第五章 血浆脂蛋白

核酸蛋白质化学生命科学技术学院第五章血浆脂蛋白动脉粥样硬化（atherosclerosis,AS）是危害人类健康的常见疾病之一，它以血管平滑肌细胞增生和血脂在粥样斑块沉积为特征动脉粥样硬化与血浆脂蛋白（lipoprotein,LP）代谢密切相关第一节脂蛋白的分类和功能第二节载脂蛋白第三节脂蛋白代谢第一节脂蛋白的分类和功能

血浆中所含脂类统称为血脂血脂包括非极性：甘油三脂（TG）、胆固醇脂（CE）极性：游离胆固醇（FC）、磷脂（PL）和脂肪酸（FA）按来源分可分成外源性（食物消化吸收）和内源性（体内合成）两类一、脂蛋白的结构和组成血脂不溶于水，在血浆中和载脂蛋白（apoprotein,Apo）组成脂蛋白（lipoprotein,Lp）的形式转运成熟血浆脂蛋白呈球状，其核心组分为甘油三脂和胆固醇脂，表面组分为载脂蛋白、游离胆固醇和磷脂游离胆固醇和磷脂的极性基团暴露在颗粒表面，非极性碳链则指向核心。因此血浆脂蛋白颗粒能顺利在血浆中运输ApoB100胆固醇脂磷脂游离胆固醇血浆脂蛋白颗粒的结构载脂蛋白表面具有特殊的两性α螺旋结构带电、亲水性氨基酸残基组成螺旋极性面暴露在外，而不带电疏水氨基酸残基组成非极性面与内部脂质相互作用，起着稳定血浆脂蛋白结构的作用带正电的碱性氨基酸残基主要分布于极性面交界处，而带负电酸性氨基酸集中在极性面中间，从而在溶液中呈特殊的立体两性离子载脂蛋白两性α螺旋是血浆脂蛋白能结合转运脂质的结构基础两性α螺旋载脂蛋白分子表面的两性α螺旋二、脂蛋白分类1.正常血浆脂蛋白正常血浆脂蛋白分成四大类共6种。由于所含脂类及载脂蛋白的不同，其颗粒大小、密度、表面电荷、电泳迁移率及免疫原性均有不同用超速离心法分析，从上到下依次为乳糜微粒（CM）、极低密度脂蛋白（VLDL）、低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）中密度脂蛋白（IDL）是VLDL代谢中间产物，其密度及组成均介于VLDL和LDL之间HDL

按其组成和密度不同又可划分成HDL2

和HDL3CM颗粒最大，密度最小。按VLDL、LDL和HDL顺序，颗粒逐步缩小，密度则增加CM和VLDL富含甘油三脂，其中CM含ApoB48,VLDL含ApoB100；LDL富含胆固醇脂，其中95%以上的载脂蛋白是ApoB100；HDL富含磷脂和ApoA各类脂蛋白0.951.0061.021.101.101.20204060801000密度(g/ml)直径(nm)VLDL510IDLVLDL乳糜残粒HDL3HDL2乳糜微粒LDL富含甘油三酯的脂蛋白(乳糜微粒，VLDL)CHYLOMICRONVLDLTRIGLYCERIDECHOLESTERYLESTERSPHOSPHOLIPIDSFREECHOLESTEROLPROTEINS90~95%50~65%2~4%8~14%2~6%12~16%~1%4~7%1~2%6~10%80~1000nm30~80nm乳糜极低密度脂蛋白甘油三酯胆固醇酯磷脂游离胆固醇蛋白质富含胆固醇的脂蛋白（LDL/HDL)LDLHDLTRIGLYCERIDECHOLESTERYLESTERSPHOSPHOLIPIDSFREECHOLESTEROLPROTEINS5~6%22~26%35~45%6~15%22~25%~7%10~20%25%~5%~45%20~25nm8~13nm低密度脂蛋白高密度脂蛋白甘油三酯胆固醇脂磷酯游离胆固醇蛋白质2.异常血浆脂蛋白在特殊情况下，血浆也可出现异常脂蛋白，如β-VLDL、HDLc、HDL1和HDL3B等β-VLDL是高胆固醇饮食引起的一种异常脂蛋白。与正常VLDL相比，其密度相似，但琼脂糖电泳较慢HDLC和HDL1

是富含ApoE和CE的特大颗粒HDL。由于缺乏血浆脂质转运蛋白，导致CE在HDL中大量堆积而形成HDL1。高CE饮食可诱导HDLC生成HDL3B是高TG血症时出现的小颗粒异常血浆LP。在高TG时，HDL-CE与VLDL-TG过度交换，而HDL-TG大量被肝性脂酶(HL)水解,使HDL的大量核心脂质丢失3.脂蛋白（a）脂蛋白(a)[Lp(a)]与AS密切相关，其结构又与纤溶酶原极其相似，从而受到高度重视Lp(a)的脂质组分与LDL极其相似，除了ApoB100外，还含有独特的Apo(a)。Lp(a)分子中Apo(a)与Apo100通过二硫键共价结合，用还原剂巯基乙醇可还原得到LDL和Apo(a)。有关其代谢及浓度影响因素还甚少了解4.修饰脂蛋白LDL可以被Cu2+或Fe3+、巨噬细胞、血管内皮细胞、平滑肌细胞及血小板修饰，生成酰化LDL和氧化LDL(ox-LDL)。氧化修饰过程由氧自由基介导，使脂蛋白结构、组成和生物学特性发生明显变化修饰LDL可通过清道夫受体被巨噬细胞吞噬，促进巨噬细胞转变为泡沫细胞，因而具有强烈致AS作用。HDL被氧化修饰后其抗AS能力显著下降第二节载脂蛋白

至今已从人血浆中分离出的载脂蛋白有18种之多，主要有ApoA、B、C、E四大类下表简单介绍了常见载脂蛋白的重要生物学特性一、分类Apo分子量血浆浓度合成部位血浆分布主要功能基因定位其他A-Ⅰ28,3311.0~1.2小肠、肝HDL、CM激活LCAT,11号染色体识别HDL受体A-Ⅱ8,707×20.3~0.5小肠、肝HDL、CM抑制LCAT,1号激活HLA-Ⅳ46,000~0.6小肠HDL、CM激活LCAT11号糖蛋白B100549,0000.7~1.0肝VLDL、IDL、识别LDL受体2号糖蛋白LDL磷蛋白B48264,000小肠CM转运CM

C-Ⅰ6,5500.04~0.06肝CM、VLDL激活LCAT,19号HDL抑制HLC-Ⅱ8,8370.03~0.05肝CM、VLDL激活LPL,19号HDL抑制HLC-Ⅲ8,2400.12~0.14肝CM、VLDL抑制LPL,抑制Apo11号糖蛋白

HDL与E受体结合D32,500~0.1?d>1.21部分转运胆固醇3号糖蛋白E34,1450.025~0.05肝、CM、VLDL识别受体19号糖蛋白巨噬细胞HDLH50,000~0.2肝VLDL、LDL激活LPL,17号糖蛋白抑制凝血J75,000~0.1肝及肝外HDL脂质转运8号糖蛋白组织补体调节(a)500,000不定肝Lp(a)抑制纤溶6号糖蛋白

二、载脂蛋白的结构和基因ApoA族ApoB

族ApoC族ApoEApo(a)ApoHApoJ1.ApoA族HDL的主要载脂蛋白成熟的人ApoA-I分子量为28.3kDa,其分子为单一的多肽链。经聚焦双向电泳发现Apo-AI有6种分子量大致相等而等电点各异的异构体，分别命名为ApoAI1至ApoAI6，其等电点依次为6.50、5.85、5.74、5.64、5.52及5.40人类Apo-AI基因位于第11号染色体长臂末端区域内(11q-13qter)。人Apo-AI基因由3个内含子和4个外显子组成。基因长1863bp,含3个插入序列①ApoA-IApoA-I带子模型ApoA-I与HDL颗粒结合②ApoA-ⅡApoA-Ⅱ是HDL的第二种主要载脂蛋白人ApoA-Ⅱ由77个氨基酸组成。血浆ApoA-Ⅱ以二聚体形式存在，两个单体分子通过Cys6以二硫键共价结合。有5种多态型，其pI

分别为4.20、4.42、4.68、4.9和5.7，以4.9型最为常见人Apo-AIImRNA长473个碱基,它含有一个58碱基的5’不翻译区。人类和鼠的ApoAII基因定位于1号染色体上(1p21-qter)。含有4个外显子和3个内含子

③ApoA-ⅣApo-AIV是一种酸性糖蛋白,分子量46kDa。ApoA-Ⅳ的多态型为ApoA-Ⅳ0和ApoA-Ⅳ1-7共8种，以A-Ⅳ1和A-Ⅳ2为常见AIV至少以3种方式存在:(1)与ApoAI

和少量的ApoE

一起组成HDL;(2)作为单一的载脂蛋白构成HDL;(3)与少量的胆固醇和磷脂结合,以游离状态存在于脂蛋白缺乏的血浆中

人ApoAIV

基因与ApoAI

及ApoCIII

基因连锁,位于第11号染色体上。ApoAIV

基因由2603个碱基组成,包括2个内含子和3个外显子2.ApoB族

ApoB

是一类在分子量、免疫性和代谢上具有多态性的蛋白质,依其分子量及所占百分比可分为B100、B48、B74、B26及少量B50。在正常情况下,以ApoB100和ApoB48较为重要ApoB100是其基因的全序列转录产物。成熟B100含糖4-9%,分子量约550kDa,是迄今所知最大的哺乳类蛋白分子。其氨基酸顺序于1986年已阐明,它由4,536个氨基酸残基组成的单一多肽链。ApoB100具有不在各脂蛋白颗粒间发生交换的特点。ApoB100基因位于2号染色体的短臂上(2p23),基因总长度为43kb,由29个外显子和28个内含子构成ApoB48

是CM中的主要载脂蛋白，因其分子量是B100的48%而得名3.ApoC族是载脂蛋白中分子量最小的一类按其C末端氨基酸不同分成3个亚类：

①ApoC-I②ApoC-Ⅱ③ApoC-Ⅲ①ApoC-I分子最小、碱性最强的载脂蛋白。C-I的cDNA

含430bp，由此推测其一级结构为由83个氨基酸残基组成的多肽（包括N端信号肽）。经水解切除信号肽后转变成57肽的成熟ApoC-I位于第19号染色体，由4个外显子和3个内含子组成，全长4,374bp②ApoC-Ⅱ人Apo-CII为含79个氨基酸残基的单链多肽,分子量为9.1kDa

ApoCII基因与Apo-CI、ApoE基因成簇排列,位于19号染色体长臂q13区。ApoCII基因长3,320bp,含4个外显子和3个内含子③ApoC-ⅢApoCIII是一种水溶性低分子量蛋白质,由79个氨基酸残基组成,分子量为8.7kDa

ApoCIII基因位于第11号染色体长q23区,它与ApoAI、ApoAIV基因紧密连锁,共同组成一个基因家族。ApoCIII基因长3,133bp,含有3个插入序列,并有4个外显子和3个内含子4.ApoEApoE是一个含有299个氨基酸结合有磷脂的糖蛋白。单多肽链，含有10-12%的精氨酸。可以在各种组织中合成,但以肝脏为主

ApoE具有多态性。受一个基因位点上3个等位基因控制，ApoE有3种异构体（E2、E3

和E4

）和6种表型：3种纯合子（E2/2、E3/3、和E4/4）和3种杂合子（E2/3、E2/4、和E3/4）。E2/2

的受体结合活性为正常的1%以下ApoE的二级结构中含有较多的α-螺旋。ApoE除具有与LDL受体结合的能力外,还可以与ApoE受体结合。ApoE受体只能与ApoE结合,它只存在于肝脏

ApoE基因定位于19号染色体上。ApoE基因由3,597个核苷酸组成,含有4个外显子和3个内含子

5.Apo（a）Apo(a)是Lp(a)中特有的载脂蛋白。Lp(a)是一独立存在的脂蛋白系统,其脂质成份和LDL极为相似,而其蛋白质部分由ApoB100和富含神经氨酸的Apo(a)组成。在完整Lp(a)颗粒中二者以二硫键共价相连,其比例因人而异,可为二比一,一比二或一比一。糖的含量较高,约为ApoB的6倍

Apo(a)的分子量为503kDa,含有27个Kingle

结构,约4,529个氨基酸。Apo(a)分子由三个结构域组成:疏水性信号肽、KringleIV(可以15-37次重复)和kringleV

Apo(a)分子的多态性受一组位于第6号染色体上的等位基因(LPf、LPb、LPs1、LPs2、Lps3、LPs4、LPs0)控制

6.ApoHMr

为43,000~5,000，由326个氨基酸组成，富含脯氨酸和半胱氨酸，含有5个N连接的寡聚糖侧链，含糖量高达19%，单链ApoH在结构上具有独特性。其二级结构主要是β折叠而α螺旋很少。在水溶液中不能自身缔合人ApoH第17号染色体。ApoH多态性取决于ApoH的4个等位基因（ApoH

1、ApoH

2、ApoH

3

和ApoH

4）。以常染色体显性遗传模式编码3种纯合子（ApoH

1/1、ApoH

2/2

和ApoH

3/3）和4种杂合子（ApoH

1/2

、ApoH

1/3、ApoH

2/3和ApoH

4/2

）7.ApoJ

ApoJ是一种与人血浆HDL和极高密度脂蛋白(VHDL)相结合的糖蛋白，是Mr

为70,000的二聚体ApoJ与大鼠硫酸化糖蛋白-2(SGP-2)及牛糖蛋白Ⅲ的结构有高度同源性，与人血清蛋白质SP4040（人补体细胞溶解抑制物，CLI）为同一物质ApoJ由α、β两条链通过5对二硫键连接而成。有7个糖基化位点，含糖量为32%（α链）和26%（β

链）。α和β链中各含两个富含碱性氨基酸可结合肝素的片段。基因定位在第8号染色体三、载脂蛋白的功能1.维持脂蛋白的结构载脂蛋白作为一种结构蛋白，在组建脂蛋白中起决定作用。载脂蛋白分子中特有的两性α螺旋结构是与脂质相互作用、稳定脂蛋白结构的基础

2.调节酶活性脂蛋白酶（LPL）、肝性脂酶（HL）和卵磷脂：胆固醇酰基转移酶（LCAT）是血浆脂蛋白代谢的三个关键酶，它们的活性受载脂蛋白的调节LPL和LCAT活性分别需要ApoA-Ⅱ和ApoA-Ⅰ的激活，ApoC-Ⅲ则抑制LPL活性。体内ApoC-Ⅱ/ApoC-Ⅲ比值可调节LPL活性，是控制VLDL和CM脂解的关键因素。ApoC-Ⅳ和ApoC-I也呈现一定的激活LCAT能力，而A-Ⅱ可抑制LCATHL的活性虽不需要载脂蛋白，但ApoA-Ⅱ呈现一定的激活HL能力，而ApoC-I、ApoC-Ⅱ则可抑制HL3.作为配体识别和结合各自的脂蛋白受体ApoB100是LDL受体的配体ApoE是LDL受体和LDL受体相关蛋白（LRP）的配体ApoA-I是HDL受体的配体ApoC-Ⅲ抑制ApoE与受体的结合4.作为一种“程序剂”调控脂蛋白代谢脂质在血浆中转运和代谢受载脂蛋白调控。脂质和载脂蛋白结合组成脂蛋白，恰如给脂质编上了程序。载脂蛋白犹如一种程序剂(programmer)，通过调节酶活性和受体活性而调控脂蛋白代谢第三节脂蛋白代谢一、脂蛋白代谢的关键酶二、脂蛋白受体三、脂蛋白代谢的过程一、脂蛋白代谢的关键酶Mr

为50,000-70,000。广泛分布于肝外组织：主要有脂肪组织和心肌、乳腺；其次为肾上腺、肌肉和肺等。LPL在实质细胞内合成，定位于毛细血管内皮细胞表面行使其功能LPL基因位于第8对染色体，含30kb，有10个外显子，9个内含子。由cDNA

测得人LPL含475个氨基酸。哺乳动物有87%~94%的cDNA

序列相同，说明LPL基因在进化上较为保守1.脂蛋白脂酶（LPL）LPL活性调节①ApoC-Ⅱ激活LPL，ApoC-Ⅲ抑制LPL。ApoC-Ⅱ/ApoC-Ⅲ比值是调节LPL活性、控制CM和VLDL脂解速率的最重要因素②凝血酶对LPL可产生最迅速持久的激活作用，胞外Ca2+是凝血酶激活LPL所必需③胰岛素刺激LPL合成、释放并激活LPLLPL活性调节（续）④TG中脂肪酸种类也是调节LPL活性的重要因素之一。作为LPL最适TG底物的脂肪酸顺序是：单价不饱和脂肪酸（18：1）>多价不饱和脂肪酸（18：2）>饱和脂肪酸（16：0）⑤基因突变可导致LPL缺陷和活性丧失。Gly142、Ala176、Gly188、Ile194、Leu207和Arg243是维持LPL结构完整和催化活性所必需的2.肝性脂酶（HL）由肝实质细胞合成，Mr53,000，是由476氨酸组成的糖蛋白。定位于肝窦周间隙(Dissespace)内皮细胞表面和窦周间腔面的肝细胞微绒毛表面，在肾上腺及卵巢中也能检测到肝源性HL存在。HL基因位于第15染色体。HL同时具有甘油三酯脂酶和磷脂酶活性HL有两个结构域：N端的催化区和C端结合细胞表面多糖的区域HL和LPL的相同点和不同点

相同点

不同点①都具有水解TG活性,Ser参与它们的活性中心②都带正电，通过静电作用与细胞表面带负电的硫酸肝素蛋白聚糖（HSPG）相结合③都具有两条N连接的糖链

HLLPL定位肝脏肝外细胞毛细血管壁

ApoC-Ⅱ激活不依赖依赖高盐（1mol/L）激活抑制及鱼精蛋白作用底物CM残粒、CM、VLDLIDL和HDL二者免疫原性不同此外，性激素是HL活性最重要的的生理调节因素

HL在脂蛋白代谢中的功能促进肝脏摄取CM和VLDL残粒。HL作为残粒结合部位提高残粒与肝细胞受体亲和力，促进残粒的受体内吞参与肝脏选择性摄取HDL-CE过程，促进HDL2转化成HDL3参与IDL向LDL代谢转化过程3.卵磷脂：胆固醇酰基转移酶（LCAT）LCAT在肝脏合成分泌而存在于血浆中，Mr6,000，由416个氨基酸组成。血浆浓度4~8mg/l，活性为每小时70~100μmol/ml可分为几个功能区

①活性中心，由Ser181羟基和2个游离巯基（Cys31和Cys184）组成。LCAT在还原状态下才具有最大活性，其活性至少需要一个游离巯基

②糖基化部位，4个（Asn20、84、272和384），含糖量25%

③二硫键区，由Cys50、Cys74和Cys313、Cys356分别形成2个二硫键。二硫键在维持LCAT活性中心结构、使Cys31趋近Ser181并参与活性中心中是必需的LCAT催