Metabolismo y funcionalidad de HDL en un modelo murino (db/db) de diabesidad y efectos de la sobreexpresión de apolipoproteína A-I humana

Abstract

Numerosos estudios experimentales revelan una relación causal entre HDL y el riesgo de arteriosclerosis; de ahí, el interés en el desarrollo de diferentes estrategias basadas en la hiperexpresión de su principal apolipoproteína, (apo)A-I, para su prevención y tratamiento. Datos previos en humanos y modelos experimentales sugieren que las propiedades antiaterogénicas de las HDL se encuentran alteradas en obesidad y diabetes. El presente trabajo se centró en el estudio de las propiedades antiaterogénicas más importantes atribuidas a las HDL (ie, transporte reverso de colesterol específico de macrófagos in vivo -TRC-m-, y actividad antioxidante y antiinflamatoria) en un modelo animal de obesidad, el ratón db/db, y el impacto de la sobreexpresión de apoA-I humana (hA-I) sobre dichas propiedades. Los ratones db/db presentaron un aumento en los niveles plasmáticos de colesterol, principalmente debido a su aumento en HDL. El análisis cuantitativo y cualitativo de HDL reveló alteraciones en su tamaño y composición, y su catabolismo se encontró disminuido. Los estudios metabólicos en ratones db/db también revelaron una acumulación hepática del colesterol transportado por HDL y una eliminación de colesterol fecal disminuida, lo que se asoció con una disminución en la expresión génica de los transportadores de colesterol (ie, Abcg5 y Abcg8) y de ácidos biliares (ie, Bsep). Además de Abcg5 y Abcg8, la expresión de otras dianas moleculares de LXR también se encontró disminuida, sugiriendo que esta vía de señalización estaría comprometida en estos ratones. El análisis del TRC-m arrojó resultados similares a los alcanzados en la evaluación del metabolismo de HDL. La activación de LXR contribuyó a rescatar parcialmente el TRC-m en los ratones db/db, en concomitancia con un aumento en la expresión hepática de Abcg5 y Abcg8. Otras de las funciones ateroprotectoras más importantes de HDL analizadas ex vivo (ie, capacidad antioxidante y antiinflamatoria) también se encontraron alteradas en estos ratones. La sobreexpresión de hA-I en ratones transgénicos y en db/db (ie, db/db-hA-I) resultó en un aumento de los niveles plasmáticos de HDL y en cambios en su composición. También aumentó el TRC-m, en parte debido a un aumento combinado en la capacidad del plasma en promover el eflujo de colesterol desde macrófagos y su eliminación fecal, lo que coincidió con un restablecimiento de la expresión génica de los transportadores Abcg5 y Abcg8, principalmente involucrados en regular el tráfico de colesterol de hígado a heces. Sin embargo, dicho aumento no previno, incluso aumentó la esteatosis hepática en ratones db/db-hA-I en comparación con los ratones db/db. Por otro lado, aunque no se observaron cambios en la capacidad de HDL de los ratones db/db-hA-I de proteger de la oxidación a LDL, la resistencia de sus HDL a ser oxidadas sí aumentó, así como su capacidad antiinflamatoria. En conclusión, las principales propiedades funcionales ateroprotectoras de las HDL se encontraron comprometidas en el ratón db/db, principalmente debido a alteraciones en su composición y metabolismo. Aunque la presencia de cantidades elevadas de hA-I en este modelo experimental de diabesidad resultó en una mejora del TRC-m y en la capacidad antiinflamatoria de sus HDL, ello también se asoció al empeoramiento de otras alteraciones patológicas ya existentes, como la esteatosis hepática.

A large body of experimental evidences reveals a causal inverse relationship between HDL and the risk of atherosclerostic vascular diseases. The demonstration that HDL and, its main apolipoprotein, apoA-I, exhibit favorable antiatherogenic actions has led to the development of different HDL-based strategies, such as that provided by the hyperexpression of apoA-I, for the prevention and treatment of atherosclerosis. Previous data in both humans and experimental models suggest that the antiatherogenic properties of HDL are impaired in obesity and diabetes. In this context, the main aims of the present work were to evaluate the most important anti-atherogenic properties attributed to HDL (ie, macrophage-specific reverse cholesterol transport in vivo -TRC-m-, and its anti-oxidant and anti-inflammatory activities ex vivo) in an animal model of diabesity, the db/db mouse, and the impact of overexpression of human apoA-I (hA-I) on these properties. The db/db mice showed an increase in their plasma levels of cholesterol, mainly attributed to elevated plasma levels of HDL. The quantitative and qualitative analysis of these lipoproteins revealed alterations in both their size and composition. The HDL from db/db were poorly catabolized compared with those from control mice. Metabolic studies also revealed that the HDL-related radiolabel was found to accumulate in the liver of the db/db mice, whereas the radiolabel reaching the feces was reduced compared with that of control mice. Notably, the latter finding was found further associated with a decreased expression in both the Abcg5 and Abcg8, and Bsep involved in the cholesterol and bile acid trafficking into bile, respectively. In addition to Abcg5 and Abcg8, the expression of other molecular targets of LXR was also reduced in the liver of db/db mice, suggesting that this signaling pathway could be compromised in these mice. Similar data were obtained after the evaluation of TRC-m in this model. Induction of LXR partially rescued the TRC-m in db/db mice, being the latter associated with a concomitant increase in the hepatic expression of Abcg5 and Abcg8. The other two most important atheroprotective functions attributed to HDL (ie, its anti-oxidant and anti-inflammatory capacity) were also found compromised in the db/db mice. The overexpression of hA-I in transgenic and in db/db mice (ie, db/db-hA-I) produced a striking elevation in the plasma levels of HDL in this model and in changes in the composition of their HDL. The TRC-m was also stimulated in this animal model, partly due to the combined increase in the capacity of plasma to promote cholesterol efflux from macrophages and cholesterol trafficking from the liver to feces, which coincided with a restoration of the hepatic expression of Abcg5 and Abcg8, two transporters mainly involved in modulating this process. However, such increase did not prevent, even exacerbated the hepatic steatosis in db/db-hA-I compared with db/db mice. Furthermore, the overexpression of hA-I in the db/db mice did not significantly improve the ability of their HDL to prevent LDL oxidation ex vivo, despite being less prone to oxidation than those from db/db mice, but significantly enhanced their anti-inflammatory capacity, being the latter mainly attributed to the presence of hA-I in their HDL. In conclusion, the main atheroprotective properties of HDL were hampered in the db/db mice, primarily due to alterations in their composition and metabolism. Furthermore, although the presence of hA-I in this experimental model of diabesity displayed a favorable impact on the TRC-m and improved the anti-inflammatory properties of their HDL, it also worsened other existing pathological alterations, such as hepatic steatosis.