低密度脂蛋白脂質(zhì)代謝研究關(guān)鍵工具“熒光標(biāo)記脂蛋白”詳解

由于脂質(zhì)代謝在各種疾病中的重要作用，它是藥物發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵目標(biāo)。通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成、儲存和分解，靶向脂質(zhì)代謝可以幫助管理肥胖、糖尿病和動脈粥樣硬化等代謝性疾病。它還可以通過抑制腫瘤生長和克服藥物耐藥性用于癌癥治療。此外，靶向脂質(zhì)代謝通路提供了治療神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病和炎癥性疾病的潛在方法。

今天我們將聚焦脂質(zhì)代謝研究關(guān)鍵工具“熒光標(biāo)記脂蛋白”，進(jìn)行深入解析。

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LDL在脂質(zhì)代謝藥物開發(fā)中的重要性

低密度脂蛋白（LDL）是血液中膽固醇的主要載體。它將膽固醇運輸?shù)浇M織，對于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和激素合成至關(guān)重要。然而，過多的LDL膽固醇會導(dǎo)致動脈中形成斑塊，導(dǎo)致動脈粥樣硬化和心血管疾病。因此LDL一直是藥物發(fā)現(xiàn)的重要目標(biāo)，比如：

1. 他汀類藥物：這些藥物抑制HMG-CoA還原酶，這是一種膽固醇合成的關(guān)鍵酶，從而降低LDL-Cholesterol（LDL-C）水平。

2. PCSK9抑制劑：PCSK9是一種降解肝細(xì)胞上LDL受體的蛋白質(zhì)。抑制PCSK9可以增加LDL受體的數(shù)量，增強LDL-C從血液中的清除。

3. 依折麥布 (Ezetimibe)：這種藥物抑制小腸對膽固醇的吸收，從而降低血液中的LDL-C水平。

正在進(jìn)行中的研究集中在尋找新的和更有效的方法來管理LDL水平。這包括開發(fā)小分子抑制劑、單克隆抗體和基于RNA的治療方法，這些方法靶向LDL代謝及其調(diào)節(jié)的各個方面。

01脂蛋白種類（Lipoproteins）

血漿中含有大量的脂類物質(zhì)，而脂類不溶于水。這些脂類會與載脂蛋白結(jié)合，形成可溶性脂蛋白（Lipoproteins）存在于血漿中，隨后脂蛋白會隨著血液循環(huán)到全身各處的細(xì)胞參與脂質(zhì)代謝。脂蛋白的結(jié)構(gòu)通常由三部分組成：表面是由磷脂、游離膽固醇組成的單層膜，單層膜上同時會結(jié)合特定載脂蛋白，以及單層膜內(nèi)包圍著一個由非極性脂質(zhì)（主要是膽固醇酯和甘油三酯）組成的疏水核心（圖1）。

圖1.脂蛋白結(jié)構(gòu)

脂蛋白的脂類比例、載脂蛋白種類不同，導(dǎo)致其各自理化性質(zhì)也不盡相同。根據(jù)超速離心法，按照脂蛋白顆粒密度大小差異，分為乳糜微粒（Chylomicrons，CM）、極低密度脂蛋白（Very low density lipoprotein，VLDL）、中間密度脂蛋白（Intermediate density lipoprotein，IDL）、低密度脂蛋白（Low density lipoprotein，LDL）、高密度脂蛋白（High density lipoprotein，HDL），如以下表格所示。

表1. 脂蛋白分類^[1]

02天然脂蛋白

不同脂蛋白，負(fù)責(zé)不同的代謝功能。內(nèi)源性脂蛋白途徑始于肝臟中VLDL的形成。VLDL中攜帶的甘油三酯在肌肉和脂肪組織中被脂蛋白脂肪酶代謝，釋放游離脂肪酸，形成IDL。IDL進(jìn)一步代謝為LDL，LDL被許多組織（包括肝臟，其是主要的攝取部位）的LDL受體吸收。膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運始于肝臟和腸道形成新生HDL。這些小的HDL顆粒隨后可以吸收從細(xì)胞中流出的膽固醇和磷脂，最終形成成熟的HDL。成熟的HDL可以從細(xì)胞中獲取額外的膽固醇。然后，HDL將膽固醇轉(zhuǎn)運至肝臟，直接或間接地將膽固醇轉(zhuǎn)移到VLDL或LDL。^[1]膽固醇從巨噬細(xì)胞流出到HDL在預(yù)防動脈粥樣硬化發(fā)展中起著重要作用。

圖2. 內(nèi)源性脂蛋白通路^[1]

LDL也可以被作為細(xì)胞或疾病標(biāo)志物，內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞等細(xì)胞對LDL吞噬能力的改變，往往在心血管和脂質(zhì)運輸研究中作為標(biāo)志事件。熒光標(biāo)記的LDL，通常被用于直接檢測細(xì)胞吞噬水平能力。

03修飾型脂蛋白

LDL在體內(nèi)存在著不同的修飾，包括氧化的LDL（Oxidized LDL, Ox-LDL）、乙?；腖DL（Acetylated LDL, Ac-LDL）等。天然LDL被細(xì)胞攝取依賴于細(xì)胞膜表面的LDL受體（LDLR）。然而，內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞等攝取Ox-LDL、Ac-LDL等修飾型脂蛋白的過程，則更多依賴于特異性針對這些修飾型脂蛋白的“清道夫”受體。如下圖所示，不同細(xì)胞類型中，靶向修飾型脂蛋白的“清道夫”受體不盡相同。^[2]因此，研究不同“清道夫”受體的功能，往往需要選擇不同類型的修飾型脂蛋白。

圖3. 低密度脂蛋白受體分類^[2]

在細(xì)胞損傷模型上，Ox-LDL也被用于誘導(dǎo)某些巨噬細(xì)胞產(chǎn)生泡沫細(xì)胞（foam cell），以研究泡沫細(xì)胞與動脈粥樣硬化的相關(guān)性^[3]。Ac-LDL可用在內(nèi)皮細(xì)胞和小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的功能研究，也可用作泡沫樣細(xì)胞生成的陽性對照。

04熒光標(biāo)記脂蛋白

為了滿足多重?zé)晒獾氖聚櫂?biāo)記，我們有不同熒光標(biāo)記的脂蛋白可以選擇。在決定好LDL天然型或者修飾型后，我們還需要選擇合適的熒光基團。通過將熒光探針與LDL結(jié)合，使其在特定波長下發(fā)出熒光信號，從而實現(xiàn)對LDL攝取、轉(zhuǎn)運及代謝過程的實時追蹤。如下圖所示，研究人員可以使用熒光標(biāo)記的脂蛋白與細(xì)胞共孵育，從而能實現(xiàn)在熒光顯微鏡下，追蹤脂蛋白的攝取及代謝活動過程。ox-LDL進(jìn)入細(xì)胞后，會轉(zhuǎn)移到晚期內(nèi)體或溶酶體，進(jìn)一步被降解后釋放游離膽固醇。通過給ox-LDL標(biāo)記熒光，研究人員能實現(xiàn)對細(xì)胞中脂蛋白的轉(zhuǎn)運運輸能力進(jìn)行檢測。^[4]

圖4. 熒光標(biāo)記oxLDL追蹤細(xì)胞攝取脂蛋白能力^[4]

LDL探針種類

除了未標(biāo)記的LDL以外，我們還提供兩類標(biāo)記的LDL探針：一類探針含有未修飾的天然型LDL，用于研究正常膽固醇的遞送和內(nèi)化機制；另一類探針含有Ox-LDL或Ac-LDL，用于研究表達(dá)特異性結(jié)合該修飾型LDL 的受體的內(nèi)皮細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和其他細(xì)胞類型。在熒光類型上，我們提供Alexa Fluor、DiI、BODIPY FL以及pHrodo這4類熒光標(biāo)記基團的選擇。

熒光基團特性

其中，BODIPY FL容易被488 nm激光譜線激發(fā)，且其化學(xué)穩(wěn)定性更高，耐受多元環(huán)境，適合流式細(xì)胞術(shù)和共聚焦激光顯微鏡觀察。DiI是一類親脂性染料，染料能夠容易地進(jìn)入LDL的疏水部分，確保標(biāo)記的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。而Alexa Fluor屬于小分子染料，擁有明亮且光穩(wěn)定的特性，可以適用于多標(biāo)記實驗進(jìn)行流式細(xì)胞儀和共聚焦激光掃描顯微鏡分析。

在全部熒光標(biāo)記的LDL相關(guān)產(chǎn)品中，有一類特殊的熒光基團pHrodo。這類熒光基團是pH敏感型的探針。這些染料在酸性環(huán)境中發(fā)出熒光但在中性 pH 值環(huán)境下幾乎不顯示信號。當(dāng) pH 環(huán)境酸化時，pHrodo 染料的熒光增加與細(xì)胞內(nèi)囊泡酸化相關(guān)，這使得這些染料成為研究內(nèi)吞作用或吞噬作用及其受環(huán)境因素、藥物或病原體調(diào)節(jié)的寶貴工具。在后面的推文中，我們也會詳細(xì)來看，以pHrodo這類染料為代表的，抗體標(biāo)記類產(chǎn)品在抗體藥篩選標(biāo)記以及吞噬檢測中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

1. Feingold, K. R. (2022). Lipid and lipoprotein metabolism. Endocrinology and Metabolism Clinics, 51(3), 437-458.

2. Ashraf, M. Z., & Gupta, N. (2011). Scavenger receptors: implications in atherothrombotic disorders. The international journal of biochemistry & cell biology, 43(5), 697-700.

3. Guo, J., & Du, L. (2024). An update on ox-LDL-inducing vascular smooth muscle cell-derived foam cells in atherosclerosis. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 12, 1481505.

4. Liang K, Dai JY. Progress of potential drugs targeted in lipid metabolism research. Front Pharmacol. 2022 Dec 16;13:1067652. doi: 10.3389/fphar.2022.1067652. PMID: 36588702; PMCID: PMC9800514.

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