一个全新靶点：会成为数亿高血脂人群的新希望吗？|巡山报告
“智识前沿学者”、深圳湾实验室资深研究员王立铭
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读者们肯定对“高血脂”并不陌生。常规的体检报告里有不少项目和高血脂相关，例如总胆固醇、低密度脂蛋白（所谓“坏胆固醇”）、高密度脂蛋白（所谓“好胆固醇”）、以及甘油三酯等等。高血脂是对现代人群产生重大健康威胁的指标，很多疾病，特别是心肌梗塞、脑卒中等心脑血管疾病，和脂肪肝、肝硬化等代谢疾病，都和过高的血脂指标密切相关。
目前全世界有超过2亿人需要日常服用他汀等降血脂药物来控制血脂，在发达国家的中老年人群体中使用降脂药物的比例更高（以美国为例，45岁以上人群有25%需要日常使用降脂药物 [1]）。可想而知，伴随着全球的经济社会发展和老龄化，出现血脂异常、需要医疗干预的人群只会越来越多。
高血脂、特别是高胆固醇，并不仅仅是个简单的饮食习惯问题。以胆固醇为例，人体中的胆固醇只有大约20%来自食物摄入（比如蛋黄就是富含胆固醇的食物），其余80%则来自肝脏自身的合成[2]。这是因为胆固醇本身是对人体极其重要的生物分子，每一个人体细胞的细胞膜都需要相当比例的胆固醇分子，以增加其韧性和流动性；也有大量固醇类的激素是用胆固醇制造的，例如肾上腺皮质激素、各种性激素等。因此，对于出现高血脂问题的人来说，除了需要注意饮食中的胆固醇含量，往往也需要药物影响体内的胆固醇代谢（例如降低其合成和吸收，促进其分解和排出），才能起到好的降脂效果。
降脂药的逻辑
目前医药市场上主要使用的降脂药物也大体可以按这个逻辑进行区分。
首当其冲的就是他汀类药物，这是过去四十年时间里使用最为广泛的降脂药物。他汀类药物主要通过抑制胆固醇合成途径上的关键酶——HMG-CoA还原酶来起效。这类药物中诞生过曾经的“药王”：1992年上市、历史销售额超过1000亿美元的立普妥。
降脂药领域另一个新兴靶点是PCSK9。自2015年起，已经有针对PCSK9蛋白的两个单克隆抗体药物（Evolocumab和Alirocumab）和一个小核酸药物(Inclisiran)上市销售，它们的作用机制是促进肝脏从血液中回收多余的胆固醇。
除上述两大类药物之外，依折麦布等阻止食物中的胆固醇被肠道吸收的药物、胆汁酸螯合剂等促进肝脏利用胆固醇制造胆酸、从而降低胆固醇含量的药物，也都有各自的用武之地[3]。
而ASGR1这个降血脂的新靶点，其作用机理与上述的降血脂药物完全不同，它是通过促进胆固醇的排泄来起到降血脂效果的。
为了更好地说明ASGR1的作用，我们先粗略描述一下人体内胆固醇的代谢路径。
肝脏是胆固醇代谢的核心器官，肝脏自身制造的或者食物来源的胆固醇分子，会和甘油三酯一起在肝脏细胞中被特定的蛋白质分子包裹，形成直径几十纳米的微粒，通过血液运输进入全身各个器官，将胆固醇和甘油三酯供给所有细胞使用，这就是所谓的“坏胆固醇”/低密度脂蛋白。而全身过剩的胆固醇，则通过类似的包裹和递送方式通过血液回收到肝脏中，这就是所谓的“好胆固醇”/高密度脂蛋白。而肝脏中过剩的胆固醇也有几个去处，它们要么被用于制造固醇类激素或者胆汁的主要成分之一——胆酸，要么则会被分泌到胆囊中，并伴随胆汁进入消化系统被排泄出人体。而如果上述主要代谢环节失衡，肝脏中制造和输出的胆固醇超过了人体需要，则就会出现高血脂、脂肪肝等症状。（当然，这里需要再次强调，这仅仅是对胆固醇代谢一个极端粗糙和过度简化的阐述。）
因此，如果能够促进胆固醇通过胆汁外排，也应该能够起到不错的降血脂效果。这个治疗高血脂的方式，有点类似于列净类药物的降血糖效果。这类药物的作用机制是抑制肾脏中一个名为钠-葡萄糖协同转运蛋白2的蛋白质，阻止肾脏从血液中回收葡萄糖分子，从而让大量葡萄糖分子随尿液排出体外。这个作用机制并不涉及人体中复杂的葡萄糖代谢路径，却能立竿见影地降低血糖水平，治疗2型糖尿病，也能很好地预防糖尿病引起的心血管并发症。因此，这类药物目前在各国的糖尿病治疗指南中地位持续上升[4]。
ASGR1的降脂机理
我们说回ASGR1这个靶点。ASGR1的全称是Asialoglycoprotein Receptor 1，即脱唾液酸糖蛋白受体1。顾名思义，这是细胞表面的一类受体分子，专门结合和感知一类特殊的糖基化修饰的蛋白质。ASGR1只在肝脏细胞中表达，其具体的作用机制长期未知。但已经有不少靶向肝细胞的药物在通过ASGR1受体进行吸收，例如Alnylam公司开发的小核酸药物，就是通过添加特殊的糖基化分子，从而使其能够被肝脏细胞表面的ASGR所识别，提高其被肝细胞吸收的能力[5]。
在2016年，一项在冰岛、丹麦和荷兰人群中进行的研究首次发现，ASGR1基因的某些罕见天然变异，能够降低其基因活性，同时能够显著降低人群的血脂水平（特别是低密度脂蛋白）和心血管疾病风险。而且携带这些基因缺陷的人并没有出现任何其他方面的健康问题。这是人们第一次意识到ASGR1可能成为全新的降脂药物开发靶点[6]。
但ASGR1具体是如何和血脂调节产生关系的呢？
2022年8月，武汉大学宋保亮实验室的一项研究深入研究了这个问题 [7]。他们首先发现，和人类类似，ASGR1基因敲除的小鼠中（被敲除ASGR1基因的小鼠中），各项血脂指标有明显的下降，肝脏中的脂肪堆积也有显著减轻。同时，这些小鼠的胆汁分泌活动大大增强，胆汁中的胆固醇含量也有肉眼可见的提升。这些结果直接指向了一个可能性：ASGR1基因功能的下降，促进了胆固醇通过胆汁排出体外，从而降低了血脂。
在具体机制层面，宋保亮实验室的研究发现，在肝脏细胞的正常活动中，ASGR1会持续地进行所谓内吞过程：在结合了特定的糖基化分子之后，ASGR1受体所在的细胞膜会发生向内凹陷和断裂，形成包裹着ASGR1分子的小液滴进入细胞内部。这些小液滴和细胞内部的废物处理工厂溶酶体融合，ASGR1蛋白在此被分解成为单个氨基酸。接着，这些输入的营养物质可以促进细胞内脂肪的合成、阻止胆固醇分子的外排。鉴于细胞的持续生长繁殖需要持续不断的脂类分子供应，上述过程可以粗略的理解为：细胞感受到持续的营养输入（来自ASGR1分解的氨基酸），从而启动其生长和繁殖过程（准备充足的脂肪，包括胆固醇）。
而如果破坏掉ASGR1的功能，上述过程则会被相应地逆转，其中就包括胆固醇的向外输送会被大大增强，小鼠的血脂水平因此能够得到显著的改善。
研究者们使用了丰富的研究手段，包括使用药物和遗传学操作激活和抑制上述过程中的各个关键分子，在培养细胞和小鼠模型中反复证明了上述过程的可靠性。
值得一提的是，研究者们还专门筛选了一种能够高效结合ASGR1蛋白的单克隆抗体分子，证明了注射这种抗体同样可以显著降低小鼠的血脂和肝脏脂肪堆积，提高胆固醇通过胆汁排泄的能力，也能够帮助这些小鼠抵抗高脂肪食物带来的高血脂风险。
而且，鉴于ASGR1靶点的降血脂机制和他汀类以及依折麦布的机制完全不同：前者是通过促进多余的胆固醇外排，而后者则是通过抑制胆固醇合成和吸收，因此理论上这些药物如果联合使用，将能够起到更显著的降血脂效果。研究者们也在小鼠模型中验证了这个猜测。
虽然这些研究目前只是在小鼠体内完成，但结合ASGR1基因变异在人体中的降脂效果和健康收益，确实证明了ASGR1是一个有巨大价值的降脂药全新靶点。
降脂药物开发离不开罕见遗传病研究
如果我们暂时抛开ASGR1研究的细节，对比它和其他两大类降脂药物（他汀类和PCSK9类）的异同，会看到一个非常有启发性的共性。三者都具有在大众市场上治疗高血脂、预防心脑血管风险的潜力，但它们三者的发现和成药，都离不开对罕见遗传疾病的研究。
先说他汀类药物。这类药物中的第一个——美伐他汀，是日本科学家远藤章在1970年代从一株青霉菌的分泌物中提取的，它能够有效抑制胆固醇合成途径中的限速酶，HMG-CoA还原酶的活性，因此可能用于降血脂治疗。
但如果研究仅仅停留在这一步，我们是无法在后来的历史上看到大放异彩的他汀类药物的。在真实的历史中，美伐他汀并没有被远藤章的东家、日本药企第一三共严肃对待，它其实从未真正进入大规模临床应用。除了因为动物实验中看到的一些令人迷惑的现象之外，人们当时还有一个根深蒂固的担忧：胆固醇是人体最重要的生物大分子之一，粗暴破坏其合成途径是否会带来严重的健康风险？[8]。
在他汀类药物真正进入大规模临床应用之前，针对一种罕见遗传病——家族性高胆固醇血症的研究起到了重要的推动作用。在1970-80年代，美国德克萨斯大学西南研究中心的两位科学家，Joseph Goldstein和Michael Brown深入研究了这种疾病的机理。家族性高胆固醇血症的患者往往在幼年时期就出现了严重的高血脂问题，而且往往和饮食习惯无关。[9]
Goldstein和Brown意识到这类患者身体细胞的胆固醇合成途径持续保持高度活跃状态，并以此为基础，发现了人体中胆固醇合成活动的重要调节手段之一——低密度脂蛋白及其受体。
刚刚我们提到，肝脏持续不断地向血液中释放低密度脂蛋白，将胆固醇运送到身体各处。这些装载了丰富胆固醇的微型颗粒在接触人体细胞后，可以和细胞表面的低密度脂蛋白受体结合，通过内吞过程进入细胞内部，释放出内部的胆固醇供细胞使用。显然，当来自肝脏的低密度脂蛋白较为充裕，细胞内部就不需要再进一步合成更多的胆固醇，胆固醇合成活动就会被抑制。相反，如果细胞内胆固醇合成不足，就需要更多地依赖外部胆固醇供应。这时候细胞就会制造更多的低密度脂蛋白受体，用于从血液中抓取更多的低密度脂蛋白。简而言之，外部来的多了，内部就可以少合成一些，内部合成不够了，就要从外部多来一点。这是一个简单且实用的负反馈调节过程。
而在家族性高胆固醇血症患者体内，细胞感知外部胆固醇输入的能力被破坏了，之后研究者们进一步发现这些患者体内恰恰是低密度脂蛋白受体基因出现了缺陷 [10]，因此不管血液中运来了多少胆固醇，细胞内部都仍然在持续生产胆固醇，这当然造成了胆固醇的过剩和大量堆积。
在这些研究的基础上，远藤和Goldstein/Brown实验室合作，证明了美伐他汀的双重作用机制 [11]。它首先抑制了细胞内胆固醇的合成，减少了人体中胆固醇的总量；而紧接着，细胞内胆固醇水平的降低，反过来提高了细胞利用低密度脂蛋白受体吸收外部胆固醇的能力，将血液中的过剩胆固醇进一步降低了。这才完整诠释了他汀类药物的降血脂功能。
1987年，美国默沙东公司的洛伐他汀正式获批上市用于高血脂治疗。在此之后，超过10个他汀类药物陆续上市销售，三十多年里拯救的生命难以计数。而在这些耀眼成就背后，针对罕见遗传病的研究起到了难以替代的关键作用。
无独有偶，PCSK9类药物的开发也同样离不开罕见遗传疾病的研究。
2003年，就在人们已经默认高血脂市场已经被他汀类药物彻底统治的时候，法国科学家Catherine Boileau在荷兰一个大家族中发现了持续两个世纪的家族性高血脂问题，并且找到了这个家族中携带的PCSK9增强型基因变异[12]。此后不久，美国西南医学中心的Jonathan Cohen和Helen Hobbs又在另一个独立的人群研究中发现，破坏PCSK9基因功能的变异能够显著降低血脂，且不会带来健康风险 [13]。
在这些研究的基础上，人们进一步研究并理解了PCSK9蛋白的作用（主要是降低细胞表面的低密度脂蛋白受体水平，从而阻止细胞吸收血液中的胆固醇）。多款针对PCSK9靶点的全新降脂药物已经问世，并且对他汀类药物起到了很好的补充作用。特别是人群中有相当比例（10%-15%）的人无法耐受他汀类药物的副作用，尤其是肌肉系统毒性，对这群人而言PCSK9类药物的价值是难以估量的。同样，在PCSK9药物的开发历程中，针对罕见遗传疾病的研究更是起到了捅破第一层窗户纸的宝贵作用。
这一次，首先同样是在极少数人类携带者中发现ASGR1基因变异和血脂调节有关，宋保亮实验室的研究更是完整揭示了ASGR1在胆固醇外排中的作用，也在小鼠模型中证明了ASGR1抗体和小核酸药物的成药性。接下来，我们当然期待靶向ASGR1的药物也能够和他汀类药物、PCSK9类药物一样，在人类对抗高血脂的战场上大放异彩。
这更是一个认真的提醒，即便我们的目标是解决大众人群中的普遍健康问题，但我们绝不应该忽略罕见遗传疾病研究的深远影响和巨大价值。
译名对照表：
低密度脂蛋白（LDL, low density lipoprotein）
高密度脂蛋白（HDL, high density lipoprotein）
他汀（Statin）
立普妥（Lipitor，通用名Atorvastatin）
依折麦布（Ezetimibe）
胆汁酸螯合剂（Bile acid sequestrants）
列净（Liflozin）
糖基化分子（GalNac）
溶酶体（lysosome）
家族性高胆固醇血症（Familial hypercholesterolemia）
美伐他汀（Mevastatin）
远藤章（Akira Endo）
第一三共（Daiichi Sankyo）
低密度脂蛋白受体（LDL receptor）
洛伐他汀（Lovastatin）
制版编辑 | 小圭月
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