于酶的吸附，而TDCA对界面具有较高的解吸能力，可以有效地去除界面上的水解产物。这些理化特性与研究人员的数据一致，TDCA (GDCA, DCA和CDCA)在体外和细胞中显示出比TCA更高的胆固醇动员能力。

据报道，在20名健康志愿者的胆汁中，GDCA和TDCA的百分比分别为<5% ~ >30%和<1% ~ >10%。在目前的研究工作中，研究人员发现在人类的12种主要BA物种中，有4种BA物种(CDCA, DCA, GDCA和TDCA)可以有效地将胆固醇转运出ERC。因此，BA的多样性可能是决定个体胆固醇吸收效率的另一个重要原因。

本文就肠道胆固醇吸收的分子途径进行综述。在缺乏胆固醇的情况下，NPC1L1位于刷状缘膜上，而羧基末端的YVNxxF序列与PM相关联。胆固醇在BA的帮助下以胆固醇/BA胶束的形式扩散到刷状边缘膜。由于大量的胆固醇吸收发生在肠上部,BAS的被动扩散可能在胆固醇吸收中发挥更重要的作用。从ERC中提取胆固醇并将其扩散到整个细胞。当高表达的ACAT2将胆固醇转化为CE时,ERC胆固醇主要被转移到ER。细胞膜上胆固醇的减少导致A1272LAL从细胞膜上分离，暴露QKR基序来招募LIMA1。LIMA1将NPC1L1与Myosin Vb连接起来，并将NPC1L1转运回PM。