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

Rola ANGPTL3 w metabolizmie lipidów poprzez zakłócanie klirensu lipoprotein

Krążący poziom TG jest związany z tempem lipolizy lipoprotein bogatych w TG (TRLs). Trzy lipazy lipoproteinowe, w tym LPL, EL i lipaza wątrobowa (HL), są odpowiedzialne za lipolizę TG w lipoproteinie. Jak wspomniano powyżej, LPL jest enzymem ograniczającym tempo lipolizy, który odgrywa kluczową rolę w lipolizie TRL w krążeniu, a aktywność LPL w białej tkance tłuszczowej (WAT) jest zwiększona w stanie karmienia i zmniejszona w stanie postu. EL, zlokalizowana w świetle komórek śródbłonka naczyniowego, jest bardziej specyficzna w hydrolizie fosfolipidów lipoproteinowych, zwłaszcza w cząsteczkach HDL, niż TG. Wcześniejsze wyniki wykazały, że zarówno aktywność LPL, jak i EL były zwiększone u myszy Angpt3-/-, czemu towarzyszyła akumulacja TRL w BAT i mięśniach, a nie w WAT. Wyniki te sugerowały, że i TG w apolipoproteinie był importowany do BAT i mięśni zamiast WAT, dając dowody, że ANGPTL3 może oczywiście hamować aktywność LPL i EL, zapobiegać hydrolizie TG, a następnie przyspieszać usuwanie cząstek bogatych w TG. Nie było doniesienia o zwiększonej aktywności HL w niedoborze ANGPTL3.

Pytanie o mechanizm między niedoborem ANGPTL3 a niskim poziomem LDL-C zostało postawione kilka lat temu. Ponieważ LPL lub EL nie mają funkcji hydrolizy estrów cholesterolu, pytanie to wciąż pozostawało nierozwiązane. W 2015 roku Wang zaobserwował, że zarówno myszy typu dzikiego, jak i myszy z nokautem Ldlr, Lrp1 lub ApoE miały prawie równe poziomy LDL-C po leczeniu przeciwciałem Angptl3; ponadto każda grupa miała dużo w jednym stopniu redukcji poziomów LDL-C . Tak więc, mogliśmy wywnioskować z tych wyników, że redukcja LDL-C u myszy z niedoborem Angptl3 nie była spowodowana zwiększonym klirensem cholesterolu przez receptor LDL. Zmniejszona synteza VLDL-C może być prawdopodobnym wyjaśnieniem.

Rola ANGPTL3 we wpływie na produkcję lipoprotein

Kilka podejść może promować wątrobową syntezę VLDL, a główne podejście opiera się na ważności TG syntetyzowanego z podaży osocza FFA z lipolizy adipocytów, VLDL i pozostałości CM oraz monosacharydu transportowanego przez żyłę wrotną. Tymczasem szlak sygnalizacyjny insuliny może również wpływać na wątrobową syntezę i sekrecję VLDL ze względu na bezpośredni wpływ insuliny na zmniejszenie lipidacji bogatych w TG cząstek VLDL.

Cholesterol i inne metabolity cholesterolu, syntetyzowane przez wątrobę lub spożywane z naszej codziennej diety, są naturalnymi ligandami dla LXR . Jak opisano wcześniej, aktywowany LXR może stymulować wydzielanie kwasów żółciowych i postęp lipogenezy, tymczasem może promować odwrotny transport cholesterolu mediowany przez HDL, chroniąc w ten sposób wątrobę przed nadmiarem cholesterolu. Badania wykazały, że syntetyczne ligandy LXR i dieta wysokocholesterolowa mogą indukować ekspresję genu wątrobowego ANGPTL3. Ponieważ ANGPTL3 jest celem downstream dla LXR, warto zauważyć, że zmniejszona dostępność substratów może zmniejszyć wątrobową syntezę cholesterolu, co skutkuje wydzielaniem ubogich w cholesterol VLDL u myszy z niedoborem ANGPTL3. Przeciwnie, niski poziom LXR i niska ekspresja ANGPTL3 (w niedoborze ANGPTL3 lub inaktywacji ANGPTL3) mogą być zatem związane z niższym poziomem cholesterolu w wątrobie. Z tych wyników można więc wnioskować, że obniżenie LDL-C u myszy z niedoborem Angptl3 było spowodowane, przynajmniej częściowo, zmniejszoną syntezą VLDL-C. Próby są w toku w celu dalszego zbadania potencjału mechanizmu.

Pośredni wpływ ANGPTL3 na metabolizm lipidów poprzez zakłócanie wrażliwości na insulinę

Although the role of ANGPTL3 in lipid metabolism is relatively clear, the relationship between ANGPTL3 and insulin sensitivity remains uncertain. Tylko w kilku badaniach wykazano rolę ANGPTL3 w regulacji wrażliwości na insulinę i metabolizmu glukozy. W 2013 roku Rebciuc i współpracownicy porównali wrażliwość na insulinę u nosicieli homozygotycznej i heterozygotycznej mutacji LOF w ANGPTL3 z osobami niebędącymi nosicielami. Stwierdzili oni, że stężenia insuliny w osoczu, glukozy i homeostatyczny model oceny insulinooporności (HOMA-IR) były znacząco niższe u osób homozygotycznych w porównaniu z heterozygotami i osobami niebędącymi nosicielami, co sugeruje, że homozygoty miały wyższą wrażliwość na insulinę niż u heterozygot i osób niebędących nosicielami . Dane te manifestują, że ANGPTL3 może wpływać na wrażliwość na insulinę i odgrywać rolę w modulowaniu metabolizmu glukozy u ludzi. Dodatkowo Wang i wsp. stwierdzili, że stężenia glukozy i insuliny w osoczu są porównywalne między genotypami Angptl3-/- i wild-type u myszy, a myszy Angptl3-/- wykazywały wyższy wskaźnik wychwytu deoksyglukozy w WAT, BAT i sercu. W badaniach in vitro, użyto immortalizowanych ludzkich hepatocytów i również stwierdzono, że niedobór ANGPTL3 może oczywiście zwiększyć wychwyt dezoksyglukozy. Co ciekawe, wpływ ANGPTL3 na metabolizm insuliny i glukozy był obustronny. Dane z Tikka i wsp. ujawniły, że zarówno insulina, jak i rosiglitazon mogą zmniejszać wydzielanie ANGPTL3 w sposób zależny od dawki, a wyciszenie ANGPTL3 poprawiło wychwyt glukozy w hepatocytach o około 45% .

Based on the fact of interaction of ANGPTL3 and insulin, we could propose the indirect effect of ANGPTL3 on lipid metabolism by interfering insulin sensitivity. Biorąc pod uwagę te wnioski, możemy spekulować, że wyciszenie ANGPTL3 może poprawić wrażliwość na insulinę oraz zwiększyć wychwyt i wykorzystanie glukozy przez narządy obwodowe.

Funkcja i mechanizm ANGPTL3 w hamowaniu aktywności LPL

Odkąd funkcja ANGPTL3 w hamowaniu aktywności katalitycznej LPL została dobrze wykazana, badacze zbadali mechanizm ANGPTL3 i aktywności LPL. Po pierwsze, unikalna struktura peptydu ANGPTL3 przyczynia się do hamującego działania ANGPTL3. N-końcowy region cewki peptydu ANGPTL3 zawiera trzy ważne aminokwasy, kwas asparaginowy, histydynę i glutaminę, które mogą zapobiegać wiązaniu się LPL z zakotwiczonym w glikozylofosfatydyloinozytolu białkiem wiążącym lipoproteiny o dużej gęstości 1 (GPIHBP1), białkiem wyrażonym na komórkach śródbłonka naczyń włosowatych i transportującym LPL do miejsca w świetle kapilary. Postęp ten może zmniejszać aktywność LPL u ludzi. Dodatkowo, w 2009 roku, Yau i jego grupa stwierdzili, że ANGPTL3 może przyspieszać postęp rozkładu LPL, jako promowanie dysocjacji katalitycznie aktywnych dimerów LPL do nieaktywnych monomerów LPL, co prowadzi do oczywistego zmniejszenia aktywności LPL. Stwierdzili również, że chociaż ANGPTL3 i ANGPTL4 miały podobne, ale nie identyczne ścieżki w zmniejszaniu aktywności LPL, skuteczność ANGPTL3 w hamowaniu LPL jest znacznie słabsza niż ANGPTL4. Co więcej, Liu i jego współpracownik wykazali w 2010 roku inny potencjalny mechanizm działania ANGPTL3 i LPL. Wykazali, że ANGPTL3 stymuluje zewnątrzkomórkowe rozszczepienie LPL przez furynę, a symulacja może prowadzić do dysocjacji LPL z powierzchni komórki i zmniejszenia funkcji katalitycznych LPL .

Tak więc, syntetyzując wszystkie dane wymienione powyżej, możemy spekulować, że ANGPTL3 ma znacznie mniejszy wpływ na LPL niż ANGPTL4. Mechanizm ANGPTL3 w aktywności LPL może obejmować rozkładanie struktury dimeru LPL i zapobieganie wiązaniu się LPL z GPIHBP1. Wreszcie, istotną różnicą między tymi dwoma białkami jest to, że ANGPTL3 hamuje LPL poprzez szlak endokrynny, podczas gdy wpływ ANGPTL4 na LPL może odbywać się poprzez szlaki autokrynne i lokalne parakrynne.

Funkcja ANGPTL3 w promowaniu dyslipidemii i ryzyka CVD

Istnieją znaczące dowody ujawniające, że podwyższony poziom LDL-C w osoczu jest niezależnym czynnikiem ryzyka CVD. Ostatnio inne badania wykazały również, że podwyższony poziom TG w osoczu odgrywa również ważną rolę w rozwoju CVD. Ukierunkowanie na LDL-C i TG może skutecznie zapobiegać postępowi CVD. Ponieważ zarówno osoby z mutacjami LOF w ANGPTL3, jak i myszy z niedoborem Angptl3 mają obniżony profil lipidowy lipoprotein i zmniejszony poziom LDL-C i TG w osoczu, możemy spekulować, że niedobór ANGPTL3 może prowadzić do niskiego ryzyka CVD u ludzi.

Raport z Deway ujawnił, że u 45 226 osób, nosicieli mutacji LOF w ANGPTL3 miał 27% niższy poziom TG i 9% niższy poziom LDL-C niż osoby nie będące nosicielami. U 13 102 osób z CVD obecność mutacji LOF w ANGPTL3 wiązała się z 41% niższym ryzykiem CVD. Po drugie, autorzy wykorzystali myszy APOE*3 Leiden.CETP do zbadania efektów działania przeciwciała monoklonalnego przeciwko ANGPTL3 Evinacumab. Jak donoszą autorzy, leczenie Evinacumabem wiązało się z wyraźnym obniżeniem poziomu cholesterolu całkowitego i TG. Co więcej, Evinacumab mógł również prowadzić do znacznie większego zmniejszenia powierzchni blaszki miażdżycowej w korzeniu aorty. Wyniki te stanowią potężną ilustrację związku między ANGPTL3 a ryzykiem CVD.

Inny najnowszy raport pochodzi od Stitziela i jego kolegów opublikowany w 2017 roku, który potwierdził bezpośredni związek między ANGPTL3, dyslipidemią i ryzykiem CVD poprzez trzy różne metody. Po pierwsze, Stitziel stwierdził, że trzy osoby, niosące homozygotyczne mutacje w ANGPTL3, nie wykazywały dowodów na obecność wieńcowej blaszki miażdżycowej w porównaniu z osobami niebędącymi nosicielami . Po drugie, wykorzystali oni metaanalizę do zbadania ponad 180 000 osób, w tym 21 980 osób z CVD, i zaobserwowali, że około 1 na 309 osób było heterozygotycznym nosicielem mutacji LOF poprzez sekwencjonowanie genu ANGPTL3. Mimo że mutacja ta jest rzadka, heterozygotyczni nosiciele mieli o około 34% niższe ryzyko CAD w porównaniu z osobami niebędącymi nosicielami. Na uwagę zasługuje 17,3% redukcja TG w osoczu oraz 11,8% redukcja LDL-C. Natomiast osoczowy HDL-C również uległ zmniejszeniu o około 5,2%, choć różnice te nie są istotne statystycznie. Ta część danych ujawniła, że mutacja LOF w ANGPTL3 może zmniejszyć ryzyko dyslipidemii u ludzi prawdopodobnie poprzez obniżenie poziomu LDL-C i TG, a nie poziomu HDL-C. Wreszcie, grupa badawcza zaobserwowała, że ryzyko zawału serca zostało zmniejszone o 29% w porównaniu z najwyższym tercylem osób z najniższym tercylem ANGPTL3 u 1493 pacjentów z CVD i 3231 osób z grupy kontrolnej, po dostosowaniu do poziomu cholesterolu LDL i TG w osoczu. Jak dotąd był to jedyny wynik ujawniający związek między stężeniem ANGPTL3 w osoczu a ryzykiem CAD , sugerujący, że ANGPTL3 może wpływać na postęp CAD w sposób niezależny, poza swoją funkcją w kontrolowaniu metabolizmu lipidów.

Poza właściwością hamowania LPL, ANGPTL3 może również tłumić aktywność EL , co mogłoby tłumaczyć zjawisko obniżonego poziomu HDL-C u myszy z niedoborem Angptl3 oraz u osób niosących mutację LOF w ANGPTL3. Jednak dane Stitziela opublikowane w 2017 roku wykazały, że u 20 092 osób, nosicieli mutacji LOF w ANGPTL3 wykazywało 5,2% obniżenie poziomu HDL-C . Tymczasem Deway również przedstawił wynik, że u 45 036 uczestników badania DiscovEHR poziom HDL-C obniżył się o około 6,1% u nosicieli mutacji LOF w ANGPTL3 . Tak więc, biochemiczny mechanizm i związek między ANGPTL3 i EL pozostaje nieuchwytny.

Współpraca między ANGPTL3 i ANGPTL8 w kontrolowaniu metabolizmu lipidów

Zarówno ANGPTL3, jak i ANGPTL8 są białkami wydzielanymi i wykazują efekt hamowania hydrolizy TG w osoczu, indukowanej przez LPL. Współekspresja z ANGPTL3 może znacznie zwiększyć wydzielanie ANGPTL8. W kilku badaniach sprawdzano, czy te dwa białka ANGPTL mogą oddziaływać na siebie w celu regulacji aktywności LPL. Stwierdzili oni, że ANGPTL3 i ANGPTL8 mogą współpracować w regulacji poziomu TG w osoczu. Jak wspomniano wcześniej, nadekspresja Angptl3 i Angptl8 odpowiednio może zarówno prowadzić do dramatycznie zwiększonego poziomu TG w surowicy u myszy, jednak Quagliarini stwierdził, że w Angptl3-/- myszy, Angptl8 wydaje się być nieaktywny, podczas gdy w obecności Angptl3, Angptl8 może zmniejszyć aktywność LPL bardziej skutecznie. Przeciwnie, w przypadku braku ANGPTL8, zdolność ANGPTL3 do podnoszenia poziomu TG w osoczu zmniejszyła się łagodnie. W innym badaniu Chi również zaobserwował, że ANGPTL3 lub ANGPTL8 sam mógł hamować LPL tylko w stężeniach, które znacznie przekraczały poziomy fizjologiczne, zwłaszcza gdy LPL był związany ze swoim receptorem komórek śródbłonka GPIHBP1. Jednakże ANGPTL8 może promować zdolność ANGPTL3 do hamowania LPL, ale tylko wtedy, gdy te dwa białka były współekspresjonowane w tej samej komórce 293 T . Badania interakcji białek w tym badaniu ujawniły również, że ANGPTL8 znacznie zwiększył zdolność ANGPTL3 do wiązania LPL, wskazując, że fizyczna interakcja między ANGPTL3 i ANGPTL8 może powodować tę funkcjonalną współpracę.

Indeed, badania biochemiczne wykazały, że ANGPTL3 i ANGPTL8 mogą być co-immunoprecipitated w osoczu myszy lub w medium hodowlanym komórek wyrażających oba białka . Intensywne dochodzenie zostało wykonane przez Hallera i niektóre dowody zostały dostarczone w celu sprawdzenia, czy ANGPTL3 musi utworzyć kompleks z ANGPTL8, aby uczynić siebie bardziej aktywnym w hamowaniu LPL. Używając zmutowanej formy ANGPTL3, której brakuje aktywności hamującej LPL, Haller wykazał, że aktywność ANGPTL3 nie jest wymagana dla jej zdolności do aktywacji ANGPTL8, a koekspresja Angptl3 i Angptl8 może prowadzić do znacznie skuteczniejszego wzrostu TG u myszy niż sama Angptl3, co sugeruje, że główna aktywność hamująca tego kompleksu pochodzi od ANGPTL8. Przeciwciało do C-końca ANGPTL8 może odwrócić hamujący wpływ ANGPTL8 na LPL w obecności ANGPTL3. Przeciwciało nie zakłóciło kompleksu ANGPTL8-ANGPTL3, ale znajduje się w pobliżu motywu hamującego LPL w N-końcu ANGPTL8. Łącznie dane te sugerują, że ANGPTL3 może służyć jako partner wiążący i aktywator ANGPTL8, a ANGPTL8 może promować własną zdolność do hamowania LPL i zwiększa poziom TG w osoczu w obecności ANGPTL3.

.