Niemann-Pick C1-like 1 (NPC1L1) 蛋白在肠道胆固醇吸收中起核心作用，是药物依折麦布 (ezetimibe，EZE)的靶点，可抑制 NPC1L1 以减少胆固醇吸收。
2021年7月16日，清华大学隋森芳及Sun Shan共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Structural insights into the mechanism of human NPC1L1-mediated cholesterol uptake”的研究论文，该研究展示了人类 NPC1L1 在载脂蛋白状态、胆固醇富集状态和依折麦布结合状态下的冷冻电子显微镜结构，以揭示 NPC1L1 介导的胆固醇摄取和依折麦布抑制的分子细节。
这些结构的比较表明，甾醇感应域（SSD）可以通过结合不同数量的胆固醇分子来响应胆固醇水平的变化。随着胆固醇水平升高，SSD结合更多的胆固醇分子，进而触发SSD中稳定结构簇的形成，而依折麦布的结合导致SSD变形并破坏结构簇，导致NPC1L1功能受到抑制。这些结果提供了对 NPC1L1 功能和依折麦布作用机制的见解，对开发新的胆固醇吸收抑制剂具有重要意义。
胆固醇是哺乳动物细胞存活的重要组成部分。作为细胞膜的主要成分，它在细胞膜流动性、细胞内膜运输和分选、细胞信号传导等方面起着举足轻重的作用，在体内是胆盐形成的原料和类固醇激素的前体。适当调节胆固醇水平对人体健康至关重要。已证明总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C) 的高循环水平与动脉粥样硬化性心血管疾病的风险直接相关，后者成为发达国家的主要死亡原因。由于它是人类健康的危险因素，人们努力寻找可以降低血浆胆固醇水平的药物。
哺乳动物主要通过从头生物合成和肠道吸收获得胆固醇。生物合成途径的研究导致了他汀类药物的开发，该药物通过抑制 3-羟基-3-甲基-戊二酰辅酶 A (HMG-CoA) 还原酶（胆固醇合成中的限制酶）来降低 LDL-C。降低 LDL-C 的进一步努力导致发现了依折麦布 (ezetimibe，EZE)，它通过抑制肠道对胆固醇的吸收来降低 LDL-C。有证据表明 EZE 可以与任何他汀类药物一起使用，并且这种共同给药可能导致血液总胆固醇和 LDL-C 的更大降低。进一步寻找 EZE 靶标的关键蛋白导致发现了 Niemann-Pick C1-like 1 (NPC1L1)。随后的研究证实，NPC1L1 在膳食胆固醇吸附和胆汁胆固醇再吸收中都起着关键作用，并且它是 EZE 的靶标。
NPC1L1 是一种含有 1332 个氨基酸的膜蛋白，位于哺乳动物小肠的刷状膜和灵长类动物的肝细胞小管膜上。NPC1L1 序列与 Niemann-Pick 病 C1 型 (NPC1)具有 42% 的同一性和 51% 的相似性，后者是一种在晚期内体/溶酶体中起作用的膜蛋白。作为NPC1的同源物，NPC1L1还具有3个大的腔结构域，胞外区的N端结构域（NTD）、中间结构域（MLD）和富含半胱氨酸的结构域（CTD），以及一个含有13个分子的跨膜结构域（TMD）。
在管腔结构域中，NTD 已被证明在体外直接结合胆固醇，据报道 MLD 具有抑制剂 EZE 的结合位点。检测到 EZE 类似物 EZE-磷脂酰丝氨酸 (PS) 与大鼠 NPC1L1 中由 NTD、MLD 和 CTD 三个细胞外结构域形成的口袋结合。TM3 到 TM7 构成甾醇感应域 (SSD)，它在几种胆固醇相关蛋白中是保守的 ，例如 NPC1、甾醇调节元件结合蛋白裂解激活蛋白 (SCAP) 、HMG-CoA 还原酶、Hedgehog 受体 Patched和 Hedgehog 释放蛋白 Dispatched 。
同时，使用生化和细胞生物学方法进行的大量研究表明，NPC1L1 介导的胆固醇摄取是通过囊泡内吞作用进行的。观察到网格蛋白依赖性但不是细胞膜穴样凹陷介导的内吞作用。此外，已经研究了 NPC1L1 与脂筏蛋白的相互作用，EZE 可能会阻止富含胆固醇的微结构域的形成。当胆固醇在细胞中富集时，NPC1L1 位于内吞循环室 (ERC) 中，而细胞中的胆固醇耗尽导致 NPC1L1 向质膜 (PM) 移动。然而，NPC1L1 蛋白如何感知胆固醇水平以及胆固醇水平如何调节 NPC1L1 的内吞过程仍有待阐明。
为了解决这些问题，该研究解决了人类 NPC1L1 的四种冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 结构：分辨率为 3.03 Å 的全长人类 NPC1L1 载脂蛋白形式 (FL-hNPC1L1-Apo)，NTD 截断的 hNPC1L1 3.14 Å 的 apo 形式 (ΔN-hNPC1L1-Apo)，2.69 Å 的富含胆固醇形式的 ΔN-hNPC1L1 (ΔN-hNPC1L1-CLR)以及 3.37 Å (ΔN- hNPC1L1-CLR-EZE）。这些高质量的结构，结合生化和细胞实验，不仅为 NPC1L1 介导的胆固醇摄取和 EZE 作用的机制提供了新的和基本的见解，而且对开发新的胆固醇吸收抑制剂具有重要意义。
参考消息：
https://advances.sciencemag.org/content/7/29/eabg3188
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