ApoA-1 in Diabetes: Damaged Goods

Diabetes is een belangrijke risicofactor voor de ontwikkeling van atherosclerose. Naast een verhoogd risico op beroerte, myocardinfarct en perifere vaatziekten, lijden diabetici aan een bijzonder agressieve vorm van atherosclerose met een grotere sterfte in het ziekenhuis na een myocardinfarct en een hogere incidentie van hartfalen, als ze het al overleven (1-3). Hoewel diabetici vaak andere begeleidende risicofactoren voor atherosclerose hebben (bijv, hypertensie hypercholesterolemie, obesitas), suggereren het extra risico van diabetes en de bijzonder agressieve vasculaire en myocardiale ziekte die diabetici treft, dat diabetes-geassocieerde atherosclerose unieke pathogene mechanismen impliceert.

De systemische metabole stoornissen van diabetes, waaronder hyperglykemie en hyperlipidemie, spelen waarschijnlijk een centrale rol in de pathogenese van diabetes-geassocieerde atherosclerose door de generatie van oxidatieve stress. Hyperglykemie veroorzaakt een verhoogde flux door de polyol route, vorming van geavanceerde glycatie eindproducten, activering van proteïne kinase C isovormen, en verhoogde hexosamine route flux, die allemaal kunnen bijdragen aan verhoogde oxidatieve stress (4-6). Een overmaat aan vrije vetzuren in nietadipose weefsels kan leiden tot de vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS) door cycli van oxidatieve fosforylering, activering van NADPH oxidase, en veranderingen in de mitochondriale structuur die de productie van ROS versnellen (7-9). Naast bewijs voor activering van deze routes in gekweekte endotheelcellen, ondersteunen menselijke studies het idee van verhoogde systemische oxidatieve stress bij diabetici bij wie verhoogde circulatieniveaus van adhesiemoleculen en geoxideerde lipiden correleren met stijgingen in A1C en hypertriglyceridemie (10). De effecten van oxidatieve stress bij diabetes op zowel de vaatwand als lipoproteïnen in de circulatie kunnen atherogenese bevorderen.

In dit nummer van Diabetes, leveren Jaleel et al. (11) intrigerend bewijs dat slechte glykemische controle bij type 1 diabetes geassocieerd is met versnelde oxidatieve schade aan apolipoproteïne (apo) A-1. Deze onderzoekers pasten een pulse-chase benadering toe, klassiek gebruikt in celcultuur experimenten, om nieuw gesynthetiseerde proteïnen te labelen met 13C-fenylalanine bij menselijke proefpersonen. Vervolgens analyseerden zij verschillende plasma apoA-1 isovormen door tweedimensionale gel scheiding en massaspectrometrie. Deze aanpak maakte kwantificering mogelijk van de isotopische verrijking in nieuw gesynthetiseerde vormen van het eiwit die het propeptide bevatten en in rijpere gesplitste vormen, die samen een ladingstrein van vijf vlekken vormen in tweedimensionale gelanalyses. Zoals verwacht was de isotopische verrijking uren na de stabiele isotopenpuls het hoogst in de onrijpe vormen, en in de loop van 10 dagen werd deze “opgejaagd” naar meer rijpe vormen van het eiwit zonder het propeptide. Belangrijk is dat de oudere vormen van apoA-1 aanzienlijk meer sporen van beschadiging verzamelden, waaronder deamidatie, oxidatie en carbonylering van aminozuren, post-translationele modificaties die waarschijnlijk bijdroegen aan hun veranderde migratie in iso-electric focussing. Hoewel het apoA-1 profiel van type 1 diabetici tijdens insuline infusie niet te onderscheiden was van dat van controlepersonen, vertoonden type 1 diabetici zonder insuline verhoogde oxidatieve schade aan nieuw gesynthetiseerd apoA-1 (Fig. 1).

Deze bevindingen voegen toe aan een groeiend aantal moleculaire bewijzen voor hoe de oxidatieve stress die gepaard gaat met slechte metabole controle de fysiologie beïnvloedt. Het is al lang bekend dat ROS schade kunnen toebrengen aan de nucleïnezuren, membranen en eiwitten van cellen. Het hoeft dan ook niet te verbazen dat soortgelijke schade kan optreden bij plasma-eiwitten zoals apoA-1. Transcriptionele, posttranslationele en signaleringsmechanismen zijn goed beschreven in studies van de cellulaire reactie op oxidatieve stress (12-14). Aangezien apoA-1 een belangrijk bestanddeel is van HDL’s, die beschermen tegen atherosclerose door de verwijdering van cholesterol uit macrofagen in de slagaderwand te vergemakkelijken en omgekeerd cholesteroltransport te bevorderen, zal het voor de hand liggende vervolg van dit werk zijn om te bepalen of de door Jaleel e.a. waargenomen veranderingen in apoA-1-vormen rechtstreeks te wijten zijn aan oxidatieve stress (bv, verzwakt na behandeling met anti-oxidantia), met welke HDL subklassen het beschadigde apoA-1 associeert, en of de veranderde vormen van apoA-1 de HDL klaring of functie beïnvloeden. Het eerste aspect zal een mechanistisch inzicht verschaffen in de etiologie van deze veranderingen. De laatste twee aspecten hebben de potentie om de biochemische observaties van de onderzoekers functioneel te koppelen aan een verhoogd cardiovasculair risico bij diabetes.

Terwijl een laag plasma HDL een onafhankelijke risicofactor is voor coronaire hartziekte (15,16), wordt het steeds duidelijker dat verstoringen in het HDL-metabolisme de HDL-functie kunnen veranderen en atherosclerose kunnen bevorderen, onafhankelijk van het plasma HDL-niveau (17-19). In feite zijn HDL-cholesterolwaarden alleen onvoldoende om de functionele variatie in HDL-deeltjes en het daarmee samenhangende cardiovasculaire risico voor individuele personen vast te stellen (20). Samen met het falen van HDL-verhogende therapie in recente klinische trials om cardiovasculaire gebeurtenissen te verminderen (21), suggereren deze bevindingen dat de functionele competentie van HDL net zo belangrijk kan zijn als absolute plasma HDL-spiegels. Het is waarschijnlijk dat een belangrijke route voor het ontstaan van disfunctioneel HDL door oxidatieve schade is, zoals die wordt veroorzaakt door hyperglykemie en hyperlipidemie (22).

De schade aan apoA-1 die in het begeleidende originele artikel wordt beschreven, voegt zich bij een groeiende lijst van HDL-veranderingen die de functie in vivo kunnen aantasten. HDL-geassocieerd paraoxanase-1 (PON1), dat hoofdzakelijk verantwoordelijk is voor de antioxiderende eigenschappen van HDL die LDL-oxidatie voorkomen, is verlaagd bij diabetici en wordt geassocieerd met een defecte antioxiderende capaciteit (23,24). De antioxiderende werking van HDL wordt verder aangetast door de vorming van geavanceerde glycatie-eindproducten die de activiteit van PON1 verstoren en de cholesterolefflux naar HDL verminderen (25,26). In vitro is aangetoond dat oxidatie van apoA-I het vermogen van HDL aantast om lecithine:cholesterol acyltransferase te activeren, het enzym dat verantwoordelijk is voor de omzetting van nascent HDL in volwassen, cholesteryl-esterrijk HDL, en om te interageren met ATP-binding cassette transporter A1 om de export van cholesterol te vergemakkelijken (27-29). Verstoring van deze kritische stap in de omgekeerde cholesterol transportroute zal waarschijnlijk diepgaande effecten hebben op de mobilisatie van cholesterol uit vaatweefsels. Naast analyses zoals deze, zal proteomisch onderzoek van HDL waarschijnlijk veranderingen in andere eiwitten aan het licht brengen die van invloed zijn op de functie van lipoproteïnen in het kader van een slechte metabole controle bij diabetes. Bovendien zal onderzoek van de lipide bestanddelen van de HDL deeltjes, die eveneens gevoelig zijn voor oxidatie, waarschijnlijk even belangrijke inzichten verschaffen in HDL disfunctie en verhoogde vatbaarheid voor atherosclerose bij diabetes.

• © 2010 by the American Diabetes Association.