蛋白质转化酶，枯草杆菌蛋白酶/KEXIN 型，9； PCSK9

神经细胞凋亡调节转化酶 1；NARC1

HGNC 批准的基因符号：PCSK9

细胞遗传学定位：1p32.3 基因组坐标（GRCh38）：1:55,039,548-55,064,852（来自 NCBI）

▼ 说明

PCSK9 是一种丝氨酸蛋白酶，可降低肝脏和肝外低密度脂蛋白（LDL）受体（LDLR；606945）水平并增加血浆 LDL 胆固醇（Schmidt et al., 2008）。

▼ 克隆与表达

为了鉴定常染色体显性家族性高胆固醇血症（参见 143890）形式的基因突变体，该基因突变体已定位到染色体 1p32（HCHOLA3；603776），Abifadel 等人（2003）使用最初鉴定连锁的家族（Varret 等，1999）和 23 个法国家族进行了位置克隆，其中 LDLR（606945）或 APOB（107730）的致病突变已被排除。关键连锁区包含 41 个基因，其中包括 PCSK9 基因。阿比法德尔等人（2003）发现 PCSK9 cDNA 跨越 3,617 个碱基对，编码 692 个氨基酸的蛋白质，称为 NARC1。PCSK9 在肝脏、小肠和肾脏中表达最丰富。

权等人（2008）指出 PCSK9 包含一个 N 端信号肽，随后是一个前结构域、一个枯草杆菌蛋白酶样催化结构域和一个 C 端结构域。前结构域充当折叠的伴侣和催化活性的抑制剂。gln152 和 ser153 之间的自催化作用将结构域前体与催化结构域分离，但结构域前体仍然保持结合，从而封闭了催化位点。C 末端结构域预计可介导蛋白质-蛋白质相互作用。

本詹内特等人（2006）报道 PCSK9 在 asn533 处被 N-糖基化，并且前片段和催化结构域都含有硫酸化酪氨酸。

▼ 基因结构

阿比法德尔等人（2003）确定PCSK9基因包含12个外显子。

▼ 测绘

通过基因组序列分析，Abifadel 等人（2003）将 PCSK9 基因定位到染色体 1p32。

▼ 生化特征

晶体结构

权等人（2008）确定了 PCSK9 与 LDLR 的第一个 EGF 样重复序列（EGF-A）复合物的晶体结构，分辨率为 2.4 埃。他们发现EGF-A的N端区域与PCSK9的表面结合，该表面主要由残基367至381形成；催化结构域中的残基 153 至 155 也对界面有贡献。催化结构域内的 Arg194 和 phe379 对于 EGF-A 的结合至关重要，因为 arg194 与 EGF-A 形成盐桥，而 phe379 进行了多次疏水接触。任一残基的突变都会使 PCSK9 结合减少 90% 以上。

▼ 基因功能

阿比法德尔等人（2003）指出 PCSK9 基因编码 NARC1，一种属于枯草杆菌酶亚家族的新型推定前蛋白转化酶（Seidah 等，2003）。NARC1 是作为可溶性酶原合成的，在内质网中进行自催化分子内加工。前段裂解对于 NARC1 退出内质网是必要的。一种相关蛋白是枯草杆菌蛋白酶/kexin 同工酶-1/位点-1 蛋白酶（603355），它通过加工甾醇调节元件结合蛋白在胆固醇稳态中发挥关键作用。

麦克斯韦等人（2005）发现小鼠 Pcsk9 在人肝癌细胞系中过度表达导致全细胞和细胞表面 LDLR 水平下降。过表达对 LDLR 合成没有影响，但导致成熟受体的降解显着增加，而 LDLR 前体的降解增加较少。相反，催化失活的 Pcsk9 突变体的过度表达阻止了成熟 LDLR 的降解，但前体降解仍然较高。Pcsk9 诱导的 LDLR 降解不会被蛋白酶体、溶酶体半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶或金属蛋白酶的抑制剂改变，但需要转运出内质网。

本詹内特等人（2006）发现成熟的分泌型 60-kD PCSK9 蛋白可以被膜结合的弗林蛋白酶（136950）进一步加工，并在较小程度上被可溶性 PC5/6A（PCSK5; 600488）加工成大约 53-kD 的形式。弗林蛋白酶裂解位点的加工导致抑制性前段的解离。

权等人（2008）指出PCSK9以钙依赖性方式与LDLR的EGF前体同源结构域的EGF-A结构域结合，但正常的LDLR周转不需要PCSK9的催化结构域。他们发现，与全长 PCSK9 相比，PCSK9 前结构域区域的前 21 个氨基酸（称为 δ-53-PCSK9）的缺失使 PCSK9 的亲和力增加了 7 倍以上。当 pH 从 7.0 降低至 6.0 时，全长 PCSK9 和 δ-53-PCSK9 的亲和力均增加约 3 倍，表明 PCSK9 在溶酶体/内体区室中与 LDLR 的结合更紧密。

施密特等人（2008）表明，重组人 PCSK9 在小鼠静脉注射或在小鼠肝脏中表达时，可降低多种肝外组织（包括肺、脂肪和肾脏）的 Ldlr 水平，其中肝脏的降低更为显着。野生型 PCSK9 和催化失活的 PCSK9 突变体在肝脏 Ldlr 水平方面表现出类似的降低，表明分泌型 PCSK9 的催化活性对于降低体内 LDLR 水平不是必需的。

▼ 分子遗传学

家族性高胆固醇血症 3，常染色体显性遗传

Abifadel 等人通过对患有高胆固醇血症的法国家族（HC92）（FHCL3; 603776）的 PCSK9 12 个外显子进行测序，（2003）鉴定出 PCSK9 基因外显子 2 中的 625T-A 颠换，预测 Ser127 至 arg（S127R）氨基酸变化（607786.0001）。他们在 12 名受影响的家庭成员中发现了这种突变，其中 1 名家庭成员的总胆固醇水平与年龄和性别相匹配的其他法国人相比处于第 90 个百分位数。因此，家庭的外显率估计为 0.94。作者还在另一个受影响的法国家庭中发现了相同的突变。S127R 突变位于 NARC1 前肽的初级和推定次级酶原加工位点之间。在另一个受影响的法国家庭中，Abifadel 等人（2003）在 PCSK9 基因中发现了另一个错义突变（F216L; 607786.0002），它位于 his226 的活动站点附近。这些错义突变引起的性状占主导地位的分子机制尚不清楚。仅发现错义突变有利于功能获得或显性失活机制。

Haddad 等人研究的犹他州家系（K1173）家族性高胆固醇血症患者的染色体 1p32 区域基因突变筛查（1999）和亨特等人（2000），蒂姆斯等人（2004）鉴定出 PCSK9 基因中的杂合错义突变（D374Y; 607786.0003）。

孙等人（2005）在 3 个英国血统的高胆固醇血症家族中发现了 D374Y 突变；所有 12 名受影响个体均患有异常严重的高胆固醇血症，并且需要比具有杂合 LDLR 突变的 FH 患者更严格的治疗。在稳定转染的大鼠肝癌细胞中，突变型和野生型 PCSK9 均与内质网中的蛋白质二硫键异构酶共定位。与野生型相比，D374Y 突变体 PCSK9 的表达使含载脂蛋白 B100（107730）的脂蛋白的分泌增加 2 至 4 倍，但在任何转染的细胞系中均未观察到 LDLR 含量的显着差异。孙等人（2005）表明，FH 中发现的 PCSK9 致病性变异会影响含有 apoB 的脂蛋白的分泌，这为杂合子携带者中循环 LDL 的显着增加提供了解释。

低密度脂蛋白胆固醇水平数量性状基因座 1

在代表日本普通人口的 1,793 人队列中，Shioji 等人（2004）直接对 PCSK9 基因进行测序，并鉴定出 21 个多态性，其中 2 个与总胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）胆固醇（LDLCQ1；参见 603776）水平降低显着相关：内含子 1 中的 -161C-T 转变和外显子 9 中的 ile474 至 val（I474V）变化。

如前所述，引起高胆固醇血症的 PCSK9 突变可能是功能获得性突变；PCSK9 在小鼠肝脏中的过度表达通过减少 LDLR 数量而产生高胆固醇血症（Maxwell 和 Breslow，2004；Park 等，2004）。为了测试 PCSK9 的功能丧失突变是否具有相反的效果，Cohen 等人（2005）对 128 名血浆 LDL 胆固醇水平较低的受试者（50% 非裔美国人）的 PCSK9 编码区进行了测序，发现了 2 个无义突变：Y142X（607786.0004）和 C679X（607786.0005）。这些突变在非裔美国人中很常见（综合频率为 2%），但在欧洲裔美国人中很少见（小于 0.1%），并且与血浆 LDL 胆固醇水平降低 40% 相关（LDLCQ1；请参阅 603776）。数据表明，常见的序列变异对选定人群的血浆胆固醇水平有很大影响。这两种古老的无义突变在非洲血统个体中的高频率表明，正选择压力可能使这些等位基因在人群中得以维持。

PCSK9 基因中的选定错义突变会导致常染色体显性高胆固醇血症（例如，607786.0001），而同一基因中的无义突变与低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）血浆水平低相关（例如，607786.0004）。科托夫斯基等人（2006）使用 DNA 测序和基于芯片的寡核苷酸杂交来确定 PCSK9 中的其他序列变异是否会导致 LDL-C 水平的差异。对来自达拉斯心脏研究（n = 3,543）的黑人和白人的 PCSK9 编码区进行了测序，这些人血浆 LDL-C 水平最低（低于第 5 个百分位）和最高（高于第 95 个百分位）。在已识别的 17 个错义变体中，R46L（607786.0006; rs11591147）、L253F、和 A443T 与较低的血浆 LDL-C 水平显着且可重复地相关（降低范围为 3.5% 至 30%）。根据质子磁共振波谱测量，低 LDL-C 变异均与肝甘油三酯含量增加无关。这一发现被认为与 LDL-C 降低最一致，LDL-C 降低主要是由于加速 LDL 清除，而不是脂蛋白产生减少所致。对 PCSK9 位点 93 个非编码单核苷酸多态性（SNP）的关联研究确定了 3 个与血浆 LDL-C 水平适度差异相关的 SNP。因此，频率（从 0.2% 到 34%）和影响幅度（从增加 3% 到减少 49%）的一系列序列变异导致了 LDL-C 水平的个体间差异。

科恩等人（2006）研究了降低血浆 LDL 胆固醇水平的 DNA 序列变异对大量人群冠状动脉事件发生率的影响。在接受检查的 3,363 名黑人受试者中，2.6% 的 PCSK9 存在无义突变；在 15 年的时间里，这些突变与平均 LDL 胆固醇降低 28% 以及冠心病（CHD）风险降低 88% 相关，包括心肌梗塞、致命性 CHD 或冠状动脉血运重建。在接受检查的 9,524 名白人受试者中，3.2% 的人 PCSK9 存在序列变异，这种变异与 LDL 胆固醇降低 15% 和冠心病风险降低 47% 相关。

赵等人（2006）表明，4 个严重的功能丧失突变通过破坏蛋白质的合成或转移来阻止 PCSK9 的分泌。与重组野生型 PCSK9 在 2 小时内从细胞分泌到培养基中相比，PCSK9 中的严重功能丧失突变在很大程度上消除了 PCSK9 的分泌。这一发现预测，具有功能丧失突变的个体中 PCSK9 的循环水平会较低。血浆中 PCSK9 的免疫沉淀和免疫印迹提供了血清中存在丝氨酸蛋白酶的直接证据，并鉴定了第一个没有免疫可检测的循环 PCSK9 的已知个体。这位健康、生育能力强的大学毕业生是 PCSK9 中 2 个失活突变的复合杂合子（607786.0007, 607786. 0008）的 LDL 胆固醇血浆水平极低（14 mg/dL）。LDL 胆固醇的血浆水平非常低，并且该个体的健康状况良好，这表明 PCSK9 在确定 LDL 胆固醇的血浆水平方面发挥着重要作用，并为 LDL 降低治疗提供了一个有吸引力的目标。该患者的研究结果概括了在没有 PCSK9 的小鼠中发现的结果，显示 LDL 清除加速（Rashid 等，2005）。有证据表明 PCSK9 可以限制细胞表面 LDL 受体的数量。因此，与高胆固醇血症相关的PCSK9突变可能是功能获得突变，而Zhao等人报道的突变（2006）是功能丧失突变。LDL 胆固醇的血浆水平非常低，并且该个体的健康状况良好，这表明 PCSK9 在确定 LDL 胆固醇的血浆水平方面发挥着重要作用，并为 LDL 降低治疗提供了一个有吸引力的目标。该患者的研究结果概括了在没有 PCSK9 的小鼠中发现的结果，显示 LDL 清除加速（Rashid 等，2005）。有证据表明 PCSK9 可以限制细胞表面 LDL 受体的数量。因此，与高胆固醇血症相关的PCSK9突变可能是功能获得突变，而Zhao等人报道的突变（2006）是功能丧失突变。LDL 胆固醇的血浆水平非常低，并且该个体的健康状况良好，这表明 PCSK9 在确定 LDL 胆固醇的血浆水平方面发挥着重要作用，并为 LDL 降低治疗提供了一个有吸引力的目标。该患者的研究结果概括了在没有 PCSK9 的小鼠中发现的结果，显示 LDL 清除加速（Rashid 等，2005）。有证据表明 PCSK9 可以限制细胞表面 LDL 受体的数量。因此，与高胆固醇血症相关的PCSK9突变可能是功能获得突变，而Zhao等人报道的突变（2006）是功能丧失突变。这表明 LDL 清除加速（Rashid 等，2005）。有证据表明 PCSK9 可以限制细胞表面 LDL 受体的数量。因此，与高胆固醇血症相关的PCSK9突变可能是功能获得突变，而Zhao等人报道的突变（2006）是功能丧失突变。这表明 LDL 清除加速（Rashid 等，2005）。有证据表明 PCSK9 可以限制细胞表面 LDL 受体的数量。因此，与高胆固醇血症相关的PCSK9突变可能是功能获得突变，而Zhao等人报道的突变（2006）是功能丧失突变。

凯瑟瑞桑等人（2008）研究了马尔默饮食和癌症研究心血管队列中 5,414 名受试者的 9 个基因的 SNP。所有 9 个 SNP，包括 PCSK9 的 rs11591147，之前都与 LDL 升高或 HDL 降低相关。凯瑟瑞桑等人（2008）复制了每个 SNP 的关联，并根据不利等位基因的数量创建了基因型评分。随着基因型得分的增加，低密度脂蛋白胆固醇水平升高，而高密度脂蛋白胆固醇水平降低。在 10 年的随访中，发现基因型评分是心血管疾病（心肌梗塞、缺血性中风、或死于冠心病）；该分数并没有改善风险辨别，但略微改善了超出标准临床因素的个体受试者的临床风险重新分类。

梅恩等人（2007）检查了 182 名正常血脂个体的血浆 PCSK9 水平与脂蛋白参数之间的关系，发现男性血浆 PCSK9 与总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和总胆固醇/高密度脂蛋白胆固醇比率之间存在相关性，但在女性中则不然。对 3 名总胆固醇和 LDL 胆固醇水平低于第五百分位的个体的 PCSK9 基因分析揭示了已知 PCSK9 突变的复合杂合性；对 1 名先证者家庭成员的分析表明，携带功能丧失 PCSK9 变异的男性血浆 PCSK9/LDLC 比率增加，但女性则没有增加。梅恩等人（2007）表明 PCSK9 的调节和功能存在性别差异，PCSK9 与男性的总胆固醇和 LDL 胆固醇相关，但与女性无关。

特斯洛维奇等人（2010）对超过 100,000 名欧洲血统个体进行了一项针对血浆脂质的全基因组关联研究，报告了 95 个显着相关的位点（P = 小于 5 x 10（-8）），其中 59 个首次显示出与脂质性状的全基因组显着关联。新报告的关联包括已知脂质调节因子附近的单核苷酸多态性（SNP）以及先前未涉及脂蛋白代谢的大量位点。这 95 个基因座不仅导致脂质性状的正常变异，而且还导致极端脂质表型，并对 3 个非欧洲人群（东亚人、南亚人和非裔美国人）的脂质性状产生影响。特斯洛维奇等人（2010）鉴定出 PCSK9 基因附近的 rs2479409 与 LDL 胆固醇浓度有关，效应大小为 +2。

▼ 基因型/表型相关性

本詹内特等人（2006）发现与高胆固醇血症相关的 PCSK9 功能获得突变 R218S、F216L 和 D374Y 导致成熟 PCSK9 在弗林蛋白酶裂解基序 RFHR 处的加工全部或部分丧失。相比之下，低胆固醇血症相关的 PCSK9 功能丧失突变 A443T 和 C679X 导致亚细胞定位异常，并增强对弗林蛋白酶裂解（A443T）或 PCSK9 无法退出内质网（C679X）的敏感性。

▼ 动物模型

为了研究 Pcsk9 在小鼠中的功能，Maxwell 和 Breslow（2004）使用了组成型表达小鼠 Pcsk9（Pcsk9-Ad）的腺病毒。与感染对照腺病毒的小鼠相比，野生型小鼠中 Pcsk9 过表达导致血浆总胆固醇增加 2 倍，非高密度脂蛋白（HDL）胆固醇增加 5 倍，但 HDL 胆固醇没有增加。非高密度脂蛋白胆固醇的增加被证明是由于低密度脂蛋白（LDL）胆固醇的增加。这种效应似乎取决于 LDL 受体（LDLR；606945），因为与感染对照腺病毒的敲除小鼠相比，感染 Pcsk9-Ad 的 Ldlr 敲除小鼠血浆胆固醇水平没有变化。此外，虽然 Pcsk9 的过度表达对 Ldlr mRNA 水平没有影响，过表达 Pcsk9 的动物中几乎不存在 Ldlr 蛋白。这些和其他结果表明 PCSK9 的过度表达会干扰 LDLR 介导的 LDL 胆固醇摄取。由于 PCSK9 和 LDLR 受胆固醇协调调节，Maxwell 和 Breslow（2004）表明，PCSK9 可能参与一种新机制，通过替代途径调节 LDLR 功能，而不是经典胆固醇抑制甾醇调节元件结合蛋白介导的转录。

拉希德等人（2005）发现缺乏 Pcsk9 的小鼠肝脏显示 LDLR 蛋白增加，但 mRNA 没有增加。LDLR 增加导致循环脂蛋白清除增加并降低血浆胆固醇水平。对 Pcsk9 缺失的小鼠施用他汀类药物会导致肝脏中 LDLR 的过度增加，并增强血浆中 LDL 的清除率。

兰伯特等人（2006）表明，在饮食挑战后，小鼠中 Ldlr 的下调是 Pcsk9 调节肝脏产生含 Apob 脂蛋白的关键机制。小鼠中 Pcsk9 的过度表达会在 24 小时禁食后促进高胆固醇血症和大量高甘油三酯血症，因为极低密度脂蛋白（VLDL）和 Apob 的肝输出显着增加，而这两个过程都需要 Ldlr。VLDL 产量增加与肝内脂质储存减少和 Ppara（170998）下调缺乏相关。使用 Ppara 激动剂的实验证实，Pcsk9 的肝脏表达受到 Ppara 的负调节。

▼ 等位基因变异体（8 个精选示例）：

.0001 高胆固醇血症，家族性，3
PCSK9，SER127ARG

Abifadel 等人在 2 个患有常染色体显性高胆固醇血症 3（FCHL3; 603776）的法国家族中（2003）在 PCSK9 基因的外显子 2 中发现了 625T-A 颠换，导致 Ser127 到 arg（S127R）的取代。

权等人（2008）指出，含有 S127R 突变的 PCSK9 中 PCSK9 的加工和分泌减少，但 PCSK9 对 LDLR 的亲和力仅受到轻微影响。

乌盖拉姆等人（2004）发现，与对照组相比，2 名高胆固醇血症相关个体的 S127R 突变与 APOB 产生增加（3 倍）有关，而 APOB 产生增加与 VLDL（3 倍）、中密度脂蛋白（IDL）（3 倍）和 LDL（5 倍）过量产生相关。与对照组相比，这 2 个人的 VLDL 和 IDL 转化率也有所下降（对照组为 10% 至 30%），且 LDL 分解代谢率略有下降（降低了 30%）。

.0002 高胆固醇血症，家族性，3
PCSK9，PHE216LEU

在一个患有常染色体显性高胆固醇血症 3（FHCL3; 603776）家族的先证者中，49 岁时死于心肌梗塞，Abifadel 等人（2003）在 PCSK9 基因的外显子 4 中发现了 890T-C 转变，导致 phe216 到 leu（F216L）的取代。

权等人（2008）指出 phe216 位于 PCSK9 中的无序环内，并且 F216L 突变减少了 arg218 之后 PCSK9 的蛋白水解加工。

.0003 高胆固醇血症，家族性，3
PCSK9，ASP374TYR

在一个大型犹他州谱系（K1173）中分离出高胆固醇血症（FHCL3; 603776），最初由 Haddad 等人描述（1999），亨特等人（2000）发现该疾病与染色体 1p32 存在关联。Timms 等人通过对该区域基因的突变筛选（2004）鉴定出 PCSK9 基因中的 G 到 T 颠换，导致 asp374 到 tyr（D374Y）取代。

权等人（2008）发现与野生型 PCSK9 相比，D374Y 突变增加了突变型 PCSK9 对 LDLR 的亲和力。

.0004 低密度脂蛋白胆固醇水平定量性状基因座 1
PCSK9，TYR142TER

Cohen 等人在 64 名血浆低密度脂蛋白胆固醇（LDLCQ1；参见 603776）水平较低的非洲裔美国受试者中，有 3 名受试者（2005）鉴定出 PCSK9 基因外显子 3 中的 426C-G 颠换，导致 tyr142-to-ter 突变（Y142X）。预计这种突变会删除蛋白质的最后五分之四。作者假设 Y142X 突变会诱导无义介导的 mRNA 衰减。这是 Cohen 等人发现的序列变异之一（2006）在一项纵向研究中，该研究与黑人参与者预防冠心病的作用有关。

.0005 低密度脂蛋白胆固醇水平定量性状基因座 1
PCSK9，CYS679TER

Cohen 等人在 64 名血浆 LDL 胆固醇（LDLCQ1；见 603776）水平较低的非裔美国人受试者中，有 4 名受试者（2005）在 PCSK9 基因中发现了 2037C-A 颠换，预计该颠换会将蛋白质截短 14 个氨基酸（cys679 至 ter；C679X）。在来自约鲁巴语农村社区的 549 名尼日利亚人中，他们发现 2037A 等位基因的频率为 1.4%，这与在 2 个非裔美国人中观察到的频率相似。这是 Cohen 等人发现的序列变异之一（2006）在一项纵向研究中，该研究与黑人参与者预防冠心病的作用有关。

.0006 低密度脂蛋白胆固醇水平定量性状基因座 1
PCSK9，ARG46LEU（rs11591147）

科恩等人（2006）在一项纵向研究中发现，白人受试者中的 arg46-to-leu（R46L）替代（rs11591147）与血浆总胆固醇（9%）和 LDL 胆固醇（15%）水平显着降低相关（参见 603776）。科恩等人（2006）发现 PCSK9（46L）杂合子或纯合子的人冠状动脉事件发生率降低了 47%（6.3% vs 11.8%）。

Kathiresan（2008）在一项对来自 5 个不同研究中心的 1,454 名患者进行的研究中报告了 R46L 变异与降低早发性心肌梗塞风险之间的显着相关性（荟萃分析比值比为 0.40；p = 2.0 x 10（-5））。1,617 名对照中的 R46L 等位基因频率为 2.4%。

.0007 低密度脂蛋白胆固醇水平定量性状基因座 1
PCSK9，TYR142TER

赵等人（2006）发现了第一个已知的没有免疫可检测的循环 PCSK9 的个体。这位健康、生育能力强的大学毕业生被发现是 PCSK9 中 2 个失活突变的复合杂合子，即母体等位基因（Y142X）上的 tyr142-to-stop 取代破坏了蛋白质的合成，以及父系等位基因（607786.0008）上的 3 bp 缺失。她的 LDL 胆固醇血浆水平极低（14 mg/dL）（见 603776）。

.0008 低密度脂蛋白胆固醇水平定量性状基因座 1
PCSK9、3-BP DEL、290GCC

赵等人报道的一名患者没有免疫可检测的循环 PCSK9（2006）在她的 PCSK9 基因的父本等位基因上进行了 3 bp 删除（290_292delGCC），删除了密码子 97 处的精氨酸（参见 603776）。突变蛋白在 HEK293 细胞中的表达表明，该突变阻止了 PCSK9 的自催化裂解和分泌。母体等位基因携带提前终止突变（607786.0007）。