Validación de dianas farmacológicas para la prevención y el tratamiento de la hipertrigliceridemia y el hígado graso inducidos por el consumo de fructosa líquida y dieta rica en grasa saturada

Abstract

La enfermedad del hígado graso no alcohólico es una patología sin tratamiento farmacológico específico que posee una alta prevalencia a nivel mundial, cuya etapa inicial se caracteriza por la esteatosis hepática simple. En esta tesis estudiamos dos fármacos candidatos para su tratamiento. El primero, la cafeína (CAF), sugerido por su efecto en la reducción de la infiltración de lípidos en el hígado a través de mecanismos antiinflamatorios, antioxidantes y relacionados con la autofagia y, el segundo, el ácido bempedoico (BemA), aprobado recientemente para el tratamiento de la hipercolesterolemia, que posee efectos en el hígado sobre la síntesis de ácidos grasos. Esta tesis fue dividida en tres estudios: en el estudio 1, caracterizamos un modelo animal de esteatosis hepática inducida por el consumo de una dieta alta en grasas (HFD) suplementada con fructosa líquida al 10% (HFHFr) durante tres meses en ratas hembras Sprague Dawley. A pesar de la mayor ingesta calórica, el peso corporal no varió en ratas HFD o HFHFr, debido a la inducción de termogénesis en el tejido adiposo marrón. La adición de fructosa al HFD incrementó la esteatosis hepática debido a la inhibición del catabolismo de ácidos grasos y la inducción de la DNL a través de ChREBP y SREBP, sin signos de inflamación, estrés del retículo endoplásmico o resistencia a la insulina hepática. Además, en el hígado de las ratas HFHFr, la activación de ChREBP aumentó la expresión de PNPLA3, desencadenando hipertrigliceridemia y aumentando el flujo de ácidos grasos hacia el músculo. Este efecto cambió el principal sustrato energético en el músculo, mostrado por un incremento de la β-oxidación de ácidos grasos en este tejido. En el estudio 2, analizamos el efecto de una dosis moderada de CAF (5 mg/kg), o como parte del extracto de café verde (GCE), en ratas HFHFr. Ni la CAF ni el GCE mejoraron la esteatosis hepática, sin embargo, las ratas tratadas con GCE, mostraron niveles más bajos de triglicéridos hepáticos en comparación con el grupo CAF. Los efectos diferenciales de GCE podrían estar relacionados con reducciones en la (a) fosforilación de mTOR hepático, lo que conduce a niveles más altos de lipina-1 nuclear y limita la expresión de genes lipogénicos; (b) niveles de diacilglicerol y ratio de hexosilceramida/ceramida; y (c) expresión del receptor de lipoproteínas de muy baja densidad. En el estudio 3, tratamos ratas HFHFr con BemA (30 mg/kg/día). El tratamiento mejoró la acumulación de lípidos en el hígado a través de nuevos mecanismos, además de la ya descrita inhibición de ACLY hepática: (a) disminución de DNL a través de la reducción de la expresión de la KHK hepática; b) aumento de la lipólisis por inducción de la expresión de PNPLA3, también responsable de la falta de efecto del fármaco sobre la hipertrigliceridemia; y c) aumento de la β-oxidación de ácidos grasos debido a un efecto agonista de PPARα, también observado sobre PPARγ.

Non-alcoholic fatty liver disease is a highly prevalent condition without specific pharmacological treatment, characterized in the initial stages by hepatic steatosis. In this thesis, we studied two potential candidates for its treatment. The first one, caffeine (CAF), was suggested to reduce the lipid infiltration in the liver through anti-inflammatory, antioxidative and autophagy-related mechanisms. The second, bempedoico acid (BemA), was recently approved for the treatment of hypercholesterolemia, and has effects on hepatic fatty acid synthesis. This thesis was divided into three studies: in study 1, we characterized an animal model of hepatic steatosis induced by the consumption for three months of a high- fat diet (HFD) supplemented with 10% liquid fructose (HFHFr) in female Sprague Dawley rats. Despite the higher caloric intake, the body weight did not change in HFD or HFHFr rats, due to the induction of thermogenesis in the brown adipose tissue. The addition of fructose to the HFD increased hepatic steatosis by the inhibition of fatty acid catabolism and the induction of DNL through ChREBP and SREBP activation, without signs of inflammation, endoplasmic reticulum stress or hepatic insulin resistance. Furthermore, in the liver of the HFHFr rats, ChREBP activation increases PNPLA3 expression, triggering hypertrigliceridemia, and increasing the fatty acid flux to the muscle. This changed the mean energy substrate in the muscle, showed by an increment of the fatty acid β-oxidation in this tissue. In study 2, we analyzed the effect of a low dose of CAF (5 mg/kg), isolated or as part of a green coffee extract (GCE), in HFHFr rats. Neither CAF nor GCE alleviated hepatic steatosis, but GCE-treated rats showed lower hepatic triglyceride levels compared to the CAF group. The differential GCE effects could be related to reductions of hepatic (a) mTOR phosphorylation, leading to higher nuclear lipin-1 levels, and limiting lipogenic gene expression; (b) diacylglycerol levels and hexosylceramide/ceramide ratios; and (c) very-low- density lipoprotein receptor expression. In study 3, we treated HFHFr rats with BemA (30 mg/kg/day). The treatment improved the lipid accumulation in the liver through novel mechanisms besides the already described inhibition of hepatic ACLY: (a) decrease of DNL through the reduction of hepatic KHK expression; b) increase in lipolysis by induction of PNPLA3 expression, also responsible for the lack of effect of the drug on hypertriglyceridemia; and c) increase of fatty acid β-oxidation due to a PPARα agonist effect, also observed on PPARγ.