2. 中南大学临床药理研究所，遗传药理湖南省重点实验室，湖南 长沙 410078
2. Institute of Clinical Pharmacology, Central South University, Hunan Key Laboratory of Pharmacogenetics, Changsha 410078, China
代谢综合征是以代谢紊乱为特征的综合型疾病，主要表现为血糖代谢障碍、血脂代谢异常、高血压等。据调查，2004年代谢综合征在中国的发病率高达23.3%，逐渐成为影响公众健康的一大威胁[1]。Wnt/β-catenin信号通路是分子生物学研究中的一大热点，可影响胚胎发育、骨形成和胰岛素分泌等生理过程。LRP6作为Wnt通路的协同受体，与代谢综合征的发生发展密切相关。近年来研究发现, LRP6基因遗传变异会引起Wnt通路功能改变，进而影响疾病病程。本文将综述国内外研究进展，进一步阐明LRP6基因多态性与代谢综合征的相关性，为代谢综合征的研究及治疗提供一些帮助。
1 LRP6介绍 1.1 LRP6结构介绍低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor，LDLR)是一类在细胞表面广泛表达的蛋白，家族成员众多，涉及多条通路及多个靶器官，主要参与脂质转运过程，维持能量平衡[2]。LDLR家族成员LRP5/6同为Wnt/β-catenin信号通路的协同受体，广泛存在于体内组织细胞中，如中枢神经系统海马区、肾小管细胞、肝脏细胞及小肠上皮细胞、骨细胞等，但在肝脏、膀胱等部位表达量有差异(http://www.proteinatlas.org/ENSG201605003162337-LRP5/tissue;http://www.proteinatlas.org/ENSG201605003070018-LRP6/tissue)。LRP5/6具有高度同源性，整体相似性约71%，胞外区域相似性高达73%。相较于LRP6，LRP5在骨密度调节中起主导作用；LRP6则主要与糖代谢及脂质代谢通路有关[3, 4, 5]，但是在发育过程中LRP6扮演的角色通常重于LRP5[6]。人类LRP6(hLRP6)基因定位于染色体12p11.2~p13.3，长度为150 kbp，含23个外显子，编码的蛋白含1 613个氨基酸残基，具有信号肽和跨膜区，属I型单跨膜蛋白质，且在进化过程中高度保守，几乎不存在种属差异[3, 7]，如果蝇、非洲爪蟾、小鼠等与hLRP6同源性较高。
LRP6受体蛋白分为胞外区域和胞内区域，其中胞外区域结构在调节Wnt、分泌性蛋白以及骨硬化蛋白与受体蛋白的结合过程中有重要作用[8]。胞外区域包括3部分：(1)LA区域，即LDL 受体类型A重复区域(LDLR type A repeats);(2)EGF区域，即表皮生长因子前体同源域(EGF-like domain);(3)YWTD结构域(YWTD-type β propeller motifs)，YWTD区域包括6次重复，每个YWTD 推进器结构域后紧随一个EGF区域，约含40个碱基。LRP6属于LDLR家族，但是与LDLR家族其他成员不同之处在于其蛋白羧基端至少有一个PPPSP区域(Pro-Pro-Pro-Ser-Pro)，而其他LDLR蛋白羧基端为NPxY区域[Asn-Pro-any amino acid(x)-Tyr][3](Fig 1)。LRP6基因突变可能引起蛋白质结构变化，因此，了解LRP6受体结构对于研究信号转导及寻找新的治疗靶点非常重要。
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| Fig.1 Structure of LDLR and LRP6 |
Wnt/β-catenin信号通路成分主要包括Wnt蛋白、卷曲蛋白(Fzd)、LDLR、胞质内散乱蛋白(Dsh)、β-连环蛋白(β-catenin)、糖原合成激酶3β(GSK-3β)、支架蛋白(Axin)、结肠腺瘤样息肉病基因蛋白(APC)、酪蛋白激酶(CK1)，以及核内转录因子T细胞转录因子/淋巴增强因子(TCF/LEF)。
| Disease | Phenotype | Gene polymorphism of LRP6 | Pathway | Reference |
| TypeⅡdiabetes，hypertension，CAD | Increased LDL，TG Increased blood pressure Increased blood glucose | LRP6R611C | Wnt-LRP6-β-catenin signaling pathway | [7] |
| TypeⅡdiabetes | Decreased insulin response Increased plasma insulin Increased blood glucose | LRP6R611C | Wnt-LRP6-TCF7L2-mTOR pathway | [25, 26] |
| Hypercholesterolemia | Nonalcoholic fatty liver | LRP6R611C | Wnt-LRP6-TCF7L2-mTOR pathway | [25, 26, 31] |
| noncanonical Wnt signaling pathway | ||||
| Hypercholesterolemia | Increased TC, TG Increased plasma LDL level Increased hepatic lipid synthesis Increased VLDL secretion in liver | LRP6R611C | LRP6-IGF1-mTORC-SREBP1/2 pathway | [32] |
| CAD | Increased blood glucose and blood pressure | LRP6( 1418G>A，1079G>A，1298T>C) | HUVECs proliferation and migration pathway | [33, 34] |
| CAD | Increased TG and LDL | LRP6 rs11054731 | Wnt-LRP6-β-catenin-TCF/LEF signaling pathway | [35] |
| CAA | Increased incidence of CAA plagues | LRP6I1062V(rs2302685) | _______ | [20] |
| Atherosclerosis | Formation of atherosclerotic plaques | LRP6R611C | PDGF pathway | [39] |
在Wnt/β-catenin信号通路中，当Wnt信号因子不存在时，Axin、APC、CK1和GSK-3β组成多元复合物，抑制胞质内β-catenin蛋白活性。CK-1和GSK-3β会使β-catenin的氨基末端磷酸化失活，导致β-catenin被识别，发生泛素化降解过程，β-catenin持续减少，不能累积，无法到达细胞核发挥作用，使Wnt信号通路的靶基因被TCF/LEF抑制，目的基因不能正常表达。当Wnt信号因子存在时，此通路处于激活状态。Wnt信号因子与跨膜蛋白Fzd受体以及协同受体LRP5或者LRP6相结合，形成 Wnt-Fzd-LRP5/6三元复合物，这种三元复合物会使LRP5/6胞内区域磷酸化，吸引Axin复合物，导致Axin复合物对β-catenin的抑制作用减弱甚至消失，同时LRP5/6磷酸化蛋白会抑制GSK-3β磷酸化降解β-catenin的作用，使β-catenin稳定游离在胞质中，积聚后进入细胞核，与TCF/LEF组成复合物，激活下游靶基因，进而调控糖再生及胰岛素分泌、脂质代谢等过程，调控生理机制，影响机体生命活动[5, 9]。此外，大量体外实验和临床研究均证实，Wnt蛋白、LRP6及TCF7L2在调节血浆低密度脂蛋白(LDL)、甘油三酯(TG)、极低密度脂蛋白(VLDL)合成及分布等方面有重要作用[10, 11]。
2 LRP6基因多态性与代谢综合征代谢综合征是一种以代谢紊乱为特征的疾病，据《美国第三次全国健康与营养调查报告》(NHANESⅢ)显示，代谢综合征在成人中的发病率为34%[12]。之前普遍认为亚健康生活方式是导致代谢紊乱的主要原因，如营养不良、吸烟饮酒、缺乏锻炼等，但是大量报道证实代谢综合征与遗传因素存在相关性[13, 14]。Wnt/β-catenin通路及其抑制剂在肥胖、胰岛素抵抗、胰岛素分泌、脂质代谢等方面都发挥着重要的作用，所以Wnt/β-catenin通路中相关基因蛋白逐渐成为代谢综合征及心血管疾病治疗的分子靶标[15, 16]。2004年Kanazawa等[17]在日本人群中发现，Wnt5B单核苷酸多态性与Ⅱ型糖尿病的患病风险相关。2006年, Christodoulides等[18]通过分析肥胖和正常人群数据，发现Wnt10BC256Y所表达的蛋白，失去激活Wnt/β-catenin通路的功能，同时影响脂肪细胞分化，进而使Ⅱ型糖尿病的患病风险升高。2009年，Tong等[19]通过meta分析发现，TCF7L2基因位点IVS3C>T和 IVS4G>T是Ⅱ型糖尿病的风险因素。并有报道证实LRP6和TCF7L2(也称TCF4)功能缺失性突变，会引起动脉粥样硬化[20]、糖尿病[21]、高血脂症[20, 22]、高血压[23](Tab 1)。
2.1 LRP6基因多态性与Ⅱ型糖尿病Ⅱ型糖尿病主要表现为胰岛素抵抗或者胰岛素分泌异常，致病原因复杂，包括基因背景、生活方式、环境因素等，所以寻找Ⅱ型糖尿病的易感基因成为一大难题[24]。早在2007年Mani等[7]发现伊朗一家族中染色体12p上LRP6基因1 973位碱基由C突变为T，引起半胱氨酸(Cys C)替代了精氨酸(Arg R)，而1 973位密码子编码611位氨基酸，即ArgR611CysC，简称R611C。此突变发生在EGF区域，导致611位精氨酸与477位天冬酰胺之间的盐桥被破坏，蛋白稳定性降低，研究人员发现，LRP6R611C携带者与早期冠状动脉疾病(coronary artery disease，CAD)明显相关，主要表现为高血脂、高血压、糖尿病[3]。
多项研究证实LRP6与胰岛素通路有关。Liu等[25]发现此基因通过调节mTOR(mechanistic target of rapamycin)糖代谢通路影响血糖水平。Singh等[26]对携带LRP6R611C突变体的家族进行深入分析研究，发现LRP6R611C突变会损伤糖耐受能力，影响胰岛素受体表达及胰岛素通路活性，该研究证实LRP6通过促进TCF7L2依赖性胰岛素受体表达，改变mTOR通路活性，进而影响人体内糖代谢水平。Zenibayashi等[27]在日本人群中发现LRP6基因的3个SNP(rs7136900、rs10743980、rs2417086)与Ⅱ型糖尿病之间存在相关性，但是此结果在验证试验中并未得到证实。这表明Ⅱ型糖尿病与LRP6基因多态性的关联性研究可能需要考虑多个基因的相互作用，同时需要扩大样本量进行深入分析，单个基因的作用可能会被其他因素掩盖。因此，关于LRP6基因多态性和Ⅱ型糖尿病之间的关系仍有待探索。
2.2 LRP6基因多态性与高血脂症高血脂症是指血液中总胆固醇(total cholesterol，TC)、TG等浓度高于正常水平，是CAD的重要风险因素。多项研究表明，高血脂症的主要诱因为LDL浓度的升高，而此过程与LDLR调节的LDL清除有关[28]。近期报道LRP6编码蛋白有助于体内LDL清除[29, 30]，因此LRP6功能缺失性突变可能导致体内LDL累积，诱发高血脂症或其他疾病。另有研究表明，LRP6通过Wnt/β-catenin信号通路影响mTOR通路活性，而mTOR的活化会导致脂质合成增多，诱发非酒精性脂肪肝病[25, 26]，也有报道LRP6通过调控非经典Wnt信号通路对此疾病产生影响[31]。Go等[32]发现LRP6通过类似胰岛素生长因子(insulin-like growth factor 1, IGF1)、mTOR及固醇调节因子结合蛋白1/2(sterol regulatory element-binding protein 1/2, SREBP1/2)，即IGF1-mTOR-SREBP1/2通路影响肝脏脂质合成，导致小鼠体内TC及TG浓度明显升高，LRP6基因突变会使血浆LDL水平升高，肝脏脂质合成及VLDL分泌增多。Singh等[33]在美国人群中筛查200位家族性CAD患者和2 000位健康志愿者，通过基因分型发现LRP6(1418G>A，1079G>A，1298T>C)突变，突变体携带者均患糖尿病、高血压，而他们的TG及LDL也都高于正常水平。随后，有学者筛选中国早期CAD病人和对照各380位，通过外显子测序及功能学分析后，同样认为LRP6与脂质代谢相关，可能与人类脐静脉内皮细胞(HUVECs)增殖与迁移有关[34]。Wang等[35]在中国人群中发现LRP6 rs11054731与CAD患病有关(P=0.001)。综上所述，LRP6可能成为脂质代谢潜在的调节因子。
2.3 LRP6基因多态性与动脉粥样硬化动脉粥样硬化是冠心病和脑血栓等多种疾病发生发展的主要病因，斑块形成与脂质代谢异常及高血压密切相关。高血压会损伤动脉内膜，导致脂质沉积、血小板黏附和聚集等，促进动脉粥样斑块的形成，同时伴随高血糖出现的特异性代谢变化在动脉粥样硬化过程中起重要作用，主要表现为血管内膜钙化、血管僵硬度增加等[36]。目前关于动脉粥样硬化的机制研究主要集中于高胆固醇血症的动物模型，如LDLR-/-小鼠模型[37]。Cheng等[38]构建了SM22-Cre；LRP6(fl/fl)；LDLR-/-小鼠模型研究LRP6在动脉粥样硬化中的作用，发现在血管平滑肌细胞条件性敲除LRP6后，小鼠血管僵硬度增加，动脉血管异位钙化严重。另有研究认为，LRP6R611C通过影响PDGF(platelet-derived growth factor)通路使血管平滑肌细胞过度增殖，导致动脉粥样硬化斑块的形成[39]。Sarzani等[20]采用回顾性分析的方法，对334位继发性高血压患者研究发现，LRP6I1062V(rs2302685)与颈动脉粥样硬化(carotid artery atherosclerosis，CAA)相关，推测LRP6I1062V可能是动脉粥样硬化斑块形成的独立风险因子。由此看出，Wnt/LRP6/β-catenin信号通路活性改变是动脉粥样硬化斑块形成的一大原因，LRP6基因多态性可能成为动脉粥样硬化的重要预测指标。
3 结语与展望尽管近年来对Wnt通路和代谢综合征的研究越来越多，但是LRP6基因多态性与高血压、动脉粥样硬化等疾病的相关性还处于起步阶段，需要更深入的探索。在后续研究中需要注意：(1)LRP6R611C基因型与糖尿病的关系在细胞、动物、人体中已有研究，但是其他基因多态性仍需在多个独立的大样本人群中探索并验证；(2)LRP6基因多态性与高血脂、高血压、动脉粥样硬化的关系尚不明确，其调控机制有待拓展。鉴于Wnt-LRP5/6通路在人体基础代谢中发挥重要的作用，系统深入探索LRP6基因多态性与代谢综合征的关系，将为疾病的诊断、预后和治疗提供理论依据，同时有望阐明药物个体差异性的机制。这将极大地推动人类代谢综合征发病机制、个体化治疗等多重领域的发展。
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