Preuves émergentes pour le rôle opposé. rôle opposé de l’apolipoprotéine C3 et de l’apolipoprotéine A5 dans le métabolisme des lipides et la maladie coronarienne

L’apolipoprotéine C3 (apoC3) et l’apolipoprotéine A5 (apoA5) sont codées par des groupes de gènes APOA1/C3/A4/A5. Des études génétiques, épidémiologiques et des expériences fondamentales ont constamment démontré que l’apoC3 et l’apoA5 sont des modulateurs critiques du métabolisme des triglycérides (TG) plasmatiques. La carence en apoC3 ou en apoA5 a entraîné une diminution ou une augmentation significative du taux de triglycérides plasmatiques chez l’homme et la souris. Des études mécanistiques approfondies ont révélé que l’apoC3 inhibait l’hydrolyse des TG plasmatiques, l’absorption des lipoprotéines résiduelles et favorisait la sécrétion hépatique de TG, tandis que l’apoA5 régulait le métabolisme des TG plasmatiques de manière totalement opposée. Des études récentes ont révélé un rôle supplémentaire de l’apoC3 et de l’apoA5 dans le métabolisme du cholestérol résiduel (CR), des lipoprotéines de haute densité (HDL) et des TG hépatiques. En outre, des études génétiques de population à grande échelle ont indiqué que les mutations de perte de fonction dans les gènes de l’apoC3 et de l’apoA5 conféraient un risque réduit et accru de maladie coronarienne, respectivement. Ainsi, l’apoC3 et l’apoA5 apparaissent comme de nouvelles cibles potentielles pour réduire le risque cardiovasculaire. Ce manuscrit a principalement examiné les preuves existantes suggérant le rôle opposé de l’apoC3 et de l’apoA5 dans le métabolisme des lipides et le risque de CAD, et a discuté de la corrélation potentielle entre ces deux apolipoprotéines.

Structure du gène et régulation de l’expression

Les groupes de gènes APOA1/C3/A4/A5 humains sont situés sur le chromosome 11q23, où le gène APOC3 est approximativement 35 kbp en amont du locus du gène APOA5 . Leurs séquences sont conservées au cours de l’évolution. Les régions régulatrices du gène APOC3 humain contiennent un ensemble de promoteurs proximaux avec quatre éléments (- 283/+ 24) et d’amplificateurs distaux avec six éléments (- 890/- 500). Des études antérieures sur des animaux et des cultures cellulaires ont établi que l’amplificateur APOC3 agissait comme une séquence régulatrice commune pour diriger l’expression des gènes APOA1, APOC3 et APOA4 hépatiques et intestinaux. Cependant, une expression suffisante du gène APOA5 spécifique du foie a été obtenue in vivo avec un fragment d’ADN XhoI de 26 kb contenant uniquement le gène APOA5 et donc dépourvu de l’amplificateur APOC3. Gao et al. ont également confirmé que l’amplificateur APOC3 n’affectait pas l’expression d’APOA5 chez les souris transgéniques. En fait, deux éléments dans la région du promoteur d’APOA5 se sont avérés critiques pour diriger son expression dans les lignées de cellules hépatiques humaines.

L’initiation de l’expression des gènes est exécutée par la liaison spécifique des facteurs de transcription aux éléments de régulation des gènes, et les molécules affectant ce processus peuvent réguler l’expression des gènes correspondants. La structure concrète et les mécanismes de régulation de l’expression génique d’APOC3 et d’APOA5 ont été examinés ailleurs, et nous nous concentrerons ici sur les régulateurs qui sont partagés par APOC3 et APOA5. En effet, plusieurs molécules ont été impliquées dans la même direction de régulation de l’expression d’APOC3 et d’APOA5, y compris la régulation à la hausse avec le facteur nucléaire hépatocytaire 4-α (HNF4-α) et le glucose, et la régulation à la baisse avec la protéine kinase activée par l’AMP, l’insuline et le facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α). Il est à noter que ces substances, à l’exception du TNF-α, sont toutes des composants importants directement impliqués dans le métabolisme du glucose, ce qui suggère que le dérèglement d’APOC3 et d’APOA5 peut contribuer à la dyslipidémie diabétique. Une régulation en sens inverse a également été trouvée dans la mesure où le récepteur-α activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR-α) et le récepteur activé par les farnesoïdes X (FXR) ont favorisé l’APOA5 tout en inhibant l’expression de l’APOC3. Contrairement à l’APOA5, le promoteur du gène APOC3 humain ne contient pas d’éléments de réponse positive PPAR-α et FXR. En fait, ces deux récepteurs nucléaires ont agi indirectement en interférant avec la liaison d’autres facteurs de transcription, comme HNF4-α, à des éléments spécifiques d’APOC3, inhibant ainsi davantage la transcription du gène APOC3. Ainsi, l’effet de réduction de la TG plasmatique des fibrates, un type d’agonistes PPAR-α, peut être partiellement médié par l’augmentation de la concentration circulante d’apoA5 et/ou la diminution des niveaux d’apoC3. En effet, des études récentes ont montré que le traitement par les fénofibrates et les acides gras polyinsaturés oméga-3 diminuait significativement les niveaux d’apoC3 plasmatiques chez l’homme .

Métabolisme des lipides plasmatiques

Distribution des lipoprotéines

L’apoC3 et l’apoA5 circulants étaient principalement associés aux protéines riches en triglycérides (TRL) et aux HDL . Des études ont montré que l’apoC3 et l’apoA5 étaient échangeables entre les TRL et les HDL. Dans l’état de normolipidémie des sujets humains, la majorité de l’apoC3 plasmatique était liée au HDL . Au contraire, chez les sujets atteints d’hypertriglycéridémie (HTG), l’apoC3 se trouvait principalement sur les lipoprotéines de très basse densité (VLDL) . Avec l’augmentation de la concentration de TG dans les émulsions de TG artificielles, une plus grande fraction d’apoC3 s’est déplacée des lipoprotéines plasmatiques natives vers les émulsions artificielles. Glangeaud et al. ont constaté qu’au cours de l’hydrolyse des VLDL médiée par la lipoprotéine lipase (LPL), l’apoC3 se redistribuait des VLDL aux HDL dans une étude in vitro, la quantité étant proportionnelle à l’ampleur de l’hydrolyse des TG dans les VLDL, et l’apoC3 était ensuite retransférée dans les particules de VLDL enrichies en TG nouvellement synthétisées. De même, Nelbach et al. ont démontré que l’apoA5 était principalement associée aux HDL chez les souris transgéniques APOA5, dont les VLDL étaient pauvres en TG, mais qu’elle était rapidement et efficacement redistribuée aux VLDL riches en TG isolées des souris knockout APOA5 après incubation. Shu et al. ont également rapporté que l’injection intraveineuse de HDL reconstitué contenant de l’apoA5 chez des souris knockout APOA5 a montré le même schéma d’échange d’apoA5 entre le HDL reconstitué et le VLDL, et l’apoA5 est toujours resté associé au VLDL riche en TG en raison de la perturbation de l’hydrolyse du VLDL.

Ces résultats suggèrent que les distributions lipoprotéiques de l’apoC3 et de l’apoA5 étaient étroitement associées aux contenus en TG dans le TRL. La majorité de l’apoC3 et de l’apoA5 se trouvait dans les HDL lorsque le taux de TG était faible dans le TRL. Une grande partie de l’apoC3 et de l’apoA5 a été redistribuée du HDL vers les particules de TRL lorsque les quantités de TG ont augmenté dans le TRL, et elles ont progressivement fait la navette vers le HDL avec le traitement de l’hydrolyse du TRL. Cependant, la fonction biologique et le mécanisme de régulation du processus d’échange n’ont pas été bien élucidés.

TG plasmatique

L’APoC3 et l’apoA5 sont des déterminants critiques de la concentration plasmatique de TG, comme le montrent les observations génétiques chez l’homme. Les mutations de perte de fonction dans le gène APOC3 humain confèrent un profil de TG plasmatique faible, tandis que les patients présentant une mutation de déficience de l’APOA5 avaient des niveaux de TG plasmatiques extrêmement élevés. Les anomalies de l’apoC3 et de l’apoA5 ont été associées à différentes formes d’HTG, telles que l’hyperchylomicronémie familiale, l’hyperlipidémie combinée familiale et la dysbétalipoprotéinémie familiale. De manière intéressante, des études récentes ont montré l’existence d’un seul site de glycosylation à la thréonine 74 de la protéine apoC3, donnant lieu à quatre formes protéiques majeures dans le plasma. La forme sauvage, qui ne contient pas de chaîne de glycanes, est communément appelée apoC30a. Les trois autres ont toutes une chaîne de glycanes centrale constituée d’un disaccharide O-lié, le galactose, lié à la N-acétylgalactosamine. L’apoC30b est la protéoforme qui contient uniquement le noyau de glycanes, tandis que l’apoC31 et l’apoC32 contiennent respectivement un et deux résidus d’acide sialique supplémentaires. De plus, les quatre principales formes protéiques de l’apoC3 présentent une corrélation différentielle avec les taux de TG à jeun. Il a été constaté que, en utilisant la mesure immunologique par spectrométrie de masse, l’apoC30a, l’apoC30b et l’apoC31 du plasma avaient une relation positive tandis que l’apoC32 avait une relation négative avec les TG du plasma à jeun , ce qui suggère que l’analyse des isoformes individuelles de l’apoC3 pourrait fournir des informations plus complètes que la concentration totale d’apoC3 du plasma uniquement.

De même, les souris knock-out APOC3 présentaient une concentration de TG réduite (- 30 %) par rapport aux souris sauvages, tandis que les souris transgéniques APOC3 présentaient un niveau de TG sérique accru (+ 200 % à 2000 %) . D’autre part, les souris knock-out APOA5 présentaient une augmentation (+ 400 %) des taux de TG, tandis que les souris transgéniques APOA5 affichaient une réduction significative (- 70 %) de ce paramètre lipidique .

Des études mécanistiques approfondies ont révélé que l’apoC3 et l’apoA5 régulaient les taux de TG plasmatiques par de multiples voies. L’apoC3 a inhibé l’hydrolyse des TRL médiée par la LPL, la clairance des restes de TRL circulants et a favorisé la sécrétion hépatique de TG. Il est intéressant de noter que l’apoA5 a régulé le métabolisme des TG plasmatiques d’une manière complètement opposée. A savoir, l’apoA5 a accéléré l’hydrolyse des TRL, l’absorption des restes de TRL par le foie tout en inhibant la sécrétion hépatique de TG (Fig. 1).

Plasma RC

Le RC est défini comme le contenu total en cholestérol des TRL, y compris les VLDL et les lipoprotéines de densité intermédiaire (IDL) à l’état de jeûne, et les VLDL, IDL et restes de chylomicrons à l’état de non-jeûne. De plus en plus de données indiquent que le CR est un facteur de risque indépendant et causal de cardiopathie ischémique. De plus, des taux élevés de CR étaient associés à une augmentation de la mortalité toutes causes confondues chez les patients atteints de cardiopathie ischémique.

Puisque l’apoC3 et l’apoA5 régulent les métabolismes des LTR, il n’est pas surprenant de constater que les variantes des gènes APOC3 et APOA5 étaient associées aux taux de CR. Dans une méta-analyse portant sur 137 895 individus, le RC était 43 % plus faible chez les hétérozygotes de perte de fonction APOC3 par rapport aux non porteurs . En revanche, les combinaisons génotypiques de variantes communes de l’APOA5 (c.-1131 T > C, S19 W, et c.*31C > T) ont été associées à des augmentations du RC allant jusqu’à 56 %. Ainsi, le ciblage de l’apoC3 ou de l’apoA5 semble être une approche potentielle pour réduire les taux plasmatiques de RC, qui pourrait être testée dans de futurs essais.

HDL

Le HDL exerce diverses propriétés athéro-protectrices, y compris la médiation de l’efflux de cholestérol, la protection de l’endothélium vasculaire, les effets anti-inflammatoires et anti-apoptotiques . Les HDL présentant des déficiences au niveau de ces propriétés sont appelées HDL dysfonctionnelles, qui contribuent à leur tour à la progression de la maladie coronarienne. Des études d’observation chez l’homme ont indiqué que ces propriétés étaient défectueuses en cas de troubles pathologiques. Par exemple, une capacité d’efflux de cholestérol altérée a été trouvée dans les HDL de patients urémiques. Riwanto et al. ont découvert que les HDL des patients atteints de coronaropathie n’activaient pas les voies anti-apoptotiques endothéliales, mais stimulaient plutôt les voies pro-apoptotiques endothéliales potentielles. Par spectrométrie et analyses biochimiques, les études ont en outre indiqué que l’altération de la fonction des HDL était étroitement liée à l’altération de la composition de leur protéome, parmi lesquels les changements de l’apoC3 et de l’apoA5 ont suscité beaucoup d’attention.

Riwanto et al. ont constaté que l’apoC3 était significativement plus élevée dans les particules HDL des patients atteints de coronaropathie par rapport aux témoins sains. En outre, l’utilisation d’anticorps neutralisant l’apoC3 dans ces HDL a amélioré la fonction d’apoptose anti-endothéliale médiée par les HDL. Cho KH a montré que l’augmentation de la teneur en apoC3 dans les HDL reconstituées artificiellement réduisait la capacité d’activation de la lécithine cholestérol acyltransférase (LCAT). Il est intéressant de noter que Luo M. et al. ont démontré que la teneur en ApoC3 des HDL était négativement associée à la capacité d’efflux de cholestérol médié par les HDL, mais que le mécanisme sous-jacent est inconnu. En revanche, la surexpression de l’APOA5 par adénovirus chez la souris a entraîné une augmentation de l’apoA5 dans les HDL, associée à une capacité accrue d’efflux de cholestérol. Les HDL reconstituées synthétisées avec plus d’apoA5 avaient une taille de particule plus grande, une plus grande teneur en lipides et une meilleure capacité antioxydante contre les LDL in vitro .

Le rôle définitif de l’apoC3 et de l’apoA5 dans la fonction des HDL doit être examiné plus en détail. Il a été signalé que l’apoC3 dans le HDL peut se lier au récepteur scavenger B1 (SR-B1), avec un domaine de structure non caractérisé. SR-B1 est connu comme un élément important dans le transport inverse du cholestérol, en partie pour faciliter l’absorption sélective des esters de cholestérol des HDL par le foie. La question de savoir si cette interaction de l’apoC3 avec SR-B1 influencerait le transport inverse du cholestérol reste indéterminée.

Sécrétion hépatique de VLDL

L’une des principales fonctions du foie est de synthétiser et de sécréter les VLDL. Les VLDL sont composées d’un noyau de lipides neutres, principalement des TG, et de plusieurs apolipoprotéines . Parmi celles-ci, l’apolipoprotéine B100 (apoB100) est la plus importante et assure la stabilité structurelle de la particule VLDL. La biogenèse des VLDL se fait en deux étapes. Dans un premier temps, la formation des VLDL commence par la synthèse de l’apoB100 dans le réticulum endoplasmique (RE). L’apoB100 naissante est ensuite partiellement lapidée pour former une particule de VLDL primordiale pauvre en lipides, ce qui est facilité par la protéine de transfert des triglycérides microsomale (MTP). Dans la deuxième étape de la formation des VLDL, la particule primordiale de VLDL fusionne avec des particules riches en triglycérides pour former des VLDL matures riches en TG. Des preuves croissantes ont indiqué que l’apoC3 et l’apoA5 régulent la lipidation des VLDL et affectent le contenu hépatique en TG (Fig. 1).

Les données issues de la culture cellulaire, des expériences animales et des études humaines ont confirmé que l’apoA5 inhibe la sécrétion de VLDL-TG et favorise le stockage des TG dans la gouttelette lipidique cytosolique. Les cellules McA-RH7777 transfectées de manière stable avec l’APOA5 humain sécrètent des VLDL plus petites que celles des cellules témoins, mais présentent un taux de TG cellulaire plus élevé et des gouttelettes lipidiques plus grandes. En revanche, Ress et al. ont signalé que le knockdown de l’APOA5 dans les cellules HepG2 entraînait une diminution de la teneur en TG cellulaire. Les foies de souris transgéniques APOA5 présentaient une augmentation du taux de TG hépatique par rapport aux souris sauvages. Qin et al. ont découvert que les patients atteints de stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) ont une expression élevée de l’APOA5 par rapport aux témoins sains. Cependant, il reste encore quelques énigmes à élucider. Tout d’abord, comment une partie de l’apoA5 échappe-t-elle à la voie de sécrétion dans le sang et s’associe-t-elle aux gouttelettes lipidiques cytosoliques ? De plus, comment l’apoA5 favorise-t-elle le stockage hépatique des TG dans les gouttelettes lipidiques (LD) au lieu de leur sécrétion sous forme de VLDL.

A l’inverse, des études in vivo et in vitro ont montré que l’apoC3 a un effet stimulant sur la lipidation des VLDL. L’alimentation de souris knock-out APOC3 avec un régime riche en graisses pendant deux semaines n’a pas permis de stimuler la production de VLDL-TG, tandis que la reconstitution de l’expression d’APOC3 à l’aide d’un adénovirus codant pour l’apoC3 humaine a entraîné une production robuste de VLDL-TG. L’effet stimulant de l’apoC3 humaine sur la lipidation des VLDL a été récapitulé dans les cellules McA-RH7777 dans des conditions riches en lipides. En outre, la mutation dirigée de résidus dans le domaine de liaison aux lipides (K58E) de l’apoC3 a aboli cet effet stimulant. Ces résultats ont été confirmés chez l’homme par les observations selon lesquelles deux SNP d’APOC3 (C-482 T, T-455C), entraînant une diminution de l’expression d’APOC3, étaient corrélés à une augmentation du niveau de TG hépatique et à une prévalence plus élevée de NAFLD dans la population indienne asiatique.

L’emplacement subcellulaire de l’apoA5 et de l’apoC3 régulant la lipidation des VLDL est proposé comme étant le compartiment ER. Gao et al. ont émis l’hypothèse que l’apoA5 pourrait faciliter le bourgeonnement des LD du RE vers l’extérieur pour former des LD cytosoliques et ainsi réduire les TG assemblés dans les particules VLDL. Qin et al. ont découvert que l’apoC3 favorisait la fusion des LD du RE-luminal avec les particules de VLDL pendant la lipidation des VLDL. Des études approfondies axées sur la base moléculaire qui sous-tend l’effet de l’apoA5 et de l’apoC3 sur la lipidation des VLDL et le métabolisme des LD sont nécessaires, ce qui fournira une nouvelle compréhension de l’homéostasie des TG hépatiques.

Association avec la CAD

La CAD est devenue une cause majeure de décès dans le monde entier. Le cholestérol à lipoprotéines de basse densité (LDL-C) est bien connu comme jouant un rôle crucial dans la pathogenèse de la CAD, et la réduction du LDL-C plasmatique entraîne une réduction significative de la morbidité et de la mortalité de la CAD . Cependant, il a été signalé que de nombreuses personnes souffraient toujours de coronaropathie malgré l’atteinte de l’objectif thérapeutique en matière de taux de LDL-C . Par conséquent, des efforts sont déployés pour identifier d’autres facteurs de risque modifiables afin de réduire davantage le risque de coronaropathie. Les données génétiques des populations sont exemptes de confusion et de causalité inverse, et sont donc reconnues comme un moyen important d’identifier de nouveaux facteurs de risque potentiels de coronaropathie.

Il a été démontré de manière intéressante que des niveaux d’apoC3 plasmatiques génétiquement réduits étaient associés à une diminution du risque de coronaropathie chez l’homme . Une mutation non-sens du gène APOC3, R19X, a été associée à une réduction de 50 % des niveaux d’apoC3 circulants . Plus important encore, les porteurs de la variante rare R19X présentaient une incidence plus faible de calcification des artères coronaires et un risque plus faible de coronaropathie à 10 ans selon l’échelle de Framingham. L’effet cardioprotecteur de R19X et de trois autres variantes rares, deux mutations du site d’épissage (IVS2 + 1G → A ; IVS3 + 1G → T) et une mutation faux-sens (A43T) dans le gène APOC3, a été récemment confirmé dans deux études à grande échelle. Dans une étude réalisée dans le cadre du projet de séquençage de l’exome du National Heart, Lung, and Blood Institute , environ 1 participant sur 150 était porteur hétérozygote d’au moins une de ces quatre mutations, et les taux circulants d’APOC3 chez les porteurs étaient inférieurs de 46 % à ceux des non porteurs. Le risque de maladie coronarienne chez les 498 porteurs d’une mutation rare d’APOC3 était de 40 % inférieur au risque chez les 110 472 non porteurs. De même, dans une cohorte de 75 725 participants, les incidences cumulées de maladie vasculaire ischémique et de cardiopathie ischémique étaient réduites chez les hétérozygotes porteurs de mutations de perte de fonction dans APOC3 (R19X ou A43T ou IVS2 + 1G → A) par rapport aux non-porteurs, avec des réductions de risque correspondantes de 41 % et 36 %. Il a été signalé qu’il y avait également une tendance à moins d’événements cardiovasculaires majeurs chez les patients dont la forme protéique de l’apoC32 était plus élevée, alors que ces associations n’ont pas été détectées pour les autres formes protéiques de l’apoC3, ce qui suggère que l’apoC32 est plutôt une forme protéique de perte de fonction.

D’autre part, les variantes de l’APOA5 entraînant une diminution des niveaux d’apoA5 étaient associées à un risque accru de maladies coronariennes. L’association entre le polymorphisme du promoteur -1131 T > C du gène APOA5 et le risque de coronaropathie a été démontrée dans une vaste méta-analyse. Le rapport de cotes de la maladie coronarienne était de 1,18 par allèle C par rapport à l’allèle T . En outre, plusieurs études indépendantes ont systématiquement indiqué que les variantes du gène APOA5 étaient significativement associées au risque d’infarctus du myocarde (IM). Raffaele De Caterina et al. ont trouvé une forte association entre le variant du gène APOA5 -1131 T > C et l’infarctus aigu du myocarde à apparition précoce. Jorgensen AB et al. ont également montré une variation génétique dans le gène APOA5 (c.-1131 T. C, S19 W, et c.*31C. T) associée à une augmentation de 87% du risque d’infarctus. Do R et al. ont séquencé les exons de l’APOA5 chez 6721 sujets atteints d’infarctus et 6711 témoins. 46 variants nucléotidiques uniques non synonymes ou de site d’épissage ou des décalages de cadre indel avec une fréquence d’allèle < 1% ont été identifiés. De plus, les porteurs de ces mutations rares dans le gène APOA5 (1,4 % des cas contre 0,6 % des témoins) avaient un risque 2,2 fois plus élevé d’infarctus du myocarde que les témoins. Wulff AB et al. ont constaté que le RC était à l’origine de 37 % de la réduction observée de 41 % du risque de maladie vasculaire ischémique et de 54 % de la réduction observée de 36 % du risque de cardiopathie ischémique chez les hétérozygotes ayant perdu la fonction APOC3 par rapport aux non porteurs. Cependant, les variantes du gène APOA5 (c.-1131 T. C, S19 W, et c.*31C. T) conduisant à une RC génétiquement accrue sont associées à un risque accru d’IM . D’autre part, les variantes du gène APOA5 (c.-1131 T. C, S19 W, et c.*31C. T) associés à des augmentations du RC allant jusqu’à 56%, et à un odds ratio correspondant pour l’IM de 1,87 .

Corrélation potentielle entre l’apoC3 et l’apoA5

Puisque l’apoC3 et l’apoA5 régulent le métabolisme des lipides et s’associent au risque de CAD de manière opposée, il est raisonnable de se demander si elles fonctionnent indépendamment ou en coopération. Certains résultats obtenus chez des souris génétiques ont suggéré une relation étroite entre ces deux protéines, bien qu’il n’y ait pas de preuve actuelle de leur interaction directe. Pennacchio et al. ont démontré que les souris transgéniques et knock-out APOA5 ont un niveau de protéine apoC3 hépatique manifestement diminué et augmenté, respectivement, alors qu’aucun changement significatif n’a été trouvé dans l’abondance de l’ARNm de l’apoC3. En effet, les quantités de protéine apoC3 dans le foie ont augmenté de 90 % chez les souris knockout APOA5 et diminué de 40 % chez les souris transgéniques APOA5 par rapport aux souris de type sauvage. De même, une baisse du taux d’apoC3 dans le sérum a été observée après la surexpression par adénovirus de l’APOA5 humaine chez la souris. Ces résultats impliquent que l’apoC3 peut affecter l’apoA5 au niveau transcriptionnel, et vice versa. Cependant, les mécanismes sous-jacents sont inconnus.