Nieuwe inzichten in ANGPLT3 in controling lipoprotein metabolism and risk of cardiovascular diseases

De rol van ANGPTL3 op het lipidemetabolisme door interferentie met lipoprotein klaring

Het circulerende niveau van TG is gerelateerd aan de lipolyse snelheid van TG-rijke lipoproteïnen (TRLs). Drie lipoproteïnelipasen, waaronder LPL, EL en hepatische lipase (HL), zijn verantwoordelijk voor de lipolyse van TG in lipoproteïne. Zoals hierboven vermeld, is LPL het snelheidsbeperkende enzym dat een cruciale rol speelt in de lipolyse van TRL’s in de circulatie en is de activiteit van LPL in het witte vetweefsel (WAT) verhoogd in de voedingstoestand en verlaagd in de nuchtere toestand. EL, dat zich in het lumen van vasculaire endotheelcellen bevindt, is meer specifiek in hydrolyse van lipoproteïne fosfolipiden, vooral in HDL deeltjes, dan TG . Eerdere resultaten hebben aangetoond dat zowel LPL als EL activiteit verhoogd waren in Angpt3-/- muizen, vergezeld van de accumulatie van TRLs in BAT en spieren in plaats van WAT. Deze resultaten suggereerden dat en TG in apolipoproteïne werd geïmporteerd in BBT en spier in plaats van WAT, wat bewijst dat ANGPTL3 duidelijk LPL en EL activiteit kon remmen , TG van hydrolyse kon verhinderen en vervolgens de verwijdering van deeltjes rijk aan TG kon versnellen . Er werd geen melding gemaakt van verhoogde HL activiteit bij ANGPTL3 deficiëntie.

Een aantal jaren geleden werd een vraag gesteld over het mechanisme tussen ANGPTL3 deficiëntie en lage LDL-C niveaus. Aangezien LPL of EL niet de functie heeft om cholesterylesters te hydrolyseren, was de vraag nog steeds onopgelost. In 2015, stelde Wang vast dat zowel wild-type muizen als Ldlr, Lrp1 of ApoE knock-out muizen bijna gelijke LDL-C niveaus hadden na behandeling met Angptl3 antilichaam; bovendien had elke groep veel op één mate van vermindering van LDL-C niveaus . Zo konden we afleiden uit deze resultaten dat de vermindering van LDL-C in Angptl3 deficiëntie muizen niet werd veroorzaakt door verhoogde cholesterol klaring via de LDL-receptor. De verminderde synthese van VLDL-C kan de plausibele verklaring zijn.

De rol van ANGPTL3 in het beïnvloeden van lipoproteïne productie

Er zijn verschillende benaderingen die de lever VLDL synthese kunnen bevorderen, en de belangrijkste benadering berust op de geldigheid van TG gesynthetiseerd uit de toevoer van plasma FFA van adipocyten lipolyse , VLDL en CM resten en de monosaccharide vervoerd door de poortader . Ondertussen kan de insuline signaleringsroute ook invloed hebben op hepatische VLDL synthese en secretie als gevolg van het directe effect van insuline in het verminderen van de lipidatie van TG-rijke VLDL-deeltjes .

De wetenschappers hebben reeds vastgesteld dat de hepatische VLDL-TG secretie niet veranderd was bij KK/Snk muizen in vergelijking met de wild-type KK muizen, ondertussen vertoonden deze KK/Snk muizen ook geen significant verschil in de productiecijfers van apolipoproteïne B-100 (apoB100) en de hoeveelheid afgescheiden VLDL deeltjes . Interessant is dat studies hebben gedaan om het effect van ANGPTL3 op de lipolyse in 3 T3-L1 adipocyten te onderzoeken en vonden dat incubatie met menselijke ANGPTL3 de afgifte van FFA in het medium kon verhogen, vergelijkbaar met het effect van epinefrine . Deze waarnemingen waren in overeenstemming met de gerapporteerde lage FFA niveaus in ANGPTL3 LOF mutatie individuen. Als KK / SNK muizen vertoonden extreem lagere TG concentratie en FFA in plasma, wat suggereert dat verminderde lipidatie van VLDL in ANGPTL3-deficiëntie muizen kan worden veroorzaakt door verminderde toevoer van FFA uit de circulatie in de lever, wat resulteert in een verminderde hoeveelheid TG in elk VLDL deeltje. Bovendien heeft een andere studie met ANGPTL3 deficiëntie hepatocyten gevonden dat silencing van ANGPTL3 een verschuiving kan veroorzaken in het gebruik van monosaccharide in plasma in plaats van FFA , die ook het bewijs geleverd aan de theorie van verdunde FFA geleverd in de lever.

Cholesterol en andere cholesterol metabolieten, ofwel gesynthetiseerd door de lever of ingenomen uit onze dagelijkse voeding , zijn de natuurlijke liganden voor LXR . Zoals eerder beschreven, zou de geactiveerde LXR de galzuurafscheiding en de voortgang van de lipogenese kunnen stimuleren, terwijl het omgekeerde cholesteroltransport gemedieerd door HDL zou kunnen bevorderen, waardoor de lever beschermd wordt tegen overvloedig cholesterol. Studies hebben aangetoond dat synthetische LXR-liganden en een cholesterolrijk dieet de genexpressie van hepatisch ANGPTL3 kunnen induceren. Aangezien ANGPTL3 een stroomafwaarts doelwit voor LXR is, is het vermeldenswaard dat een verminderde beschikbaarheid van substraten de hepatische synthese van cholesterol kan verminderen, wat kan leiden tot de afscheiding van cholesterolarm VLDL in muizen met ANGPTL3-deficiëntie. Integendeel, lage LXR, en lage ANGPTL3 expressie (bij ANGPTL3-deficiëntie of inactivatie van ANGPTL3) kunnen daarom in verband worden gebracht met een lager cholesterolgehalte in de lever . Aldus konden wij uit deze resultaten afleiden dat de vermindering van LDL-C in Angptl3-deficiëntie muizen, tenminste gedeeltelijk, veroorzaakt werd door de verminderde synthese van VLDL-C. Proeven zijn aan de gang om het mogelijke mechanisme verder te onderzoeken.

Het indirecte effect van ANGPTL3 op het lipidenmetabolisme door interferentie met insulinegevoeligheid

Hoewel de rol van ANGPTL3 in het lipidenmetabolisme relatief duidelijk is, blijft de relatie tussen ANGPTL3 en insulinegevoeligheid onzeker. Slechts enkele studies toonden de rol van ANGPTL3 aan in de regulatie van insulinegevoeligheid en glucosemetabolisme. In 2013 vergeleken Rebciuc en collega’s de insulinegevoeligheid bij dragers van de homozygote en heterozygote LOF-mutatie in ANGPTL3 met niet-dragers. Zij vonden dat de plasma-insuline, glucose, en homeostatic model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) significant lager waren bij homozygote proefpersonen in vergelijking met heterozygote en niet-dragers, wat suggereert dat homozygote proefpersonen een hogere insulinegevoeligheid hadden dan heterozygote en niet-dragers proefpersonen . Deze gegevens tonen aan dat ANGPTL3 de insulinegevoeligheid kan beïnvloeden en een rol kan spelen bij de modulatie van het glucosemetabolisme bij mensen. Bovendien ontdekten Wang et al. dat plasmaconcentraties van glucose en insuline vergelijkbaar zijn tussen Angptl3-/- en wild-type genotypen bij muizen, en Angptl3-/- muizen vertoonden een hogere opname snelheid van deoxyglucose in WAT, BAT en het hart . In vitro studies, gebruikten zij geïmmortaliseerde menselijke hepatocyten en ontdekten ook dat ANGPTL3 deficiëntie de deoxyglucose opname duidelijk kan verhogen. Interessant is dat het effect van ANGPTL3 op het insuline- en glucosemetabolisme wederkerig was. Gegevens van Tikka et al. hebben aangetoond dat zowel insuline als rosiglitazone de secretie van ANGPTL3 op een dosis-afhankelijke manier konden verminderen, en silencing van ANGPTL3 verbeterde de glucose-opname in hepatocyten met ongeveer 45%.

Gebaseerd op het feit van de interactie van ANGPTL3 en insuline, konden we het indirecte effect van ANGPTL3 op het vetmetabolisme voorstellen door de insulinegevoeligheid te verstoren. Met deze conclusies kunnen we speculeren dat het uitschakelen van ANGPTL3 de insulinegevoeligheid kan verbeteren en de glucose-opname en -benutting door perifere organen kan verhogen.

De functie en het mechanisme van ANGPTL3 in het remmen van LPL activiteit

Nadat de functie van ANGPTL3 in het remmen van LPL katalytische activiteit goed is aangetoond, hebben onderzoeken het mechanisme van ANGPTL3 en LPL activiteit onderzocht. Ten eerste draagt de unieke structuur van het ANGPTL3 peptide bij aan het remmende effect van ANGPTL3. Het N-terminale spiraalvormige gebied van het ANGPTL3 peptide bevat drie belangrijke aminozuren, asparaginezuur, histidine en glutamine , die kunnen verhinderen dat LPL bindt aan glycosylfsphatidylinositol-geankerd high-density lipoproteïne bindend eiwit 1 (GPIHBP1) , een eiwit dat tot expressie komt op capillaire endotheelcellen en LPL transporteert naar de plaats van het capillair lumen. Deze vooruitgang kan de activiteit van LPL bij mensen verminderen. Bovendien ontdekten Yau en zijn groep in 2009 dat ANGPTL3 de ontvouwing van LPL kan versnellen, doordat het de dissociatie van katalytisch actieve LPL-dimeren in inactieve LPL-monomeren bevordert, wat leidt tot een duidelijke vermindering van de LPL-activiteit . Zij ontdekten ook dat, hoewel ANGPTL3 en ANGPTL4 vergelijkbare maar niet identieke routes hadden in het verminderen van de LPL activiteit, de efficiëntie van ANGPTL3 in het remmen van LPL veel zwakker was dan die van ANGPTL4 . Verder toonden Liu en zijn collega in 2010 een ander potentieel mechanisme aan van ANGPTL3 en LPL activiteit. Zij toonden aan dat ANGPTL3 de extracellulaire splitsing van LPL door furin stimuleert, en de simulatie zou kunnen resulteren in de dissociatie van LPL van het celoppervlak en de vermindering van de katalytische functies van LPL .

Dus, door alle bovengenoemde gegevens te synthetiseren, kunnen we speculeren dat ANGPTL3 een veel geringer effect heeft op LPL dan ANGPTL4. Het mechanisme van ANGPTL3 in de activiteit van LPL zou het ontvouwen van de dimeerstructuur van LPL kunnen inhouden en het verhinderen dat LPL zich bindt aan GPIHBP1. Tenslotte is een belangrijk verschil tussen de twee eiwitten dat ANGPTL3 LPL remt via een endocriene route, terwijl het effect van ANGPTL4 op LPL kan verlopen via autocriene routes en lokale paracriene.

De functie van ANGPTL3 in het bevorderen van dyslipidemie en het risico van CVD

Er zijn aanzienlijke aanwijzingen dat een verhoogd niveau van plasma LDL-C de onafhankelijke risicofactor is voor CVD . Onlangs hebben andere studies ook aangetoond dat verhoogde plasma TG niveaus ook een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling van CVD . Het aanpakken van LDL-C en TG kan de voortgang van CVD effectief voorkomen. Aangezien zowel individuen met LOF mutaties in ANGPTL3 als muizen met Angptl3 deficiëntie een lipidenverlagend lipoproteïne profiel hebben en een verlaagd plasma niveau van LDL-C en TG, zouden we kunnen speculeren dat ANGPTL3 deficiëntie kan leiden tot een laag risico van CVD bij mensen.

Het rapport van Deway onthulde dat bij 45.226 individuen, dragers van een LOF mutatie in ANGPTL3 27% lagere TG niveaus hadden, en 9% lagere LDL-C niveaus dan niet-dragers . Bij 13.102 personen met CVD was de aanwezigheid van een LOF mutatie in ANGPTL3 geassocieerd met een 41% lager risico op CVD. Ten tweede gebruikten de auteurs APOE*3 Leiden.CETP muizen om de effecten van een monoklonaal antilichaam tegen ANGPTL3 antilichaam, Evinacumab, te onderzoeken. Zoals de auteur rapporteerde, werd de behandeling met Evinacumab geassocieerd met een duidelijke vermindering van het totale cholesterolgehalte en het TG gehalte. Bovendien kon Evinacumab ook leiden tot een significant grotere afname van atherosclerotische plaque oppervlakte in de aortawortel. Deze resultaten zijn een krachtige illustratie van de relatie tussen ANGPTL3 en het risico van CVD.

Een ander recent rapport is van Stitziel en zijn collega’s gepubliceerd in 2017, die de directe relatie tussen ANGPTL3, dyslipidemie en het risico van CVD bevestigde via drie verschillende methoden. Ten eerste vond Stitziel dat de drie individuen, die homozygote mutaties in ANGPTL3 droegen, geen bewijs van coronaire atherosclerotische plaque vertoonden in vergelijking met niet-dragers . Ten tweede gebruikten zij een meta-analyse om meer dan 180.000 personen te onderzoeken, waaronder 21.980 personen met CVD, en stelden vast dat ongeveer 1 op 309 mensen een heterozygote drager was voor een LOF-mutatie door sequencing van het ANGPTL3-gen. Hoewel deze mutatie zeldzaam is, hadden de heterozygote dragers ongeveer 34% minder risico op CAD in vergelijking met niet-dragers. Opvallend is een vermindering van 17,3% in plasma TG en een vermindering van 11,8% in LDL-C. De plasma HDL-C daalde echter ook met ongeveer 5,2%, hoewel de verschillen niet statistisch significant zijn. Uit dit deel van de gegevens bleek dat de LOF mutatie in ANGPTL3 het risico van dyslipidemie bij de mens zou kunnen verminderen, waarschijnlijk via een verlaging van het niveau van LDL-C en TG, niet van het niveau van HDL-C . Ten slotte stelde de onderzoeksgroep vast dat het risico op myocardinfarcten met 29% werd verlaagd in vergelijking met het hoogste tertiel van personen met het laagste tertiel van ANGPTL3 bij 1493 patiënten met CVD en 3231 controles, na aanpassing voor plasma LDL-cholesterol en TG. Tot nu toe was dit het enige resultaat dat een verband aantoonde tussen de plasmaconcentratie van ANGPTL3 en het risico van CAD , wat suggereert dat ANGPTL3 de voortgang van CAD zou kunnen beïnvloeden via een onafhankelijke methode naast zijn functie in het controleren van het lipidenmetabolisme.

Naast de remmende eigenschap op LPL, kan ANGPTL3 ook de activiteit van EL onderdrukken , wat het verschijnsel zou kunnen verklaren van het verlaagde HDL-C niveau in muizen met Angptl3 deficiëntie en in individuen met een LOF mutatie in ANGPTL3. Gegevens van Stitziel gepubliceerd in 2017 toonden echter aan dat bij 20.092 individuen, de LOF-mutatie in ANGPTL3 dragers 5,2% vermindering van HDL-C vertoonden . Ondertussen presenteerde Deway ook een resultaat dat in 45.036 deelnemers aan DiscovEHR-studie, het niveau van HDL-C ongeveer 6,1% verminderde bij LOF-mutatie van ANGPTL3-dragers . Het biochemische mechanisme en de relatie tussen ANGPTL3 en EL blijft dus ongrijpbaar.

De samenwerking tussen ANGPTL3 en ANGPTL8 in het controleren van het lipidenmetabolisme

Zowel ANGPTL3 als ANGPTL8 zijn gesecreteerde eiwitten en vertonen een effect van remming van LPL-gemedieerde plasma TG hydrolyse. Co-expressie met ANGPTL3 kan de secretie van ANGPTL8 sterk versterken. Verschillende onderzoeken hebben onderzocht of deze twee ANGPTL eiwitten kunnen interageren voor de regulatie van de LPL activiteit. Zij vonden dat ANGPTL3 en ANGPTL8 konden samenwerken in de regulatie van plasma TG niveaus. Zoals eerder vermeld, kon overexpressie van Angptl3 en Angptl8 beide leiden tot dramatisch verhoogde serum TG niveaus in muizen, maar Quagliarini vond dat in Angptl3-/- muizen, Angptl8 inactief lijkt te zijn, terwijl in de aanwezigheid van Angptl3, Angptl8 de activiteit van LPL effectiever kan verminderen. Integendeel, in afwezigheid van ANGPTL8 nam het vermogen van ANGPTL3 om het plasma TG gehalte te verhogen licht af. In een andere studie stelde Chi ook vast dat ANGPTL3 of ANGPTL8 alleen LPL konden remmen bij concentraties die veel hoger waren dan de fysiologische niveaus, vooral wanneer LPL was gebonden aan zijn endotheelcelreceptor GPIHBP1. ANGPTL8 kon echter het vermogen van ANGPTL3 om LPL te remmen bevorderen, maar alleen wanneer de twee eiwitten in dezelfde 293 T-cel werden samengeëxpresseerd. Uit eiwitinteractietests in deze studie bleek ook dat ANGPTL8 het vermogen van ANGPTL3 om LPL te binden sterk verhoogde, wat erop wijst dat een fysische interactie tussen ANGPTL3 en ANGPTL8 deze functionele samenwerking zou kunnen veroorzaken.

Inderdaad hebben biochemische studies aangetoond dat ANGPTL3 en ANGPTL8 co-immunoprecipitaat konden worden in het plasma van muizen of in het kweekmedium van cellen die beide eiwitten tot expressie brengen . Intensief onderzoek is verricht door Haller en er zijn aanwijzingen geleverd om na te gaan of ANGPTL3 een complex moet vormen met ANGPTL8 om zichzelf actiever te maken in het remmen van LPL. Met behulp van een gemuteerde vorm van ANGPTL3 die LPL-remmende activiteit mist, toonde Haller aan dat ANGPTL3-activiteit niet vereist was voor zijn vermogen om ANGPTL8 te activeren, en dat co-expressie van Angptl3 en Angptl8 kon leiden tot een veel doeltreffender verhoging van de TG bij muizen dan Angptl3 alleen , wat suggereert dat de belangrijkste remmende activiteit van dit complex afkomstig is van ANGPTL8. Een antilichaam tegen de C-terminus van ANGPTL8 kon het remmende effect op LPL van ANGPTL8 in aanwezigheid van ANGPTL3 omkeren. Het antilichaam verstoorde het ANGPTL8-ANGPTL3 complex niet, maar komt wel in de buurt van het LPL remmende motief in de N-terminus van ANGPTL8 . Gezamenlijk impliceerden deze gegevens dat ANGPTL3 zou kunnen dienen als een bindende partner en activator van ANGPTL8 en dat ANGPTL8 zijn eigen vermogen om LPL te remmen zou kunnen bevorderen en de plasma TG niveaus zou kunnen verhogen in de aanwezigheid van ANGPTL3.