Nuove intuizioni su ANGPLT3 nel controllo del metabolismo delle lipoproteine e del rischio di malattie cardiovascolari

Il ruolo di ANGPTL3 sul metabolismo dei lipidi interferendo con la clearance delle lipoproteine

Il livello circolante di TG è legato al tasso di lipolisi delle lipoproteine ricche di TG (TRLs). Tre lipoproteine lipasi, tra cui LPL, EL, e lipasi epatica (HL), sono responsabili della lipolisi dei TG nelle lipoproteine. Come menzionato sopra, la LPL è l’enzima che limita il tasso e svolge un ruolo critico nella lipolisi dei TRL in circolazione e l’attività della LPL nel tessuto adiposo bianco (WAT) è aumentata in stato di alimentazione mentre è diminuita in stato di digiuno. EL, situato nel lume delle cellule endoteliali vascolari, è più specifico nell’idrolisi dei fosfolipidi delle lipoproteine, specialmente nelle particelle HDL, piuttosto che TG. I risultati precedenti hanno dimostrato che sia l’attività LPL e EL erano aumentati in Angpt3-/- topi, accompagnato con l’accumulo di TRLs in BAT e muscolo invece di WAT. Questi risultati hanno suggerito che e TG in apolipoproteina è stato importato nel BAT e muscolo invece di WAT, dando prove che ANGPTL3 potrebbe ovviamente inibire l’attività LPL e EL , prevenire TG da idrolisi e quindi accelerare la rimozione di particelle ricche di TG . Non c’è stato alcun rapporto di una maggiore attività di HL nella carenza di ANGPTL3.

Una domanda sul meccanismo tra la carenza di ANGPTL3 e bassi livelli di LDL-C è stata posta diversi anni fa. Poiché LPL o EL non hanno la funzione di idrolizzare gli esteri di colesterolo, la questione è rimasta ancora irrisolta. Nel 2015, Wang ha osservato che sia i topi wild-type che i topi knockout Ldlr, Lrp1 o ApoE avevano livelli quasi uguali di LDL-C dopo il trattamento con l’anticorpo Angptl3; inoltre, ogni gruppo aveva molto in una misura di riduzione dei livelli di LDL-C. Così, abbiamo potuto dedurre da questi risultati che la riduzione delle LDL-C nei topi con carenza di Angptl3 non era causata da un aumento della clearance del colesterolo attraverso il recettore LDL. La sintesi diminuita di VLDL-C può essere la spiegazione plausibile.

Il ruolo di ANGPTL3 nell’influenzare la produzione di lipoproteine

Diversi approcci possono promuovere la sintesi epatica di VLDL, e l’approccio principale si basa sulla validità dei TG sintetizzati dalla fornitura di plasma FFA dalla lipolisi degli adipociti, VLDL e CM resti e il monosaccaride trasportato attraverso la vena porta. Nel frattempo, la via di segnalazione dell’insulina può anche influenzare la sintesi e la secrezione epatica di VLDL a causa dell’effetto diretto dell’insulina nel diminuire la lipidazione delle particelle VLDL ricche di TG.

Gli scienziati hanno già trovato che la secrezione epatica di VLDL-TG non era cambiata nei topi KK/Snk rispetto ai topi KK wild-type, nel frattempo, questi topi KK/Snk hanno anche mostrato nessuna differenza significativa nei tassi di produzione di apolipoproteina B-100 (apoB100) e la quantità di particelle VLDL secrete. È interessante notare che gli studi hanno fatto per indagare l’effetto di ANGPTL3 sulla lipolisi in 3 adipociti T3-L1 e trovato che l’incubazione con ANGPTL3 umano potrebbe aumentare il rilascio di FFA nel mezzo, simile all’effetto di epinefrina. Queste osservazioni erano in accordo con i bassi livelli di FFA riportati negli individui con mutazione ANGPTL3 LOF. Come topi KK/Snk esibito estremamente bassa concentrazione di TG e FFA nel plasma, suggerendo che la lipidazione ridotta di VLDL in ANGPTL3-deficienza topi può essere causata dalla fornitura diminuita di FFA dalla circolazione nel fegato, risultante una quantità diminuita di TG in ogni particella VLDL. Inoltre, un altro studio utilizzando gli epatociti con carenza di ANGPTL3 ha trovato che il silenziamento di ANGPTL3 potrebbe causare uno spostamento in vantaggio di monosaccaride nel plasma invece di FFA, che ha anche fornito la prova alla teoria di FFA diluito fornito nel fegato.

Il colesterolo e altri metaboliti del colesterolo, sia sintetizzato dal fegato o ingerito dalla nostra dieta quotidiana, sono i ligandi naturali per LXR. Come descritto in precedenza, il LXR attivato potrebbe stimolare la secrezione degli acidi biliari e il progresso della lipogenesi, nel frattempo, potrebbe promuovere il trasporto inverso del colesterolo mediato dalle HDL, proteggendo così il fegato dal colesterolo sovrabbondante. Gli studi hanno dimostrato che i ligandi sintetici LXR e una dieta ad alto contenuto di colesterolo potrebbero indurre l’espressione genica di ANGPTL3 epatica. Poiché ANGPTL3 è un bersaglio a valle per LXR, vale la pena notare che la ridotta disponibilità di substrati può diminuire la sintesi epatica di colesterolo, con conseguente secrezione di VLDL povero di colesterolo nei topi ANGPTL3-deficienza. Al contrario, basso LXR, e bassa espressione ANGPTL3 (in ANGPTL3-deficienza o inattivazione di ANGPTL3) può quindi essere collegato ad un livello inferiore di colesterolo nel fegato. Quindi, potremmo dedurre da questi risultati che la riduzione di LDL-C nei topi con carenza di Angptl3 è stata causata, almeno in parte, dalla diminuzione della sintesi di VLDL-C. Sono in corso prove per esplorare ulteriormente il potenziale del meccanismo.

L’effetto indiretto di ANGPTL3 sul metabolismo lipidico interferendo con la sensibilità all’insulina

Anche se il ruolo di ANGPTL3 nel metabolismo lipidico è relativamente chiaro, la relazione tra ANGPTL3 e sensibilità all’insulina rimane incerta. Solo pochi studi hanno dimostrato il ruolo di ANGPTL3 nella regolazione della sensibilità all’insulina e del metabolismo del glucosio. Nel 2013, Rebciuc e colleghi hanno confrontato la sensibilità all’insulina nei portatori della mutazione LOF omozigote ed eterozigote in ANGPTL3 con i non portatori. Hanno trovato che l’insulina plasmatica, il glucosio e la valutazione del modello omeostatico di resistenza all’insulina (HOMA-IR) erano significativamente più bassi nei soggetti omozigoti rispetto agli eterozigoti e ai soggetti non portatori, suggerendo che gli omozigoti avevano una maggiore sensibilità all’insulina di quella nei soggetti eterozigoti e non portatori. Questi dati hanno manifestato ANGPTL3 può influenzare la sensibilità all’insulina e svolgere un ruolo nella modulazione del metabolismo del glucosio negli esseri umani. Inoltre, Wang et al. hanno scoperto che le concentrazioni plasmatiche di glucosio e insulina sono comparabili tra i genotipi Angptl3-/- e wild-type nei topi, e i topi Angptl3-/- hanno esibito un tasso di assorbimento più elevato del deossiglucosio nel WAT, BAT e il cuore. In studi in vitro, hanno usato epatociti umani immortalizzati e anche trovato che la carenza di ANGPTL3 può ovviamente aumentare l’assorbimento del deossiglucosio. È interessante notare che l’effetto di ANGPTL3 su insulina e metabolismo del glucosio era reciprocamente. I dati di Tikka et al. hanno rivelato che sia l’insulina che il rosiglitazone potrebbero diminuire la secrezione di ANGPTL3 in modo dose-dipendente, e il silenziamento di ANGPTL3 ha migliorato l’assorbimento del glucosio negli epatociti di circa il 45%.

Sulla base del fatto di interazione di ANGPTL3 e insulina, potremmo proporre l’effetto indiretto di ANGPTL3 sul metabolismo dei lipidi interferendo con la sensibilità all’insulina. Raccolti con queste conclusioni, possiamo ipotizzare che il silenziamento di ANGPTL3 può migliorare la sensibilità all’insulina e aumentare l’assorbimento e l’utilizzo del glucosio da parte degli organi periferici.

La funzione e il meccanismo di ANGPTL3 nell’inibire l’attività LPL

Da quando la funzione di ANGPTL3 nell’inibire l’attività catalitica LPL è stata ben dimostrata, le ricerche hanno studiato il meccanismo di ANGPTL3 e l’attività LPL. In primo luogo, la struttura unica del peptide ANGPTL3 contribuisce all’effetto inibitorio di ANGPTL3. Nella regione N-terminale a spirale del peptide ANGPTL3 esistono tre aminoacidi importanti, l’acido aspartico, l’istidina e la glutammina, che possono impedire alla LPL di legarsi alla proteina legante le lipoproteine ad alta densità ancorata al glicosilfatidilinositolo 1 (GPIHBP1), una proteina espressa sulle cellule endoteliali capillari e trasporta la LPL al sito del lume capillare. Questo progresso può ridurre l’attività della LPL nell’uomo. Inoltre, nel 2009, Yau e il suo gruppo hanno scoperto che ANGPTL3 potrebbe accelerare il progresso di spiegamento di LPL, in quanto promuove la dissociazione dei dimeri di LPL cataliticamente attivi in monomeri di LPL inattivi, portando ovviamente a una riduzione dell’attività di LPL. Hanno anche trovato che anche se ANGPTL3 e ANGPTL4 avevano i percorsi simili ma non identici nel ridurre l’attività LPL, l’efficienza di ANGPTL3 in inibire LPL è molto più debole di quella di ANGPTL4. Inoltre, Liu e il suo collega hanno dimostrato nel 2010 un altro potenziale meccanismo dell’attività di ANGPTL3 e LPL. Hanno dimostrato che ANGPTL3 stimola la scissione extracellulare di LPL da parte della furina, e la simulazione potrebbe portare alla dissociazione di LPL dalla superficie cellulare e la riduzione delle funzioni catalitiche di LPL.

Quindi, sintetizzando tutti i dati di cui sopra, possiamo ipotizzare che ANGPTL3 ha un effetto molto più basso su LPL rispetto a ANGPTL4. Il meccanismo di ANGPTL3 nell’attività della LPL può implicare lo spiegamento della struttura dimerica della LPL e impedire alla LPL di legarsi a GPIHBP1. Infine, una differenza importante tra le due proteine è che ANGPTL3 inibisce LPL attraverso una via endocrina, e l’effetto di ANGPTL4 su LPL può essere attraverso vie autocrine e paracrine locali.

La funzione di ANGPTL3 nel promuovere la dislipidemia e il rischio di CVD

C’è una notevole evidenza che rivela che un elevato livello di plasma LDL-C è il fattore di rischio indipendente per CVD. Recentemente, altri studi hanno anche dimostrato che elevati livelli plasmatici di TG giocano anche un ruolo importante nello sviluppo di CVD. L’intervento su LDL-C e TG può prevenire efficacemente il progresso di CVD. Come entrambi gli individui con mutazioni LOF in ANGPTL3 o topi con deficit di Angptl3 hanno profilo lipoproteico di abbassamento dei lipidi e ridotto livello plasmatico di LDL-C e TG, potremmo ipotizzare che la carenza di ANGPTL3 può portare un basso rischio di CVD negli esseri umani.

Il rapporto di Deway ha rivelato che in 45.226 individui, i portatori di una mutazione LOF in ANGPTL3 avevano 27% più bassi livelli di TG, e 9% più bassi livelli di LDL-C di non-carrier . In 13.102 individui con CVD, la presenza di una mutazione LOF in ANGPTL3 era associata a un rischio inferiore del 41% di CVD. In secondo luogo, gli autori hanno usato topi APOE*3 Leiden.CETP per studiare gli effetti di un anticorpo monoclonale contro l’anticorpo ANGPTL3, Evinacumab. Come riportato dall’autore, il trattamento con Evinacumab è stato associato a una riduzione evidente del livello di colesterolo totale e del livello di TG. Inoltre, Evinacumab potrebbe anche portare a una diminuzione significativamente maggiore dell’area della placca aterosclerotica nella radice aortica. Questi risultati sono una potente illustrazione della relazione tra ANGPTL3 e il rischio di CVD.

Un altro ultimo rapporto è da Stitziel e i suoi colleghi pubblicato nel 2017, che ha confermato la relazione diretta tra ANGPTL3, dislipidemia e il rischio di CVD attraverso tre diversi metodi. In primo luogo, Stitziel ha trovato che i tre individui, portatori di mutazioni omozigoti in ANGPTL3, non hanno mostrato alcuna evidenza di placca aterosclerotica coronarica rispetto ai non portatori. In secondo luogo, hanno usato una meta-analisi per studiare più di 180.000 individui, tra cui 21.980 individui con CVD, e hanno osservato che circa 1 su 309 persone era un portatore eterozigote per una mutazione LOF dal sequenziamento del gene ANGPTL3. Anche se questa mutazione è rara, i portatori eterozigoti avevano circa il 34% di rischio inferiore di CAD rispetto ai non portatori. È degno di nota che una riduzione del 17,3% nel plasma TG e una riduzione del 11,8% in LDL-C. Tuttavia, il plasma HDL-C anche ridotto circa 5.2%, anche se le differenze non sono statisticamente significative. Questa parte dei dati ha rivelato che la mutazione LOF in ANGPTL3 potrebbe ridurre il rischio di dislipidemia negli esseri umani probabilmente attraverso la riduzione del livello di LDL-C e TG, non i livelli di HDL-C. Infine, il gruppo di ricerca ha osservato che il rischio di infarto del miocardio è stato ridotto del 29% rispetto al terzile più alto di individui con il terzile più basso di ANGPTL3 in 1493 pazienti con CVD e 3231 controlli, dopo l’aggiustamento per il colesterolo LDL plasma e TG. Finora, questo è stato l’unico risultato che rivela la relazione tra la concentrazione plasmatica di ANGPTL3 e il rischio di CAD, suggerendo che ANGPTL3 potrebbe influenzare il progresso di CAD attraverso un metodo indipendente oltre la sua funzione nel controllo del metabolismo lipidico.

Oltre alla proprietà inibitoria di LPL, ANGPTL3 può anche sopprimere l’attività di EL, che potrebbe spiegare il fenomeno per il livello diminuito di HDL-C nei topi con deficit di Angptl3 e negli individui che portano la mutazione LOF in ANGPTL3. Tuttavia, i dati di Stitziel pubblicati nel 2017 hanno mostrato che in 20.092 individui, la mutazione LOF nei portatori di ANGPTL3 ha mostrato una riduzione del 5,2% di HDL-C . Nel frattempo, Deway ha anche presentato un risultato che in 45.036 partecipanti allo studio DiscovEHR, il livello di HDL-C ha ridotto circa il 6,1% nella mutazione LOF dei portatori di ANGPTL3 . Così, il meccanismo biochimico e la relazione tra ANGPTL3 e EL rimane sfuggente.

La cooperazione tra ANGPTL3 e ANGPTL8 nel controllo del metabolismo lipidico

Sia ANGPTL3 che ANGPTL8 sono proteine secrete e mostrano un effetto di inibire l’idrolisi dei TG plasmatici mediata da LPL. La co-espressione con ANGPTL3 può aumentare notevolmente la secrezione di ANGPTL8. Diverse ricerche hanno indagato se queste due proteine ANGPTL potrebbero interagire per la regolazione dell’attività della LPL. Hanno trovato ANGPTL3 e ANGPTL8 potrebbe cooperare nella regolazione dei livelli plasmatici di TG. Come accennato in precedenza, la sovraespressione di Angptl3 e Angptl8 rispettivamente potrebbe entrambi portare ad un drammatico aumento dei livelli sierici di TG nei topi, tuttavia, Quagliarini ha trovato che in Angptl3-/- topi, Angptl8 sembra essere inattivo mentre in presenza di Angptl3, Angptl8 può ridurre l’attività della LPL in modo più efficace. Al contrario, in assenza di ANGPTL8, la capacità di ANGPTL3 di aumentare i livelli di TG nel plasma è diminuita leggermente. In un altro studio, Chi ha anche osservato che ANGPTL3 o ANGPTL8 da soli potevano inibire la LPL solo a concentrazioni che superavano di gran lunga i livelli fisiologici, soprattutto quando la LPL era legata al suo recettore delle cellule endoteliali GPIHBP1. Tuttavia, ANGPTL8 potrebbe promuovere la capacità di ANGPTL3 di inibire la LPL, ma solo quando le due proteine sono state co-espresse nella stessa cellula T 293. I saggi di interazione proteica in questo studio hanno anche rivelato che ANGPTL8 ha notevolmente aumentato la capacità di ANGPTL3 di legare LPL, indicando che un’interazione fisica tra ANGPTL3 e ANGPTL8 potrebbe causare questa cooperazione funzionale.

Infatti, studi biochimici hanno dimostrato che ANGPTL3 e ANGPTL8 potrebbero essere co-immunoprecipitati nel plasma di topi o nel mezzo di coltura di cellule che esprimono entrambe le proteine. Un’indagine intensiva è stata fatta da Haller e alcune prove sono state fornite per verificare se ANGPTL3 ha bisogno di formare un complesso con ANGPTL8 per rendersi più attivo nell’inibire la LPL. Usando una forma mutata di ANGPTL3 che manca dell’attività inibitoria della LPL, Haller ha dimostrato che l’attività di ANGPTL3 non era richiesta per la sua capacità di attivare ANGPTL8, e la coespressione di Angptl3 e Angptl8 potrebbe portare un aumento molto più efficace del TG nei topi che Angptl3 da solo, suggerendo che l’attività inibitoria principale di questo complesso deriva da ANGPTL8. Un anticorpo al C-terminale di ANGPTL8 potrebbe invertire l’effetto inibitorio sulla LPL di ANGPTL8 in presenza di ANGPTL3. L’anticorpo non ha interrotto il complesso ANGPTL8-ANGPTL3 ma si avvicina al motivo inibitorio della LPL nel N-terminale di ANGPTL8. Collettivamente, questi dati implicavano che ANGPTL3 potrebbe servire come un partner di legame e attivatore di ANGPTL8 e ANGPTL8 potrebbe promuovere la propria capacità di inibire LPL e aumenta i livelli di plasma TG in presenza di ANGPTL3.