New insights into ANGPLT3 in controlling lipoprotein metabolism and risk of cardiovascular diseases

The role of ANGPTL3 on lipid metabolism by interfering lipoprotein clearance

TG-rich lipoprotein (TRLs) の脂質分解速度と循環レベルの関係には、循環レベルのTGが関係していると言われています。 リポ蛋白中のTGの脂肪分解には、LPL、EL、肝リパーゼ（HL）の3つのリポ蛋白リパーゼが関与している。 LPL は TRL の脂肪分解に重要な役割を果たす律速酵素であり、白色脂肪組織（WAT）の LPL 活性は摂食状態で上昇し、空腹状態では低下することが知られている。 血管内皮細胞の内腔に存在する EL は、TG よりもリポタンパク質リン脂質、特に HDL 粒子の加水分解に特異的である . これまでの研究で、Angpt3-/-マウスではLPLとELの活性がともに上昇し、WATではなくBATと筋肉にTRLが蓄積していることが明らかになっている。 これらの結果は、アポリポ蛋白に含まれるTGがWATではなくBATや筋肉に取り込まれていることを示唆しており、ANGPTL3がLPLやELの活性を明らかに阻害し、TGの加水分解を防ぎ、TGを多く含む粒子の除去を促進することを証明している。 ANGPTL3欠損症ではHL活性が亢進するという報告はなかった。

数年前にANGPTL3欠損症とLDL-C値低下のメカニズムに関する質問が出された。 LPLやELにはコレステロールエステルを加水分解する機能はないため、この疑問はまだ解決されていませんでした。 2015年、Wangは、野生型マウスとLdlr、Lrp1、ApoEノックアウトマウスにAngptl3抗体を投与すると、LDL-C値がほぼ等しくなり、さらに、どのグループもLDL-C値が一様に低下することを確認した。 このことから、Angptl3欠損マウスにおけるLDL-Cの減少は、LDL受容体を介したコレステロールクリアランスの増加によるものではないことが推察された。 VLDL-Cの合成が低下したことが原因であると考えられる。

The role of ANGPTL3 in influencing lipoprotein production

肝VLDL合成を促進するにはいくつかのアプローチがあり、主なアプローチは、脂肪細胞の脂肪分解から血漿FFA、VLDLやCM残基、門脈から運ばれる単糖の供給から合成したTGの有効性に依存するものである． 一方、インスリンのシグナル伝達経路は、TGを多く含むVLDL粒子の脂肪化を減少させるインスリンの直接的な効果により、肝VLDL合成・分泌にも影響を与えることができる .

科学者たちはすでに、KK/Snkマウスでは肝VLDL-TG分泌が野生型KKマウスと変わらないこと、一方、これらのKK/Snkマウスもアポリポ蛋白B-100（アポB100）の生成率および分泌VLDL粒子の量に有意差がないことを知っていた … 興味深いことに、3 T3-L1 脂肪細胞における脂肪分解に対する ANGPTL3 の影響を調べたところ、ヒト ANGPTL3 とのインキュベーションにより、エピネフリンと同様に培地への FFA の放出が促進されることがわかった . これらの結果は、ANGPTL3 LOF変異体においてFFAレベルが低いという報告と一致する。 KK/Snk マウスでは血漿中の TG 濃度および FFA 濃度が極めて低いことから、ANGPTL3 欠損マウスにおける VLDL の脂質化の低下は、循環系から肝臓への FFA 供給の低下により、各 VLDL 粒子中の TG 量が減少したことが原因である可能性が示唆された。 さらに、ANGPTL3欠損肝細胞を用いた別の研究では、ANGPTL3のサイレンシングにより、FFAの代わりに血漿中の単糖を利用するようになることがわかり、肝臓に供給されるFFAが希釈されるという説の根拠となった。 先に述べたように、活性化されたLXRは胆汁酸の分泌と脂肪生成の進行を促進し、一方でHDLを介した逆コレステロール輸送を促進し、過剰なコレステロールから肝臓を保護することができます。 合成 LXR リガンドと高コレステロール食は、肝の ANGPTL3 の遺伝子発現を誘導することが研究で示されています。 ANGPTL3 は LXR の下流標的であるため、ANGPTL3 欠損マウスでは、基質が減少するとコレステロールの肝合成が減少し、コレステロールの乏しい VLDL が分泌される可能性があることは注目に値する . 逆に、低LXR、低ANGPTL3発現（ANGPTL3欠損またはANGPTL3不活性化において）は、したがって肝臓のコレステロールレベルの低下と関連している可能性がある. したがって、これらの結果から、Angptl3欠損マウスにおけるLDL-Cの減少は、少なくとも部分的には、VLDL-Cの合成の減少によって引き起こされたと推察される。 ANGPTL3の脂質代謝における役割は比較的明らかであるが，インスリン感受性との関係については不明な点が多い． インスリン感受性とグルコース代謝の調節におけるANGPTL3の役割を実証した研究はごくわずかであった。 2013年、Rebciucらは、ANGPTL3のホモ接合型およびヘテロ接合型LOF変異のキャリアと非キャリアのインスリン感受性を比較した。 その結果、血漿インスリン、グルコース、インスリン抵抗性の恒常性モデル評価（HOMA-IR）が、ホモ接合体ではヘテロ接合体および非保有者に比べて有意に低く、ホモ接合体はヘテロ接合体および非保有者に比べて高いインスリン感受性を有することが示唆された … 続きを読む これらのデータは、ANGPTL3がインスリン感受性に影響を与え、ヒトの糖代謝を調節する役割を担っている可能性を明らかにした。 さらに、Wang らは、血漿中のグルコースとインスリンの濃度は、Angptl3-/-と野生型の間で同等であり、Angptl3-/-マウスは、WAT、BAT、心臓でのデオキシグルコースの取り込み率がより高いことを見いだした。 試験管内研究では、不死化したヒト肝細胞を用い、ANGPTL3欠損が明らかにデオキシグルコースの取り込みを増加させることも明らかにした。 興味深いことに、インスリンとグルコース代謝に対するANGPTL3の効果は、相互に影響し合っていた。 Tikkaらのデータでは、インスリンとロシグリタゾンの両方が、用量依存的にANGPTL3の分泌を減少させ、ANGPTL3のサイレンシングにより肝細胞でのグルコース取り込みを約45％改善することが明らかにされています

ANGPTL3とインスリンの相互作用の事実から、インスリン感受性を妨げることによって脂質代謝に対するANGPTL3の間接的効果が提案されました。 これらの結論から、ANGPTL3のサイレンシングは、インスリン感受性を改善し、末梢臓器でのグルコースの取り込みと利用を増加させると推測される。 まず、ANGPTL3の阻害作用には、ANGPTL3ペプチドのユニークな構造が寄与している。 ANGPTL3 ペプチドの N 末端にはアスパラギン酸、ヒスチジン、グルタミンという重要なアミノ酸が存在し、毛細血管内皮細胞に発現し LPL を毛細血管内腔に運ぶ glycosylphsphatidylinositol- anchored high-density lipoprotein binding protein 1 (GPIHBP1) に LPL が結合しないようにすることができるため、ANGPTL3 ペプチドはこの 3 つのアミノ酸の結合を阻害し、LPL を毛細血管の内側に移動させることができると考えられています。 この進行は、ヒトではLPLの活性を低下させることができる。 さらに2009年、Yauとそのグループは、ANGPTL3がLPLのアンフォールディングを促進し、触媒活性を持つLPL二量体から不活性なLPL単量体への解離を促進し、LPL活性を明らかに減少させることを発見した。 また、ANGPTL3とANGPTL4は、LPL活性を低下させる経路は似ているが同一ではないが、ANGPTL3のLPL阻害効率はANGPTL4のそれよりもはるかに弱いことも見出した。 さらに、Liuとその同僚は、2010年に、ANGPTL3とLPL活性の別の潜在的なメカニズムについて証明した。 彼らは、ANGPTL3 が furin による LPL の細胞外切断を刺激し、その結果、LPL が細胞表面から解離し、LPL の触媒機能が低下する可能性を示したのです。 ANGPTL3がLPL活性に影響を与えるメカニズムとしては，LPLの二量体構造をアンフォールディングし，LPLがGPIHBP1に結合するのを阻害することが考えられる． 最後に、2つのタンパク質の重要な違いは、ANGPTL3は内分泌経路を通じてLPLを阻害し、ANGPTL4のLPLに対する効果は、オートクライン経路と局所パラクラインを介する可能性があることである＜2391＞＜7798＞脂質異常症とCVDリスクの促進におけるANGPTL3の機能＜9023＞＜4615＞血漿LDL-Cレベルの上昇は、CVDに対する独立した危険因子であることが明らかになっている多くのエビデンスがあります。 最近、他の研究により、血漿TGレベルの上昇もCVDの発症に重要な役割を果たすことが示されています。 LDL-CとTGをターゲットにすることで、CVDの進行を効果的に予防できる可能性があります。 ANGPTL3のLOF変異を持つ個体やAngptl3欠損マウスはともに脂質低下性のリポタンパク質プロファイルを持ち、LDL-CとTGの血漿中濃度が低下することから、ANGPTL3欠損はヒトにおけるCVDの低リスクにつながる可能性があると推測された

Dewayの報告では、45226人のANGPTL3におけるLOF突然変異のキャリアは非キャリアの場合に比べて27%TGレベルが、LDL-Cレベルが9%低くなっていた . また、13,102人のCVD患者では、ANGPTL3のLOF変異の存在はCVDのリスクを41％低下させることが示された。 次に、著者らは、APOE*3 Leiden.CETPマウスを用いて、ANGPTL3抗体に対するモノクローナル抗体、Evinacumabの効果を検討した。 著者が報告したように、Evinacumab投与は、総コレステロール値とTG値の明らかな低下と関連していた 。 さらに、Evinacumabは、大動脈基部の動脈硬化性プラーク面積を有意に減少させることができたと報告した。 これらの結果は、ANGPTL3とCVDのリスクの関係を強力に示すものです。

もう一つの最新の報告は、2017年に発表されたStitzielらのもので、ANGPTL3、脂質異常症、CVDリスクの間の直接的関係を3種類の方法によって確認したものである。 まず、Stitzielは、ANGPTL3のホモ接合型変異を有する3人が、非保有者と比較して冠動脈の動脈硬化性プラークを認めないことを明らかにした 。 次に、彼らはメタ解析を用いて、CVD患者21,980人を含む18万人以上を調査し、ANGPTL3遺伝子配列決定により約309人に1人がLOF変異のヘテロ接合性キャリアであることを観察している。 この突然変異はまれであるにもかかわらず、ヘテロ接合体保有者は非保有者と比較してCADのリスクが約34％低かった。 血漿中TGが17.3％、LDL-Cが11.8％減少していたことが注目される。 しかし、血漿中HDL-Cも約5.2％減少しているが、その差は統計学的に有意ではなかった。 このデータから、ANGPTL3のLOF変異は、HDL-Cのレベルではなく、LDL-CとTGのレベルを下げることによって、ヒトの脂質異常症のリスクを減らすことができることが明らかになった。 最後に、研究グループは、CVD患者1493人とコントロール3231人を対象に、血漿LDLコレステロールとTGを調整した後、ANGPTL3が最も低い三分位を持つ人のうち、最も高い三分位の人と比べて、心筋梗塞のリスクが29％減少することを観察した。 ANGPTL3の血漿濃度とCADのリスクとの関係を明らかにした結果は、今のところこの1件のみであり、ANGPTL3が脂質代謝を制御する機能とは別の方法でCADの進行に影響を与える可能性が示唆された。 しかし、2017年に発表されたStitzielのデータでは、20,092人のうち、ANGPTL3のLOF変異保有者はHDL-Cの減少が5.2%であった 。 一方、DewayもDiscovEHR研究の45,036人において、ANGPTL3キャリアのLOF変異ではHDL-Cのレベルが約6.1%低下するという結果を発表しています . ANGPTL3とANGPTL8は共に分泌タンパク質であり、LPLを介した血漿中のTGの加水分解を阻害する作用を示すことが知られている。 ANGPTL3との共発現により、ANGPTL8の分泌が大幅に促進される。 この 2 つの ANGPTL タンパク質が相互作用して LPL 活性を制御しているかどうかについては、いくつかの研究によって明らかにされ ています。 その結果、ANGPTL3 と ANGPTL8 が血漿中 TG 濃度の調節に協力することが判明した。 前述したように、Angptl3とAngptl8をそれぞれ過剰発現させると、マウスの血清TG値は劇的に上昇するが、Quagliariniは、Angptl3-/-マウスでは、Angptl8は不活性であり、Angptl3の存在下では、より効果的にLPLの活性を低下させられることを見いだした。 逆に、ANGPTL8が存在しない場合、ANGPTL3の血漿中TG濃度を上昇させる能力は穏やかに減少した。 別の研究でも、Chiは、ANGPTL3またはANGPTL8単独では、特にLPLがその内皮細胞受容体GPIHBP1と結合している場合には、生理的レベルをはるかに超える濃度でなければLPLを阻害できないことを確認した。 しかし、ANGPTL8は、ANGPTL3のLPL阻害能力を促進することができた。ただし、この2つのタンパク質が同じ293 T細胞で共発現している場合に限られた。 また、ANGPTL8はANGPTL3のLPLへの結合能力を大幅に増加させることがわかった。このことは、ANGPTL3とANGPTL8が物理的に相互作用することによって、この機能的な協力関係が生まれる可能性を示している。 ANGPTL3がLPLを阻害するためにANGPTL8と複合体を形成する必要があるかどうかについては、Hallerによって集中的な調査が行われ、いくつかの証拠が示された。 LPL阻害活性を持たない変異型ANGPTL3を用いて、HallerはANGPTL3の活性がANGPTL8の活性化に必要でないこと、Angptl3とAngptl8の共発現によりAngptl3単独よりもはるかに効果的にTGを増加させられることを証明し、この複合体の主要阻害活性はANGPTL8によるものであると示唆しました。 ANGPTL8 の C 末端に対する抗体は、ANGPTL3 の存在下で ANGPTL8 の LPL に対する阻害作用を逆転させることができた。 この抗体は、ANGPTL8-ANGPTL3複合体を破壊せず、ANGPTL8のN末端にあるLPL阻害モチーフに近接していた。 これらのデータは、ANGPTL3がANGPTL8の結合パートナーおよび活性化因子として機能し、ANGPTL8がANGPTL3存在下でLPL阻害能力を促進し、血漿TGレベルを増加させることを示唆している

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