一個全新靶點：會成為數(shù)億高血脂人群的新希望嗎？|巡山報告
“智識前沿學者”、深圳灣實驗室資深研究員王立銘
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讀者們肯定對“高血脂”并不陌生。常規(guī)的體檢報告里有不少項目和高血脂相關，例如總膽固醇、低密度脂蛋白（所謂“壞膽固醇”）、高密度脂蛋白（所謂“好膽固醇”）、以及甘油三酯等等。高血脂是對現(xiàn)代人群產(chǎn)生重大健康威脅的指標，很多疾病，特別是心肌梗塞、腦卒中等心腦血管疾病，和脂肪肝、肝硬化等代謝疾病，都和過高的血脂指標密切相關。
目前全世界有超過2億人需要日常服用他汀等降血脂藥物來控制血脂，在發(fā)達國家的中老年人群體中使用降脂藥物的比例更高（以美國為例，45歲以上人群有25%需要日常使用降脂藥物 [1]）?？上攵?/span>知，伴隨著全球的經(jīng)濟社會發(fā)展和老齡化，出現(xiàn)血脂異常、需要醫(yī)療干預的人群只會越來越多。
高血脂、特別是高膽固醇，并不僅僅是個簡單的飲食習慣問題。以膽固醇為例，人體中的膽固醇只有大約20%來自食物攝入（比如蛋黃就是富含膽固醇的食物），其余80%則來自肝臟自身的合成[2]。這是因為膽固醇本身是對人體極其重要的生物分子，每一個人體細胞的細胞膜都需要相當比例的膽固醇分子，以增加其韌性和流動性；也有大量固醇類的激素是用膽固醇制造的，例如腎上腺皮質(zhì)激素、各種性激素等。因此，對于出現(xiàn)高血脂問題的人來說，除了需要注意飲食中的膽固醇含量，往往也需要藥物影響體內(nèi)的膽固醇代謝（例如降低其合成和吸收，促進其分解和排出），才能起到好的降脂效果。
降脂藥的邏輯
目前醫(yī)藥市場上主要使用的降脂藥物也大體可以按這個邏輯進行區(qū)分。
首當其沖的就是他汀類藥物，這是過去四十年時間里使用最為廣泛的降脂藥物。他汀類藥物主要通過抑制膽固醇合成途徑上的關鍵酶——HMG-CoA還原酶來起效。這類藥物中誕生過曾經(jīng)的“藥王”：1992年上市、歷史銷售額超過1000億美元的立普妥。
降脂藥領域另一個新興靶點是PCSK9。自2015年起，已經(jīng)有針對PCSK9蛋白的兩個單克隆抗體藥物（Evolocumab和Alirocumab）和一個小核酸藥物(Inclisiran)上市銷售，它們的作用機制是促進肝臟從血液中回收多余的膽固醇。
除上述兩大類藥物之外，依折麥布等阻止食物中的膽固醇被腸道吸收的藥物、膽汁酸螯合劑等促進肝臟利用膽固醇制造膽酸、從而降低膽固醇含量的藥物，也都有各自的用武之地[3]。
而ASGR1這個降血脂的新靶點，其作用機理與上述的降血脂藥物完全不同，它是通過促進膽固醇的排泄來起到降血脂效果的。
為了更好地說明ASGR1的作用，我們先粗略描述一下人體內(nèi)膽固醇的代謝路徑。
肝臟是膽固醇代謝的核心器官，肝臟自身制造的或者食物來源的膽固醇分子，會和甘油三酯一起在肝臟細胞中被特定的蛋白質(zhì)分子包裹，形成直徑幾十納米的微粒，通過血液運輸進入全身各個器官，將膽固醇和甘油三酯供給所有細胞使用，這就是所謂的“壞膽固醇”/低密度脂蛋白。而全身過剩的膽固醇，則通過類似的包裹和遞送方式通過血液回收到肝臟中，這就是所謂的“好膽固醇”/高密度脂蛋白。而肝臟中過剩的膽固醇也有幾個去處，它們要么被用于制造固醇類激素或者膽汁的主要成分之一——膽酸，要么則會被分泌到膽囊中，并伴隨膽汁進入消化系統(tǒng)被排泄出人體。而如果上述主要代謝環(huán)節(jié)失衡，肝臟中制造和輸出的膽固醇超過了人體需要，則就會出現(xiàn)高血脂、脂肪肝等癥狀。（當然，這里需要再次強調(diào)，這僅僅是對膽固醇代謝一個極端粗糙和過度簡化的闡述。）
因此，如果能夠促進膽固醇通過膽汁外排，也應該能夠起到不錯的降血脂效果。這個治療高血脂的方式，有點類似于列凈類藥物的降血糖效果。這類藥物的作用機制是抑制腎臟中一個名為鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白2的蛋白質(zhì)，阻止腎臟從血液中回收葡萄糖分子，從而讓大量葡萄糖分子隨尿液排出體外。這個作用機制并不涉及人體中復雜的葡萄糖代謝路徑，卻能立竿見影地降低血糖水平，治療2型糖尿病，也能很好地預防糖尿病引起的心血管并發(fā)癥。因此，這類藥物目前在各國的糖尿病治療指南中地位持續(xù)上升[4]。
ASGR1的降脂機理
我們說回ASGR1這個靶點。ASGR1的全稱是Asialoglycoprotein Receptor 1，即脫唾液酸糖蛋白受體1。顧名思義，這是細胞表面的一類受體分子，專門結(jié)合和感知一類特殊的糖基化修飾的蛋白質(zhì)。ASGR1只在肝臟細胞中表達，其具體的作用機制長期未知。但已經(jīng)有不少靶向肝細胞的藥物在通過ASGR1受體進行吸收，例如Alnylam公司開發(fā)的小核酸藥物，就是通過添加特殊的糖基化分子，從而使其能夠被肝臟細胞表面的ASGR所識別，提高其被肝細胞吸收的能力[5]。
在2016年，一項在冰島、丹麥和荷蘭人群中進行的研究首次發(fā)現(xiàn)，ASGR1基因的某些罕見天然變異，能夠降低其基因活性，同時能夠顯著降低人群的血脂水平（特別是低密度脂蛋白）和心血管疾病風險。而且攜帶這些基因缺陷的人并沒有出現(xiàn)任何其他方面的健康問題。這是人們第一次意識到ASGR1可能成為全新的降脂藥物開發(fā)靶點[6]。
但ASGR1具體是如何和血脂調(diào)節(jié)產(chǎn)生關系的呢？
2022年8月，武漢大學宋保亮實驗室的一項研究深入研究了這個問題 [7]。他們首先發(fā)現(xiàn)，和人類類似，ASGR1基因敲除的小鼠中（被敲除ASGR1基因的小鼠中），各項血脂指標有明顯的下降，肝臟中的脂肪堆積也有顯著減輕。同時，這些小鼠的膽汁分泌活動大大增強，膽汁中的膽固醇含量也有肉眼可見的提升。這些結(jié)果直接指向了一個可能性：ASGR1基因功能的下降，促進了膽固醇通過膽汁排出體外，從而降低了血脂。
在具體機制層面，宋保亮實驗室的研究發(fā)現(xiàn)，在肝臟細胞的正?；顒又?，ASGR1會持續(xù)地進行所謂內(nèi)吞過程：在結(jié)合了特定的糖基化分子之后，ASGR1受體所在的細胞膜會發(fā)生向內(nèi)凹陷和斷裂，形成包裹著ASGR1分子的小液滴進入細胞內(nèi)部。這些小液滴和細胞內(nèi)部的廢物處理工廠溶酶體融合，ASGR1蛋白在此被分解成為單個氨基酸。接著，這些輸入的營養(yǎng)物質(zhì)可以促進細胞內(nèi)脂肪的合成、阻止膽固醇分子的外排。鑒于細胞的持續(xù)生長繁殖需要持續(xù)不斷的脂類分子供應，上述過程可以粗略的理解為：細胞感受到持續(xù)的營養(yǎng)輸入（來自ASGR1分解的氨基酸），從而啟動其生長和繁殖過程（準備充足的脂肪，包括膽固醇）。
而如果破壞掉ASGR1的功能，上述過程則會被相應地逆轉(zhuǎn)，其中就包括膽固醇的向外輸送會被大大增強，小鼠的血脂水平因此能夠得到顯著的改善。
研究者們使用了豐富的研究手段，包括使用藥物和遺傳學操作激活和抑制上述過程中的各個關鍵分子，在培養(yǎng)細胞和小鼠模型中反復證明了上述過程的可靠性。
值得一提的是，研究者們還專門篩選了一種能夠高效結(jié)合ASGR1蛋白的單克隆抗體分子，證明了注射這種抗體同樣可以顯著降低小鼠的血脂和肝臟脂肪堆積，提高膽固醇通過膽汁排泄的能力，也能夠幫助這些小鼠抵抗高脂肪食物帶來的高血脂風險。
而且，鑒于ASGR1靶點的降血脂機制和他汀類以及依折麥布的機制完全不同：前者是通過促進多余的膽固醇外排，而后者則是通過抑制膽固醇合成和吸收，因此理論上這些藥物如果聯(lián)合使用，將能夠起到更顯著的降血脂效果。研究者們也在小鼠模型中驗證了這個猜測。
雖然這些研究目前只是在小鼠體內(nèi)完成，但結(jié)合ASGR1基因變異在人體中的降脂效果和健康收益，確實證明了ASGR1是一個有巨大價值的降脂藥全新靶點。
降脂藥物開發(fā)離不開罕見遺傳病研究
如果我們暫時拋開ASGR1研究的細節(jié)，對比它和其他兩大類降脂藥物（他汀類和PCSK9類）的異同，會看到一個非常有啟發(fā)性的共性。三者都具有在大眾市場上治療高血脂、預防心腦血管風險的潛力，但它們?nèi)叩陌l(fā)現(xiàn)和成藥，都離不開對罕見遺傳疾病的研究。
先說他汀類藥物。這類藥物中的第一個——美伐他汀，是日本科學家遠藤章在1970年代從一株青霉菌的分泌物中提取的，它能夠有效抑制膽固醇合成途徑中的限速酶，HMG-CoA還原酶的活性，因此可能用于降血脂治療。
但如果研究僅僅停留在這一步，我們是無法在后來的歷史上看到大放異彩的他汀類藥物的。在真實的歷史中，美伐他汀并沒有被遠藤章的東家、日本藥企第一三共嚴肅對待，它其實從未真正進入大規(guī)模臨床應用。除了因為動物實驗中看到的一些令人迷惑的現(xiàn)象之外，人們當時還有一個根深蒂固的擔憂：膽固醇是人體最重要的生物大分子之一，粗暴破壞其合成途徑是否會帶來嚴重的健康風險？[8]。
在他汀類藥物真正進入大規(guī)模臨床應用之前，針對一種罕見遺傳病——家族性高膽固醇血癥的研究起到了重要的推動作用。在1970-80年代，美國德克薩斯大學西南研究中心的兩位科學家，Joseph Goldstein和Michael Brown深入研究了這種疾病的機理。家族性高膽固醇血癥的患者往往在幼年時期就出現(xiàn)了嚴重的高血脂問題，而且往往和飲食習慣無關。[9]
Goldstein和Brown意識到這類患者身體細胞的膽固醇合成途徑持續(xù)保持高度活躍狀態(tài)，并以此為基礎，發(fā)現(xiàn)了人體中膽固醇合成活動的重要調(diào)節(jié)手段之一——低密度脂蛋白及其受體。
剛剛我們提到，肝臟持續(xù)不斷地向血液中釋放低密度脂蛋白，將膽固醇運送到身體各處。這些裝載了豐富膽固醇的微型顆粒在接觸人體細胞后，可以和細胞表面的低密度脂蛋白受體結(jié)合，通過內(nèi)吞過程進入細胞內(nèi)部，釋放出內(nèi)部的膽固醇供細胞使用。顯然，當來自肝臟的低密度脂蛋白較為充裕，細胞內(nèi)部就不需要再進一步合成更多的膽固醇，膽固醇合成活動就會被抑制。相反，如果細胞內(nèi)膽固醇合成不足，就需要更多地依賴外部膽固醇供應。這時候細胞就會制造更多的低密度脂蛋白受體，用于從血液中抓取更多的低密度脂蛋白。簡而言之，外部來的多了，內(nèi)部就可以少合成一些，內(nèi)部合成不夠了，就要從外部多來一點。這是一個簡單且實用的負反饋調(diào)節(jié)過程。
而在家族性高膽固醇血癥患者體內(nèi)，細胞感知外部膽固醇輸入的能力被破壞了，之后研究者們進一步發(fā)現(xiàn)這些患者體內(nèi)恰恰是低密度脂蛋白受體基因出現(xiàn)了缺陷 [10]，因此不管血液中運來了多少膽固醇，細胞內(nèi)部都仍然在持續(xù)生產(chǎn)膽固醇，這當然造成了膽固醇的過剩和大量堆積。
在這些研究的基礎上，遠藤和Goldstein/Brown實驗室合作，證明了美伐他汀的雙重作用機制 [11]。它首先抑制了細胞內(nèi)膽固醇的合成，減少了人體中膽固醇的總量；而緊接著，細胞內(nèi)膽固醇水平的降低，反過來提高了細胞利用低密度脂蛋白受體吸收外部膽固醇的能力，將血液中的過剩膽固醇進一步降低了。這才完整詮釋了他汀類藥物的降血脂功能。
1987年，美國默沙東公司的洛伐他汀正式獲批上市用于高血脂治療。在此之后，超過10個他汀類藥物陸續(xù)上市銷售，三十多年里拯救的生命難以計數(shù)。而在這些耀眼成就背后，針對罕見遺傳病的研究起到了難以替代的關鍵作用。
無獨有偶，PCSK9類藥物的開發(fā)也同樣離不開罕見遺傳疾病的研究。
2003年，就在人們已經(jīng)默認高血脂市場已經(jīng)被他汀類藥物徹底統(tǒng)治的時候，法國科學家Catherine Boileau在荷蘭一個大家族中發(fā)現(xiàn)了持續(xù)兩個世紀的家族性高血脂問題，并且找到了這個家族中攜帶的PCSK9增強型基因變異[12]。此后不久，美國西南醫(yī)學中心的Jonathan Cohen和Helen Hobbs又在另一個獨立的人群研究中發(fā)現(xiàn)，破壞PCSK9基因功能的變異能夠顯著降低血脂，且不會帶來健康風險 [13]。
在這些研究的基礎上，人們進一步研究并理解了PCSK9蛋白的作用（主要是降低細胞表面的低密度脂蛋白受體水平，從而阻止細胞吸收血液中的膽固醇）。多款針對PCSK9靶點的全新降脂藥物已經(jīng)問世，并且對他汀類藥物起到了很好的補充作用。特別是人群中有相當比例（10%-15%）的人無法耐受他汀類藥物的副作用，尤其是肌肉系統(tǒng)毒性，對這群人而言PCSK9類藥物的價值是難以估量的。同樣，在PCSK9藥物的開發(fā)歷程中，針對罕見遺傳疾病的研究更是起到了捅破第一層窗戶紙的寶貴作用。
這一次，首先同樣是在極少數(shù)人類攜帶者中發(fā)現(xiàn)ASGR1基因變異和血脂調(diào)節(jié)有關，宋保亮實驗室的研究更是完整揭示了ASGR1在膽固醇外排中的作用，也在小鼠模型中證明了ASGR1抗體和小核酸藥物的成藥性。接下來，我們當然期待靶向ASGR1的藥物也能夠和他汀類藥物、PCSK9類藥物一樣，在人類對抗高血脂的戰(zhàn)場上大放異彩。
這更是一個認真的提醒，即便我們的目標是解決大眾人群中的普遍健康問題，但我們絕不應該忽略罕見遺傳疾病研究的深遠影響和巨大價值。
譯名對照表：
低密度脂蛋白（LDL, low density lipoprotein）
高密度脂蛋白（HDL, high density lipoprotein）
他?。⊿tatin）
立普妥（Lipitor，通用名Atorvastatin）
依折麥布（Ezetimibe）
膽汁酸螯合劑（Bile acid sequestrants）
列凈（Liflozin）
糖基化分子（GalNac）
溶酶體（lysosome）
家族性高膽固醇血癥（Familial hypercholesterolemia）
美伐他?。?/span>Mevastatin）
遠藤章（Akira Endo）
第一三共（Daiichi Sankyo）
低密度脂蛋白受體（LDL receptor）
洛伐他?。?/span>Lovastatin）
制版編輯 | 小圭月
