Neue Erkenntnisse über ANGPLT3 bei der Kontrolle des Lipoprotein-Stoffwechsels und des Risikos von Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Die Rolle von ANGPTL3 beim Lipid-Stoffwechsel durch Beeinträchtigung der Lipoprotein-Clearance

Der zirkulierende TG-Spiegel hängt mit der Lipolyserate von TG-reichem Lipoprotein (TRL) zusammen. Drei Lipoproteinlipasen, darunter LPL, EL und hepatische Lipase (HL), sind für die Lipolyse von TG in Lipoprotein verantwortlich. Wie bereits erwähnt, ist die LPL das geschwindigkeitsbeschränkende Enzym, das eine entscheidende Rolle bei der Lipolyse von TRL im Blutkreislauf spielt, und die Aktivität der LPL im weißen Fettgewebe (WAT) ist im nährstoffreichen Zustand erhöht, während sie im nüchternen Zustand verringert ist. Die EL, die sich im Lumen der vaskulären Endothelzellen befindet, ist spezifischer für die Hydrolyse von Lipoproteinphospholipiden, insbesondere in HDL-Partikeln, als für TG. Frühere Ergebnisse haben gezeigt, dass sowohl die LPL- als auch die EL-Aktivität in Angpt3-/- Mäusen erhöht war, begleitet von einer Anhäufung von TRLs in BAT und Muskeln anstelle von WAT. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass und TG im Apolipoprotein in die BAT und den Muskel statt in die WAT importiert wurden, was darauf hindeutet, dass ANGPTL3 offensichtlich die LPL- und EL-Aktivität hemmen, die Hydrolyse von TG verhindern und dann die Entfernung von TG-reichen Partikeln beschleunigen könnte. Es gab keinen Bericht über eine erhöhte HL-Aktivität bei ANGPTL3-Mangel.

Vor einigen Jahren wurde die Frage nach dem Mechanismus zwischen ANGPTL3-Mangel und niedrigen LDL-C-Werten gestellt. Da LPL oder EL nicht die Funktion haben, Cholesterinester zu hydrolysieren, war die Frage immer noch ungelöst. Im Jahr 2015 beobachtete Wang, dass sowohl Wildtyp-Mäuse als auch Ldlr-, Lrp1- oder ApoE-Knockout-Mäuse nach der Behandlung mit dem Angptl3-Antikörper fast die gleichen LDL-C-Spiegel aufwiesen; außerdem war der LDL-C-Spiegel in jeder Gruppe in etwa gleich stark reduziert. Aus diesen Ergebnissen konnten wir schließen, dass die Verringerung des LDL-C-Spiegels bei Mäusen mit Angptl3-Mangel nicht durch eine erhöhte Cholesterin-Clearance über den LDL-Rezeptor verursacht wurde. Die verminderte Synthese von VLDL-C könnte die plausible Erklärung sein.

Die Rolle von ANGPTL3 bei der Beeinflussung der Lipoproteinproduktion

Es gibt mehrere Ansätze, die die hepatische VLDL-Synthese fördern können, und der Hauptansatz beruht auf der Gültigkeit von TG, das aus der Zufuhr von Plasma-FFA aus der Lipolyse der Adipozyten, VLDL und CM-Resten und dem durch die Pfortader transportierten Monosaccharid synthetisiert wird. In der Zwischenzeit kann der Insulin-Signalweg auch die hepatische VLDL-Synthese und -Sekretion aufgrund der direkten Wirkung von Insulin bei der Verringerung der Lipidierung von TG-reichen VLDL-Partikeln beeinflussen.

Die Wissenschaftler haben bereits herausgefunden, dass die hepatische VLDL-TG-Sekretion bei KK/Snk-Mäusen im Vergleich zu den Wildtyp-KK-Mäusen nicht verändert war, während diese KK/Snk-Mäuse auch keinen signifikanten Unterschied in der Produktionsrate von Apolipoprotein B-100 (apoB100) und der Menge der sezernierten VLDL-Partikel zeigten. Interessanterweise wurde in Studien die Wirkung von ANGPTL3 auf die Lipolyse in 3 T3-L1-Adipozyten untersucht und festgestellt, dass die Inkubation mit humanem ANGPTL3 die Freisetzung von FFA in das Medium verstärken konnte, ähnlich wie die Wirkung von Epinephrin. Diese Beobachtungen standen im Einklang mit den berichteten niedrigen FFA-Spiegeln bei Individuen mit ANGPTL3 LOF-Mutation. Da die KK/Snk-Mäuse eine extrem niedrige TG-Konzentration und FFA im Plasma aufwiesen, deutet dies darauf hin, dass die verringerte Lipidierung von VLDL bei Mäusen mit ANGPTL3-Mangel durch eine verringerte Zufuhr von FFA aus dem Blutkreislauf in die Leber verursacht werden kann, was zu einer geringeren Menge an TG in jedem VLDL-Partikel führt. Darüber hinaus hat eine andere Studie mit ANGPTL3-Mangelhepatozyten herausgefunden, dass das Ausschalten von ANGPTL3 zu einer Verschiebung der Nutzung von Monosacchariden im Plasma anstelle von FFA führen könnte, was ebenfalls die Theorie der verdünnten FFA-Zufuhr in die Leber untermauert.

Cholesterin und andere Cholesterinmetaboliten, die entweder von der Leber synthetisiert oder mit der täglichen Nahrung aufgenommen werden, sind die natürlichen Liganden für LXR. Wie bereits beschrieben, könnte der aktivierte LXR die Gallensäuresekretion und den Fortschritt der Lipogenese stimulieren, während er gleichzeitig den durch HDL vermittelten umgekehrten Cholesterintransport fördern und so die Leber vor übermäßigem Cholesterinüberschuss schützen könnte. Studien haben gezeigt, dass synthetische LXR-Liganden und eine cholesterinreiche Ernährung die Genexpression von ANGPTL3 in der Leber induzieren können. Da ANGPTL3 ein Downstream-Target für LXR ist, ist es erwähnenswert, dass eine verringerte Verfügbarkeit von Substraten die hepatische Cholesterinsynthese verringern kann, was zur Sekretion von cholesterinarmem VLDL in Mäusen mit ANGPTL3-Mangel führt. Im Gegenteil, eine geringe LXR- und ANGPTL3-Expression (bei ANGPTL3-Mangel oder Inaktivierung von ANGPTL3) könnte daher mit einem geringeren Cholesterinspiegel in der Leber verbunden sein. Aus diesen Ergebnissen konnten wir schließen, dass die Verringerung des LDL-C in Mäusen mit Angptl3-Mangel zumindest teilweise durch die verringerte Synthese von VLDL-C verursacht wurde. Derzeit laufen Versuche, um den möglichen Mechanismus weiter zu erforschen.

Die indirekte Wirkung von ANGPTL3 auf den Fettstoffwechsel durch Beeinflussung der Insulinsensitivität

Obwohl die Rolle von ANGPTL3 im Fettstoffwechsel relativ klar ist, bleibt die Beziehung zwischen ANGPTL3 und der Insulinsensitivität ungewiss. Nur wenige Studien haben die Rolle von ANGPTL3 bei der Regulierung der Insulinsensitivität und des Glukosestoffwechsels nachgewiesen. Im Jahr 2013 verglichen Rebciuc und Kollegen die Insulinempfindlichkeit von Trägern der homozygoten und heterozygoten LOF-Mutation in ANGPTL3 mit Nicht-Trägern. Sie stellten fest, dass die Plasmainsulin- und Glukosewerte sowie die HOMA-IR-Werte (Homeostatic Model Assessment of Insulin Resistance) bei homozygoten Probanden im Vergleich zu heterozygoten Probanden und Nicht-Trägern signifikant niedriger waren, was darauf hindeutet, dass Homozygote eine höhere Insulinsensitivität haben als Heterozygote und Nicht-Träger. Diese Daten zeigen, dass ANGPTL3 die Insulinsensitivität beeinflussen und eine Rolle bei der Regulierung des Glukosestoffwechsels beim Menschen spielen kann. Darüber hinaus fanden Wang et al. heraus, dass die Plasmakonzentrationen von Glukose und Insulin bei Mäusen zwischen Angptl3-/- und Wildtyp-Genotypen vergleichbar sind und Angptl3-/–Mäuse eine höhere Aufnahmegeschwindigkeit von Desoxyglukose in WAT, BAT und Herz aufweisen. In vitro-Studien verwendeten sie immortalisierte menschliche Hepatozyten und fanden ebenfalls heraus, dass ein ANGPTL3-Mangel die Desoxyglukoseaufnahme deutlich erhöhen kann. Interessanterweise war die Wirkung von ANGPTL3 auf den Insulin- und Glukosestoffwechsel reziprok. Daten von Tikka et al. haben gezeigt, dass sowohl Insulin als auch Rosiglitazon die Sekretion von ANGPTL3 in einer dosisabhängigen Weise verringern können, und die Ausschaltung von ANGPTL3 verbesserte die Glukoseaufnahme in Hepatozyten um etwa 45 %.

Auf der Grundlage der Interaktion von ANGPTL3 und Insulin könnten wir die indirekte Wirkung von ANGPTL3 auf den Fettstoffwechsel durch die Beeinträchtigung der Insulinsensitivität vorschlagen. Mit diesen Schlussfolgerungen können wir spekulieren, dass das Ausschalten von ANGPTL3 die Insulinsensitivität verbessern und die Glukoseaufnahme und -verwertung durch periphere Organe erhöhen könnte.

Die Funktion und der Mechanismus von ANGPTL3 bei der Hemmung der LPL-Aktivität

Da die Funktion von ANGPTL3 bei der Hemmung der katalytischen Aktivität der LPL gut nachgewiesen wurde, haben die Forscher den Mechanismus von ANGPTL3 und der LPL-Aktivität untersucht. Erstens trägt die einzigartige Struktur des ANGPTL3-Peptids zur hemmenden Wirkung von ANGPTL3 bei. In der N-terminalen Coiled-Coil-Region des ANGPTL3-Peptids befinden sich drei wichtige Aminosäuren, nämlich Asparaginsäure, Histidin und Glutamin, die die Bindung von LPL an das Glycosylphsphatidylinositol-verankerte High-Density-Lipoprotein-Bindungsprotein 1 (GPIHBP1) verhindern können, ein Protein, das auf Kapillarendothelzellen exprimiert wird und LPL zum Kapillarlumen transportiert. Dieser Fortschritt kann die Aktivität der LPL beim Menschen verringern. Darüber hinaus fanden Yau und seine Gruppe 2009 heraus, dass ANGPTL3 die Entfaltung von LPL beschleunigen kann, da es die Dissoziation katalytisch aktiver LPL-Dimere in inaktive LPL-Monomere fördert, was zu einer deutlichen Verringerung der LPL-Aktivität führt. Sie fanden auch heraus, dass ANGPTL3 und ANGPTL4 zwar ähnliche, aber nicht identische Wege bei der Verringerung der LPL-Aktivität beschreiten, die Effizienz von ANGPTL3 bei der Hemmung der LPL jedoch viel schwächer ist als die von ANGPTL4. Darüber hinaus wiesen Liu und sein Kollege im Jahr 2010 einen weiteren potenziellen Mechanismus von ANGPTL3 und der LPL-Aktivität nach. Sie zeigten, dass ANGPTL3 die extrazelluläre Spaltung von LPL durch Furin stimuliert, und die Simulation könnte zur Dissoziation von LPL von der Zelloberfläche und zur Verringerung der katalytischen Funktionen von LPL führen.

So können wir durch die Synthese aller oben genannten Daten spekulieren, dass ANGPTL3 eine viel geringere Wirkung auf LPL hat als ANGPTL4. Der Mechanismus von ANGPTL3 auf die LPL-Aktivität könnte darin bestehen, dass es die Dimerstruktur von LPL auffaltet und verhindert, dass LPL an GPIHBP1 bindet. Ein wichtiger Unterschied zwischen den beiden Proteinen besteht schließlich darin, dass ANGPTL3 die LPL über einen endokrinen Weg hemmt, während die Wirkung von ANGPTL4 auf die LPL möglicherweise über autokrine und lokale parakrine Wege erfolgt.

Die Funktion von ANGPTL3 bei der Förderung der Dyslipidämie und des CVD-Risikos

Es gibt zahlreiche Hinweise darauf, dass ein erhöhter LDL-C-Spiegel im Plasma ein unabhängiger Risikofaktor für CVD ist. Kürzlich haben andere Studien auch gezeigt, dass erhöhte TG-Werte im Plasma ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von CVD spielen. Eine gezielte Behandlung von LDL-C und TG könnte das Fortschreiten von CVD wirksam verhindern. Da sowohl Personen mit LOF-Mutationen in ANGPTL3 als auch Mäuse mit Angptl3-Mangel ein lipidsenkendes Lipoproteinprofil und verringerte LDL-C- und TG-Plasmaspiegel aufweisen, könnte man vermuten, dass ANGPTL3-Mangel beim Menschen zu einem geringeren CVD-Risiko führt.

Der Bericht von Deway ergab, dass bei 45.226 Personen, die Träger einer LOF-Mutation in ANGPTL3 waren, die TG-Werte um 27 % und die LDL-C-Werte um 9 % niedriger waren als bei Nicht-Trägern. Bei 13.102 Personen mit CVD war das Vorhandensein einer LOF-Mutation in ANGPTL3 mit einem um 41 % geringeren CVD-Risiko verbunden. Zweitens verwendeten die Autoren APOE*3 Leiden.CETP-Mäuse, um die Auswirkungen eines monoklonalen Antikörpers gegen ANGPTL3, Evinacumab, zu untersuchen. Wie die Autoren berichten, war die Behandlung mit Evinacumab mit einer deutlichen Senkung des Gesamtcholesterinspiegels und des TG-Spiegels verbunden. Darüber hinaus konnte Evinacumab auch zu einer signifikant größeren Abnahme der atherosklerotischen Plaquefläche in der Aortenwurzel führen. Diese Ergebnisse sind ein aussagekräftiger Beleg für den Zusammenhang zwischen ANGPTL3 und dem CVD-Risiko.

Ein weiterer aktueller Bericht stammt von Stitziel und seinen Kollegen aus dem Jahr 2017, der den direkten Zusammenhang zwischen ANGPTL3, Dyslipidämie und dem CVD-Risiko durch drei verschiedene Methoden bestätigt. Erstens stellte Stitziel fest, dass die drei Personen, die homozygote Mutationen in ANGPTL3 trugen, im Vergleich zu Nicht-Trägern keine Anzeichen für koronare atherosklerotische Plaque aufwiesen. Zweitens untersuchten sie in einer Meta-Analyse mehr als 180 000 Personen, darunter 21 980 Personen mit CVD, und stellten fest, dass etwa 1 von 309 Personen heterozygoter Träger einer LOF-Mutation durch ANGPTL3-Gensequenzierung war. Obwohl diese Mutation selten ist, hatten die heterozygoten Träger ein um 34 % geringeres KHK-Risiko als Nicht-Träger. Bemerkenswert ist, dass der TG-Wert im Plasma um 17,3 % und der LDL-C-Wert um 11,8 % sank. Der Plasma-HDL-C-Wert sank ebenfalls um 5,2 %, obwohl die Unterschiede statistisch nicht signifikant sind. Dieser Teil der Daten zeigt, dass die LOF-Mutation in ANGPTL3 das Risiko einer Dyslipidämie beim Menschen wahrscheinlich durch eine Senkung des LDL-C- und TG-Spiegels und nicht des HDL-C-Spiegels verringern kann. Schließlich stellte die Forschergruppe fest, dass das Herzinfarktrisiko im Vergleich zum höchsten Tertil der Personen mit dem niedrigsten Tertil von ANGPTL3 bei 1493 Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen und 3231 Kontrollpersonen nach Anpassung für LDL-Cholesterin und TG im Plasma um 29 % verringert war. Dies war bisher das einzige Ergebnis, das einen Zusammenhang zwischen der Plasmakonzentration von ANGPTL3 und dem KHK-Risiko aufzeigte, was darauf hindeutet, dass ANGPTL3 das Fortschreiten der KHK über eine unabhängige Methode jenseits seiner Funktion bei der Kontrolle des Fettstoffwechsels beeinflussen könnte.

Neben der hemmenden Eigenschaft auf LPL kann ANGPTL3 auch die Aktivität von EL unterdrücken, was das Phänomen des verminderten HDL-C-Spiegels bei Mäusen mit Angptl3-Mangel und bei Personen, die eine LOF-Mutation in ANGPTL3 tragen, erklären könnte. Daten von Stitziel, die 2017 veröffentlicht wurden, zeigten jedoch, dass bei 20.092 Personen, die die LOF-Mutation in ANGPTL3 trugen, der HDL-C-Wert um 5,2 % reduziert war. Inzwischen präsentierte Deway auch ein Ergebnis, dass bei 45.036 Teilnehmern der DiscovEHR-Studie der HDL-C-Spiegel bei LOF-Mutation von ANGPTL3-Trägern um 6,1 % reduziert war . Somit bleiben der biochemische Mechanismus und die Beziehung zwischen ANGPTL3 und EL weiterhin ungeklärt.

Das Zusammenwirken von ANGPTL3 und ANGPTL8 bei der Kontrolle des Fettstoffwechsels

Bei ANGPTL3 und ANGPTL8 handelt es sich um sekretierte Proteine, die eine Hemmung der LPL-vermittelten TG-Hydrolyse im Plasma bewirken. Die Koexpression mit ANGPTL3 kann die Sekretion von ANGPTL8 erheblich steigern. In mehreren Forschungsarbeiten wurde untersucht, ob diese beiden ANGPTL-Proteine bei der Regulierung der LPL-Aktivität zusammenwirken könnten. Sie fanden heraus, dass ANGPTL3 und ANGPTL8 bei der Regulierung des TG-Spiegels im Plasma zusammenwirken können. Wie bereits erwähnt, führte die Überexpression von Angptl3 bzw. Angptl8 zu einem drastischen Anstieg des TG-Spiegels im Serum von Mäusen. Quagliarini stellte jedoch fest, dass Angptl8 in Angptl3-/- Mäusen inaktiv zu sein scheint, während Angptl8 in Gegenwart von Angptl3 die Aktivität der LPL effektiver reduzieren kann. Im Gegenteil, in Abwesenheit von ANGPTL8 nahm die Fähigkeit von ANGPTL3, den TG-Spiegel im Plasma zu erhöhen, leicht ab. In einer anderen Studie stellte Chi außerdem fest, dass ANGPTL3 oder ANGPTL8 allein die LPL nur in Konzentrationen hemmen konnten, die weit über dem physiologischen Niveau lagen, insbesondere wenn die LPL an ihren Endothelzellrezeptor GPIHBP1 gebunden war. ANGPTL8 konnte jedoch die Fähigkeit von ANGPTL3, LPL zu hemmen, fördern, allerdings nur, wenn die beiden Proteine in derselben 293-T-Zelle gemeinsam exprimiert wurden. Proteininteraktionstests in dieser Studie zeigten auch, dass ANGPTL8 die Fähigkeit von ANGPTL3, LPL zu binden, stark erhöhte, was darauf hindeutet, dass eine physische Interaktion zwischen ANGPTL3 und ANGPTL8 diese funktionelle Zusammenarbeit verursachen könnte.

In der Tat haben biochemische Studien gezeigt, dass ANGPTL3 und ANGPTL8 im Plasma von Mäusen oder im Kulturmedium von Zellen, die beide Proteine exprimieren, gemeinsam immunpräzipitiert werden konnten. Haller untersuchte intensiv, ob ANGPTL3 einen Komplex mit ANGPTL8 bilden muss, um selbst aktiver die LPL zu hemmen, und lieferte einige Beweise. Unter Verwendung einer mutierten Form von ANGPTL3, der die LPL hemmende Aktivität fehlt, wies Haller nach, dass die Aktivität von ANGPTL3 für seine Fähigkeit, ANGPTL8 zu aktivieren, nicht erforderlich ist, und dass die Koexpression von Angptl3 und Angptl8 bei Mäusen zu einem weitaus wirksameren Anstieg von TG führen kann als Angptl3 allein, was darauf hindeutet, dass die wichtigste hemmende Aktivität dieses Komplexes von ANGPTL8 ausgeht. Ein Antikörper gegen den C-Terminus von ANGPTL8 konnte die hemmende Wirkung von ANGPTL8 auf die LPL in Gegenwart von ANGPTL3 umkehren. Der Antikörper störte den ANGPTL8-ANGPTL3-Komplex nicht, kam aber in die Nähe des LPL-hemmenden Motivs im N-Terminus von ANGPTL8. Insgesamt deuten diese Daten darauf hin, dass ANGPTL3 als Bindungspartner und Aktivator von ANGPTL8 dienen könnte und dass ANGPTL8 seine eigene Fähigkeit zur Hemmung der LPL fördern und den TG-Spiegel im Plasma in Gegenwart von ANGPTL3 erhöhen könnte.