Uutta tietoa ANGPLT3:n roolista lipoproteiinien aineenvaihdunnan ja sydän- ja verisuonitautien riskin hallinnassa

AngPTL3:n rooli lipidimetaboliassa häiritsemällä lipoproteiinien puhdistumista

TG:n pitoisuus verenkierrossa korreloituu TG-rikkaan lipolyysiasteeseen. Kolme lipoproteiinilipaasia, mukaan lukien LPL, EL ja hepaattinen lipaasi (HL), ovat vastuussa TG:n lipolyysistä lipoproteiinissa. Kuten edellä mainittiin, LPL on nopeutta rajoittava entsyymi, jolla on kriittinen rooli TRL:ien lipolyysissä verenkierrossa, ja LPL:n aktiivisuus valkoisessa rasvakudoksessa (WAT) lisääntyy ruokailutilassa, kun taas se vähenee paastotilassa . EL, joka sijaitsee verisuonten endoteelisolujen luumenissa, on spesifisempi lipoproteiinifosfolipidien hydrolyysissä, erityisesti HDL-hiukkasissa, kuin TG . Aiemmat tulokset ovat osoittaneet, että sekä LPL:n että EL:n aktiivisuus lisääntyi Angpt3-/-hiirillä, mihin liittyi TRL:ien kertyminen BAT:iin ja lihaksiin WAT:n sijasta. Nämä tulokset viittasivat siihen, että ja TG apolipoproteiinissa tuotiin BAT: iin ja lihakseen WAT: n sijasta, mikä antaa todisteita siitä, että ANGPTL3 voisi ilmeisesti estää LPL- ja EL-aktiivisuutta , estää TG: n hydrolyysin ja sitten nopeuttaa runsaasti TG: tä sisältävien hiukkasten poistamista . Ei ole raportoitu lisääntyneestä HL-aktiivisuudesta ANGPTL3-puutoksessa.

Kysymys ANGPTL3-puutoksen ja alhaisen LDL-C-pitoisuuden välisestä mekanismista esitettiin useita vuosia sitten. Koska LPL:llä tai EL:llä ei ole kolesteryyliesterien hydrolyysitoimintaa, kysymys oli edelleen ratkaisematta. Vuonna 2015 Wang havaitsi, että sekä villityyppisillä hiirillä että Ldlr-, Lrp1- tai ApoE knockout -hiirillä oli lähes samat LDL-C-tasot sen jälkeen, kun niitä oli hoidettu Angptl3-vasta-aineella; lisäksi jokaisella ryhmällä oli paljon yhdessä määrin LDL-C-tasojen vähenemistä . Näistä tuloksista voitiin siis päätellä, että LDL-C:n väheneminen Angptl3-puutoshiirillä ei johtunut lisääntyneestä kolesterolin puhdistumisesta LDL-reseptorin kautta. VLDL-C:n vähentynyt synteesi voi olla uskottava selitys.

ANGPTL3:n rooli lipoproteiinien tuotantoon vaikuttamisessa

Monilla eri lähestymistavoilla voidaan edistää maksan VLDL-synteesiä, ja tärkein lähestymistapa perustuu TG:n voimassaoloon, joka syntetisoituu plasman FFA:n saannista adiposyyttien lipolyysiä , VLDL- ja CM-jäämiä ja porttilaskimon kautta kulkeutuvasta monosakkaridista . Samaan aikaan insuliinin signalointireitti voi myös vaikuttaa maksan VLDL-synteesiin ja -eritykseen, koska insuliinin suora vaikutus vähentää TG-rikkaiden VLDL-partikkelien lipidointia .

Tutkijat ovat jo havainneet, että maksan VLDL-TG-eritys ei muuttunut KK/Snk -hiirillä verrattuna villityyppisiin KK-hiiriin, sillä välin nämä KK/Snk -hiiret eivät myöskään osoittaneet merkittävää eroa apolipoproteiini B-100:n (apoB100) tuotantonopeuksissa ja erittyneiden VLDL-hiukkasten määrässä . Mielenkiintoista on, että tutkimuksissa on tutkittu ANGPTL3:n vaikutusta lipolyysiin 3 T3-L1 -adiposyyteissä ja todettu, että inkubointi ihmisen ANGPTL3:n kanssa voi lisätä FFA:n vapautumista väliaineeseen, samoin kuin adrenaliinin vaikutus . Nämä havainnot olivat sopusoinnussa ANGPTL3 LOF-mutaatiohenkilöiden raportoitujen matalien FFA-tasojen kanssa. Koska KK/Snk -hiirillä oli erittäin alhaisemmat TG-pitoisuudet ja FFA-pitoisuudet plasmassa, mikä viittaa siihen, että VLDL:n vähentynyt lipidoituminen ANGPTL3-puutoshiirillä voi johtua FFA:n vähentyneestä saannista verenkierrosta maksaan, minkä seurauksena TG:n määrä kussakin VLDL-hiukkasessa on vähentynyt. Lisäksi toisessa tutkimuksessa, jossa käytettiin ANGPTL3-puutoshepatosyyttejä, havaittiin, että ANGPTL3:n hiljentäminen voisi aiheuttaa siirtymisen plasman monosakkaridien hyödyntämiseen FFA:n sijasta , mikä myös antoi todisteita teorialle maksaan syötetyn laimennetun FFA:n saannista.

Kolesteroli ja muut kolesterolin aineenvaihduntatuotteet, jotka joko syntetisoidaan maksassa tai nautitaan päivittäisestä ruokavaliostamme , ovat LXR:n luonnollisia ligandeja. Kuten aiemmin on kuvattu, aktivoitu LXR voisi stimuloida sappihappojen eritystä ja lipogeneesin etenemistä, sillä välin se voisi edistää HDL: n välittämää käänteistä kolesterolikuljetusta ja siten suojella maksaa ylenpalttiselta kolesterolilta . Tutkimukset ovat osoittaneet, että synteettiset LXR-ligandit ja runsaasti kolesterolia sisältävä ruokavalio voisivat indusoida maksan ANGPTL3:n geeniekspressiota . Koska ANGPTL3 on LXR:n myötävirran kohde, on syytä huomata, että substraattien vähentynyt saatavuus voi vähentää maksan kolesterolisynteesiä, mikä johtaa kolesterolipitoisen VLDL:n erittymiseen ANGPTL3-puutoshiirillä . Päinvastoin, alhainen LXR- ja alhainen ANGPTL3-ekspressio (ANGPTL3-puutoksessa tai ANGPTL3:n inaktivoinnissa) voi siis liittyä alhaisempaan kolesterolitasoon maksassa . Näistä tuloksista voitaisiin siis päätellä, että LDL-C:n väheneminen Angptl3-puutoshiirillä johtui ainakin osittain VLDL-C:n vähentyneestä synteesistä. Tutkimukset ovat käynnissä mekanismin mahdollisuuksien tarkemmaksi selvittämiseksi.

ANGPTL3:n epäsuora vaikutus rasva-aineenvaihduntaan häiritsemällä insuliiniherkkyyttä

Vaikka ANGPTL3:n rooli rasva-aineenvaihdunnassa on suhteellisen selvä, ANGPTL3:n ja insuliiniherkkyyden välinen suhde on edelleen epävarma. Vain muutamat tutkimukset osoittivat ANGPTL3:n roolin insuliiniherkkyyden ja glukoosiaineenvaihdunnan säätelyssä. Vuonna 2013 Rebciuc ja kollegat vertasivat ANGPTL3:n homotsygoottisen ja heterotsygoottisen LOF-mutaation kantajien insuliiniherkkyyttä ei-kantajiin. He havaitsivat, että plasman insuliini, glukoosi ja insuliiniresistenssin homeostaattinen malliarviointi (HOMA-IR) olivat homotsygoottisilla koehenkilöillä huomattavasti alhaisemmat kuin heterotsygoottisilla ja ei-kantajilla, mikä viittaa siihen, että homotsygoottisilla oli korkeampi insuliiniherkkyys kuin heterotsygoottisilla ja ei-kantajilla . Nämä tiedot osoittivat, että ANGPTL3 voi vaikuttaa insuliiniherkkyyteen ja sillä voi olla rooli glukoosiaineenvaihdunnan moduloinnissa ihmisillä. Lisäksi Wang et al. havaitsivat, että plasman glukoosi- ja insuliinipitoisuudet ovat vertailukelpoisia Angptl3-/- ja villityypin genotyyppien välillä hiirillä, ja Angptl3-/-hiirillä oli suurempi deoksiglukoosin ottonopeus WAT:ssa, BAT:ssa ja sydämessä . In vitro -tutkimuksissa he käyttivät immortalisoituja ihmisen hepatosyyttejä ja havaitsivat myös, että ANGPTL3-puutos voi selvästi lisätä deoksiglukoosin ottoa . Mielenkiintoista on, että ANGPTL3:n vaikutus insuliini- ja glukoosiaineenvaihduntaan oli vastavuoroinen. Tikan ym. tiedot ovat paljastaneet, että sekä insuliini että rosiglitatsoni voivat vähentää ANGPTL3:n eritystä annosriippuvaisesti, ja ANGPTL3:n vaimentaminen paransi glukoosinottoa hepatosyyteissä noin 45 % .

ANGPTL3:n ja insuliinin vuorovaikutuksen tosiasian perusteella voisimme ehdottaa ANGPTL3:n epäsuoraa vaikutusta rasva-aineenvaihduntaan häiritsemällä insuliiniherkkyyttä. Näiden johtopäätösten perusteella voimme spekuloida, että ANGPTL3:n hiljentäminen voi parantaa insuliiniherkkyyttä ja lisätä glukoosin ottoa ja hyödyntämistä perifeerisissä elimissä.

ANGPTL3:n toiminta ja mekanismi LPL:n aktiivisuuden estämisessä

Koska ANGPTL3:n funktio LPL:n katalyyttisen aktiivisuuden estämisessä on osoitettu hyvin, tutkimuksissa on selvitetty ANGPTL3:n mekanismia ANGPTL3:n ja LPL:n aktiivisuuden välillä. Ensinnäkin ANGPTL3-peptidin ainutlaatuinen rakenne vaikuttaa ANGPTL3:n inhiboivaan vaikutukseen. ANGPTL3-peptidin N-terminaalisella kierrealueella on kolme tärkeää aminohappoa, asparagiinihappo, histidiini ja glutamiini, jotka voivat estää LPL:ää sitoutumasta glykosyylifosfatidyylinositoliin ankkuroituneeseen suuren tiheyden lipoproteiinia sitovaan proteiiniin 1 (GPIHBP1), joka on kapillaaristen endoteelisolujen ilmentämä proteiini ja joka kuljettaa LPL:ää kapillaarilumenin paikkaan. Tämä eteneminen voi vähentää LPL:n aktiivisuutta ihmisillä. Lisäksi vuonna 2009 Yau ja hänen ryhmänsä havaitsivat, että ANGPTL3 voi nopeuttaa LPL:n taittumisen etenemistä edistämällä katalyyttisesti aktiivisten LPL-dimeerien dissosioitumista inaktiivisiksi LPL-monomeereiksi, mikä johtaa LPL:n aktiivisuuden ilmeiseen vähenemiseen. He havaitsivat myös, että vaikka ANGPTL3:lla ja ANGPTL4:llä oli samanlaiset mutta ei identtiset reitit LPL-aktiivisuuden vähentämisessä, ANGPTL3:n tehokkuus LPL:n estämisessä on paljon heikompi kuin ANGPTL4:n . Lisäksi Liu ja hänen kollegansa osoittivat vuonna 2010 ANGPTL3:n ja LPL:n aktiivisuuden toisen mahdollisen mekanismin. He osoittivat, että ANGPTL3 stimuloi LPL: n solunulkoista pilkkomista furinilla, ja simulaatio voisi johtaa LPL: n dissosiaatioon solun pinnalta ja LPL: n katalyyttisten toimintojen vähenemiseen .

Näin ollen syntetisoimalla kaikki edellä mainitut tiedot voimme spekuloida, että ANGPTL3: lla on paljon pienempi vaikutus LPL: ään kuin ANGPTL4. ANGPTL3:n mekanismi LPL:n aktiivisuudessa voi liittyä LPL:n dimeerirakenteen taittumattomuuteen ja estää LPL:n sitoutumisen GPIHBP1:een. Lopuksi, tärkeä ero näiden kahden proteiinin välillä on se, että ANGPTL3 estää LPL:ää endokriinisen reitin kautta, ja ANGPTL4:n vaikutus LPL:ään voi tapahtua autokriinisten reittien ja paikallisten parakriinisten reittien kautta.

ANGPTL3:n toiminta dyslipidemian edistämisessä ja sydän- ja verisuonitautien riskissä

On olemassa huomattavaa näyttöä, joka osoittaa, että kohonnut plasman LDL-C-pitoisuus on itsenäinen sydän- ja verisuonitaudin (CVD:n) riskitekijä . Viime aikoina muut tutkimukset ovat myös osoittaneet, että kohonneilla plasman TG-tasoilla on myös tärkeä rooli CVD:n kehittymisessä . LDL-C:hen ja TG:hen kohdistuvat toimet voivat ehkäistä tehokkaasti CVD:n etenemistä. Koska sekä henkilöillä, joilla on ANGPTL3:n LOF-mutaatioita, että hiirillä, joilla on Angptl3-puutos, on lipoproteiiniprofiili, joka alentaa lipidien määrää, ja plasman LDL-C- ja TG-pitoisuudet ovat alentuneet, voidaan olettaa, että ANGPTL3-puutos voi johtaa pieneen CVD-riskiin ihmisillä.

Dewayn raportti paljasti, että 45 226:lla ANGPTL3:n LOF-mutaatioiden kantajilla oli 27 % alhaisemmat TG-pitoisuudet ja 9 % alhaisemmat LDL-C-pitoisuudet kuin muilla kuin kantajilla . 13 102 henkilöllä, joilla oli sydän- ja verisuonitauti, ANGPTL3:n LOF-mutaatioiden esiintymiseen liittyi 41 % pienempi sydän- ja verisuonitautiriski. Toiseksi kirjoittajat käyttivät APOE*3 Leiden.CETP -hiiriä tutkiakseen ANGPTL3-vasta-aineen monoklonaalisen vasta-aineen, Evinacumabin, vaikutuksia. Kuten kirjoittaja raportoi, Evinacumab-hoitoon liittyi kokonaiskolesteroli- ja TG-tasojen selvä lasku. Lisäksi evinacumabi saattoi myös johtaa ateroskleroottisten plakkien pinta-alan huomattavaan vähenemiseen aortan juuressa . Nämä tulokset havainnollistavat voimakkaasti ANGPTL3:n ja sydän- ja verisuonitautiriskin välistä yhteyttä.

Toinen uusin raportti on Stitzielin ja hänen kollegoidensa vuonna 2017 julkaisema raportti, joka vahvisti ANGPTL3:n, dyslipidemian ja sydän- ja verisuonitautiriskin välisen suoran yhteyden kolmella eri menetelmällä. Ensinnäkin Stitziel havaitsi, että kolmella ANGPTL3: n homotsygoottisia mutaatioita kantavalla henkilöllä ei ollut merkkejä sepelvaltimoiden ateroskleroottisesta plakista verrattuna ei-kantajiin . Toiseksi he tutkivat meta-analyysin avulla yli 180 000 henkilöä, joista 21 980:lla oli sydän- ja verisuonitauti, ja havaitsivat, että noin 1 henkilö 309:stä oli heterotsygoottinen LOF-mutaation kantaja ANGPTL3-geenin sekvensoinnin perusteella. Vaikka tämä mutaatio on harvinainen, heterotsygoottisilla kantajilla oli noin 34 prosenttia pienempi riski sairastua KHK:hon verrattuna ei-kantajiin. Huomattavaa on, että plasman TG:n määrä väheni 17,3 % ja LDL-C:n määrä 11,8 %. Kuitenkin myös plasman HDL-C väheni noin 5,2 %, vaikka erot eivät olekaan tilastollisesti merkitseviä. Tämä osa tiedoista paljasti, että ANGPTL3:n LOF-mutaatio voisi vähentää dyslipidemian riskiä ihmisillä todennäköisesti vähentämällä LDL-C- ja TG-tasoja, ei HDL-C-tasoja . Lopuksi tutkijaryhmä havaitsi, että sydäninfarktin riski pieneni 29 % verrattuna henkilöiden korkeimpaan tertiiliin, joilla oli ANGPTL3:n alin tertiili, 1493:lla sydän- ja verisuonitautipotilaalla ja 3231:llä kontrollihenkilöllä sen jälkeen, kun plasman LDL-kolesteroli- ja TG-arvot oli korjattu. Tämä oli toistaiseksi ainoa tulos, joka paljasti ANGPTL3:n plasmapitoisuuden ja KHK:n riskin välisen yhteyden, mikä viittaa siihen, että ANGPTL3 saattaa vaikuttaa KHK:n etenemiseen muulla riippumattomalla menetelmällä kuin rasva-aineenvaihduntaa kontrolloivalla toiminnallaan.

LPL:ää estävän ominaisuutensa lisäksi ANGPTL3 voi myös tukahduttaa EL:n aktiivisuutta, mikä saattaisi selittää ilmiön, joka selittää pienentyneen HDL:n C-tason hiirillä, joilla on Angptl3:n puutos, ja yksilöillä, jotka kantavat ANGPTL3:ssa olevaa LOF- eli LOF- eli Lof-mutaatiota. Vuonna 2017 julkaistut Stitzielin tiedot osoittivat kuitenkin, että 20 092:lla ANGPTL3:n LOF-mutaation kantajalla 20 092:lla henkilöllä HDL-C:n määrä väheni 5,2 % . Samaan aikaan Deway esitti myös tuloksen, jonka mukaan DiscovEHR-tutkimuksen 45 036 osallistujalla HDL-C-taso laski noin 6,1 % ANGPTL3:n LOF-mutaation kantajilla . Näin ollen ANGPTL3:n ja EL:n välinen biokemiallinen mekanismi ja suhde on edelleen hämärän peitossa.

ANGPTL3:n ja ANGPTL8:n yhteistyö lipidimetabolian kontrolloinnissa

Kumpikin ANGPTL3 ja ANGPTL8 ovat erittyviä proteiineja, ja niillä on vaikutusta LPL:n välittämän plasman TG:n hydrolyysin estämiseen. Yhteisekspressio ANGPTL3:n kanssa voi lisätä ANGPTL8:n eritystä huomattavasti. Useissa tutkimuksissa on selvitetty, voivatko nämä kaksi ANGPTL-proteiinia olla vuorovaikutuksessa LPL-aktiivisuuden säätelyssä. Niiden mukaan ANGPTL3 ja ANGPTL8 voisivat toimia yhteistyössä plasman TG-tasojen säätelyssä. Kuten aiemmin mainittiin, Angptl3:n ja Angptl8:n yliekspressio saattoivat molemmat johtaa seerumin TG-pitoisuuksien dramaattiseen nousuun hiirissä, mutta Quagliarini havaitsi, että Angptl3-/-hiirissä Angptl8 näyttää olevan inaktiivinen, kun taas Angptl3:n läsnä ollessa Angptl8 voi vähentää LPL:n aktiivisuutta tehokkaammin. Sitä vastoin ANGPTL8:n puuttuessa ANGPTL3:n kyky nostaa plasman TG-pitoisuuksia väheni lievästi . Toisessa tutkimuksessa Chi havaitsi myös, että ANGPTL3 tai ANGPTL8 yksinään pystyivät estämään LPL:n toimintaa vain pitoisuuksissa, jotka ylittivät reilusti fysiologiset tasot, erityisesti silloin, kun LPL oli sitoutunut sen endoteelisolureseptoriin GPIHBP1:een. ANGPTL8 saattoi kuitenkin edistää ANGPTL3:n kykyä estää LPL:ää, mutta vain silloin, kun näitä kahta proteiinia ekspressoitiin yhdessä samassa 293 T-solussa . Tässä tutkimuksessa tehdyt proteiinien vuorovaikutusmääritykset osoittivat myös, että ANGPTL8 lisäsi huomattavasti ANGPTL3:n kykyä sitoutua LPL:ään, mikä viittaa siihen, että ANGPTL3:n ja ANGPTL8:n välinen fyysinen vuorovaikutus saattaa aiheuttaa tämän toiminnallisen yhteistyön.

Todellakin biokemialliset tutkimukset ovat osoittaneet, että ANGPTL3:a ja ANGPTL8:a pystyttiin yhteisesti saostamaan hiirten veriplasmasta tai molempia proteiineja ekspressoivien solujen kasvatusmediasta . Haller on tehnyt intensiivisiä tutkimuksia, ja on saatu joitakin todisteita siitä, onko ANGPTL3:n muodostettava kompleksi ANGPTL8:n kanssa, jotta se olisi aktiivisempi LPL:n estämisessä. Käyttämällä ANGPTL3:n mutatoitua muotoa, josta puuttuu LPL:n estävä aktiivisuus, Haller osoitti, että ANGPTL3:n aktiivisuutta ei tarvita sen kyvylle aktivoida ANGPTL8:aa ja että Angptl3:n ja Angptl8:n yhteisekspressio voi johtaa paljon tehokkaampaan TG:n lisääntymiseen hiirillä kuin Angptl3:n yksinään, mikä viittaa siihen, että tämän kompleksin pääasiallinen estävä aktiivisuus johtuu ANGPTL8:sta. ANGPTL8:n C-terminaalin vasta-aine voisi kumota ANGPTL8:n LPL:ää estävän vaikutuksen ANGPTL3:n läsnä ollessa. Vasta-aine ei häirinnyt ANGPTL8-ANGPTL3-kompleksia, mutta se on lähellä ANGPTL8:n N-terminaalissa olevaa LPL:n inhiboivaa motiivia. Yhdessä nämä tiedot viittasivat siihen, että ANGPTL3 voisi toimia ANGPTL8:n sitoutumiskumppanina ja aktivaattorina ja ANGPTL8 voisi edistää omaa kykyään inhiboida LPL:ää ja nostaa plasman TG-pitoisuuksia ANGPTL3:n läsnä ollessa.