疾病导论系列 l 2020家族性高胆固醇血症-机制和病理生理**
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CK's Endocrine Notes 2020
2020疾病导论系列
家族性高胆固醇血症
Familial Hypercholesterolaemia，FH
陈康 编译
序
家族性高胆固醇血症是引起LDL-C升高的重要遗传性因素，最主要的问题是肝脏上LDL受体出现缺陷导致血液中的LDL-C无法进入肝脏进行清除，而基因纯合子（LDL受体两个等位基因出现相同纯合突变）或者复合杂合子（两个等位基因都有突变，但突变位置不同）图片可以导致LDL-C升高达正常上限的数倍。十余年前，还在就读硕士的我正值选题的时候，科里来了一例全身多处存在皮肤黄色瘤的患儿，我们基于PCR和测序等手段证实了此患者为此病的复合杂合子，并进行了家系的分析。纯合子或复合杂合子患儿在治疗上相当无奈，当时国内也没有太多的手段，查阅了国内外几乎所有相关的文献资料和网站，也只有他汀类药物治疗和非常规的血液净化、肝移植，以及仅仅出现在文字中的单基因治疗（见下表0）。据此，我在毕业论文中的写了一篇“冗长”的关于此病治疗的综述（可见此链接后半部分指南共识 l 家族性高胆固醇血症筛查与诊治中国专家共识（附：基因治疗））。
表0 家族性高胆固醇血症的治疗策略
（Treatment Strategies For FH）
后来国内上市依折麦布（Ezetimibe）、再后来又有Lomitapide和 Mipomersen，然后PCSK9抑制剂Evolocumab和Alirocumab和等等。八九年前还曾经异想天开的设计过肝脏受体介导导入载脂蛋白B基因RNAi的方法来解决问题，不过也被否决。直到现在，仍然在持续关注这个疾病的治疗领域，而这个领域也总是时不时带来一些好消息。
对家族性高胆固醇血症的研究极大推动了降脂药物的研发。比如PCSK9，当年我在综述中写下这个名词时遍查不到这东西叫啥中文名，而现在相关的明星药物（PCSK9i如Evolocumab和Alirocumab）已经上市。2003年，Necker-Enfants Malades儿童医院的科学家们报道：他们在一个法国家庭里发现了一个人类全新的遗传性高胆固醇血症家系，与传统的家族性高胆固醇血症不同，这个家系的高胆固醇血症并非胆固醇受体缺陷所致，通过连锁分析，PCSK9基因的功能增强（激活性突变），是这个家系遗传性高胆固醇的原因。简单粗暴的说法就是，高PCSK9活性=高胆固醇。知道了这个，科学家立刻猜想：既然“高PCSK9活性=高胆固醇”，那是不是“低PCSK9活性=低胆固醇”？
一群科学家立刻在实验室里开始吭哧吭哧做实验，想证明这个猜想，解决药物靶点的安全性问题需要巨大的投入，而且会有巨大的风险。谁想答案直接送上门来：地球上已经有另一群PCSK9基因活性超低的人，他们胆固醇真的是超低！最有名的是美国德州号称“不完美“”女人的Tracy。正常人LDL-C在100mg/dl以下就叫血脂正常，Tracy只有14mg/dl！美国德州不产扒鸡，盛产的是各种垃圾食品和大胖子。但Tracy是个“例外”，因为无论怎么吃，她的胆固醇治标永远是惊天地泣鬼神的低。她实现了无数吃货的梦想：狂吃而不得高胆固醇血症。2006年，对Tracy的基因测序发现她如此厉害的原因也是PCSK9基因突变了！但和“家族性高胆固醇血症”中的高活性突变完全相反，Tracy的PCSK9突变是失活突变，基因没有任何功能，她体内几乎不存在PCSK9蛋白。健康人Tracy的出现，让无数制药公司欣喜若狂。PCSK9激活性突变患者实际上是一个天然的人类疾病模型，而Tracy的出现时这个模型的另一个极端。两种模型所能说明的包括：
高PCSK9活性=高胆固醇
低PCSK9活性=低胆固醇
降低PCSK9活性应具有良好的安全性
几个“家族性高胆固醇血症”罕见病人，一个超级低胆固醇的精灵，正是对他们的研究，才有了2015年新药的出现，也使得全世界无数高胆固醇患者从中获益。
罕见病人的痛苦中蕴含着医学进步的火花，所以对此类疾病应该给予更多的关注和关爱。正是基于此，2010年第三届国际罕见病日的主题确定为“Patients and Researchers: Partners for Life!”“患者和研究者：生命的伙伴”。也意味着每一位罕见病患者的经历都可能变成科学进步的里程碑。而2017年第十届国际罕见病日的主题是“research”，口号是“ With research, possibilities are limitless”，即“研究带来无限可能”。
临床要点
家族性高胆固醇血症是一种常见遗传性疾病，其特征是出生时即有血清低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平异常升高，最终可导致心血管疾病。
大多数病例是由编码低密度脂蛋白受体的LDLR常染色体显性突变引起的，尽管编码参与胆固醇代谢或LDLR功能和加工的蛋白质的其他基因(如APOB和PCSK9)的突变也可能是原因，但频率较低。
家族性高胆固醇血症有几套诊断标准；常见诊断特征是低密度脂蛋白胆固醇水平升高伴有高胆固醇血症家族史或(过早)心血管疾病家族史。基于DNA的方法来识别潜在的遗传缺陷是可取的，但不是诊断的必要条件。
分层/级联联筛查有助于对患病个体家庭成员的疾病进行早期诊断，这一点至关重要，因为家族性高胆固醇血症可能在数十年内无症状。
除其他因素外，临床严重程度取决于携带致病突变的基因位置，并受突变类型的进一步影响。
终身降低LDLC治疗大大提高无心血管疾病存活率和寿命。他汀类药物是一线治疗，但通常需要额外的药物，如依折麦布、胆汁酸螯合剂、PCSK9抑制剂和其他新兴治疗方法。
机制/病理生理学
低密度脂蛋白胆固醇水平升高的分子基础几乎总是与以下机制中的至少一种有关:
所有细胞中LDLR分子数量减少或LDLR活性降低，但主要是肝细胞，这导致低密度脂蛋白胆固醇从血浆中清除减少；
低密度脂蛋白颗粒上的apo B100缺陷，不能与低密度脂蛋白受体结合；
PCSK9的过度表达或PCSK9的过度活跃，导致LDLR内化和降解迅速以及LDLR分子数量减少。
在携带相同特定基因突变的个体中，平均低密度脂蛋白胆固醇水平以通常可预测的方式变化。在LDLR突变的个体中观察到最高的平均水平，而APOB或PCSK9突变的个体通常水平稍低。值得注意的是，临床前动脉粥样硬化的程度(通过颈动脉超声检测)更多地取决于血浆低密度脂蛋白胆固醇水平，而不是哪个基因受到影响或突变的类型。LDLR、APOB和PCSK9中的致病突变是共显性的(也就是说，双等位基因都表达并对表型有贡献)，并且具有基因剂量效应 (也就是说，突变的数量和它们对表型的效应强度之间存在关系)。
胆固醇代谢
胆固醇是细胞膜的脂质成分，也是许多生物活性分子的前体，包括类固醇激素、维生素D、氧化甾醇(胆固醇的氧化衍生物)和胆汁酸。大约五分之一的循环胆固醇来源于饮食；大多数胆固醇来自肝脏合成，其中3-羟基-3-甲基戊二酰-辅酶a(HMG)-辅酶a还原酶（HMG-CoA）催化限速步骤。
低密度脂蛋白颗粒是胆固醇的主要运输工具，是一种球状大分子脂蛋白，用于在水性的血浆中转运脂质；其他包括高密度脂蛋白颗粒、极低密度脂蛋白颗粒和乳糜微粒(表2)。大多数循环低密度脂蛋白颗粒及其胆固醇货物是由极低密度脂蛋白颗粒变化而来的，不直接由肝脏分泌。并且，大多数循环低密度脂蛋白颗粒在通过肝细胞上的低密度脂蛋白受体内化后被肝脏分解代谢。尽管有时用“白话”说“坏胆固醇”和“好胆固醇”，来分别针对低密度脂蛋白和高密度脂蛋白，但这些颗粒中包含的胆固醇在质/量上是相同的。所谓“坏”和“好”指的是脂质转运的方向--低密度脂蛋白颗粒将胆固醇从肝脏转移到外围，有时会导致动脉壁病变，而高密度脂蛋白颗粒将胆固醇从外围返回到肝脏，肝脏可以安全地处理它。
表2 人血浆脂蛋白颗粒的性质和组成
长期过量的低密度脂蛋白颗粒，如家族性高胆固醇血症，会产生病理后果。在这种环境下，动脉对血管舒张刺激的正常反应会受到影响。此外，在肝脏中未被分解代谢的低密度脂蛋白颗粒经历包括氧化在内的修饰，并被动脉壁巨噬细胞内化，从而诱发炎症。动脉巨噬细胞可因胆固醇而超载，并演变成泡沫细胞，导致动脉粥样硬化斑块形成，斑块可以生长并最终阻塞关键血管，导致组织缺血。
致病基因
LDLR
大多数杂合子家族性高胆固醇血症(临床定义)个体(60-80%)是LDLR突变杂合子，不同突变在不同区域分布较为普遍。事实上，我们对正常LDLR功能和LDLR介导的低密度脂蛋白颗粒内吞的了解，在很大程度上来自对家族性高胆固醇血症患者的密切观察。
据报道，LDLR有2000多种罕见突变，包括：
大规模的DNA拷贝数变异，通常是部分基因缺失(占报道变异的8-10%)；
编码区的无义突变(12–15%)；
编码序列中或附近的小插入或缺失，可能会也可能不会改变阅读框(15–20%)；
剪接突变，通常是非编码的，发生在内含子-外显子边界(8-10%)；
改变单个氨基酸残基的错义突变(40-50%)。
不同的LDLR突变有助于理解LDLR的结构域(图2)。
图2:低密度脂蛋白颗粒合成和LDLR介导摄取的基本途径
LDLR突变可影响LDLR介导的低密度脂蛋白颗粒内吞作用的所有阶段，并可分为至少六个功能类别(图2):
第1类突变导致LDLR合成缺失，
第2类导致内质网LDLR释放受损，
第3类导致异常结合apo B100，
第4类导致网格蛋白Clathrin蛋白包被的凹坑或内化中有聚集缺陷，
第5类导致再循环缺陷，
第6类导致LDLR向基底外侧膜的初始转运失败。
然而，这些异质性类型和LDLR突变可分为两大类:
导致无蛋白质合成或合成完全无功能的LDLR的突变(受体阴性突变，也称为零突变)和
导致合成一定量部分有效LDLR的突变(受体缺陷突变)。
不同的LDLR突变会导致低密度脂蛋白胆固醇水平相差甚远，且在携带相同特定突变个体中，平均低密度脂蛋白胆固醇水平或多或少也会发生变化。一般来说，LDL-C的最高平均水平出现在受体阴性突变(如DNA拷贝数变异、无义或剪接突变)个体中，较低平均水平出现在较温和突变(即受体缺陷突变，如错义突变和框内插入或缺失)个体中。DNA测序显示，在假定纯合家族性高胆固醇血症患者中存在相当大的遗传异质性。事实上，许多人在两个等位基因中没有相同位置的突变，但突变出现在在同一基因(通常是LDLR)中，因此称为复合杂合性基因型。不太常见的是，个体具有双杂合性基因表型，其中一个突变基因通常是LDLR。如不考虑精确的突变，临床表型的严重程度取决于可归因于两种变异等位基因的功能性LDLR缺陷的程度。
APOB和PCSK9
在一些家族性高胆固醇血症表型成明显显性分离但没有检测到LDLR突变的家族中，基因定位和下一代测序研究揭示其他致病位点。 例如，编码apo B100 LDLR结合结构域的序列中的APOB突变导致一种家族性高胆固醇血症，也称为家族性缺陷型apo B100。临床诊断为杂合子家族性高胆固醇血症的患者中，有5-10%有APOB突变，这种突变通常比LDLR突变引起的家族性高胆固醇血症表型稍轻，在中欧比在其他地区更常见。
在少数家族性高胆固醇血症表型显性分离的患者中发现了PCSK9功能增强突变，在这些患者中未检测到其他基因突变。外显子1突变在日本占主导地位，而外显子5和7的突变在欧洲占主导地位，但当前对PCSK9突变具体分布却知之甚少，因为罕见(< 1%的家族性高胆固醇血症病例)。
罕见基因
极少数情况下，涉及脂蛋白代谢的其他基因突变会导致家族性高胆固醇血症。在LDLR、APOB或PCSK9没有检测到突变的家族性高胆固醇血症患者中，DNA测序发现APOE(编码载脂蛋白E)和STAP1(编码信号转导衔接蛋白1)可能有显性突变，但这些病例非常罕见 (表1)。
表1与低密度脂蛋白胆固醇水平相关的基因
在一些严重家族性高胆固醇血症表型分离为隐性性状的家族中，基因定位研究已确定LDLRA1(也称为ARH)中存在致病纯合突变，其编码LDLR衔接蛋白1(LDLRA 1)。LDLRAP1突变个体在临床上被诊断为严重高胆固醇血症，通常还接受纯合家族性高胆固醇血症的基因诊断。其表型一般没有纯合子LDLR突变家族性高胆固醇血症患者严重。
对患有严重高胆固醇血症和该表型明显隐性遗传的患者的下一代DNA测序分析也发现与血脂异常相关的其他基因的两个等位基因上的罕见突变，即ABCG5、ABCG8和LIPA (表1)。ABCG5或ABCG8的突变可导致谷甾醇血症(一种极其罕见的植物甾醇在血液和组织中积累的疾病)，LIPA突变可导致溶酶体酸性脂肪酶缺乏(胆固醇酯储存病或Wolman病)。这些发现表明，虽然少见，但与其他综合征脂质紊乱相关的基因突变也可导致高低密度脂蛋白胆固醇水平，应在明显家族性高胆固醇血症但最常见的致病基因没有突变的个体中予以考虑。
多基因高胆固醇血症
偶尔，患者可携带两个以上与家族性高胆固醇血症相关的基因突变.然而，根据临床标准中用于诊断的低密度脂蛋白胆固醇阈值，在至少20-40%的可能杂合子家族性高胆固醇血症患者中，无法鉴定出任何与家族性高胆固醇血症相关的基因致病突变。这些患者可能携带一种已知导致家族性高胆固醇血症的基因突变，但未检测到，或者一种新的致病基因发生突变，但这些患者中的很大一部分人更可能是患有严重的多基因高胆固醇血症。在普通人群中，在大规模全基因组关联研究中，与低密度脂蛋白胆固醇水平相关的各种基因中有许多常见的单核苷酸多态性(SNPs)。这些单核苷酸多态性位点中的每一个都可能略微升高或降低低密度脂蛋白胆固醇。在一般人群中，这些独立分离的小效应单核苷酸多态性等位基因的分布是这样的，即大多数个体所携带的导致低密度脂蛋白胆固醇升高和降低的等位基因达到平衡。然而，在这种分布的最偏离的个体已经遗传高水平低密度脂蛋白胆固醇升高等位基因，由于某单基因大效应突变，这些等位基因累积起来可以将低密度脂蛋白胆固醇升高到在杂合子家族性高胆固醇血症患者中观察到的范围。目前，没有临床标准来确定基因风险评分中应包括哪些精确的基因座和等位基因。临床上，如果这些患者的低密度脂蛋白胆固醇升高，并且有血脂异常或心血管疾病的家族史，实际上他们可以被诊断为家族性高胆固醇血症。
基因型-表型相关性
罕见突变的复合杂合性或双杂合性，可导致一些患者的低密度脂蛋白胆固醇升高；这些个体可呈现出类似纯合子家族性高胆固醇血症的表型，但严重程度因分子缺陷的类型而异。
LDLR受体阴性(零)突变纯合或复合杂合的个体通常具有最严重的表型，而具有一个LDLR突变加上PCSK9功能增益突变或结合缺陷APOB突变的双杂合性基因型的个体，通常具有不太严重的低密度脂蛋白胆固醇升高。
纯合性家族性高胆固醇血症和严重杂合子家族性高胆固醇血症表型之间的区别在某些情况下是难以在表型上区分，因为许多具有分子水平证明的纯合性或复合或双杂合性基因型的患者的LDL胆固醇水平与在家族性高胆固醇血症表型谱最严重一侧的杂合子基因型患者中观察到的相似，反之亦然。
这种表型变异也可能受到其他基因和环境因素的影响。
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