ไลโพโปรตีนหนาแน่นต่ำ

ภาพรวม

ไลโพโปรตีนขนลิพิด (ไขมัน) ไปยังส่วนต่าง ๆ ทั่วร่างกายในน้ำนอกเซลล์ ส่วนเซลล์ก็จะลำเลียงไขมันเข้าในเซลล์อาศัยหน่วยรับของเซลล์ (เป็นกระบวนการ receptor-mediated endocytosis)
ไลโพโปรตีนเป็นอนุภาคที่ซับซ้อนและประกอบด้วยโปรตีนหลายอย่าง ปกติมีโปรตีน 80-100 โปรตีน/อนุภาค โดยจัดระเบียบ/มีโครงสร้างอาศัย apolipoprotein B อันเดียวสำหรับ LDL และไลโพโปรตีนที่ใหญ่กว่านั้น
อนุภาค LDL มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 220-275 อังสตรอม ปกติจะขนส่งไขมันเป็นจำนวน 3,000-6,000 โมเลกุล/อนุภาค มีขนาดต่าง ๆ ตามจำนวนและส่วนผสมไขมันที่อยู่ภายในคอเลสเตอรอล, ฟอสโฟลิพิด, และไตรกลีเซอไรด์เป็นโมเลกุลไขมันเด่น ๆ ที่ LDL ขนส่ง
แต่จำนวนที่ขนส่งแต่ละอย่าง ๆ จะต่างกันค่อนข้างมาก
อนุภาค LDL เป็นปัจจัยเสี่ยงต่อโรคหัวใจร่วมหลอดเลือด (CVD) เมื่อเข้าไปในเนื้อเยื่อบุโพรง/เอนโดทีเลียมแล้วรวมตัวกับออกซิเจน (oxidized) เพราะโปรตีนแบบ proteoglycan ที่ผนังหลอดเลือด
สามารถเก็บ LDL รูปแบบเช่นนี้ได้ง่ายกว่า
ปฏิกิริยาทางเคมีชีวภาพที่ซับซ้อนเป็นชุด ๆ ควบคุมกระบวนการรวมตัวกับออกซิเจน (ออกซิเดชัน) ของอนุภาค LDL โดยมีเศษเซลล์ที่ตายแล้วและอนุมูลอิสระในเอนโดทีเลียมเป็นตัวกระตุ้นโดยหลัก
ความเข้มข้นของอนุภาค LDL ที่เพิ่มขึ้นสัมพันธ์อย่างมีกำลังกับการเกิดโรคหลอดเลือดแดงแข็งในระยะยาว

โครงสร้าง

อนุภาค LDL แต่ละอนุภาคที่มีตามธรรมชาติช่วยให้เกิดอิมัลชัน (emulsification)
คือล้อม/จัดเก็บกรดไขมันทั้งหมดที่ขนส่ง ทำให้ไขมันเหล่านี้สามารถดำเนินไปรอบร่างกายในน้ำนอกเซลล์
อนุภาคแต่ละหน่วยจะมีโมเลกุล apolipoprotein B-100 (Apo B-100) หนึ่งหน่วย ซึ่งมีเรซิดิวกรดอะมิโน 4,536 หน่วยและมีมวล 514 kDa บวกกับโปรตีนย่อย ๆ อีก 80-100 หน่วย
LDL แต่ละหน่วยจะมีแกนที่ไม่ชอบน้ำอย่างยิ่งซึ่งประกอบด้วยกรดไขมันไม่อิ่มตัวมีพันธะคู่หลายคู่ (PUFA) ที่เรียกว่า linoleate คือกรดลิโนเลอิก (linoleic acid) ในรูปแบบเกลือ พร้อมกับโมเลกุลคอเลสเตอรอลทั้งในรูปแบบเอสเทอร์และไม่ใช่เอสเทอร์เป็นร้อย ๆ จนถึงพัน ๆ โมเลกุล (ค่าเฉลี่ยที่อ้างอิงมากที่สุดคือ 1,500 โมเลกุล) 
แกนนี้ยังขนไตรกลีเซอไรด์และไขมันอื่น ๆ เป็นจำนวนต่าง ๆ ล้อมด้วยเปลือกที่เป็นฟอสโฟลิพิดและคอเลสเตอรอลที่ไม่ใช่เอสเทอร์พร้อมกับโปรตีน Apo B-100 หนึ่งหน่วย
อนุภาค LDL มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 22-27.5 นาโนเมตร (nm) และมีมวลประมาณ 3 ล้านดอลตัน (dalton)
เพราะอนุภาค LDL มีโมเลกุลกรดไขมันจำนวนต่าง ๆ ซึ่งเปลี่ยนได้ จึงสามารถแจกแจงอนุภาคตามมวลและขนาด
การระบุโครงสร้าง LDL เป็นเรื่องยากเพราะมีโครงสร้างที่ต่าง ๆ กัน
งานปี 2011 ได้ระบุโครงสร้างตามธรรมชาติของ LDL ที่อุณหภูมิปกติของร่างกายมนุษย์ ที่ความละเอียดประมาณ 16 อังสตรอมโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบเย็นยวดยิ่ง (cryo-electron microscopy)

สรีรวิทยา

อนุภาค LDL เกิดขึ้นเมื่อ VLDL (very low-density lipoprotein) เสียไตรกลีเซอไรด์ไปด้วยฤทธิ์ของเอนไซม์ lipoprotein lipase (LPL) แล้วจึงเล็กลงและหนาแน่นขึ้น 
(คือมีโมเลกุลไขมันน้อยลงแม้จะยังมีเปลือกโปรตีนขนส่งดั้งเดิม)
โดยบรรจุเอสเทอร์ของคอเลสเตอรอลในสัดส่วนที่สูงขึ้น

การลำเลียงเข้าในเซลล์

เมื่อเซลล์ต้องการคอเลสเตอรอลเพิ่ม (เกินที่ผลิตได้ภายในเซลล์ผ่านวิถีเมแทบอลิซึมที่ใช้เอนไซม์ HMG-CoA reductase)
มันก็จะสังเคราะห์หน่วยรับ LDL ที่จำเป็นพร้อมกับ PCSK9 ที่เป็น proprotein convertase
ซึ่งระบุหน่วยรับเพื่อให้สลาย
และสอดหน่วยรับเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ หน่วยรับก็จะแพร่กระจายไปอย่างเป็นอิสระจนกระทั่งไปจับกับหลุมที่เคลือบด้วยโปรตีน clathrin
เมื่อหน่วยรับ LDL จับกับอนุภาค LDL ภายในน้ำเลือด
หลุมเคลือบ clathrin ที่คู่กันก็จะลำเลียง LDL เข้าไปในเซลล์ (endocytosis)
ถุงเล็ก (vesicle) ที่บรรจุหน่วยรับ LDL ซึ่งจับอยู่กับ LDL ก็จะส่งไปให้เอ็นโดโซม (endosome)
เพราะภายในเอ็นโดโซมมีค่าพีเอชต่ำ หน่วยรับ LDL ก็จะเปลี่ยนโครงสร้าง (conformation change) แล้วปล่อย LDL
โดย LDL จะส่งต่อไปยังไลโซโซม เป็นที่ที่เอสเทอร์ของคอเลสเตอรอลใน LDL จะสลายด้วยน้ำ (hydrolysis)
แล้วหน่วยรับ LDL ปกติก็จะส่งคืนไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเริ่มวัฏจักรนี้ต่อไป
แต่ถ้าหน่วยรับ LDL ยึดกับ PCSK9 หน่วยรับก็จะแยกส่งไปยังไลโซโซมแล้วสลายต่อไป

บทบาทในระบบภูมิคุ้มกันตามธรรมชาติ

สำหรับแบคทีเรีย Staphylococcus aureus LDL สามารถกวนระบบ quorum sensing ของมันซึ่งเพิ่มผลิตผลของยีนที่จำเป็นเพื่อขยายพันธุ์ในร่างกายสัตว์ถูกเบียน
กลไกการต่อต้านแบคทีเรียของ LDL เช่นนี้ รวมการยึดของโปรตีน Apolipoprotein B เข้ากับฟีโรโมนที่เป็น autoinducer
ของแบคทีเรีย ทำให้ไม่สามารถใช้ส่งสัญญาณผ่านหน่วยรับของมันได้ 
หนูที่ขาด apolipoprotein B จะไวติดเชื้อแบคทีเรียมากกว่า

รูปแบบชนิดย่อยของ LDL (LDL subtype pattern)

อนุภาค LDL ต่างกันโดยขนาดและความหนาแน่น งานศึกษาได้แสดงว่า รูปแบบที่มีอนุภาค LDL เล็กและแน่นกว่า ซึ่งเรียกว่า "Pattern B" เท่ากับมีปัจจัยเสี่ยงโรคหลอดเลือดเลี้ยงหัวใจ (CHD) สูงกว่าเมื่อมีรูปแบบที่มีอนุภาค LDL ที่ใหญ่และแน่นน้อยกว่าที่เรียกว่า "Pattern A"
โดยอาจเป็นเพราะอนุภาคที่เล็กกว่าสามารถเข้าไปในเอนโดทีเลียมได้ง่ายกว่า
ตามงานศึกษาหนึ่ง อนุภาคขนาด 19.0-20.5 นาโนเมตร (nm) จัดเป็น pattern B และขนาด 20.6-22 nm จัดเป็น pattern A
นักวิชาการทางการแพทย์บางท่านได้เสนอว่า ความสมนัยกันระหว่าง Pattern B กับ CHD มีกำลังกว่าความสมนัยกับค่าวัด LDL ที่ได้จากการตรวจรูปแบบลิพิดตามปกติ
แต่การตรวจรูปแบบ LDL เช่นนี้ก็มีค่าใช้จ่ายสูงกว่าและมีใช้ไม่ทั่วไป การตรวจรูปแบบลิพิดธรรมดาจึงยังเป็นเรื่องปกติ
ระดับไตรกลีเซอไรด์ยังสัมพันธ์กับระดับอนุภาค LDL ที่เล็กและหนาแน่นกว่าอีกด้วย และโดยนัยกลับกัน ระดับไตรกลีเซอไรด์ก็สัมพันธ์ในเชิงลบกับระดับ LDL ที่ใหญ่กว่าหนาแน่นน้อยกว่าด้วย
มีวิธีการวิเคราะห์ตรวจปริมาณส่วนต่าง ๆ ของไลโพโปรตีนโปรตีนเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ รวมทั้งสเปกโทรสโกปีโดยความถี่เรโซแนนซ์แม่เหล็กของนิวเคลียส (Nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR spectroscopy)
และงานวิจัยก็ยังคงแสดงสหสัมพันธ์ระหว่างเหตุการณ์ปัญหาหัวใจร่วมหลอดเลือดที่ปรากฏในมนุษย์กับความเข้มข้นของอนุภาค LDL ที่วัดเป็นตัวเลขได้

การตรวจ

การตรวจเลือดรายงานค่า LDL-C โดยสามัญ เป็นค่าเฉลี่ยทางเคมีของคอเลสเตอรอลที่ประมาณว่าบรรจุอยู่ในอนุภาค LDL โดยใช้สมการ Friedewald equation
ในบริบทการรักษาโรค ค่าประเมิน LDL-C ด้วยการคำนวณมักใช้ประมาณว่า LDL มีบทบาททำให้โรคหลอดเลือดแดงแข็งแย่ลงแค่ไหน
แต่ปัญหาก็คือ วิธีการประเมินค่า LDL-C เช่นนี้ไม่ตรงกับทั้งการวัดอนุภาค LDL โดยตรง และอัตราการแย่ลงของโรค
การวัดค่า LDL โดยตรงปัจจุบันมีใช้และสามารถแสดงปัญหาของคนไข้ได้ดีกว่า แต่มักไม่โปรโหมตหรือทำเพราะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า และศูนย์ปฏิบัติการไม่กี่แห่งเท่านัั้น (เช่น เพียงแค่สองแห่งในสหรัฐ) ที่ทำได้
ในปี 2008 สมาคมเบาหวานอเมริกัน (ADA) และวิทยาลัยหทัยวิทยาอเมริกัน (ACC) รับรองว่า การวัดอนุภาค LDL โดยตรงด้วยความถี่เรโซแนนซ์แม่เหล็กของนิวเคลียส (NMR) สามารถประเมินความเสี่ยงปัญหาหัวใจร่วมหลอดเลือดของบุคคลได้ดีกว่า

การวัดความเข้มข้นอนุภาค LDL โดยตรง

ปัจจุบันมีวิธีที่แข่งขันกันหลายอย่างเพื่อวัดความเข้มข้นและขนาดของอนุภาคไลโพโปรตีน
มีหลักฐานว่าวิธีวัดด้วยความถี่เรโซแนนซ์แม่เหล็กของนิวเคลียส (NMR) ลดปัญหาหัวใจร่วมหลอดเลือดได้ถึง 22-25% ภายในปีเดียว
ซึ่งไม่ตรงกับข้ออ้างของบุคคลในอุตสาหกรรมการแพทย์หลายพวกที่กล่าวว่า ดีกว่าวิธีที่ใช้อยู่แล้วไม่มาก
ตั้งแต่ปลายคริสต์ทศวรรษ 1990 เพราะการพัฒนาวิธี NMR จึงสามารถวัดอนุภาคโปรตีนเพื่อรักษาโดยมีค่าใช้จ่ายที่ลดลง (ในสหรัฐ มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า 2,500 บาท เทียบกับเมื่อก่อนที่ค่าใช้จ่ายเกินหมื่นจนเป็นแสน) และมีค่าแม่นยำยิ่งขึ้น ๆ 
แม้จะมีการสอบปริมาณอนุภาค LDL อย่างอื่น ๆ แต่โดยมากก็เป็นค่าประมาณเหมือนกับค่า LDL-C
ในปี 2008 สมาคมเบาหวานอเมริกัน (ADA) และวิทยาลัยหทัยวิทยาอเมริกัน (ACC) ได้แถลงความโดยเห็นร่วมกันว่า
การวัดอนุภาค LDL โดยตรงด้วย NMR มีข้อดีเพราะพยากรณ์ความเสี่ยงปัญหาหลอดเลือดแข็งในบุคคลได้ดีกว่า แต่ก็ให้ข้อสังเกตว่า มีแพร่หลายน้อยกว่าและมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า

สารต้านอนุมูลอิสระ

เพราะอนุภาค LDL ดูเหมือนจะไม่เป็นอันตรายจนกระทั่งเข้าไปอยู่ในผนังหลอดเลือดแล้วเติมออกซิเจนโดยอนุมูลอิสระ
จึงคาดว่า การทานสารต้านอนุมูลอิสระและการรับอนุมูลอิสระให้น้อยสุดอาจลดบทบาทของ LDL ต่อโรคหลอดเลือดแดงแข็ง แม้ผลจะยังไม่ชัดเจน