지질단백질

3. 구조

지질단백질은 주로 콜레스테롤 에스터와 트라이글리세리드와 같은 비극성 지질의 소수성 중심 코어를 가진 복합 입자이다. 이 소수성 코어는 인지질, 유리 콜레스테롤, 아포지질단백질로 구성된 친수성 막으로 둘러싸여 있다.^[2] 혈장에서 발견되는 혈장 지질단백질은 일반적으로 크기, 지질 조성 및 아포지질단백질 함량에 따라 HDL, LDL, IDL, VLDL, 유미입자의 다섯 가지 주요 등급으로 나뉜다.

지방은 물에 녹지 않기 때문에 혈장과 같은 세포 외 수분에서 자체적으로 운반될 수 없다. 대신 운반체 역할을 하는 친수성 외부 껍질로 둘러싸여 있다. 지질단백질 입자의 역할은 신체의 세포 외 수분 내에서 트라이글리세리드, 인지질, 콜레스테롤과 같은 지방 분자를 신체의 모든 세포와 조직으로 운반하는 것이다. 아포지단백질이라고 하는 이 입자의 외부 껍질에 포함된 단백질은 소장과 간 세포 모두에서 합성되어 세포 외 수분으로 분비된다. 외부 껍질에는 인지질과 콜레스테롤도 포함되어 있다.

모든 세포는 지방과 콜레스테롤을 사용하여 세포가 내부 수분 함량과 내부 수용성 원소를 제어하고 내부 구조 및 단백질 효소 시스템을 구성하는 데 사용하는 여러 세포막을 만든다. 지질단백질 입자의 외부 껍질은 인지질, 콜레스테롤, 아포지단백질의 친수성 그룹이 바깥쪽으로 향하도록 한다. 이러한 특성으로 인해 염수 기반 혈액 풀에 용해된다. 트라이글리세리드와 콜레스테롤 에스터는 외부 껍질에 의해 물로부터 보호되어 내부적으로 운반된다. 외부 껍질에 포함된 아포지단백질의 종류는 지질단백질 입자의 기능적 정체성을 결정한다. 이러한 아포지단백질이 혈액 내 효소, 서로 또는 세포 표면의 특정 단백질과 상호 작용하면 트라이글리세리드와 콜레스테롤이 지질단백질 운반 입자에 추가될지 또는 제거될지가 결정된다.

사람 혈장의 특성은 다음과 같다.^[3]

4. 기능

지방은 물에 녹지 않아 혈장과 같은 세포 외 수분에서 자체적으로 운반될 수 없다. 대신 운반체 역할을 하는 친수성 외부 껍질로 둘러싸여 운반된다. 지질단백질 입자는 신체의 세포 외 수분 내에서 트라이글리세리드, 인지질, 콜레스테롤과 같은 지방 분자를 신체의 모든 세포와 조직으로 운반하는 역할을 한다.^[3]

모든 세포는 지방과 콜레스테롤을 사용하여 세포막을 만든다. 지질단백질 입자의 외부 껍질은 인지질, 콜레스테롤, 아포지단백질의 친수성 그룹이 바깥쪽으로 향하게 하여 염수 기반 혈액에 용해되도록 한다. 트라이글리세리드와 콜레스테롤 에스터는 외부 껍질에 의해 물로부터 보호되어 내부적으로 운반된다. 외부 껍질에 포함된 아포지단백질의 종류는 지질단백질 입자의 기능적 정체성을 결정한다. 이러한 아포지단백질이 혈액 내 효소, 세포 표면의 특정 단백질과 상호 작용하면 트라이글리세리드와 콜레스테롤이 지질단백질 운반 입자에 추가되거나 제거된다.^[3]

혈장 지질단백질은 산소 기체를 운반할 수 있다.^[6] 이러한 특성은 지질의 결정성 소수성 구조에 기인하며, 이는 수성 매체에 비해 O₂ 용해에 적합한 환경을 제공한다.^[7]

염증은 병원체 침투와 같은 자극에 대한 생물학적 시스템 반응이다. 지질단백질, 특히 HDL은 염증 과정에서 중요한 역할을 한다.^[8] HDL은 LTA, LPS와 결합하여 HDL-LPS 복합체를 생성하여 신체의 유해한 영향을 중화하고 LPS를 신체에서 제거한다.^[9] HDL은 또한 면역계 세포와 상호 작용하여 콜레스테롤의 가용성을 조절하고 면역 반응을 조절하는 중요한 역할을 한다.^[9]

감염 또는 패혈증과 같은 특정 비정상적인 생리적 조건에서는 HDL의 주요 구성 요소가 변경된다.^[9][10] 급성기 염증 반응의 급성기 HDL은 LDL의 산화를 억제하는 능력을 상실할 수 있다.^[8]

5. 대사

콜레스테롤은 고등 척추동물의 뇌, 신경 조직, 부신, 혈액 등에 많이 들어 있는 대표적인 스테로이드이다. 핏속에서 콜레스테롤 양이 많아지면 동맥 경화증이 나타날 수 있다.

지질단백질 입자의 체내 처리는 '지질단백질 입자 대사'라고 불린다. 이는 지질단백질 입자가 주로 식이(외인성) 지질로 구성되어 있는지, 아니면 생체 내 지질 합성을 통해 간에서 기원했는지(내인성)에 따라 외인성 경로와 내인성 경로로 나뉜다.

간세포는 트리글리세리드와 콜레스테롤 처리를 위한 주요 플랫폼이며, 간은 또한 특정 양의 글리코겐과 트리글리세리드를 저장할 수 있다. 지방세포는 트리글리세리드의 주요 저장 세포이지만, 어떠한 지질단백질도 생성하지 않는다.

5. 1. 외인성 경로

5. 2. 내인성 경로

6. 지질단백질과 질병

콜레스테롤은 고등 척추동물의 뇌, 신경 조직, 부신, 혈액 등에 많이 들어 있는 대표적인 스테로이드이다. 핏속에서 콜레스테롤 양이 많아지면 동맥경화증이 나타날 수 있다고 알려져 있다. 염증은 병원체의 침투와 같은 자극에 대한 생물학적 시스템 반응으로, 지질단백질, 특히 HDL은 염증 과정에서 중요한 역할을 한다.^[8]

정상적인 생리적 조건에서 HDL은 LDL의 산화와 그 이후에 나타나는 염증 과정을 예방하는 등 여러 면에서 유익한 것으로 나타났다.^[8] LDL은 아포지단백질 B(apoB)를 함유하고 있으며, 높은 혈당 수치로 인해 글리코칼릭스가 손상된 경우 동맥벽과 같은 다양한 조직에 결합할 수 있다.^[8] 산화된 LDL은 프로테오글리칸에 갇혀 HDL 콜레스테롤 유출에 의한 제거를 방해받을 수 있다.^[8]

지질다당류(LPS)는 그람 음성 세균 세포벽의 주요 병원성 인자이며, 그람 양성 세균은 리포테이코산(LTA)이라는 유사한 성분을 가지고 있다. HDL은 LPS와 LTA에 결합하여 HDL-LPS 복합체를 생성, 신체의 유해한 영향을 중화하고 LPS를 신체에서 제거하는 능력을 가지고 있다.^[9] 또한 면역계 세포와 상호 작용하여 콜레스테롤의 가용성을 조절하고 면역 반응을 조절하는 중요한 역할을 한다.^[9]

감염이나 패혈증과 같은 특정 비정상적인 생리적 조건에서는 HDL의 주요 구성 요소가 변경된다.^[9][10] HDL 콜레스테롤(HDL-C), 인지질, apoA-I(유익한 항염증 특성을 가진 HDL의 주요 지질단백질)이 감소하고 혈청 아밀로이드 A가 증가한다. 이러한 HDL의 변화된 조성을 급성기 염증 반응의 급성기 HDL이라고 하며, 이 기간 동안 HDL은 LDL의 산화를 억제하는 능력을 상실할 수 있다.^[8] 이러한 HDL 조성 변화는 패혈증 환자의 사망률 증가 및 더 나쁜 임상 결과와 관련이 있다.^[9]

LDL 수용체 결손증은 가족성 고콜레스테롤혈증(FH)이라고 불리며, 특히 동형 결손증에서는 총 콜레스테롤 수치가 600mg 이상으로 증가하여 사춘기에도 허혈성 심장 질환 등 심각한 동맥경화증으로 이어진다.

6. 1. 이상지질혈증

• 카일로마이크론: 장에서 흡수된 지질을 운반하며, 콜레스테롤과 트리아실글리세롤을 포함한다.^[18] 지질단백질 리파아제(LPL) 결손증은 고카일로마이크론혈증을 유발할 수 있다.
• 초저밀도 지질단백질(VLDL): 간에서 생성되어 트리아실글리세롤을 말초 조직으로 운반한다.^[18]
• 중간밀도 지질단백질(IDL): VLDL과 카일로마이크론이 분해되는 과정에서 생성되며, '잔사'라고도 불린다.^[18] 대사 증후군 환자나 특정 유전 질환자에게서 혈중 농도가 높아질 수 있다.
• 저밀도 지질단백질(LDL): 콜레스테롤 함량이 가장 높으며, 말초 조직에 콜레스테롤을 공급한다.^[18] LDL 수용체 결손증은 가족성 고콜레스테롤혈증을 유발하며, 산화 LDL은 동맥경화증 발병에 관여한다.
• 고밀도 지질단백질(HDL): 말초 조직의 콜레스테롤을 간으로 운반하여 동맥경화증을 억제하는 역할을 한다.^[18]

6. 2. 동맥경화증

6. 3. 가족성 고콜레스테롤혈증 (Familial Hypercholesterolemia, FH)

7. 연구 동향

지질단백질(a)의 높은 수치는 동맥경화증, 심혈관 질환의 중요한 위험 요소이며, 이는 염증 및 혈전증과 관련된 메커니즘을 통해 나타난다.^[16] 2022년 현재, 서로 다른 지질단백질 이소형 간의 메커니즘, 심혈관 질환의 위험, 지질단백질 합성, 조절 및 대사, 그리고 유전 질환과 관련된 위험에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.^[16]

참조

_[1] 논문 Blood lipids and human atherosclerosis 1950-08
_[2] 웹사이트 Microbial Proteolipids and Lipopeptides - glycopeptidolipids, surfactin, iturnins, polymyxins, daptomycin http://www.lipidhome[...] 2019-07-21
_[3] 서적 Biochemistry Books and Allied 2002
_[4] 간행물 Introduction to Lipids and Lipoproteins http://www.ncbi.nlm.[...] MDText.com, Inc. 2020-12-10
_[5] 논문 Three-dimensional cryoEM reconstruction of native LDL particles to 16Å resolution at physiological body temperature 2011-05
_[6] 논문 Plasma oxygen during cardiopulmonary bypass: a comparison of blood oxygen levels with oxygen present in plasma lipid 1998
_[7] 논문 Electron spin resonance imaging of tissues with lipid-rich areas 1988-10
_[8] 논문 The dual nature of HDL: Anti-Inflammatory and pro-Inflammatory 2015-05
_[9] 서적 High Density Lipoproteins Springer 2015
_[10] 논문 Emerging role of high density lipoproteins as a player in the immune system 2012-01
_[11] Youtube Vantera Clinical Analyzer - MDEA 2013 Finalist https://www.youtube.[...] LipoScience, Inc.
_[12] 서적 Biochemistry 1995
_[13] 서적 Principles of Biochemistry 1995
_[14] 논문 Proteomic diversity of high density lipoproteins: our emerging understanding of its importance in lipid transport and beyond 2013-10
_[15] 논문 LDL and HDL subfractions, dysfunctional HDL: treatment options 2014
_[16] 논문 Lipoprotein(a): A Genetically Determined, Causal, and Prevalent Risk Factor for Atherosclerotic Cardiovascular Disease: A Scientific Statement From the American Heart Association 2022-01
_[17] 웹사이트 IUPAC Gold Book - lipoproteins http://goldbook.iupa[...]
_[18] 서적 스트라이어 생화학 東京化学同人 2004