Cell文獻解讀：腸道激素Cholesin的發(fā)現助力高膽固醇血癥治療新策略

膽固醇穩(wěn)態(tài)由體內的各種組織相互協調，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），會導致動脈粥樣硬化，因此被認為是心血管疾病的重要風險因素。

外源膽固醇的吸收在小腸內進行，而內源膽固醇的合成在肝臟內發(fā)生。膽固醇的生物合成和吸收是通過感知細胞膽固醇水平的負反饋機制嚴格調節(jié)的，其中SREBP2-SCAP復合體發(fā)揮重要作用。然而，人們對負責協調平衡的具體因子及這些因子如何精確調節(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險，填補這一知識缺口至關重要。

清華大學生命科學學院的王一國副教授團隊和南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院的張惠杰教授團隊近日首次發(fā)現了一種腸道激素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脈粥樣硬化的治療提供一種新策略。
 

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

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員構建了多個小鼠模型來研究Cholesin等蛋白質的功能，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）。研究者測定了多名個體及實驗小鼠的血漿膽固醇和Cholesin水平。在分析Cholesin的作用機制時，研究者采用了CRISPR/Cas9全基因組篩選，后續(xù)采用GST pulldown等方法來驗證。

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

研究結果
1.膽固醇誘導的腸道激素Cholesin
研究人員發(fā)現，膽固醇自身作為調節(jié)因子，通過負反饋機制調節(jié)膽固醇合成。不過，在腸道吸收膽固醇后，除了膽固醇外，還有其他因子參與調節(jié)了肝臟膽固醇的合成。為了確定其他調節(jié)因子，研究者對禁食過夜后喂食普通飲食（RD）和西方飲食（WD）的小鼠血漿蛋白進行分析。喂食WD后，研究者觀察到23 kDa附近有一條增強條帶（圖1）。通過質譜分析，研究者發(fā)現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）。

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

西方飲食促進Cholesin的分泌[1]

膽固醇吸收是通過腸道中腸上皮細胞表面的NPC1L1作用完成的，因此，研究者推測Cholesin可能在腸上皮細胞中表達。研究者構建了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是腸上皮細胞的標志物）。結果表明Cholesin在腸上皮細胞中表達。后續(xù)的體外和體內分析還表明，NPC1L1介導的膽固醇吸收刺激了Cholesin的分泌。

2.Cholesin調節(jié)血漿膽固醇水平
Cholesin位于人類7號染色體的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。為了確定Cholesin與血漿膽固醇水平之間的關聯，研究人員測定了600個人的血漿Cholesin和膽固醇水平，發(fā)現血漿Cholesin水平與總膽固醇水平和LDL-C水平呈負相關。在進一步分析后，研究者發(fā)現位于Cholesin 3’端附近的SNP（rs1007765）影響了Cholesin的表達。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位于增強子區(qū)域，促進了Cholesin的表達。

接下來，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）的分泌等多個因素后，研究者認為Cholesin的缺乏至少在部分程度上通過增加肝臟膽固醇合成和VLDL分泌來提高血漿膽固醇水平。

3.Cholesin對膽固醇合成的抑制依賴于GPR146
為了分析Cholesin的作用機制，研究人員對MCF7細胞開展了CRISPR全基因組篩選（圖2）。結果顯示，Cholesin的受體是GPR146，它是一種參與調節(jié)膽固醇合成的GPCR孤兒受體。在Gpr146^-/-小鼠的組織和原代肝細胞中，Cholesin的結合完全消失。在小鼠原代肝細胞中，Cholesin處理破壞了GPR146與鳥嘌呤核苷酸結合蛋白G(i)亞基α1（GNAI1）的相互作用。在Gpr146^-/-肝細胞中，WT GPR146的添加則恢復了Cholesin對細胞cAMP水平的抑制作用。這些結果表明，Cholesin通過GPR146偶聯的Gαi信號傳導抑制cAMP的產生。
 

GPR146是Cholesin的受體^[1]

之后，研究者進一步分析了Cholesin是否通過GPR146抑制小鼠體內的膽固醇合成。在肝臟特異性Gpr146基因敲除（LKO）小鼠中，Cholesin對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Cholesin對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。通過進一步的分析，研究人員發(fā)現Cholesin通過與GPR146結合，抑制cAMP/PKA信號傳導和SREBP2介導的膽固醇合成。

4.Cholesin可對抗高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化
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用是否能對Ldlr^-/-小鼠的動脈粥樣硬化起到防護作用。研究者發(fā)現，注射Cholesin顯著降低了膽固醇生成基因的表達和血漿總膽固醇水平，也能明顯減少動脈粥樣硬化病變。有意思的是，Cholesin與瑞舒伐他汀聯用具有更明顯的抑制作用。

研究結論

腸上皮細胞的膽固醇吸收促進Cholesin分泌[1]

這項研究發(fā)現了一種腸道分泌的激素Cholesin，并提出了一些證據來支持Cholesin-GPR146對高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化的防護作用。研究人員發(fā)現，腸上皮細胞在NPC1L1的協助下吸收膽固醇，引發(fā)Cholesin的分泌。隨后，Cholesin與GPR146結合，導致cAMP/PKA-ERK1/2信號級聯的抑制和肝臟膽固醇合成的下調（圖3）。這項研究有助于人們了解膽固醇代謝過程中腸道和肝臟之間錯綜復雜的相互作用，也有望指導人們開發(fā)治療高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化的藥物。

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