Reversión del fenotipo obeso en ratones tratados con AAV9 que expresan la carnitina palmitoiltransferasa 1A humana en hígado

Abstract

La obesidad es una enfermedad crónica de origen multifactorial y se caracteriza por una acumulación excesiva de grasa en todo el organismo. La obesidad y los transtornos metabólicos asociados, como son la resistencia a la insulina, la diabetes mellitus tipo 2, la enfermedad cardiovascular, el cáncer y otras patologías, se han convertido en un grave problema de salud pública del siglo XXI. En los últimos años se está realizando un gran esfuerzo para entender los mecanismos fisiopatológicos de la obesidad y también en la búsqueda de nuevas estrategias terapéuticas efectivas. El hígado juega un papel clave en la homeostasis energética del organismo regulando el metabolismo lipídico y de la glucosa. En condiciones de exceso crónico de energía se produce una considerable acumulación de lípidos, alterando el metabolismo lipídico hepático que conlleva al desarrollo de la enfermedad del hígado graso, al aumento de la gluconeogénesis hepática, a la resistencia a la insulina y posteriormente a alteraciones más graves como la esteatohepatitis, la cirrosis y el carcinoma hepatocelular. Dado que un hígado graso es consecuencia de un desequilibrio entre la entrada y la salida de lípidos, nuestra hipótesis es que una intervención que estimule la oxidación hepática de los ácidos grasos (AG) dará lugar a una disminución de la esteatosis hepática y una mejora del fenotipo obeso. Estudios previos realizados por nuestro grupo y Monsenego et al. han mostrado que un aumento de la expresión de la carnitina palmitoiltransferasa 1A, enzima limitante de la entrada de los AG en la mitocondria para ser oxidados, en hígado previene la obesidad inducida por dieta grasa en ratones. Ante esos resultados prometedores y con el fin de ir dirigidos hacia una posible terapia génica de la obesidad, en este estudio hemos expresado en hígado de ratones obesos una forma humana mutada de CPT1A permanentemente activa (hCPT1AM) mediante la utilización de virus adenoasociados (AAV) del serotipo 9. Estos vectores víricos permiten un alto grado y durante largo plazo (1 año) la expresión del gen de interés. La expresión de la hCPT1AM en hígado de ratones obesos ha dado lugar a un aumento del flujo de los AG hacia la mitocondria y una mayor oxidación de dichos AG que ha conducido a: una activación de la lipólisis y la autofagia hepáticas, una mejora del metabolismo del colesterol, una disminución de la esteatosis hepática, una mejora de la sensibilidad hepática a la insulina y una disminución de la hiperglicemia, la hiperinsulinemia y el peso. Por tanto, la sobreexpresión de la hCPT1AM es capaz de revertir la obesidad y muchos de sus problemas asociados y puede ser una buena estrategia para el futuro tratamiento de la enfermedad.

Obesity is a multifactorial chronic disease, characterized by excessive accumulation of fat throughout the body. Obesity is associated with severe metabolic disorders such as insulin resistance, type 2 diabetes mellitus, cardiovascular disease, and cancer among others and has become a serious public health problem of the XXI century. Recently, a great effort has been made to understand the pathophysiological mechanisms of obesity and to find potential new effective therapeutic strategies. The liver plays a key role in regulating body energy homeostasis and lipid and glucose metabolism. In conditions of chronic energy excess, there is a considerable lipid accumulation, altering the hepatic lipid metabolism that entails the development of fatty liver disease, increased hepatic gluconeogenesis, insulin resistance and subsequently to more serious changes as steatohepatitis, cirrhosis, and hepatocellular carcinoma. Since fatty liver is caused by an imbalance between input and output of lipids, we hypothesize that an intervention that stimulates hepatic fatty acid oxidation will lead to decreased hepatic steatosis and an improved obese phenotype. Previous studies by our group and Monsenego et al. have shown that increased expression of Carnitine Palmitoyltransferase 1A (CPT1A), the key enzyme regulating the entry of fatty acids into the mitochondria to be oxidized, in the liver prevents high-fat diet-induced obesity in mice. Given these promising results and in order to target a potential gene therapy for obesity, in this study we have expressed in liver of obese mice a permanently active mutated human form of CPT1A (hCPT1AM) using adeno-associated virus (AAV) serotype 9. These viral vectors allow a long term (1 year) and a high degree of expression of the gene of interest. hCPT1AM expression in liver of obese mice resulted in increased flux of fatty acids into the mitochondria and increased fatty acid oxidation. These led to an activation of lipolysis and hepatic autophagy, an improvement in cholesterol metabolism, decreased hepatic steatosis, improved hepatic insulin sensitivity and decreased hyperglycemia, hyperinsulinemia and weight. Therefore, hCPT1AM overexpression is able to reverse obesity and many its associated derangements, being a potential effective strategy for the treatment of the disease.