Nya insikter om ANGPLT3 i kontrollen av lipoproteinmetabolismen och risken för kardiovaskulära sjukdomar

AngPTL3:s roll i lipidmetabolismen genom att störa lipoproteinclearance

Den cirkulerande nivån av TG är relaterad till lipolyshastigheten för TG-rika lipoproteiner (TRLs). Tre lipoproteinlipaser, inklusive LPL, EL och hepatisk lipas (HL), är ansvariga för lipolysen av TG i lipoprotein. Som nämnts ovan är LPL det hastighetsbegränsande enzymet som spelar en avgörande roll för lipolysen av TRL i cirkulationen, och LPL-aktiviteten i vit fettvävnad (WAT) ökar i ätande tillstånd medan den minskar i fastande tillstånd . EL, som finns i lumen i vaskulära endotelceller, är mer specifik för hydrolys av lipoproteinfosfolipider, särskilt i HDL-partiklar, snarare än TG . Tidigare resultat har visat att både LPL- och EL-aktiviteten ökade hos Angpt3-/- möss, tillsammans med ackumulering av TRL i BAT och muskler i stället för WAT. Dessa resultat tyder på att och TG i apolipoprotein importerades till BAT och muskler i stället för WAT, vilket ger bevis för att ANGPTL3 uppenbarligen kan hämma LPL- och EL-aktiviteten , förhindra att TG hydrolyseras och sedan påskynda avlägsnandet av partiklar som är rika på TG . Det fanns ingen rapport om ökad HL-aktivitet vid ANGPTL3-brist.

En fråga om mekanismen mellan ANGPTL3-brist och låga LDL-C-nivåer ställdes för flera år sedan. Eftersom LPL eller EL inte har funktionen att hydrolysa kolesterylestrar var frågan fortfarande olöst. År 2015 observerade Wang att både vildtypmöss och Ldlr-, Lrp1- eller ApoE-knockoutmöss hade nästan lika höga LDL-C-nivåer efter behandling med Angptl3-antikropp; dessutom hade varje grupp mycket på en viss nivå av minskning av LDL-C-nivåerna . Vi kunde alltså dra slutsatsen av dessa resultat att minskningen av LDL-C hos Angptl3-bristmöss inte orsakades av ökad kolesterolclearance genom LDL-receptorn. Den minskade syntesen av VLDL-C kan vara den rimliga förklaringen.

Angptl3:s roll för att påverka lipoproteinproduktionen

Flera tillvägagångssätt kan främja den hepatiska VLDL-syntesen, och det huvudsakliga tillvägagångssättet bygger på giltigheten av TG syntetiserat från tillförseln av plasma FFA från adipocyternas lipolys , VLDL och CM-rester och monosackariden som transporteras genom portalvenen . Samtidigt kan insulinsignalvägen också påverka hepatisk VLDL-syntes och sekretion på grund av insulinets direkta effekt när det gäller att minska lipideringen av TG-rika VLDL-partiklar .

Forskarna har redan funnit att hepatisk VLDL-TG-sekretion inte förändrades hos KK/Snk-möss jämfört med KK-möss av vildtyp, samtidigt visade dessa KK/Snk-möss inte heller någon signifikant skillnad i produktionshastigheterna av apolipoprotein B-100 (apoB100) och mängden utsöndrade VLDL-partiklar . Intressant nog har man i studier undersökt effekten av ANGPTL3 på lipolysen i 3 T3-L1 adipocyter och funnit att inkubation med humant ANGPTL3 kan öka frisättningen av FFA i mediet, vilket liknar effekten av epinefrin . Dessa observationer överensstämde med de rapporterade låga FFA-nivåerna hos individer med ANGPTL3 LOF-mutation. KK/Snk-möss uppvisade extremt lägre TG-koncentrationer och FFA i plasma, vilket tyder på att minskad lipidering av VLDL hos möss med ANGPTL3-brist kan orsakas av minskad tillförsel av FFA från cirkulationen till levern, vilket resulterar i en minskad mängd TG i varje VLDL-partikel. Dessutom har en annan studie där man använde sig av hepatocyter med ANGPTL3-brist funnit att tystande av ANGPTL3 kunde orsaka en förskjutning i att utnyttja monosackarider i plasma i stället för FFA , vilket också gav belägg för teorin om utspädd FFA-tillförsel till levern.

Kolesterol och andra kolesterolmetaboliter, som antingen syntetiseras av levern eller tas in från vår dagliga kost , är de naturliga liganderna för LXR . Som tidigare beskrivits kan den aktiverade LXR stimulera gallsyresekretion och lipogenesens framskridande, samtidigt som den kan främja omvänd kolesteroltransport förmedlad av HDL, vilket skyddar levern från överflödigt kolesterol . Studier har visat att syntetiska LXR-ligander och en kost med högt kolesterol kan inducera genuttrycket av hepatisk ANGPTL3 . Eftersom ANGPTL3 är ett nedströmsmål för LXR är det värt att notera att minskad tillgång till substrat kan minska den hepatiska kolesterolsyntesen, vilket resulterar i utsöndring av kolesterolfattigt VLDL hos möss med ANGPTL3-brist . Tvärtom kan låg LXR- och lågt ANGPTL3-uttryck (vid ANGPTL3-brist eller inaktivering av ANGPTL3) därför vara kopplade till en lägre kolesterolnivå i levern . Vi kan alltså av dessa resultat dra slutsatsen att minskningen av LDL-C hos Angptl3-bristmöss åtminstone delvis orsakades av den minskade syntesen av VLDL-C . Försök pågår för att ytterligare utforska mekanismens potential.

Den indirekta effekten av ANGPTL3 på lipidmetabolismen genom att störa insulinkänsligheten

Och även om ANGPTL3:s roll i lipidmetabolismen är relativt tydlig är förhållandet mellan ANGPTL3 och insulinkänsligheten fortfarande osäkert. Endast ett fåtal studier visade ANGPTL3:s roll i regleringen av insulinkänslighet och glukosmetabolism. År 2013 jämförde Rebciuc och medarbetare insulinkänsligheten hos bärare av homozygot och heterozygot LOF-mutation i ANGPTL3 med icke-bärare. De fann att plasmainsulin, glukos och HOMA-IR (homeostatic model assessment of insulin resistance) var betydligt lägre hos homozygota personer jämfört med heterozygoter och icke-bärare, vilket tyder på att homozygoter hade högre insulinkänslighet än hos heterozygoter och icke-bärare . Dessa uppgifter visade att ANGPTL3 kan påverka insulinkänsligheten och spela en roll för att modulera glukosmetabolismen hos människor. Wang et al. fann dessutom att plasmakoncentrationerna av glukos och insulin är jämförbara mellan Angptl3-/- och vildtypgenotyper hos möss, och Angptl3-/- möss uppvisade en högre upptagshastighet av deoxyglukos i WAT, BAT och hjärtat . I in vitro-studier använde de immortaliserade humana hepatocyter och fann också att ANGPTL3-brist uppenbarligen kan öka upptaget av deoxyglukos . Intressant nog var ANGPTL3:s effekt på insulin- och glukosmetabolismen ömsesidig. Data från Tikka et al. har visat att både insulin och rosiglitazon kunde minska utsöndringen av ANGPTL3 på ett dosberoende sätt, och tystande av ANGPTL3 förbättrade glukosupptaget i hepatocyter med cirka 45 % .

Baserat på det faktum att det finns en interaktion mellan ANGPTL3 och insulin, skulle vi kunna föreslå den indirekta effekten av ANGPTL3 på lipidmetabolismen genom att störa insulinkänsligheten. Samlat med dessa slutsatser kan vi spekulera i att tystnad av ANGPTL3 kan förbättra insulinkänsligheten och öka glukosupptaget och utnyttjandet av perifera organ.

Funktionen och mekanismen hos ANGPTL3 för att hämma LPL-aktivitet

Då ANGPTL3:s funktion för att hämma den katalytiska LPL-aktiviteten har påvisats väl, har forskningen undersökt mekanismen hos ANGPTL3 och LPL-aktiviteten. För det första bidrar den unika strukturen hos ANGPTL3-peptiden till den hämmande effekten av ANGPTL3. I ANGPTL3-peptidens N-terminala coiled-coil-region finns tre viktiga aminosyror, asparaginsyra, histidin och glutamin , som kan hindra LPL från att binda sig till glykosylfosfatidylinositolförankrat bindningsprotein 1 för högdensitetslipoprotein (GPIHBP1) , ett protein som uttrycks på kapillära endotelceller och som transporterar LPL till platsen i kapillärlumen. Detta framsteg kan minska LPL:s aktivitet hos människor. Dessutom fann Yau och hans grupp 2009 att ANGPTL3 kan påskynda LPL:s avvecklingsförlopp genom att främja dissociationen av katalytiskt aktiva LPL-dimerer till inaktiva LPL-monomerer, vilket leder till en uppenbar minskning av LPL-aktiviteten . De fann också att även om ANGPTL3 och ANGPTL4 hade liknande men inte identiska vägar för att minska LPL-aktiviteten, var ANGPTL3:s effektivitet när det gäller att hämma LPL mycket svagare än ANGPTL4:s . Dessutom visade Liu och hans kollega 2010 på en annan potentiell mekanism för ANGPTL3 och LPL-aktivitet. De visade att ANGPTL3 stimulerar den extracellulära klyvningen av LPL av furin, och simuleringen kan resultera i att LPL dissocieras från cellytan och att LPL:s katalytiska funktioner reduceras .

Så, genom att syntetisera alla data som nämns ovan, kan vi spekulera i att ANGPTL3 har en mycket svagare effekt på LPL än ANGPTL4. ANGPTL3:s mekanism för LPL-aktivitet kan innebära att LPL:s dimerstruktur vecklas ut och att LPL hindras från att binda till GPIHBP1. Slutligen är en viktig skillnad mellan de två proteinerna att ANGPTL3 hämmar LPL genom en endokrin väg, och effekten av ANGPTL4 på LPL kan vara genom autokrina vägar och lokala parakrina.

Funktionen av ANGPTL3 i främjandet av dyslipidemi och risken för CVD

Det finns betydande bevis som avslöjar att en förhöjd nivå av plasma LDL-C är den oberoende riskfaktorn för CVD . På senare tid har andra studier också visat att förhöjda TG-nivåer i plasma också spelar en viktig roll för utvecklingen av CVD . Om man riktar in sig på LDL-C och TG kan man effektivt förebygga utvecklingen av CVD. Eftersom både individer med LOF-mutationer i ANGPTL3 och möss med Angptl3-brist har en lipidsänkande lipoproteinprofil och minskade plasmanivåer av LDL-C och TG, kan vi spekulera i att ANGPTL3-brist kan leda till en låg risk för CVD hos människor.

Rapporten från Deway avslöjade att bärare av LOF-mutationer i ANGPTL3 hade 27 % lägre TG-nivåer och 9 % lägre LDL-C-nivåer än icke-bärare av mutationer hos 45 226 individer. Hos 13 102 personer med CVD var förekomsten av en LOF-mutation i ANGPTL3 förknippad med en 41 % lägre risk för CVD. För det andra använde författarna APOE*3 Leiden.CETP-möss för att undersöka effekterna av en monoklonal antikropp mot ANGPTL3-antikroppen, Evinacumab. Som författaren rapporterade var behandlingen med Evinacumab förknippad med en uppenbar minskning av totalkolesterolnivån och TG-nivån . Dessutom kunde Evinacumab också leda till en betydligt större minskning av arean av aterosklerotiska plack i aortakroppen . Dessa resultat är en kraftfull illustration av sambandet mellan ANGPTL3 och risken för CVD.

En annan senaste rapport är från Stitziel och hans kollegor publicerad 2017, som bekräftade det direkta sambandet mellan ANGPTL3, dyslipidemi och risken för CVD genom tre olika metoder. För det första fann Stitziel att de tre individerna, som bar homozygota mutationer i ANGPTL3, inte visade några tecken på koronar aterosklerotiskt plack jämfört med icke bärare . För det andra använde de en metaanalys för att undersöka mer än 180 000 individer, inklusive 21 980 individer med CVD, och observerade att ungefär 1 av 309 personer var heterozygot bärare av en LOF-mutation genom ANGPTL3-gensekvensering. Även om denna mutation är sällsynt hade de heterozygota bärarna ca 34 % lägre risk för CAD jämfört med icke-bärare. Det är anmärkningsvärt att en 17,3 % minskning av plasma TG och en 11,8 % minskning av LDL-C. Plasma-HDL-C minskade också med 5,2 %, även om skillnaderna inte är statistiskt signifikanta. Denna del av data avslöjade att LOF-mutationen i ANGPTL3 kan minska risken för dyslipidemi hos människor troligen via en minskning av LDL-C- och TG-nivåerna, inte HDL-C-nivåerna . Slutligen observerade forskargruppen att risken för hjärtinfarkt minskade med 29 % jämfört med den högsta tertilen av individer med den lägsta tertilen av ANGPTL3 hos 1493 patienter med CVD och 3231 kontroller, efter justering för LDL-kolesterol och TG i plasma. Hittills var detta det enda resultat som avslöjade sambandet mellan plasmakoncentrationen av ANGPTL3 och risken för CAD , vilket tyder på att ANGPTL3 kan påverka utvecklingen av CAD via en oberoende metod utöver dess funktion att kontrollera lipidmetabolismen.

Bortsett från den hämmande egenskapen för LPL kan ANGPTL3 också undertrycka aktiviteten hos EL , vilket skulle kunna förklara fenomenet för den minskade HDL-C-nivån hos möss med Angptl3-brist och hos individer som bär på LOF-mutation i ANGPTL3. Data från Stitziel som publicerades 2017 visade dock att hos 20 092 individer uppvisade LOF-mutationen i ANGPTL3-bärare 5,2 % minskning av HDL-C . Samtidigt presenterade Deway också ett resultat som visade att hos 45 036 deltagare i DiscovEHR-studien minskade HDL-C-nivån med cirka 6,1 % hos bärare av LOF-mutationen i ANGPTL3 . Således förblir den biokemiska mekanismen och förhållandet mellan ANGPTL3 och EL svårfångade.

Samarbetet mellan ANGPTL3 och ANGPTL8 vid kontroll av lipidmetabolismen

Både ANGPTL3 och ANGPTL8 är sekretade proteiner och visar en effekt av att hämma LPL-medierad plasma TG hydrolys. Co-expression med ANGPTL3 kan kraftigt öka utsöndringen av ANGPTL8 . Flera forskare har undersökt om dessa två ANGPTL-proteiner kan interagera för att reglera LPL-aktiviteten. De fann att ANGPTL3 och ANGPTL8 kunde samarbeta vid regleringen av plasma TG-nivåer . Som tidigare nämnts kunde överexpression av Angptl3 respektive Angptl8 båda leda till dramatiskt förhöjda TG-nivåer i serum hos möss, men Quagliarini fann att i Angptl3-/- möss tycks Angptl8 vara inaktivt medan Angptl8 i närvaro av Angptl3 kan minska LPL-aktiviteten mer effektivt. I avsaknad av Angptl8 minskade tvärtom ANGPTL3:s förmåga att höja TG-nivåerna i plasma lindrigt . I en annan studie observerade Chi också att ANGPTL3 eller ANGPTL8 ensamma kunde hämma LPL endast vid koncentrationer som vida översteg de fysiologiska nivåerna, särskilt när LPL var bunden till sin endotelcellsreceptor GPIHBP1. ANGPTL8 kunde dock främja ANGPTL3:s förmåga att hämma LPL, men endast när de två proteinerna samuttrycktes i samma 293 T-cell . Proteininteraktionsanalyser i denna studie visade också att ANGPTL8 kraftigt ökade ANGPTL3:s förmåga att binda LPL, vilket tyder på att en fysisk interaktion mellan ANGPTL3 och ANGPTL8 kan orsaka detta funktionella samarbete.

Biokemiska studier har nämligen visat att ANGPTL3 och ANGPTL8 kunde samimmunprecipiteras i musplasma eller i kulturmediumet hos celler som uttrycker båda proteinerna . Haller har gjort en intensiv undersökning och vissa bevis har tillhandahållits för att verifiera om ANGPTL3 måste bilda ett komplex med ANGPTL8 för att bli mer aktiv när det gäller att hämma LPL. Med hjälp av en muterad form av ANGPTL3 som saknar LPL-hämmande aktivitet visade Haller att ANGPTL3-aktivitet inte krävs för dess förmåga att aktivera ANGPTL8 , och samuttryck av Angptl3 och Angptl8 kunde leda till en mycket effektivare ökning av TG hos möss än Angptl3 ensam , vilket tyder på att den huvudsakliga hämmande aktiviteten hos detta komplex härrör från ANGPTL8. En antikropp mot ANGPTL8:s C-terminus kunde vända den hämmande effekten på LPL av ANGPTL8 i närvaro av ANGPTL3. Antikroppen störde inte ANGPTL8-ANGPTL3-komplexet men kommer i nära anslutning till det LPL-hämmande motivet i ANGPTL8:s N-terminus. Sammantaget innebar dessa data att ANGPTL3 kan fungera som en bindningspartner och aktivator för ANGPTL8 och ANGPTL8 kan främja sin egen förmåga att hämma LPL och öka plasma TG-nivåerna i närvaro av ANGPTL3.