Evidencias emergentes del papel opuesto papel de la apolipoproteína C3 y la apolipoproteína A5 en el metabolismo de los lípidos y la enfermedad arterial coronaria

La apolipoproteína C3 (apoC3) y la apolipoproteína A5 (apoA5) están codificadas por los grupos de genes APOA1/C3/A4/A5. Los estudios genéticos y epidemiológicos y los experimentos básicos han demostrado sistemáticamente que la apoC3 y la apoA5 son moduladores críticos del metabolismo de los triglicéridos (TG) en el plasma. La deficiencia de apoC3 o apoA5 ha provocado una disminución o un aumento significativo del nivel de TG en plasma en humanos y ratones. Estudios mecánicos exhaustivos revelaron que la apoC3 inhibía la hidrólisis de los TG en el plasma, la captación de lipoproteínas residuales y promovía la secreción hepática de TG, mientras que la apoA5 regulaba el metabolismo de los TG en el plasma de forma totalmente opuesta. Estudios recientes revelaron además el papel de apoC3 y apoA5 en el colesterol remanente (RC), la lipoproteína de alta densidad (HDL) y el metabolismo hepático de los TG. Además, estudios genéticos poblacionales a gran escala indicaron que las mutaciones de pérdida de función en el gen de la apoC3 y la apoA5 conferían una disminución y un aumento del riesgo de enfermedad arterial coronaria (EAC) , respectivamente. Por lo tanto, la apoC3 y la apoA5 surgen como nuevos objetivos potenciales para reducir el riesgo cardiovascular. Este manuscrito revisa principalmente las evidencias existentes que sugieren el papel opuesto de apoC3 y apoA5 en el metabolismo de los lípidos y el riesgo de EAC, y discute la correlación potencial entre estas dos apolipoproteínas.

Estructura del gen y regulación de la expresión

Los grupos de genes APOA1/C3/A4/A5 humanos están localizados en el cromosoma 11q23, donde el gen APOC3 está aproximadamente 35 kbp aguas arriba del locus del gen APOA5 . Sus secuencias están conservadas evolutivamente. Las regiones reguladoras del gen APOC3 humano contienen un conjunto de promotor proximal con cuatro elementos (- 283/+ 24) y potenciador distal con seis elementos (- 890/- 500) . Estudios anteriores en animales y cultivos celulares establecieron que el potenciador de APOC3 actuaba como una secuencia reguladora común para dirigir la expresión de los genes APOA1, APOC3 y APOA4 hepáticos e intestinales. Sin embargo, se obtuvo una expresión del gen APOA5 específica para el hígado in vivo con un fragmento de ADN XhoI de 26 kb que contenía únicamente el gen APOA5 y, por tanto, carecía del potenciador APOC3 . Gao et al. confirmaron además que el potenciador APOC3 no afectaba a la expresión de APOA5 en ratones transgénicos. En realidad, se han encontrado dos elementos en la región del promotor de APOA5 que son críticos para dirigir su expresión en líneas celulares hepáticas humanas.

El inicio de la expresión génica se ejecuta mediante la unión específica de factores de transcripción a elementos reguladores del gen, y las moléculas que afectan a este proceso pueden regular la expresión génica correspondiente. La estructura concreta y los mecanismos de regulación de la expresión génica de APOC3 y APOA5 se han revisado en otro lugar , y nos centraremos aquí en los reguladores que comparten APOC3 y APOA5. De hecho, varias moléculas han sido implicadas en la misma dirección de regulación de la expresión de APOC3 y APOA5, incluyendo la regulación al alza con el factor nuclear de hepatocitos 4-α (HNF4-α) y la glucosa , y la regulación a la baja con la proteína quinasa activada por AMP , la insulina y el factor de necrosis tumoral-α (TNF-α) . Cabe destacar que estas sustancias, excepto el TNF-α, son todos componentes importantes que participan directamente en el metabolismo de la glucosa, lo que sugiere que la desregulación de APOC3 y APOA5 puede contribuir a la dislipidemia diabética. También se encontró una regulación de dirección opuesta en el sentido de que el receptor activado por el proliferador de peroxisomas-α (PPAR-α) y el receptor activado por el farnesioide X (FXR) promovieron la APOA5 mientras que inhibieron la expresión de la APOC3 . A diferencia del APOA5, el promotor del gen APOC3 humano no contiene elementos de respuesta positiva de PPAR-α y FXR. En realidad, estos dos receptores nucleares actuaron indirectamente interfiriendo la unión de otros factores transcripcionales, como el HNF4-α, a elementos específicos de APOC3, inhibiendo así la transcripción del gen APOC3. Así pues, el efecto de reducción de los TG en plasma de los fibratos, un tipo de agonistas de PPAR-α, puede estar mediado en parte por el aumento de la concentración circulante de apoA5 y/o la disminución de los niveles de apoC3. De hecho, estudios recientes han demostrado que tanto los fenofibratos como el tratamiento con ácidos grasos poliinsaturados omega-3 disminuyen significativamente los niveles de apoC3 en el plasma de los seres humanos.

Metabolismo de los lípidos en el plasma

Distribución de las lipoproteínas

La apoC3 y la apoA5 circulantes se asociaron principalmente con las proteínas ricas en triglicéridos (TRL) y las HDL . Los estudios mostraron que cualquiera de las dos apoC3 y apoA5 era intercambiable entre TRL y HDL . En el estado de normolipidemia de los sujetos humanos, la mayor parte de la apoC3 plasmática estaba unida a las HDL. Por el contrario, en sujetos con hipertrigliceridemia (HTG), la apoC3 se encontraba mayoritariamente en las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) . Al aumentar la concentración de TG en las emulsiones artificiales de TG, una mayor fracción de apoC3 se desplazó de las lipoproteínas plasmáticas nativas a las emulsiones artificiales . Glangeaud et al. descubrieron que durante la hidrólisis de las VLDL mediada por la lipoproteína lipasa (LPL), la apoC3 se redistribuyó de las VLDL a las HDL en el estudio in vitro, con una cantidad que era proporcional a la magnitud de la hidrólisis de los TG en las VLDL, y la apoC3 se transfirió posteriormente de nuevo a las partículas de VLDL enriquecidas con TG recién sintetizadas . De forma similar, Nelbach et al. demostraron que la apoA5 se asociaba predominantemente a las HDL en ratones transgénicos APOA5, que tenían VLDL ricas en TG, pero se redistribuía rápida y eficazmente a las VLDL ricas en TG aisladas de ratones knockout APOA5 tras la incubación. Shu et al. también informaron de que la inyección intravenosa de HDL reconstituida que contenía apoA5 en ratones knockout APOA5 mostraba un patrón de intercambio idéntico de apoA5 entre las HDL reconstituidas y las VLDL, y que la apoA5 seguía asociada a las VLDL ricas en TG debido a la interrupción de la hidrólisis de las VLDL.

Estos hallazgos sugerían que las distribuciones de apoC3 y apoA5 en las lipoproteínas estaban estrechamente asociadas a los contenidos de TG en la TRL. La mayoría de apoC3 y apoA5 se encontraban en HDL cuando había bajos niveles de TG en TRL. Una gran parte de apoC3 y apoA5 se redistribuyó de las HDL a las partículas de TRL cuando las cantidades de TG aumentaron en las TRL, y volvieron gradualmente a las HDL con el proceso de hidrólisis de las TRL. Sin embargo, la función biológica y el mecanismo de regulación del proceso de intercambio no se han dilucidado bien.

Los TG plasmáticos

La apoC3 y la apoA5 son determinantes críticos de la concentración de TG plasmáticos, tal y como demuestran las observaciones genéticas en humanos. Las mutaciones de pérdida de función en el gen APOC3 humano confirieron un perfil de TG plasmático bajo , mientras que los pacientes con mutación de deficiencia de APOA5 tenían niveles de TG plasmáticos extremadamente altos . Las anomalías en apoC3 y apoA5 se asociaron a diferentes formas de HTG, como la hiperquilomicronemia familiar, la hiperlipidemia combinada familiar y la disbetalipoproteniemia familiar. Curiosamente, estudios recientes han demostrado la existencia de un único sitio de glicosilación en la treonina 74 de la proteína apoC3, dando lugar a cuatro proteoformas principales en el plasma. La forma de tipo salvaje, que no contiene una cadena de glicanos, se denomina comúnmente apoC30a. Las otras tres tienen una cadena de glicanos en el núcleo formada por un disacárido O-ligado a la galactosa unido a la N-acetilgalactosamina. La apoC30b es la proteoforma que sólo contiene el núcleo del glicano, mientras que la apoC31 y la apoC32 contienen uno y dos residuos de ácido siálico adicionales, respectivamente. Además, las cuatro principales proteoformas de apoC3 se correlacionan de forma diferencial con los niveles de TG en ayunas. Se ha encontrado que, utilizando la medición de inmunoensayo por espectrometría de masas, la apoC30a, apoC30b y apoC31 en plasma tenían una relación positiva mientras que la apoC32 tenía una relación negativa con los TG en plasma en ayunas , lo que sugiere que el análisis de las isoformas individuales de apoC3 podría proporcionar una información más completa que la concentración total de apoC3 en plasma solamente.

Consistentemente, los ratones knockout de APOC3 tenían una disminución de la concentración de TG (- 30%) en comparación con sus compañeros de camada salvajes, mientras que los ratones transgénicos de APOC3 mostraron un aumento del nivel de TG en suero (+ 200% a 2000%) . Por otra parte, los ratones knockouts de APOA5 presentaron un aumento (+ 400%) de los niveles de TG, mientras que los ratones transgénicos de APOA5 mostraron una reducción significativa (- 70%) de este parámetro lipídico.

Los estudios mecanísticos en profundidad revelaron que apoC3 y apoA5 regulaban los niveles de TG en plasma a través de múltiples vías. La apoC3 inhibió la hidrólisis de la TRL mediada por la LPL, la eliminación del remanente de TRL circulante y promovió la secreción hepática de TG. Curiosamente, la apoA5 reguló el metabolismo de los TG en el plasma de forma totalmente opuesta. Concretamente, apoA5 aceleró la hidrólisis de TRL y la captación de restos de TRL por el hígado, mientras que inhibió la secreción hepática de TG (Fig. 1).

El RC plasmático

Se define como el contenido total de colesterol del TRL, incluidas las VLDL y las lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) en estado de ayuno, y las VLDL, IDL y los restos de quilomicrón en estado de no ayuno. Cada vez hay más pruebas que indican que el RC es un factor de riesgo causal independiente de cardiopatía isquémica . Además, los niveles elevados de RC se asociaron con un aumento de la mortalidad por todas las causas en pacientes con cardiopatía isquémica.

Dado que la apoC3 y la apoA5 regulan los metabolismos de los TRL, no es inesperado encontrar que las variantes de los genes APOC3 y APOA5 se asociaron con los niveles de RC. En un meta-análisis de 137.895 individuos, el RC era un 43% menor en los heterocigotos con pérdida de función de APOC3 frente a los no portadores . Por el contrario, las combinaciones de genotipos de variantes comunes de APOA5 (c.-1131 T > C, S19 W y c.*31C > T) se asociaron con aumentos del RC de hasta el 56% . Por lo tanto, dirigirse a la apoC3 o a la apoA5 parece ser un enfoque potencial para reducir los niveles plasmáticos de RC, lo que podría ser atestiguado en futuros ensayos.

HDL

El HDL ejerce varias propiedades ateroprotectoras, incluyendo la mediación del eflujo de colesterol, la protección del endotelio vascular y los efectos antiinflamatorios y antiapoptóticos . Las HDL con deficiencias en estas propiedades se denominan HDL disfuncionales, lo que a su vez contribuye a la progresión de la EAC. Los estudios de observación en humanos indicaron que estas propiedades eran defectuosas en los trastornos patológicos. Por ejemplo, se encontró una capacidad de eflujo de colesterol alterada en las HDL de pacientes urémicos. Riwanto et al. descubrieron que las HDL de pacientes con EAC no activaban las vías antiapoptóticas endoteliales, sino que estimulaban las posibles vías proapoptóticas endoteliales. Mediante espectrometría y análisis bioquímicos, los estudios indicaron además que el deterioro de la función de las HDL está estrechamente correlacionado con la alteración de su composición proteómica, entre la que los cambios de la apoC3 y la apoA5 han ganado mucha atención.

Riwanto et al. encontraron que había una apoC3 significativamente mayor en las partículas de HDL de los pacientes con EAC en comparación con los controles sanos. Además, el uso de anticuerpos que neutralizan la apoC3 en estas HDL mejoró la función de apoptosis antiendotelial mediada por las HDL. Cho KH demostró que el aumento del contenido de apoC3 en las HDL reconstituidas artificialmente redujo su capacidad de activación de la lecitina colesterol aciltransferasa (LCAT). Curiosamente, Luo M et al. demostraron que el contenido de apoC3 en las HDL estaba asociado negativamente con la capacidad de eflujo de colesterol mediada por las HDL, aunque se desconoce el mecanismo subyacente. Por el contrario, la sobreexpresión de APOA5 mediada por adenovirus en ratones condujo a un aumento de apoA5 en las HDL, asociado a una mayor capacidad de eflujo de colesterol . Las HDL reconstituidas sintetizadas con más apoA5 tenían un mayor tamaño de partícula, más contenido en lípidos y mejor capacidad antioxidante frente a las LDL in vitro.

El papel definitivo de la apoC3 y la apoA5 en la función de las HDL debe examinarse más a fondo. Se ha informado de que la apoC3 en las HDL puede unirse al receptor scavenger B1 (SR-B1), con un dominio de estructura no caracterizado. El SR-B1 es conocido como un elemento importante en el transporte inverso del colesterol, en parte por facilitar la captación selectiva de ésteres de colesterol de las HDL por el hígado. Si esta interacción de apoC3 con SR-B1 influiría en el transporte inverso del colesterol es algo indeterminado.

Secreción hepática de VLDL

Una de las principales funciones del hígado es sintetizar y secretar VLDL. Las VLDL están compuestas por un núcleo de lípidos neutros, principalmente TG, y varias apolipoproteínas . De ellas, la apolipoproteína B100 (apoB100) es la más importante y proporciona estabilidad estructural a la partícula VLDL. La biogénesis de las VLDL consta de dos etapas. Inicialmente, la formación de VLDL comienza con la síntesis de apoB100 en el retículo endoplásmico (RE). A continuación, la apoB100 naciente es parcialmente lapidada para formar una partícula VLDL primordial pobre en lípidos, lo que es facilitado por la proteína de transferencia de triglicéridos microsomal (MTP). En el segundo paso de la formación de VLDL, la partícula VLDL primordial se fusiona con las partículas ricas en triglicéridos para formar VLDL maduras ricas en TG . Cada vez hay más pruebas que indican que la apoC3 y la apoA5 regulan la lipidación de las VLDL y afectan al contenido hepático de TG (Fig. 1).

Los datos obtenidos en cultivos celulares, en experimentos con animales y en estudios con humanos confirman que la apoA5 inhibe la secreción de VLDL-TG y promueve el almacenamiento de TG en la gota lipídica citosólica. Las células McA-RH7777 transfectadas de forma estable con APOA5 humana secretan VLDL más pequeñas que las de las células de control, pero tienen un mayor nivel de TG celular y gotas de lípidos más grandes. Por el contrario, Ress et al. informaron de que el knockdown de APOA5 en las células HepG2 conducía a una disminución del contenido de TG celular. Los hígados de los ratones transgénicos APOA5 tenían un mayor nivel de TG hepáticos en comparación con sus compañeros de camada salvajes. Qin et al. descubrieron que los pacientes con enfermedad de hígado graso no alcohólico (NAFLD) tienen una elevada expresión de APOA5 en comparación con los controles sanos. Sin embargo, todavía quedan algunos enigmas por dilucidar. En primer lugar, ¿por qué una parte de la apoA5 escapa a la vía de secreción en la sangre y se asocia a las gotas lipídicas citosólicas? Además, ¿cómo promueve la apoA5 el almacenamiento hepático de TG en las gotas de lípidos (LD) en lugar de su secreción en forma de VLDL.

A la inversa, los estudios in vivo e in vitro han demostrado que la apoC3 tiene un efecto estimulante sobre la lipidación de VLDL. La alimentación de ratones knockout de APOC3 con una dieta alta en grasas durante dos semanas no logró estimular la producción de VLDL-TG, mientras que la reconstitución de la expresión de APOC3 mediante un adenovirus que codifica la apoC3 humana dio lugar a una sólida producción de VLDL-TG. El efecto estimulante de la apoC3 humana sobre la lipidación de VLDL se recapituló en las células McA-RH7777 en condiciones ricas en lípidos. Además, la mutación dirigida de residuos en el dominio de unión a lípidos (K58E) de la apoC3 abolió este efecto estimulante. Estos hallazgos fueron respaldados en humanos por las observaciones de que dos SNPs de APOC3 (C-482 T, T-455C), que conducen a la disminución de la expresión de APOC3, se correlacionaron con el aumento del nivel de TG hepáticos y una mayor prevalencia de NAFLD en la población india asiática.

Se ha propuesto que la ubicación subcelular de apoA5 y apoC3 que regula la lipidación de VLDL es el compartimento ER. Gao et al. plantearon la hipótesis de que la apoA5 podría facilitar el brote de los LD del RE hacia el exterior para formar LD citosólicos y, por tanto, reducir los TG ensamblados en las partículas de VLDL . Qin et al. descubrieron que la apoC3 promovía la fusión de las LD lumínicas del RE con las partículas de VLDL durante la lipidación de estas últimas. Se necesitan estudios en profundidad que se centren en las bases moleculares que subyacen al efecto de apoA5 y apoC3 en la lipidación de VLDL y el metabolismo de LD, lo que proporcionará una nueva comprensión de la homeostasis de los TG hepáticos.

Asociación con la EAC

La EAC se ha convertido en una de las principales causas de muerte en todo el mundo. Se sabe que el colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL-C) desempeña un papel crucial en la patogénesis de la EAC, y que la reducción del LDL-C plasmático da lugar a una reducción significativa de la morbilidad y la mortalidad de la EAC. Sin embargo, se ha informado de que muchos individuos siguen sufriendo una EAC a pesar de alcanzar el objetivo terapéutico de los niveles de LDL-C . Por lo tanto, se está tratando de identificar otros factores de riesgo modificables para reducir aún más el riesgo de EAC. Los datos genéticos de la población están libres de confusión y causalidad inversa, por lo que se reconocen como una forma importante de identificar nuevos factores de riesgo potenciales de EAC.

Interesantemente, se ha demostrado que los niveles de apoC3 en plasma genéticamente reducidos se asociaron con un menor riesgo de EAC en los seres humanos . Una mutación sin sentido del gen APOC3, R19X, se asoció con una reducción del 50% de los niveles circulantes de apoC3 . Y lo que es más importante, los portadores de la rara variante R19X tenían una menor incidencia de calcificación de las arterias coronarias y un menor riesgo de EAC a los 10 años en Framingham. El efecto cardioprotector de R19X y de otras tres variantes raras, dos mutaciones en el sitio de empalme (IVS2 + 1G → A; IVS3 + 1G → T) y una mutación sin sentido (A43T) en el gen APOC3, fue confirmado recientemente en dos estudios a gran escala . En un estudio que forma parte del Proyecto de Secuenciación del Exoma del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre, aproximadamente 1 de cada 150 participantes era portador heterocigoto de al menos una de estas cuatro mutaciones, y los niveles circulantes de APOC3 en los portadores eran un 46% más bajos que los niveles en los no portadores. El riesgo de EAC entre 498 portadores de cualquier mutación rara de APOC3 era un 40% menor que el riesgo entre 110.472 no portadores. Asimismo, en una cohorte de 75.725 participantes, las incidencias acumuladas de enfermedad vascular isquémica y cardiopatía isquémica se redujeron en los heterocigotos con mutaciones de pérdida de función en APOC3 (R19X o A43T o IVS2 + 1G → A) en comparación con los no portadores, con reducciones de riesgo correspondientes del 41% y el 36%. Notablemente, se ha informado de que también hubo una tendencia a menos eventos de enfermedades cardiovasculares adversas mayores en pacientes con una proteoforma apoC32 más alta, mientras que estas asociaciones no se detectaron para las otras proteoformas apoC3, lo que sugiere que apoC32 es más como una proteoforma de pérdida de función .

Contrariamente, las variantes APOA5 que conducen a la disminución de los niveles de apoA5 se asociaron con un mayor riesgo de CAD . La asociación entre el polimorfismo del promotor -1131 T > C del gen APOA5 y el riesgo de EAC se ha demostrado en un gran meta-análisis. El odds ratio para la EAC fue de 1,18 por cada alelo C frente al T . Además, varios estudios independientes han indicado sistemáticamente que las variantes de APOA5 estaban significativamente asociadas al riesgo de infarto de miocardio (IM). Raffaele De Caterina et al. encontraron una fuerte asociación entre la variante del gen APOA5 -1131 T > C y el IM agudo de aparición temprana. Jorgensen AB et al. mostraron además una variación genética en el gen APOA5 (c.-1131 T. C, S19 W, y c.*31C. T) asociada a un aumento del 87% del riesgo de IM . Do R et al. secuenciaron los exones de APOA5 en 6721 sujetos con IM y 6711 controles. Se identificaron 46 variantes únicas de un solo nucleótido, no sinónimas o en el sitio de empalme, o cambios de marco indel con una frecuencia alélica < 1%. Además, los portadores de estas mutaciones raras en el gen APOA5 (1,4% de los casos frente al 0,6% de los controles) tenían un riesgo 2,2 veces mayor de sufrir un IM en comparación con los controles.

Además, se ha sugerido que los efectos de apoC3 y apoA5 en el riesgo de EAC están parcialmente mediados por los cambios en los niveles de RC en plasma. Wulff AB et al. encontraron que el RC mediaba el 37% del 41% de riesgo menor observado de enfermedad vascular isquémica y el 54% del 36% de riesgo menor observado de cardiopatía isquémica en los heterocigotos con pérdida de función de APOC3 frente a los no portadores . Sin embargo, las variantes del gen APOA5 (c.-1131 T. C, S19 W y c.*31C. T) que conducen a un aumento genético de la RC se asocian a un mayor riesgo de IM . Por otro lado, las variantes del gen APOA5 (c.-1131 T. C, S19 W, y c.*31C. T) se asocian con aumentos del RC de hasta el 56%, y con una odds ratio correspondiente para el IM de 1,87 .

Correlación potencial entre apoC3 y apoA5

Dado que apoC3 y apoA5 regulan el metabolismo de los lípidos y se asocian con el riesgo de EAC de forma opuesta, es razonable preguntarse si funcionan de forma independiente o cooperativa. Algunos hallazgos en ratones genéticos sugieren una estrecha relación entre estas dos proteínas, aunque no hay pruebas actuales que demuestren la interacción directa entre ellas. Pennacchio et al. demostraron que los ratones transgénicos y knockout de APOA5 tienen un nivel de proteína apoC3 hepática obviamente disminuido y aumentado, respectivamente, mientras que no se encontraron cambios significativos en la abundancia de ARNm de apoC3. De hecho, las cantidades de proteína apoC3 en el hígado aumentaron un 90% en los ratones knockout APOA5 y disminuyeron un 40% en los transgénicos APOA5 en comparación con sus compañeros de camada de tipo salvaje. Del mismo modo, se observó una disminución del nivel de apoC3 en suero tras la sobreexpresión mediada por adenovirus de APOA5 humana en ratones. Estos resultados implican que la apoC3 puede afectar a la apoA5 a nivel transcripcional, y viceversa. Sin embargo, se desconocen los mecanismos subyacentes.