脂质代谢与降脂药物研究进展

来源：药学进展

专家介绍：何朝勇

博士，教授，博士生导师。2016 年以特聘研究员被引进中国药科大学，现就职于药学院。2005 年获中国协和医科大学药理学博士学位，2005-2008 年在北京大学基础医学院药理学系任讲师，2008-2011 年在美国俄克拉荷马大学医学院医学系进行博士后研究，2011 年起在美国俄克拉荷马医学研究所免疫学和肿瘤生物学系、心血管生物学系任研究科学家。现为美国科学促进会、美国实验病理学会、中国药理学会和中国药学会等学会会员。同时担任 European Journal of Pharmacology、Diabetes & Metabolism、Clinical andExperimental Pharmacology and Physiology、Diabetes，Obesity and Metabolism 等多个 SCI 收录杂志特约审稿人。近 5 年来在国际权威期刊如 Nature Communications、Diabetes、Circulation Research、Autophagy、AmericanJournal of Pathology、Gene & Development 等杂志发表论文多篇。

正文

脂质代谢与降脂药物研究进展

蔡东成，刘红霞，刘丹媚 ，郝海平，何朝勇*

（中国药科大学药学院，江苏 南京 210009；中国药科大学天然药物活性组分与药效国家重点实验室，江苏 南京 211198）

[摘要]动脉粥样硬化性心血管疾病是目前全球发病率和死亡率最高的疾病之一。脂质代谢紊乱是动脉粥样硬化性心血管疾病的重要独立风险因素。近年来，降脂药物市场出现了很多创新药物，脂质代谢基础研究也有许多新的进展。通过对脂质代谢以及相关的药物靶点的最新研究进展进行详细的阐述，为动脉粥样硬化性心血管疾病的治疗提供一个新的思路。

脂质代谢紊乱是指由于遗传、代谢或者转运异常导致的血液中一种或者多种血脂超出正常范围的状态。高脂血症主要是指血浆中胆固醇（cholesterol，TC）、三酰甘油（triglycerides，TG）、低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）高于正常范围和血浆高密度脂蛋白-胆固醇（highdensity lipoprotein cholesterol，HDL-C）低于正常范围的症状。高脂血症促进脂质在动脉内皮下大量沉积导致动脉粥样硬化斑块的形成，晚期动脉粥样硬化斑块易于破裂形成血栓，堵塞冠脉或脑血管造成心梗或脑卒中。大量的基础实验和临床医学研究证明，高脂血症是导致动脉粥样硬化性心血管疾病（atherosclerotic cardiovascular disease，ASCVD) 的重要风险因素之一。 

目前临床上常用的降脂药物有他汀类、贝特类和烟酸类药物。在过去的 20 年中，他汀类药物一直是用于治疗高脂血症的首选药物，其降低 TC 和LDL-C 水平的同时升高 HDL-C 水平。但他汀类药物也有一系列副作用，会造成血糖升高、肌肉酸痛，长期服用也可能造成横纹肌溶解、肝肾毒性等副作用。目前已有的降脂疗法对特定患者人群无法达到预期疗效，新的药物组合疗法正被运用于临床，同时具有新的作用机制的降脂药物和新的药物靶点也被逐渐确证发现，本文根据胆固醇在体内吸收、合成、转运及 TG 合成规律综述了脂质代谢和降脂药物以及相关药物靶标的最新研究进展。

1胆固醇代谢调节及相关药物

1.1 胆固醇吸收调节及药物

人体获得胆固醇的主要途径是通过自身内源性合成和从饮食中经小肠吸收，机体每种细胞几乎都可以利用乙酰辅酶 A 为原料合成胆固醇，但是从饮食中的获得则更为直接。小肠中吸收胆固醇的主要来源有：食物、经肝肠循环的胆汁和脱落的小肠上皮细胞中的胆固醇，因此阻断小肠中胆固醇的吸收可以直接并有效降低血浆中胆固醇的水平。

1.1.1 胆汁酸螯合剂 经肝肠循环的胆汁中携带大量的胆固醇，是由肝脏细胞 ATP 结合转运蛋白 G5/G8（ATP-binding cassette subfamily G5/G8）外排到胆汁中。人体每天外排到胆汁中的胆固醇约 800 ~ 1200 mg，大多以游离形式存在，被小肠上皮细胞直接吸收。胆汁酸螯合剂如考来烯胺可以阻止胆汁酸或胆固醇从肠道吸收，促进胆汁酸或胆固醇随粪便排出，从而降低胆固醇水平。

1.1.2 NPC1L1 与依折麦布 2004 年 Altmann 等通过生物信息学结合基因敲除技术发现 Niemann-PickC1 like 1（NPC1L1）蛋白高效介导胆固醇的吸收过程，如图 1 所示，其主要表达在小肠黏膜刷状缘细胞膜上。NPC1L1 敲除小鼠与野生型小鼠相比胆固醇吸收效率下降约 70%，而对其他脂类分子的吸收基本不变。依折麦布（ezetimibe）是基于此靶点上市并进入临床使用的唯一药物。在临床使用上依折麦布和他汀类药物的作用机制互补，同时使用可以减少胆固醇的吸收和内源性胆固醇的合成，同时可以升高 HDL-C 水平。SHARP 和 IMPROVE-IT两项临床研究表明，辛伐他汀与依折麦布联合用药相比较于辛伐他汀单独使用，可以使心血管事件分别下降 17% 和 7%，并且表现出较好的安全性，这为高脂血症的临床治疗及 ASCVD 的防控提供了新的治疗思路。

1.1.3 抑制胆固醇吸收新靶点 2018 年 Zhang 等 [11]在对我国新疆地区进行流行病学调查时发现，以牛羊肉、奶制品为主要食物的哈萨克族冠心病的发病率比汉族及维吾尔族低，且血浆中 LDL-C 水平也较低。全基因组外显子测序发现，家系中 LDL-C 低水平成员的 LIM Domain and Actin Binding 1（LIMA1）基因的一个杂合移码缺失突变为 K306fs，基于LIMA1 基因敲除小鼠研究发现，LIMA1 蛋白可以与 NPC1L1 蛋白和肌球蛋白 Vb 相互作用介导胆固醇在小肠的内吞。LIMA1 基因的功能缺失性突变使NPC1L1 蛋白功能受阻，胆固醇在小肠吸收减少。因此，阻断 LIMA1 与 NPC1L1 蛋白间的相互作用为降低胆固醇吸收药物的研发提供了新的方向和思路。 

如图 1 所示，胆固醇在被吸收进入细胞之后，大部分会被酰基辅酶 A: 胆固醇酰基转移酶（acylCoA: cholesterol acyltransferase，ACAT）催化形成胆固醇酯以脂滴的形式储存在细胞中。研究发现ACAT2 敲除小鼠从饮食中获取胆固醇能力下降，同时肝脏和小肠中胆固醇酯的含量也明显降低，而敲除 ACAT1 对肝脏和小肠的胆固醇吸收没有明显影响，因此 ACAT2 可以作为胆固醇吸收抑制剂的潜在靶标。

1.2 抑制胆固醇内源性合成及相关药物 

他汀类药物是目前临床上应用最为广泛的降胆固醇药物，其作用靶点是羟甲基戊二酸单酰辅酶 A 还 原酶（hydroxy methylglutaryl coenzyme Areductase；HMGCR）这一胆固醇合成过程中的关键限速酶（如图 2 所示）。他汀类药物化学结构中开环羟基酸部分与 HMG-CoA 结构类似，但其与 HMGCR 的亲和力远高于 HMG-CoA，进而竞争性地抑制二羟基甲基戊酸的生成，抑制胆固醇的合成。此外，他汀类药物在降低胆固醇之后会反馈性地升高肝脏中低密度脂蛋白受体（low-densitylipoprotein receptor，LdlR）的水平，增强肝脏对血液中 LDL-C 的摄取，使血浆中 LDL-C 处于较低的水平。洛伐他汀是由美国默克公司开发并于 1987年上市的第 1 个他汀类药物，目前他汀类药物已经发展到第 2 代，在临床上也取得了巨大的成功。 

1.2.1 促进羟甲基戊二酸单酰辅酶 A 还原酶降解 虽然他汀类药物取得了巨大的成功，但是长期使用他汀类药物会使 HMGCR 的水平以负反馈的方式代偿性升高。当细胞内胆固醇的水平较低时，细胞内固醇调节元件蛋白（sterol regulatory elementbinding proteins，SREBP）被激活，发挥转录因子活性，进入细胞核内，上调胆固醇合成相关基因的表达，同时，他汀对 HMGCR 的抑制导致细胞内羊毛甾醇和二氢羊毛甾醇的水平下降，二者可以促进 HMGCR 的降解，因此导致其在细胞内半衰期延长，蛋白水平升高，进而削弱他汀类药物作用。当停药之后，高水平的 HMGCR 会导致血脂的反跳性升高，出现停药反应。基于此现象，Jiang 等在 HMGCR 降解机制的基础上，筛选出一个促进HMGCR 蛋白降解的化合物 Cmpd 81，进一步研究发现 Cmpd 81 可以促进 HMGCR 的泛素-蛋白酶体途径降解，减少他汀诱导的 HMGCR 蛋白累积。在小鼠模型中，Cmpd 81 单独使用可降低胆固醇水平并减少 LdlR 敲除小鼠动脉粥样硬化斑块的形成；同时 Cmpd 81 和他汀药物联用可进一步降低胆固醇水平。这一研究也为提高他汀类药物的作用，减少他汀类药物副作用方面提供了新的思路和角度。

1.2.2 SREBP-SCAP 途径抑制剂 细胞内脂质尤其是胆固醇的合成受到胆固醇调节元件结合蛋白（sterol-regulatory element binding protein，SREBP）的精密调控。SREBP 是内质网定位蛋白，当细胞内胆固醇水平升高时，SREBP 与固醇调节元件结合蛋白裂解激活蛋白（SREBP cleavage-activatingprotein，SCAP）结合，后者与 Insig（insulin-inducedgene）蛋白结合而将其锚定在内质网上为无活性的前体形式，当细胞内胆固醇水平降低时，SCAP 与Insig 蛋白解偶联，SREBP 进而转位到高尔基体被蛋白水解酶 S1P （Site-1 protease） 与 S2P（Site1protease）水解成为有活性形式的转录因子，进入细胞核内上调控制胆固醇合成相关基因和 LdlR 的表达（见图 2）。实验研究表明肝脏特异性敲除SCAP 或 S1P 可降低小鼠血浆中 TC 和 TG 水平。Tang 等通过筛选发现了 SREBP 特异性抑制剂白桦酯醇，其可以促进 SCAP 与 INSIG 的结合，抑制SREBP 的活化。体内实验发现白桦酯醇可以降低高脂喂养的小鼠 TC 和 TG 水平，提高胰岛素敏感性，并可以减少 LdlR 敲除小鼠动脉粥样硬化斑块的形成。此外，Lisa 等通过对内源性代谢物的筛选发现 25-羟基维生素 D 可以促进 SCAP 的泛素化修饰，导致其降解，进而降低 SREBP 的活化，并且此作用独立于维生素 D 受体，说明了 25-羟基维生素 D 作为降脂药物的可能性。

1.2.3 ATP-柠檬酸裂解酶抑制剂 ATP-柠檬酸裂解酶（ATP citrate lyase，ACL）是存在于细胞浆中负责产生乙酰辅酶 A 的一种酶，如图 2 所示，其催化柠檬酸和辅酶 A 分别转化成草酰乙酸和乙酰辅酶 A。乙酰辅酶 A 是脂肪酸、胆固醇合成的初始原料，因此抑制 ACL 的活性可以降低胆固醇和脂肪酸的合成。bempedoic acid 是全球首个人工合成的 ACL小分子抑制剂，研究表明其可以抑制 ACL 活性并激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated proteinkinase，AMPK），动物实验发现 bempedoic acid 降低胆固醇、TG 水平的同时抵抗动脉粥样硬化的发生 [26]。临床试验中，bempedoic acid 同样可以降低LDL-C 的水平，Ⅱ期临床试验发现其还可以降低患者高敏 C 反应蛋白的水平，具有良好的安全性和患者耐受性，并且与他汀类药物联用可以进一步降低LDL-C 水平。最新临床试验表明，对于他汀类药物治疗效果不佳的患者，bempedoic acid 治疗可显著降低 LDL-C 水平。目前该药已经完成上市前的临床试验，相信在不久的未来，心血管疾病患者会有新的降脂药物选择。

1.3 胆固醇转运及相关药物

胆固醇在体内及细胞内处于高度动态平衡状态，其代谢也受到精密调控。胆固醇除了由肝脏合成或者经食物吸收之外，其在体内也会经历一系列的转化过程。HDL 在介导胆固醇逆转运过程中起着重要作用。HDL 主要由肝脏和小肠合成分泌。血浆中 VLDL 和 LDL 在 TG 水解的过程中，表面组分解离也可形成新生的 HDL。HDL 可以转运肝外组织或细胞内过量的胆固醇，胆固醇在卵磷脂胆固醇脂酰转移酶催化作用下生成胆固醇酯，成熟的 HDL 可以将胆固醇酯转运到肝脏中，肝脏进一步代谢生成胆汁酸或者激素等。因此 HDL 可以抑制肝外组织或细胞如巨噬细胞内过多的胆固醇积累，防止泡沫细胞的形成，抑制动脉粥样硬化的发生。此外，研究表明 HDL 具有抗氧化的功能。

1.3.1 胆固醇酯转运蛋白抑制剂 胆固醇酯转运蛋白（cholesteryl ester transfer protein，CETP）同样由肝脏合成并分泌到血液中，其可以结合 HDL，将 HDL携带的胆固醇酯转运到 VLDL 和 LDL 上。因此基于HDL 抗炎和胆固醇逆转运的作用，抑制 CETP 活性以升高HDL水平，降低LDL水平的调脂策略被提出，CETP 抑制剂进入临床试验阶段，由于高血压副作用，2006 年辉瑞研发的 CETP 抑制剂 torcetrapib 临床试验宣告失败。同样，2012 和 2015 年罗氏和礼来先后终止了其 CETP 抑制剂的后续临床试验。2017 年 6 月默沙东宣布 CETP 抑制剂安塞曲匹（anacetrapib）Ⅲ期临床研究到达终点。与安慰剂/阿托伐他汀组相比 anacetrapib/阿托伐他汀组的心血管事件发生率仅下降了 9%，因此默沙东随后也放弃了对该药物的继续研发。基于抑制 CETP 活性，降低 LDL 水平升高 HDL 水平以降低心血管事件发病率的策略似乎需要进一步更加严谨科学的论证，CETP 的成药性以及目前 CETP 抑制剂所表现出的脱靶效应也是药物学家需要深入研究的方向之一。 

1.3.2 前蛋白转化酶枯草溶菌素 9 抑制剂 肝细胞可通过细胞表面表达的 LdlR 摄取 HDL 和 LDL 携带的胆固醇及胆固醇酯。LDL 中主要的载脂蛋白ApoB100 可与 LdlR 结合形成复合物，复合物被内吞进入细胞内，在细胞内 LDL 与 LdlR 分离，胆固醇酯被水解生成胆固醇进一步生成胆汁酸或进入其他代谢途径，而 LdlR 返回到细胞膜上进一步循环利用。前蛋白转化酶枯草溶菌素 9（proproteinconvertase subtilize/kexin 9，PCSK9）是于 2003 年发现的与家族性高胆固醇血症密切相关的一种蛋白。如图 2 所示，PCSK9 可以竞争性地和肝细胞表面的LdlR 结合，并被内吞至细胞内，导致 LdlR 在细胞内被降解，使得肝脏摄取 LDL 减少，从而使血浆中胆固醇水平升高。因此抑制 PCSK9 的活性可以减少 LdlR 在细胞内的降解，增加肝脏对 LDL 的清除能力，使血液中胆固醇水平进一步降低。PCSK9也被认为是继 HMGCR 之后最可靠的降脂药物靶点。2015 年美国安进公司研发的 PCSK9 单克隆抗体evolocumab 被欧盟批准上市，紧随其后，赛诺菲公司的 PCSK9 抑制剂获批上市。临床试验数据表明 2种 PCSK9 抑制剂均可降低 LDL-C 水平，降低心血管事件的发生，表现出良好的耐受性和安全性。目前，很多医药公司如辉瑞、诺华等公司的 PCSK9的单克隆抗体以及小分子抑制剂处于临床试验阶段，均在降低胆固醇领域显示出良好的前景。PCSK9抑制剂的研发无疑是降血脂领域的一项突破，相信会有更多 PCSK9 抑制剂出现。

2调节三酰甘油水平及相关药物

高 TG 血症目前也被认为是发生心血管事件的重要风险因素之一。多项临床研究均表明高水平TG 与冠心病患者全因死亡率升高密切相关。肥胖、糖尿病等心血管疾病高危人群同样常伴随有高 TG 血症。目前临床上使用的降 TG 药物是贝特类和烟酸类药物。贝特类药物作用靶点是过氧化物酶体增殖剂激活受体 α（peroxisome proliferatorsactivated receptor α，PPAR-α），PPAR-α 可调节体内脂质代谢，其被激活之后，脂肪酸氧化增强，TG水平降低。目前已经上市的贝特类药物有氯贝特、苯扎贝特、非诺贝特等。烟酸类药物属于 B 族维生素类，大剂量使用时可以显示出降脂作用。但是由于烟酸类药物有皮肤潮红和胃肠道等副作用，其应用也受到限制。

2.1 抑制三酰甘油合成

2.1.1 载脂蛋白 C-Ⅲ抑制剂 血液中的脂质需要与特定的载脂蛋白结合形成脂蛋白才能被运输到机体的各个部位。载脂蛋白 C-Ⅲ（ApoC-Ⅲ）是由肝脏和小肠分泌，广泛存在于富含 TG 脂蛋白（triglyceride-rich lipoproteins，TRL） 如 VLDL 和LDL 上的一类载脂蛋白，研究发现其可以抑制脂蛋白脂酶和肝脂酶的活性，减少 TG 被水解吸收。孟德尔随机遗传研究发现，人群中ApoC-Ⅲ基因功能缺失突变与亚临床动脉粥样硬化减少有关，多种族研究发现ApoC-Ⅲ基因功能缺失突变携带者的血浆TG 降低，HDL-C 水平升高，冠状动脉粥样硬化程度降低。基因测序工作发现ApoC-Ⅲ的错义突变或其单克隆抗体可以降低小鼠血液循环中 TRL 的水平，因此 ApoC-Ⅲ蛋白可能作为降低 TG 的潜在靶点。Volanesorsen 是 Ionis Pharmaceuticals 公司研发的反义寡核苷酸药物。临床试验研究发现其可以降低健康人和患者的 TG 水平。两项Ⅲ期临床试验 APPROACH 和 COMPASS 均表现出良好效果，但是临床试验中发现 volanesorsen 可引起血小板减少，其上市之后的安全性仍需要关注。AROAPOC3 是 Arrowhead 公司研发的一种靶向 ApoC Ⅲ的 RNAi 疗法，并且已获得美国 FDA 批准用于治疗家族性乳糜微粒血症综合征。除此之外，还有很多以 ApoC Ⅲ蛋白为靶点开发的反义寡核苷酸药物、RNAi 疗法、单克隆抗体等正处于研发阶段。

2.1.2 血管生成素样蛋白抑制剂  血管生成素样蛋白（angiopoietin-like Proteins，ANGPTL）是一类由肝脏合成分泌的糖蛋白，ANGPTL 家族有 8 个成员，目前，ANGPTL3、ANGPTL4 和 ANGPTL8 均被发现与血脂代谢有关。研究表明 ANGPTL3 以不可逆的方式与脂蛋白脂酶结合，导致循环中乳糜微粒和VLDL 代谢增多。基于人群研究和基因组关联研究发现 ANGPTL3 和 ANGPTL4 的无义突变均与循环低水平 TG 和心血管事件发生率降低有关。再生元公司的 ANGPTL3 单克隆抗体 evinacumab 和 Akcea 公司的反义核酸药物 AKCEA-ANGPTL-LRx 目前处于临床研究阶段。根据临床试验数据表明，evinacumab可以降低健康人和家族性高胆固醇血症患者的 TG和 LDL-C 水平，并在试验中表现出良好的安全性和耐受性。并且进一步研究发现 evinacumab 降低LDL-C 水平的作用不依赖于 LdlR，为 LdlR 基因缺陷患者的降脂治疗提供了新的选择。 

目前，以他汀类药物为主的降低胆固醇疗法虽然在控制心血管疾病中取得了巨大成功，但是心血管疾病发病率仍居高不下，高 TG 血症所带来的心血管风险逐渐被认识。基于降低 TG 水平的疗法也被用于临床研究，除上述提到的降低 TG 新的药物之外，omega-3 脂肪酸类药物在临床上也取得了不错的降低 TG 的效果。

3结语与展望

血液中脂质成分复杂、动态且多变，并且受到遗传、饮食习惯、环境等多种因素的影响。目前以干预糖脂代谢的方式降低心血管疾病的发生和发展已经成为常用的治疗手段，并且随着研究的不断进展，从单纯的降脂理念也逐渐转变成为调整血脂水平，维持脂质代谢的动态平衡。近年来，降脂药物领域也涌现出像 PCSK9 单克隆抗体、ANGPTL 反义寡核苷酸、NPC1L1 抑制剂等多种创新药物，与脂质代谢相关的基因和靶点也不断被发现确证。除上述提到的创新药物之外，相关研究发现 AMPK 激动剂同样可以降低血液中脂质水平，并可以减少高脂喂养 ApoE 敲除小鼠动脉粥样硬化斑块的形成，目前，AMPK 激动剂小檗碱正处于临床研究阶段。同时研究发现 AMPK 激动剂 AICAR 可以抑制炎症信号，减少血管炎症的发生。相信随着脂质代谢的基础研究和临床研究的不断深入，会有越来越多新的作用机制并且安全性良好的降血脂药物走向临床。