PCSK9: BIOLOGICAL ACTIVITY REGULATION AND CONNECTION WITH LIPID AND CARBOHYDRATE METABOLISM

Full Text

Введение Пропротеиновая конвертаза субтилизин- кексинового типа 9 (PCSK9) представляет собой сериновую протеазу, участвующую в регуляции катаболизма липопротеидов низ- кой плотности (ЛПНП) за счет связывания с рецепторами липопротеидов низкой плотно- сти (ЛПНПР) и направления их в лизосомы для дальнейшего разрушения, что приводит к уменьшению захвата частиц ЛПНП из крови. С момента открытия PCSK9 в 2003 году было установлено, что она может быть мишенью для снижения уровня холестерина и, таким обра- зом, способствовать снижению риска сердечно- сосудистых заболеваний (ССЗ). [1] По резуль- татам генетических исследований были опреде- лены полиморфизмы PCSK9, которые значимо влияют на риск ССЗ. Так, оказалось, что мутации «утраты функции» (loss-of-function, LOF) обладают защитным действием в отношении развития атеросклероза, в то время как «мута- ции приобретения функции» (gain-of-function, GOF) обычно приводят к развитию семейной гиперлипидемии (СГ) и повышенному риску ССЗ. [2] Стало понятно, что ингибирование PCSK9 с последующим снижением скорости разрушения ЛПНПР может быть полезным с точки зрения изменения обмена холестерина и предотвращения ССЗ. Ингибиторы PCSK9 - это новый класс препаратов для пациентов с дислипидемией, в особенности для тех, кто имеет резистентность к статинам или в тяже- лых случаях дислипидемии, такой как СГ. [3] Изучение регуляции обмена PCSK9 и его связи с питанием представляет особый интерес с точки зрения воздействия на риск ССЗ. Целью данного обзора является освещение известной на данной момент информации о метаболизме PCSK9 и его связи с питанием, а также опре- деление направлений для дальнейшего иссле- дования роли питания в регуляции обмена PCSK9, apoB липопротеинов и риска ССЗ. PCSK9 и обмен холестерина Активность и секреция PCSK9 напрямую связаны с обменом холестерина в организме. [4] Концентрация PCSK9 в плазме крови прямо пропорционально зависит от суточного изме- нения концентрации холестерина и ЛПНП в крови [5]. В целом, увеличение экспрессии мРНК PCSK9 приводит к повышению скорости разрушения ЛПНПР, что приводит к уменьше- нию захвата богатых холестерином апоВ липо- протеинов и увеличению концентрации холе- стерина ЛПНП в плазме крови [6]. Синтез PSCK9 регулируется ядерными фак- торами транскрипции, которые носят название белков, связывающих стерол-регулирующий элемент (SREBP) 2 и SREBP1c. Эти гены акти- вируют белки, задействованные в биосинтезе холестерина и обмене жирных кислот соответ- ственно [7-9]. Проксимальный промотор гена PCSK9 содержит стерол-регулирующий эле- мент, чувствительный к изменениям внутри- клеточной концентрации холестерина. Белок ЛПНПР также регулируется SREBP2, а умень- шение внутриклеточной концентрации холесте- ринапарадоксальнымобразомприводиткувели- чению транскрипции как PCSK9, так и ЛПНПР. Это ведет к увеличению захвата печенью частиц ЛПНП и апоВ, а также к параллельному усилен- ному разрушению ЛПНПР за счет PCSK9 [10, 11]. ЛПНПР также является и одним из глав- ных путей выведения белка PCSK9 из плазмы крови, что в итоге ведет к формированию реци- прокного взаимодействия, которое поддержи- вает стабильную концентрацию ЛНПН. Сле- довательно, реципрокная связь между ЛПНПР и PCSK9 может рассматриваться как обрат- ный регуляторный механизм для поддержа- ния обмена холестерина и постоянной концен- трации ЛПНП. Нарушение этого равновесия в обмене холестерина, как, например, у людей с повышенной экспрессией PCSK9, ведет к повы- шению содержания ЛПНП в плазме крови из-за усиленного разрушения ЛПНПР и снижению выведения частиц апоВ из плазмы крови, что впоследствии увеличивает риск развития ССЗ [12-14]. На данный момент остается не до конца ясной связь между концентрацией PCSK9 в плазме и активностью самого белка. При голо- дании около 30% плазменной PCSK9 связано с апоВ100 частиц ЛПНП. Известно, что ЛПНП- связанная PCSK9 обладает ограниченной спо- собностью связывания с доменом эпидермаль- ного фактора роста А ЛПНПР [15, 16]. Также сложности создает и тот факт, что PCSK9 цир- кулирует не только в виде зрелого мономерного белка, но и в форме, расщепленной фурином [17]. Неизвестно, имеет ли расщепленная фури- ном форма PCSK9 меньшую способность к рас- щеплению ЛПНПР. Более того, в большинстве исследований не различают эти две формы цир- кулирующей PCSK9 [18, 19]. Таким образом, определение концентрации PCSK9 в плазме не всегда может отражать активность данного белка в отношении разрушения ЛПНПР, а также неясно, влияет ли это напрямую на экс- прессию ЛПНПР. Обмен веществ и обмен PCSK9 Известно, что концентрация белка PCSK9 в плазме крови, а также экспрессия гена PCSK9 в тканях, регулируется в зависимости от различ- ных состояний обмена веществ, в том числе при голодании и насыщении. По данным несколь- ких исследований понятно, что концентрация PCSK9 снижается при голодании в течение 24 часов. Это снижение уровня PCSK9 при голо- дании, вероятно, обусловлено снижением раз- рушения ЛПНПР и увеличением захвата апоВ липопротеинов, что согласуется со снижением уровня общего холестерина в крови, а также общего уровня апоВ и триглицеридов при голо- дании [20, 21]. Биосинтез холестерина и PCSK9 совместно регулируется внутриклеточной концентрацией холестерина и SREBP2 [5]. В случае голодания снижается экспрессия белка SREBP2, что ведет к снижению синтеза холестерина, а также умень- шению транскрипции PCSK9 [5, 22]. В итоге наблюдается снижение скорости разрушения ЛПНПР, что способствует захвату обогащен- ных холестерином частиц апоВ липопротеинов. Но поскольку концентрация PCSK9 в плазме крови напрямую не зависит от скорости биосин- теза холестерина, её регуляция, очевидно, зави- сит не только от SREBP2, но и от других факто- ров обмена веществ. Ядерные факторы транскрипции и регуля- ция PCSK9 при голодании Концентрация PCSK9 в плазме крови при голодании оказалась прямо пропорциональна концентрации инсулина [23-25]. Голодание также приводит к снижению уровня инсулина с одновременным повышением концентрации глюкагона. В то же время, введение глюкагона приводит к снижению экспрессии SREBP2 в печени и экспрессии мРНК PCSK9. Уменьше- ние экспрессии мРНК PCSK9 (-75%) при введе- нии глюкагона привело к вдвое меньшему сни- жению экспрессии мРНК SREBP2 (25-30%), что позволяет сделать выводы о том, что регуля- ция PCSK9 глюкагоном (и другими связанными факторами) может быть не зависима от регуля- ции SREBP2 [26]. Печеночный ядерный фактор транскрип- ции, ядерный фактор гепатоцитов 1α (HNF1α) является общепризнанным регулятором секре- ции инсулина. При продленном голодании (48 часов) экспрессия белка HNF1α, но не его мРНК, снижается [27]. Ген PCSK9 имеет кон- сервативный HNF1α связывающий участок, расположенный на расстоянии 28 пар азотистых оснований выше сайта стерол-регулирующего элемента промотора PCSK9, а уменьшение кон- центрации белка PCSK9 ведет к уменьшению количества транскрибируемого белка PCSK9 [28]. В данный процесс также могут быть вовле- чены клеточные сигнальные пути, задействую- щие комплекс 1 серин/треониновой протеинки- назы механистической мишени для рапамицина (mTOR) [29]. Таким образом, при голодании снижение экспрессии PCSK9 может задейство- вать пути, связанные с HNF1α и комплексом mTOR. Экспрессия ядерного фактора транс- крипции PPARα также повышается при голода- нии, а он, в свою очередь, является медиатором обменных путей жирных кислот (ЖК). Фено- фибрат (агонист PPARα) снижает экспрессию мРНК PCSK9 за счет уменьшения активности промотора PCSK9 в гепатоцитах человека [30]. Можно сделать вывод о том, что SREBP2 является основным ядерным фактором транс- крипции, влияющим на регуляцию PCSK9 при голодании. Однако SREBP1c и HNF1α также способствуют уменьшению экспрессии PCSK9 при голодании (Рис. 1). Связь PCSK9, обмена глюкозы, инсулино- резистентности и сахарного диабета Известно, что обмен PCSK9 регулируется по сигнальному пути SREBP1c, однако есть дока- зательства того, что он не зависит от измене- ний концентрации глюкозы в крови. Это под- тверждается данными нескольких исследова- ний, в том числе на изолированных гепатоци- тах, у которых экспрессия мРНК не менялась в зависимости от уровня глюкозы, а у PCSK9-/- мышей обмен глюкозы был не нарушен [31, 32]. Однако в еще одном исследовании на PCSK9-/- мышах наблюдалось снижение толерантности к глюкозе. У этих мышей отмечено менее значи- тельное повышение уровня инсулина в крови после еды и более высокий уровень глюкозы после перорального введения глюкозы [33]. И наоборот, у пациентов с LOF вариантом PCSK9 обмен глюкозы не нарушен [34]. В исследова- нии ODYSSEY MONO повышение уровня глю- козы в плазме во время голодания наблюда- лось у пациентов в ответ на введение алироку- маба, в отличие от эзетимиба. Но у всех боль- ных наблюдался повышенный уровень глюкозы при первичном определении, и не наблюдалось отличий в уровне глюкозы или гликозилирован- ного гемоглобина на протяжении исследования, продолжавшегося в течение 24 недель [35]. Влияние на PCSK9 питания и постпранди- ального уровня липидов Постпрандиальная концентрация PCSK9 в плазме крови остается неизменной после приема пищи, богатой жирами (85% жиров, содержа- щих 35 г насыщенных жирных кислот (НЖК), 30 г мононенасащенных ЖК (МЖК), 15 г поли- ненасыщенных ЖК (ПЖК) и 88 г холестерина) у здоровых наблюдаемых [36]. Однако у носите- лей LOF мутаций PCSK9 концентрация PCSK9 снижалась до очень низких или неопределяемых значений после приема пищи, богатой жирами. Уровень PCSK9 в сыворотке крови у носителей LOF вариантов PCSK9 снижается в большей сте- пени по сравнению с неносителями (-24% против Рис. 1. Механизм регуляции экспрессии PCSK9 в печени и концентрации в плазме во время голодания. Рис. 2. Механизмы регуляции печеночной экспрессии и концентрации PCSK9 в плазме,связанные с питательными веществами. -16% соответственно). Можно предположить, что прием пищи, богатой жирами у носителей LOF мутаций PCSK9 приводит к большему сни- жению секреции PCSK9, что ведет к повышению экспрессии ЛПНПР и снижению концентрации PCSK9 и апоВ липопротеинов в плазме. Состав пищи, обогащенной жирами, может играть роль в регуляции активности PCSK9 и её концентра- ции в плазме крови, так как холестерин и разные ЖК оказывают различное влияние на эти регу- ляторные пути (Рис. 2). Биоактивность МЖК и омега-6 и омега-3 ПЖК и их влияние на PCSK9 В ряде исследований было показано, что омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты (ПЖК) снижают экспрессию PCSK9 в печени. АМФ-активируемая протеинкиназа (АМФК) представляет собой чувствительный к количе- ству энергии фермент, который при фосфорили- ровании ингибирует процессинг SREBP и, сле- довательно, ведет к снижению транскрипциии генов-мишеней SREBP [37]. Таким образом, вероятно, что омега-3 ПЖК за счет изменения фосфорилирования АМФК влияют на ядер- ную транслокацию SREBP2 и ведут к умень- шению транскрипции соответствующих генов- мишеней SREBP2, в частности PCSK9 (Рис. 2). Более того, отмечено что при питании, обога- щенном омега-6 ПЖК, преимущественно лино- левой (18:2) и МЖК (18:1 омега-9; Средиземно- морская диета) наблюдается снижение концен- трации PCSK9 в плазме крови у здоровых людей с избыточным весом, а это, в свою очередь свя- зано со снижением уровня маркеров воспаления, таких как рецептор 2 фактора некроза опухоли (TNF) и рецептор А интерлейкина 1 (IL1) [38, 39]. Поэтому можно предполагать, что воспа- ление способствует повышению концентрации PCSK9 за счет SREBP2-опосредованных путей, а эти длинные ненасыщенные ЖК являются лигандами для ядерных мишеней транскрипции SREBP1c и PPARα [40, 41]. Было продемон- стрировано, что ПЖК активируют PPARα, что приводит к снижению активности промотора PCSK9 и экспрессии SREBP1c за счет пече- ночного рецептора Х в гепатоцитах человека. Уменьшение воспаления может приводить к уменьшению активности SREBP2, печеночного рецептора Х или PPARα, что впоследствии сни- жает экспрессию и концентрацию белка PCSK9 [38]. У больных же с ожирением повышенное содержание НЖК в пище ведет к повышению концентрации PCSK9 в плазме [38]. НЖК обла- дают провоспалительным действием, что ведет к увеличению экспрессии PCSK9 и SREBP2, что в свою очередь, приводит к росту транскрип- ции PCSK9. Таким образом, изменения в жиро- вом составе пищи могут влиять на сигнальные пути воспаления, что отражается на концентра- ции PCSK9. Более того, показано, что при кли- ническом обследовании носителей LOF вари- анта PCSK9 R46L у них имелось значительное снижение количества разновидностей жиросо- держащих веществ по сравнению с группой кон- троля (16:0- и 18:0- жиросодержащих веществ, включая эфиры холестерина, содержащие паль- митиновую и стеариновую кислоты гликозил/ галактозилцерамид, лактозилцерамид, и другие разновидности церамидов) [42]. Необходимы дальнейшие исследования для уточнения кли- нического и метаболического значения измене- ний PCSK9 и липидного профиля, а также того, каким образом это отражается на риске ССЗ и других состояниях. Таким образом, PCSK9 регулируется состо- янием обмена веществ и особенностями пита- ния. В случае голодания концентрация PCSK9 в плазме крови снижается и это, вероятно, свя- зано со снижением уровня инсулина и актив- ности SREBP1 и SREBP2 или же снижением уровня белка HNF1α. Изменения в питании, ведущие к снижению сывороточной концен- трации PCSK9 также достоверно снижают кон- центрацию липидов в крови, что в полной мере относится к Средиземноморской диете, богатой МЖК и омега-3 ПЖК. Эти ЖК могут снижать уровень PCSK9 за счет своего противовоспалительного действия или за счет фосфорилиро- вания АМФК- и PPARα- опосредованных сиг- нальных путей. Также известно, что при пита- нии, связанном с отрицательным влиянием на обмен жиров и глюкозы, как в случае Запад- ной диеты и диеты, обогащенной фруктозой, наблюдается повышение концентрации PCSK9, что может нарушать выведение частиц апоВ из крови и повышать риск ССЗ в случае такого питания [36, 43]. Заключение Механизмы регуляции биологической актив- ности PCSK9 находятся в тесной и сложной вза- имосвязи с обменом жиров и углеводов в орга- низме, однако всё еще активно исследуются.

About the authors

A O Averkova

Email: avek@mail.ru

References

Supplementary files