Τα συστατικά στοιχεία του συστήματος λιπιδίων και λιποπρωτεϊνών ως κεντρικοί ρυθμιστές στην εμφάνιση της παχυσαρκίας και της μη αλκοολικής λιπώδους νόσου του ήπατος σε πειραματικά μοντέλα ποντικών

• Main Author: Καραβία, Ελένη
• Other Authors: Κυπραίος, Κυριάκος
• Language: gr
• Published: 2013
• Subjects: Μη αλκοολική λιπώδης νόσος του ήπατος; Παχυσαρκία; 571.944; Non alcoholic fatty liver disease; Obesity
• Online Access: http://hdl.handle.net/10889/6232

Στην παρούσα εργασία, μελετήσαμε την συνεισφορά των μεταβολικών μονοπατιών της HDL και των χυλομικρών/VLDL στην εμφάνιση της παχυσαρκίας, στις διαταραχές του μεταβολισμού της γλυκόζης, στην εναπόθεση των τριγλυκεριδίων στο ήπαρ και στην ανάπτυξη της διατροφικά επαγόμενης μη αλκοολικής λιπώδους νόσου του ήπατος (NAFLD). Έτσι, επιλέξαμε να εστιάσουμε στην μελέτη των απολιποπρωτεϊνών Α-Ι (apoA-I) και Ε (apoE) και του ενζύμου λεκιθινο-χοληστερολική ακυλοτρανσφεράση (LCAT). Η apoA-I αποτελεί το κύριο συστατικό των υψηλής πυκνότητας λιποπρωτεϊνών (HDL) και είναι υπεύθυνη για την σύνθεση τους, η LCAT εστεροποιεί την ελεύθερη χοληστερόλη των λιποπρωτεϊνών του πλάσματος και ευθύνεται για το σχηματισμό των ώριμων σωματιδίων HDL και η apoE συμμετέχει στον καταβολισμό των υπολειμμάτων των χυλομικρών, των πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεϊνών (VLDL) και των χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεϊνών (LDL) από την κυκλοφορία καθώς και στην de novo βιογένεση της HDL. Προκειμένου να μελετηθεί ο ρόλος αυτών των μορίων στις παραπάνω μεταβολικές διαταραχές, μελετήσαμε πειραματικά μοντέλα ποντικών με έλλειψη στα γονίδια αυτά. Συγκεκριμένα, ομάδες ποντικών με έλλειψη στο γονίδιο που κωδικοποιεί την apoA-I (apoA-I-/-), την LCAT (LCAT-/-), την apoE (apoE-/-) αλλά και μια ομάδα ποντικών που εκφράζουν το πλήρες γονιδίωμα (C57BL/6) τέθηκαν σε δίαιτα πλούσια σε λιπαρά (δίαιτα δυτικού τύπου) για 24 εβδομάδες και πραγματοποιήθηκαν ιστολογικές, βιοχημικές και κινητικές αναλύσεις. Στα apoA-I-/- ποντίκια παρατηρήθηκε αύξηση του σωματικού βάρους, έντονη συσσώρευση τριγλυκεριδίων στο ήπαρ, διαταραγμένη ιστολογική εικόνα του ήπατος και ανάπτυξη διατροφικά επαγόμενης NAFLD όπως, επίσης, παρουσίασαν ανοχή στη γλυκόζη και αντίσταση στην ινσουλίνη. Επιπλέον, η ποσοτικοποίηση του mRNA των γονιδίων FASN, DGAT-1 και PPAR-γ απέκλεισε την de novo σύνθεση των λιπαρών οξέων και των τριγλυκεριδίων σαν πιθανή αιτία της εμφάνισης της νόσου στα apoA-I-/- ποντίκια. Παρόμοια το μεταβολικό προφίλ δεν ανέδειξε σημαντικές διαφορές στην ενεργειακή δαπάνη μεταξύ των apoA-I-/- και των C57BL/6 ποντικών. Επίσης, παρατηρήθηκε ενισχυμένη εντερική απορρόφηση, ταχύτερη κάθαρση των μεταγευματικών τριγλυκεριδίων από την κυκλοφορία και μειωμένη ταχύτητα ηπατικής έκκρισης των πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεϊνών (VLDL) σε σχέση με την ομάδα ελέγχου. Γονιδιακή μεταφορά της apoA-IMilano μέσω αδενοϊού σε apoA-I-/- ποντίκια που έλαβαν δίαιτα δυτικού τύπου για 12 εβδομάδες, είχε ως αποτέλεσμα την μείωση της συγκέντρωσης των ηπατικών τριγλυκεριδίων και την βελτίωση της ιστολογικής εικόνας και αρχιτεκτονικής του ήπατος. Τα ποντίκια αυτά λόγω της έλλειψης της apoA-I δεν συνθέτουν HDL, επομένως η απουσία της HDL σε συνδυασμό με δίαιτα πλούσια σε λιπαρά οδηγεί στην εμφάνιση παχυσαρκίας, διαταραχών στο μεταβολισμό της γλυκόζης και NAFLD. Για να αξιολογήσουμε τη συνεισφορά της ποιότητας της HDL στην εμφάνιση των παραπάνω διαταραχών, μελετήσαμε LCAT-/- ποντίκια που διαθέτουν ¨ανώριμη¨ δισκοειδή HDL. Όπως και στα ποντίκια που δεν εκφράζουν την apoA-I, έτσι και σε αυτή την ομάδα παρατηρήθηκε σημαντική διατροφικά επαγόμενη εναπόθεση τριγλυκεριδίων στο ήπαρ και διαταραγμένη ιστολογική εικόνα και αρχιτεκτονική του ήπατος. Αντιθέτως στα ποντίκια αυτά παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση του σωματικού βάρους σε σχέση με την ομάδα ελέγχου. Επιπλέον, τα LCAT-/- ποντίκια δεν παρουσίασαν διαταραχές στο μεταβολισμό της γλυκόζης ενώ οι κινητικές αναλύσεις έδειξαν ότι η απουσία της LCAT σχετίζεται με αυξημένη εντερική απορρόφηση των διατροφικών λιπιδίων, ταχύτερη κάθαρση των μεταγευματικών τριγλυκεριδίων και μειωμένη ταχύτητα ηπατικής έκκρισης των VLDL σε σχέση με τα C57BL/6 ποντίκια. Γονιδιακή μεταφορά της LCAT μέσω αδενοϊού σε LCAT-/- ποντίκια που έλαβαν δίαιτα δυτικού τύπου για 12 εβδομάδες, είχε ως αποτέλεσμα την σημαντική μείωση της συγκέντρωσης των ηπατικών τριγλυκεριδίων και την βελτίωση της ιστολογικής εικόνας και αρχιτεκτονικής του ήπατος. Τα μέχρι τώρα δεδομένα μας λοιπόν υποδεικνύουν πως το μεταβολικό μονοπάτι της HDL είναι κεντρικός ρυθμιστής διαδικασιών σχετιζόμενων με την εναπόθεση διατροφικών τριγλυκεριδίων στο ήπαρ και την εμφάνιση NAFLD. Επιπλέον, τα αποτελέσματα μας υποστηρίζουν πως η συνύπαρξη μειωμένης και πιθανόν δυσλειτουργικής HDL μαζί με NAFLD σε ασθενείς με μεταβολικό σύνδρομο δεν είναι μια απλή σύμπτωση αλλά υποδηλώνει μία ισχυρή μηχανιστική συσχέτιση ανάμεσα στις δύο αυτές καταστάσεις. Προκειμένου να μελετηθεί ο ρόλος του μεταβολικού μονοπατιού των χυλομικρών, μελετήσαμε ποντίκια με έλλειψη στην apoE τα οποία καταβολίζουν βραδέως τα διατροφικά λιπίδια. Τα apoE-/- ποντίκια αντιστάθηκαν στην παχυσαρκία και στην εμφάνιση της διατροφικά επαγόμενης NAFLD σε σχέση με τα C57BL/6 ποντίκια. Επίσης, δεν παρουσίασαν διαταραχές στο μεταβολισμό της γλυκόζης και οι κινητικές αναλύσεις έδειξαν ότι είχαν βραδύτερη κάθαρση των μεταγευματικών τριγλυκεριδίων από την κυκλοφορία του αίματος. Θέλοντας να ερευνήσουμε και το ρόλο του υποδοχέα της LDL, πραγματοποιήθηκε μια σειρά ανάλογων πειραμάτων σε LDLr-/- ποντίκια που έλαβαν δίαιτα δυτικού τύπου για 24 εβδομάδες. Τα LDLr-/- ποντίκια είχαν σημαντική συσσώρευση τριγλυκεριδίων στο ήπαρ και NAFLD προτείνοντας ότι η ηπατική συσσώρευση τριγλυκεριδίων μέσω της apoE είναι μια διαδικασία ανεξάρτητη από τον LDLr. Τα ευρήματα μας προτείνουν ένα νέο ρόλο κλειδί για την apoE ως ένας περιφερικός συντελεστής στην ομοιόσταση των ηπατικών λιπιδίων και στην ανάπτυξη της διατροφικά επαγόμενης NAFLD. Επιπλέον, δείχνουν ότι οι διαταραχές στο μεταβολικό μονοπάτι των χυλομικρών σχετίζονται άμεσα με την εμφάνιση της NAFLD. Συμπερασματικά, το μεταβολικό σύστημα λιπιδίων και λιποπρωτεϊνών φέρεται να κατέχει κεντρικό ρόλο στην εναπόθεση ηπατικών τριγλυκεριδίων και στην εμφάνιση της NAFLD. === In the present study, we investigated the contribution of HDL and the clylomicron/VLDL pathways in the development of obesity, glucose metabolism and diet-induced non alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Thus, we chose to study apolipoproteins A-I (apoA-I) and E (apoE), as well as the enzyme lecithin:cholesterol acyltransferase (LCAT). ApoA-I is the main protein of high density lipoprotein (HDL) and is responsible for it’s synthesis, LCAT esterifies the free cholesterol of plasma lipoproteins and forms mature particles of HDL and apoE participates in the catabolism of chylomicrons, very low density lipoproteins (VLDL) and low density lipoproteins (LDL) and also participates in the de novo biogenesis of HDL. In an attempt to study the role of all these particles in the development of diet-induced NAFLD, apoA-I deficient, LCAT deficient, apoE deficient and control C57BL/6 mice were fed western-type diet (17.3% protein, 48.5% carbohydrate, 21.2% fat, 0.2% cholesterol, 4.5Kcal/g) for 24 weeks and their sensitivity towards NAFLD was assessed by histological and biochemical methods. ApoA-I deficient (apoA-I-/-) mice showed increased body weight, increased diet-induced hepatic triglyceride deposition and disturbed hepatic histology while they exhibited reduced glucose tolerance and insulin sensitivity. Quantification of FASN, DGAT-1, and PPARγ mRNA expression suggested that the increased hepatic triglyceride content of the apoA-I-/- mice was not due to de novo synthesis of triglycerides. Similarly, metabolic profiling did not reveal differences in the energy expenditure between the two mouse groups. However, apoA-I-/- mice exhibited enhanced intestinal absorption of dietary triglycerides, accelerated clearance of postprandial triglycerides, and a reduced rate of hepatic VLDL triglyceride secretion. In agreement with these findings, adenovirus-mediated gene transfer of apoA-IMilano in apoA-I-/- mice fed western-type diet for 12 weeks resulted in a significant reduction in hepatic triglyceride content and an improvement of hepatic histology and architecture. In order to evaluate the contribution of HDL quality in the development of the metabolic disturbances described above, we studied LCAT-/- mice which have immature discoidal HDL circulating in the plasma. Similarly to apoA-I-/- mice, in the LCAT-/- group we observed increased diet-induced hepatic triglyceride deposition and impaired hepatic histology and architecture. In contrast hoewever, these mice gained significantly more body weight, compared to the control group though they did not develop disturbances in their plasma glucose metabolism. Mechanistic analyses indicated that LCAT deficiency was associated with enhanced intestinal absorption of dietary triglycerides, accelerated clearance of postprandial triglycerides, and a reduced rate of hepatic very low density lipoprotein triglyceride secretion. No statistical difference in the average daily food consumption between mouse strains was observed. Adenovirus-mediated gene transfer of LCAT in LCAT-/- mice that were fed western-type diet for 12 weeks resulted in a significant reduction in hepatic triglyceride content and a great improvement of hepatic histology and architecture. Taken together, these data suggested that HDL metabolic pathway is a central modulator of processes associated with diet-induced hepatic lipid deposition and NAFLD development. Furthermore, our results sypport that the the coexistence of reduced and possibly dysfunctional HDL with NAFLD in patients with metabolic syndrome is not a mere coincidence, rather indicates a strong mechanistic link between these two conditions. In order to study the role of the chylomicron metabolic pathway, we employed apoE-deficient mice, which show a very slow catabolism of dietary lipids. Our data indicate that the apoE-/- mice are resistant to obesity and to diet-induced NAFLD compared to control C57BL/6 mice and they don’t reveal disturbances in the glucose metabolism. In an attempt to identify the molecular basis for this phenomenon biochemical and kinetic analyses revealed that apoE-/- mice displayed a significantly delayed post-prandial triglyceride clearance from their plasma. In contrast to apoE-/- mice, LDLr-/- mice fed western-type diet for 24 weeks developed significant accumulation of hepatic triglycerides and NAFLD suggesting that the apoE-mediated hepatic triglyceride accumulation in mice is independent of the LDLr. Our findings suggest a new role of apoE as key peripheral contributor to hepatic lipid homeostasis and the development of diet-induced NAFLD. Furthermore, they show that the disturbances in the metabolic pathway of chylomicron are related, directly, with the development of NAFLD. Overall, our findings reinforce our initial hypothesis that the transport of dietary lipids from the intestine to the liver plays a central role to the deposition of triglycerides in the liver and the development of NAFLD.