膽固醇的合成需要30多個(gè)反應(yīng)，又消耗大量能量，而人體所有細(xì)胞卻都有這個(gè)途徑。這說明膽固醇的重要性。膽固醇是膜結(jié)構(gòu)的必需成分，可以調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性。它也是膽汁酸和多種類固醇激素（性激素、腎上腺皮質(zhì)激素）的前體。
合成膽汁酸是膽固醇的主要去路。膽汁酸包括游離膽酸和結(jié)合膽酸，前者有膽酸、脫氧膽酸等，后者是他們與牛磺酸或甘氨酸以酰胺鍵結(jié)合的產(chǎn)物。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是24位有羧基，3、7、12位有α-羥基，這些親水基團(tuán)在環(huán)結(jié)構(gòu)的同側(cè)，形成一個(gè)極性面，所以是很好的乳化劑，能促進(jìn)食物中脂類物質(zhì)的消化過程。
在肝臟中，膽固醇先被膽固醇7α-羥化酶催化，形成7α-膽固醇。此酶是本途徑的限速酶，存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，屬于細(xì)胞色素P450家族。反應(yīng)需要NADPH和分子氧。這是膽汁酸合成的主要途徑，稱為經(jīng)典途徑或中性途徑。另一條途徑稱為酸性途徑，涉及通過線粒體固醇27-羥化酶（CYP27A1），在其27位羥化。該途徑在人體膽汁酸合成總量中不超過6％。
除作為乳化劑外，膽汁酸還具有代謝調(diào)控作用。在肝、腸、腎、腎上腺、脂肪組織和心臟中都發(fā)現(xiàn)有膽汁酸受體（BAR）。BAR最初是孤兒核受體，后來發(fā)現(xiàn)可以被法尼醇激活，所以常稱為法尼類X受體（Farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）。
在肝臟，F(xiàn)XR上調(diào)小異二聚體伴侶（SHP）表達(dá)，后者抑制膽汁酸合成的限速酶，膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）的表達(dá)。FXR還誘導(dǎo)FGF19表達(dá)，從而激活肝FGF受體4（FGFR4），通過Jun N端激酶（JNK）介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)下調(diào)CYP7A1。另外，F(xiàn)XR還激活與膽汁酸葡萄糖醛酸化有關(guān)的UGT2B4基因，增加膽汁酸水溶性，促進(jìn)其外排。
在肝臟中，F(xiàn)XR還可通過下調(diào)SREBP-1c參與脂類代謝，通過上調(diào)apoC-II參與脂蛋白代謝，通過激活PPARα轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)脂肪酸的氧化，通過下調(diào)PEPCK和G6PC抑制糖異生等。在棕色脂肪中，膽汁酸可以激活G蛋白偶聯(lián)的膽汁酸受體1（GPBAR1，也稱為GPR131），促進(jìn) UCP1產(chǎn)熱。
雖然各種細(xì)胞都可以合成膽固醇，但人體每天仍然需要從食物中攝取300-400 mg膽固醇，而自身合成的膽固醇大約為800-1000 mg（Nutrients. 2018）。
膳食膽固醇通過NPC1L1蛋白（Niemann-Pick-C1-like-1）被吸收進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞，然后被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的酰基膽固醇?；D(zhuǎn)移酶2（acyl-cholesterol acyl transferase，ACAT2）酯化，摻入乳糜微粒（CM）中。乳糜微粒被運(yùn)送到高爾基體，分泌到淋巴系統(tǒng)，最后進(jìn)入血液。也有少量多余的游離膽固醇可以通過ABCG5和ABCG8排出到腸腔。
腸道膽固醇吸收和分泌的調(diào)節(jié)主要由肝臟X受體（LXR）介導(dǎo)。LXR可以作為膽固醇感受器，抑制NPC1L1表達(dá)，促進(jìn)ABCG5 / 8的表達(dá)，從而防止膽固醇在腸上皮細(xì)胞中積累。
膽固醇吸收與合成之間有一種平衡，當(dāng)合成增加時(shí)，吸收減少，反之亦然。例如用阿托伐他?。ˋtorvastatin，膽固醇合成抑制劑）治療高血脂時(shí)，可使7-烯膽（甾）烷醇（內(nèi)源性膽固醇合成的標(biāo)志）減少76％，而谷甾醇（膽固醇吸收的標(biāo)志）增加70％。同時(shí)機(jī)體也會(huì)相應(yīng)調(diào)整基因表達(dá)，上調(diào)參與膽固醇合成和攝取的基因（SREBP-2、HMGR、LDLR和NPC1L1），下調(diào)ABCG5和ABCG8（J Lipid Res. 2011）。
膳食膽固醇通過乳糜微粒從小腸運(yùn)輸?shù)礁闻K。肝臟中多余的膽固醇則通過LDL轉(zhuǎn)運(yùn)到其它組織。各種組織通過LDL受體（LDLR）攝取LDL。LDLR在ER中合成，然后易位至細(xì)胞表面，與LDL顆粒結(jié)合。復(fù)合物通過內(nèi)吞作用被攝入，LDLR返回到細(xì)胞表面，LDL顆粒被溶酶體降解。膽固醇酯被水解后，游離膽固醇可通過ACAT重新酯化并存儲(chǔ)在脂滴中，或用于合成類固醇激素、膽汁酸等。
LDL顆粒是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的重要因素。氧化的LDL（oxLDL）將膽固醇傳遞到動(dòng)脈壁的巨噬細(xì)胞，使之最終成為充滿脂質(zhì)的泡沫細(xì)胞，從而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成。所以清除多余膽固醇可以防止動(dòng)脈粥樣硬化。
膽固醇從外周組織運(yùn)輸?shù)礁闻K，再以膽汁酸或游離膽固醇的形式排放到膽汁中，被稱為膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)（RCT）。在這個(gè)過程中，HDL發(fā)揮著核心作用。
巨噬細(xì)胞中的膽固醇可以通過自由擴(kuò)散或ABCA1、ABCG1、SR-BI介導(dǎo)的途徑外排，然后被HDL中的卵磷脂：膽固醇?；D(zhuǎn)移酶（LCAT）催化，利用卵磷脂C2的不飽和脂肪酸形成膽固醇酯（CE）。CE被HDL中的膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白（CETP）轉(zhuǎn)移到LDL中，再返回肝臟，轉(zhuǎn)化為膽汁酸，以膽汁酸鹽的形式通過消化道排出。
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