Regulatie van ATP binding cassette transporter A1 (ABCA1) expressie: cholesterol-afhankelijke en – onafhankelijke signaalwegen met relevantie voor inflammatoire longziekten

ATP binding cassette transporter A1 (ABCA1) is een transmembraan transporter proteïne dat alomtegenwoordig tot expressie komt in menselijk weefsel, en in overvloed wordt aangetroffen in de lever en de longen (besproken in ). Hoewel de voornaamste rol van ABCA1 erin bestaat de lipidenhomeostase in stand te houden door de uitstroom van cellulair cholesterol en fosfolipiden te controleren, wordt in toenemende mate erkend dat ABCA1 ontstekingsremmende functies heeft in een hele reeks ziekten waarbij ontsteking een onderliggend pathogeen mechanisme is (besproken in ). Gezien de rol die ABCA1 speelt bij het onderdrukken van ontstekingen, kan inzicht in de signaalwegen die de expressie van ABCA1 reguleren, in de toekomst potentiële therapeutische strategieën opleveren om de cholesterolhomeostase te handhaven en aandoeningen met overmatige ontsteking te behandelen.

ABCA1-gemedieerde cholesterolefflux

ABCA1-transporter speelt een belangrijke rol bij het handhaven van de cellulaire cholesterolhomeostase door deel te nemen aan de omgekeerde cholesteroltransportroute (RCT) . ABCA1, dat in perifere cellen tot expressie komt, vergemakkelijkt de export van cellulair cholesterol naar zijn extracellulaire acceptoreiwit apolipoproteïne-A1 (apoA-1). In macrofagen interageert ABCA1 met apoA-1 om nascent hogedichtheid-lipoproteïne (HDL) te ontwikkelen alvorens te interageren met ATP bindende cassette transporter G1 (ABCG1) en scavenger receptor klasse B type 1 om volwassen HDL-deeltjes te vormen. Vervolgens transporteert HDL de cholesterol van perifere weefsels naar de lever voor excretie.

Gewijzigde ABCA1 expressie in longziekten

Mutaties in ABCA1 kunnen de ziekte van Tanger veroorzaken, een zeldzame genetische aandoening die wordt gekenmerkt door een aanzienlijke verlaging van het HDL niveau. Studies die de rol van ABCA1 in RCT onderzoeken hebben sindsdien gelijkenissen waargenomen in het fenotype van ABCA1 deficiënte muizen vergeleken met het fenotype van de menselijke ziekte van Tanger . Het fenotype van ABCA1-knockout muizenmacrofagen in vivo omvatte lipidenophoping en significant verlaagde HDL en apoA-1 niveaus . Lipide accumulatie als gevolg van verminderde HDL en apoA-1 in ABCA1 en ABCG1 knock-out muizen macrofagen bleek te leiden tot verhoogde circulerende pro-inflammatoire cytokines, die tekenen van systemische ontsteking vertonen. Bovendien, terwijl vergelijkbare resultaten werden gevonden in vitro met de knockdown van ABCA1 in menselijke macrofagen, was de ABCG1 expressie verhoogd.

Evidentie van zowel in vitro als in vivo studies hebben aangetoond dat ABCA1 expressie is veranderd in longziekten zoals COPD . In een recente studie ontdekten Sonett et al. dat de expressie van ABC transporters (ABCA1 en ABCG1) in longen van patiënten met matige tot ernstige COPD significant gedereguleerd is in vergelijking met gezonde longen. Bovendien werd een grotere downregulatie van ABCA1 expressie waargenomen in vergelijking met ABCG1 wat erop wijst dat het belang van het verbeteren van downgereguleerd ABCA1 groter kan zijn dan downgereguleerd ABCG1. Sigarettenrook wordt voorgesteld als de voornaamste oorzaak van de ontreguleerde ABCA1 expressie bij patiënten met COPD. Er zijn ook aanwijzingen dat sigarettenrook de signaalwegen moduleert die de ABCA1 expressie in macrofagen in vitro en in vivo reguleren. Pulmonale afwijkingen in ABCA1 expressie zijn ook gevonden in longontsteking veroorzaakt door chlamydia pneumoniae bacteriën . Chlamydia pneumoniae infectie werd aangetoond dat cholesterol trafficking beïnvloeden, geassocieerd met versnelde intracellulaire cholesterol accumulatie door downregulating ABCA1 expressie in muizenmodellen in vivo en menselijke macrofaag en long epitheelcellen in vitro . De precieze rol van ABCA1 in de pathogenese van luchtweginfecties is momenteel echter onbekend.

ABCA1, cholesterolhomeostase en het verband met ontsteking

Cellulair cholesterol wordt in verband gebracht met talrijke ontstekingsfuncties van de longen . Daarom kunnen de eiwitten die betrokken zijn bij het proces van RCT van invloed zijn op de ontstekingsreacties die worden opgewekt door overbelasting van vrije cholesterol in macrofagen. Inzicht in de functies van ABCA1 en HDL kan de impact van het reguleren van cholesterol op ontstekingsfuncties in de longen onthullen. Naast de rol van HDL in RCT, helpt HDL ook bij de productie van surfactant in alveolaire type II cellen, een kritisch celtype in COPD. Bovendien is bekend dat wanneer ABCA1 wordt onderdrukt, overtollig cholesterol zich ophoopt in alveolaire cellen, waardoor de surfactantfunctie wordt beschadigd en de ontstekingsreactie toeneemt die betrokken is bij de pathogenese van chronische obstructieve longaandoeningen (COPD), astma en andere longziekten (besproken in ).

Gezien het verband tussen cholesterolhomeostase en luchtwegontsteking, is de therapeutische focus gericht geweest op het verminderen van de intracellulaire cholesterolsynthese met behulp van cholesterolverlagende geneesmiddelen, zoals statines . Er zijn grote klinische studies geweest, waaronder STATCOPE, die de doeltreffendheid van een statinebehandeling bij patiënten met COPD hebben getest. Ondanks de voordelen die zijn waargenomen in eerdere retrospectieve studies, heeft STATCOPE geen therapeutisch voordeel van statinebehandeling bij patiënten met COPD waargenomen. Dit zou suggereren dat een andere benadering van het herstellen van de cholesterolbalans, misschien door middel van alternatieve doelwitten die het potentieel hebben om cholesterol te moduleren en tegelijkertijd ontsteking te onderdrukken, zoals ABCA1, verder onderzoek rechtvaardigen. Dit is de focus van deze review.

De meeste studies die de rol en functie van ABCA1 onderzoeken zijn uitgevoerd in cholesterol geassocieerde ziektetoestanden zoals atherosclerose . Atherosclerose stond van oudsher bekend als een cholesterol opslag ziekte. Nu wordt atherosclerose echter erkend als een chronische ontstekingsziekte, met aanwijzingen dat de ophoping van overtollig cholesterol ontstekingsreacties bevordert. Uit klinisch en preklinisch onderzoek is gebleken dat er een verband bestaat tussen atherosclerose en ontsteking. Een eerdere studie met muismodellen toonde aan dat het remmen van de expressie van ontstekingsmediatoren de ernst van atherosclerose aanzienlijk verbetert. Patiënten met atherosclerose zijn te herkennen aan hoge niveaus van lage dichtheid lipoproteïnen (LDL) cholesterol in hun lichaam . De regulering van de LDL-cholesterolhomeostase beïnvloedt het aangeboren immuunsysteem . Dit blijkt uit het feit dat LDL-cholesterol pro-inflammatoire cytokinen induceert door activering van de toll-like receptor (TLR)-routes . Dit heeft ertoe geleid dat het onderzoek zich meer is gaan richten op de ontstekingsremmende voordelen van ABCA1 bij atherosclerose. ABCA1 kan ook directe ontstekingsremmende effecten hebben die onafhankelijk zijn van zijn invloed op de cholesterolhomeostase, hoewel deze onafhankelijkheid, gezien de centrale rol van cholesterol in de overleving van cellen, moeilijk te achterhalen kan zijn.

Niettemin is er steeds meer bewijs dat ABCA1 een interessant doelwit is voor ziekten die door ontsteking worden gekenmerkt. De potentiële ontstekingsremmende effecten van ABCA1 hebben dan ook geleid tot toenemende belangstelling voor het onderzoeken van het nut van ABCA1 bij ontstekingsziekten van de longen. Het is bekend dat cholesterol een belangrijke regulerende invloed heeft op de expressie van ABCA1, maar de invloed die ontstekingsmediatoren zelf hebben op de opregulatie van ABCA1 wordt minder goed begrepen. Gezien de interactie tussen cholesterolhomeostase en longontsteking, vertegenwoordigt de koppeling een haalbare optie voor therapeutische interventie met het potentieel om gunstige effecten te hebben in zowel atherosclerose als COPD; twee chronische aandoeningen die een gemeenschappelijke comorbiditeit vormen. Om deze mogelijke therapeutische interacties te belichten, is het doel van dit overzicht om de moleculaire mechanismen te verkennen die verantwoordelijk zijn voor ABCA1 expressie. Met name kan de expressie van ABCA1 gereguleerd worden via cholesterol-afhankelijke en -onafhankelijke mechanismen en het doel van dit overzicht is om deze signaalwegen te onderzoeken in de context van ademhalingsziekten.

Regulatie van ABCA1 expressie: cholesterol-afhankelijke signaalwegen

Cholesterol homeostase wordt in stand gehouden door feed-forward en feed-back mechanismen waarbij ABCA1 en andere partners betrokken zijn. Met name de expressie van ABCA1 wordt gereguleerd via belangrijke signaalwegen die door een teveel aan cholesterol worden bemiddeld (fig. 1) en die hieronder kort zullen worden beschreven.

LXR/RXR-weg

Cholesterol in cellen kan worden omgezet in oxysterolen, die op hun beurt de expressie van ABCA1 krachtig kunnen opdrijven. In celtypes die relevant zijn voor inflammatoire longaandoeningen (waaronder macrofaag-, epitheliale en gladde spiercellen (tabel 1) ), is 25-hydroxycholesterol (25-HC) het meest gerapporteerde oxysterol. Deze natuurlijk voorkomende stimulus verhoogt de expressie van ABCA1 door activering van de lever-X-receptor (LXR)-route. LXR vormt een heterodimeer met retinoïde X-receptor (RXR), en samen vormen zij een transcriptiefactor die zich bindt aan het promotorelement in het ABCA1-gen om de expressie te verhogen en uiteindelijk de expressie van ABCA1-eiwit te doen toenemen, naast andere doelen. De transcriptie vindt plaats bij instroom van een teveel aan intracellulair cholesterol; cholesterol activeert deze route echter niet rechtstreeks, maar wordt omgezet in 25-HC . Terwijl oxysterolen de liganden zijn die LXR/RXR activeren om de expressie van ABCA1 te verhogen, leidt cholesterolbelasting tot een toename van de oxysterolproductie stroomafwaarts van de mevalonaatroute om de toenemende transcriptie van het ABCA1-gen te initiëren. Specifieke oxysterolen kunnen de novo in de mevalonaatroute worden geproduceerd, onafhankelijk van het gewone van cholesterol afgeleide oxysterol. Cholesterol wordt bij de mens hoofdzakelijk de novo gesynthetiseerd door de lever, geïnitieerd door acetylco-enzym 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-co-enzym . 24(S),25-epoxycholesterol (24,25EC) is zo’n voorbeeld, waar het wordt geproduceerd uit acetylco-enzym tijdens een hiaat in de mevalonaatroute . Net als andere oxysterolen heeft 24,25EC sindsdien in studies aangetoond LXR-receptoren te activeren.

Gezien de belangrijke rol die LXR in deze route speelt, volgt hieruit dat een potentieel therapeutisch doel om de cholesterolhomeostase te moduleren is door de expressie van ABCA1 via de LXR-afhankelijke route te verhogen . Daartoe is een reeks synthetische LXR-agonisten ontwikkeld die in staat zijn de expressie van ABCA1 aanzienlijk te verhogen. De resultaten van de behandeling met LXR-agonisten zijn echter wisselend met meldingen van nadelige off-target effecten, waaronder verhoogde vetzuur- en triglyceridesynthese en leversteatose. Recentelijk is er toenemende belangstelling voor de mogelijkheid dat LXRα, een isovorm van LXR, de primaire oorzaak is van de nadelige effecten van conventionele LXR-liganden. Dit heeft belangstelling gewekt voor de ontwikkeling van LXRβ-specifieke geneesmiddelen waarvan wordt aangenomen dat zij dergelijke bijwerkingen niet veroorzaken.

SREBP-2 pathway

Een andere pathway die betrokken is bij de regulering van cellulaire cholesterolhomeostase wordt gemedieerd door de sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP-2) transcriptiefactor . SREBP-2 reguleert ABCA1 onafhankelijk van de LXR-route en, in tegenstelling tot activering van de LXR-route, kan activering van SREBP-2 de expressie van ABCA1 verminderen. Activering van SREBP-2 is afhankelijk van het SCAP-eiwit (SREBP cleavage activating protein), dat een sterolsensordomein heeft dat in staat is cellulaire cholesterolniveaus te detecteren. Wanneer de intracellulaire cholesterolniveaus laag zijn, escorteert SCAP SREBP-2 naar de Golgi voor activering alvorens te worden getranslokeerd naar het sterol regulerend element (SRE) in de kern om de transcriptie van verschillende doelgenen en van SREBP-2 zelf te bevorderen. Binnen intron 16 van SREBP-2 bevindt zich microRNA-33a (miR-33a), dat samen met SREBP-2 wordt getranscribeerd. Van miR-33a is aangetoond dat het de expressie van ABCA1 in muizen pancreaseilandjes ex vivo en menselijke macrofagen in vitro remt. Recent werd aangetoond dat remming van miR-33a in muizen leverweefsel en macrofagen in vivo leidt tot een verhoogde expressie van het miR-33a doelgen ABCA1 . Het verhogen van de expressie van ABCA1 door remming van miR-33a maakt het mogelijk om de nadelige effecten van de huidige behandelingen die de LXR pathway activeren te omzeilen.

Regulatie van ABCA1 expressie: cholesterol-onafhankelijke signaalwegen

Recent onderzoek heeft aangetoond dat een aantal ontstekingsmediatoren en schadelijke blootstellingen (zoals sigarettenrook) die longaandoeningen veroorzaken ook een impact hebben op ABCA1 expressie. Klinisch gebruikte en experimentele geneesmiddelen richten zich ook tegen ABCA1; enkele belangrijke in vitro studies die zijn uitgevoerd in cellen die relevant zijn voor ziekten van de luchtwegen staan vermeld in tabel 1. Deze veranderingen in ABCA1 expressie worden gereguleerd door signalering (Fig. 1) (zoals hieronder gedetailleerd), waarvan sommige onderhevig zijn aan overspraak.

TNF

Tumor Necrosis Factor (TNF) is een proinflammatoire cytokine die in hoge mate tot expressie komt bij patiënten met COPD . Van TNF is bekend dat het vele signaalwegen activeert waarvan sommige eerder hebben aangetoond veranderingen in ABCA1 expressie te induceren . Deze signaalwegen omvatten de nucleaire factor-κB (NF-κB), sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP-2) en janus kinase 2/signal transducer 3 (JAK2/STAT3) . Met talrijke betrokken pathways en moleculaire partners, hebben studies aangetoond dat TNF-stimulatie kan resulteren in verschillende effecten op ABCA1-expressie, afhankelijk van de cellijn. Bijvoorbeeld, TNF stimulatie kan ABCA1 expressie verhogen via de canonieke NF-κB route . Echter, activering van NF-κB geïnduceerd door TNF verhoogt ook de mRNA niveaus van miR-33a door targeting van zijn gastheergen SREBP-2 in macrofagen in vitro en muizen in vivo . Aangezien verhoogde expressie van miR-33a geassocieerd is met onderdrukte ABCA1 expressie, zal verhoging van TNF in deze context resulteren in verminderde ABCA1 expressie . We hebben onlangs aangetoond dat TNF de opregulatie van ABCA1 verhoogt in BEAS-2B epitheliale cellen in vitro , maar tot op heden zijn de moleculaire mechanismen voor deze bevindingen onbekend. Interessant is dat studies die parallel werden uitgevoerd in een andere longepitheliale cellijn, A549 in vitro, aangaven dat TNF het ABCA1 eiwit in deze cellen niet deed toenemen. Misschien is het verschil in impact van TNF op ABCA1 binnen de twee longepitheelcellijnen, die vaak gebruikt worden als cellulaire modellen van respiratoire ontsteking, de verschillende bijdrage van miR-33a of andere bekende ABCA1 regulatoren. Verdere studies zijn gerechtvaardigd om de betrokken mechanismen vast te stellen.

TLR4/Myeloid88 pathway

Toll like receptor 4 (TLR4) is een primaire bron van aangeboren afweer van het immuunsysteem . Dit eiwit komt tot expressie in macrofagen en longbronchiale epitheelcellen, twee belangrijke celtypen die luchtwegontsteking veroorzaken . De belangrijkste oorzaak van luchtwegontsteking bij patiënten met COPD is sigarettenrook . Met name blootstelling aan sigarettenrook (CSE) resulteert in een toename van lipopolysaccharide (LPS)-geïnduceerde TLR4-expressie, aangetoond in primaire epitheelcellen van de kleine luchtwegen in vitro en muizen in vivo . De LPS-afhankelijke toename van TLR4 activeert zijn stroomafwaarts gelegen adaptormolecuul Myeloid88 dat TLR4-signalering doorgeeft aan de NF-κB-remmer IκBα . Fosforylering van IκBα zorgt ervoor dat NF-κB naar de kern kan transloceren, en uiteindelijk ontstekingsgenen activeert die verantwoordelijk zijn voor de codering van pro-inflammatoire cytokines zoals TNF, terwijl het ook de expressie van miR33a bevordert die de expressie van ABCA1 vermindert. Het effect van sigarettenrook op de TLR4/Myeloid88-route werd onderzocht door menselijke macrofaag THP-1-cellen in vitro en muizenmacrofagen in vivo bloot te stellen aan CSE . De resultaten toonden aan dat ABCA1 expressie significant werd gedownreguleerd door CSE blootstelling in vitro en in vivo.

cAMP/PKA pathway

De cyclische adenosine monofosfaat (cAMP)/proteïne kinase A (PKA) pathway is verantwoordelijk voor het reguleren van meerdere cellulaire functies, waaronder ontstekingsremmende reacties. Activering van de cAMP/PKA-route vermindert de ontsteking door remming van NF-κB, waardoor de vermindering van ABCA1 en de toename van pro-inflammatoire cytokinen veroorzaakt door NF-κB worden voorkomen. De expressie van ABCA1 wordt ook zowel transcriptioneel als post-translationeel gereguleerd door de cAMP/PKA-route. Transcriptioneel induceert cAMP een toename van ABCA1 expressie en het gemedieerde omgekeerde cholesterol transport. Eerdere studies hebben aangetoond dat stimulatie van humane fibroblasten in vitro en muriene macrofagen in vivo met een 8-broom-cAMP analoog de cAMP/PKA-route activeerde. Vroege studies uitgevoerd op menselijke macrofagen waren echter niet in staat om een significante toename van ABCA1 expressie via activering van de cAMP/PKA pathway aan te tonen. Daarentegen toonde een recente studie van Liao et al. aan dat stimulatie van menselijke THP-1 macrofaagcellen met intermedin, een peptide uit de calcitoninefamilie, de expressie van ABCA1 en de cholesteroluitstroom via de cAMP/PKA-route aanzienlijk deed toenemen. Het is belangrijk op te merken dat de invloed van cAMP op ABCA1 expressie afhangt van de diersoort die voor de studie gebruikt wordt, aangezien er belangrijke verschillen zijn in het 5′-promoter element van het muriene en menselijke ABCA1 gen, waarbij het functionele cAMP response element (CRE) in de muriene ABCA1 gen promoter niet aanwezig is in het eerste intron van de menselijke promoter

Hoewel de transcriptieregulatie verschilt, zijn cellen van zowel mensen als muizen gevoelig voor cAMP, zij het via verschillende mechanismen. Post-translationeel wordt de upregulatie van ABCA1 fosforylering en cholesterol efflux in deze signaleringscascade geïnitieerd wanneer apoA-1 interageert met ABCA1 tijdens het proces van omgekeerd cholesterol transport. De interactie tussen apoA-1 en ABCA1 activeert heterotrimere G-eiwitten en adenylyl cyclase om cAMP te produceren, waardoor PKA wordt geactiveerd, een direct stroomafwaarts doelwit van cAMP. PKA verhoogt vervolgens de fosforylering van ABCA1, waarvan in eerdere studies is aangetoond dat het de expressie van ABCA1 en de cholesterolefflux in macrofaagcellen aanzienlijk verhoogt. Of upregulatie van ABCA1 door de cAMP/PKA pathway voorkomt in de context van inflammatoire longziekten rechtvaardigt verder onderzoek, vooral omdat cAMP-verhogende middelen (b.v. β2-adrenerge receptor agonisten en fosfodiesterase remmers) tegenwoordig veel gebruikte behandelingen zijn in de respiratoire geneeskunde.

JAK2/STAT3 pathway

Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) speelt een complexe rol bij het reguleren van ontsteking die optreedt bij luchtwegbeschadiging . Sigarettenrook wordt in verband gebracht met het optreden van luchtwegschade en ontsteking, en kan ook STAT3 in de longen activeren . Hoewel de precieze rol van STAT3 bij inflammatoire longziekten relatief slecht begrepen is, is het bekend dat de afwezigheid van STAT3-expressie de aangeboren anti-inflammatoire respons van de longen belemmert , wat suggereert dat de aanwezigheid van STAT3 belangrijk is bij het verminderen van longontsteking. Tot dusver is aangetoond dat STAT3-activering ten gevolge van ABCA1- en apoA-1-interactie een ontstekingsremmend effect heeft. Soortgelijke ontstekingsremmende effecten werden aangetoond door pro-inflammatoire cytokines, interleukines en interferonen die de janus kinase 2 (JAK2)/STAT3-route activeren. Een bekende cytokine die deze route activeert is interleukine 6 (IL-6), waarbij de expressie van IL-6 wordt bevorderd door ontstekingsmarkers van COPD zoals TNF . De eerste signaalmolecule die geactiveerd wordt bij interactie tussen apoA-1 en ABCA1 of door IL-6 cytokine is JAK2 . Na activering van JAK2 ondergaat het autofosforylering, voordat het zijn stroomafwaartse doel STAT3 fosforyleert. In menselijke en muis macrofagen, fosforylated STAT3 bindt aan de CRE site gelegen op het eerste intron van de menselijke en muriene ABCA1 gen om de genexpressie van ABCA1 te verhogen.

Apoptose verhoogt ABCA1 expressie

Tijdens acute en chronische luchtwegontsteking is er een aanzienlijke toename van immuun-en structurele cellen die apoptose ondergaan. De opruiming van celapoptose in de longen wordt voornamelijk geregeld door luchtwegmacrofagen in een proces dat efferocytose wordt genoemd . Apoptotische cellen zijn eerder aangetoond dat direct geassocieerd met een toename van ABCA1 expressie in macrofagen . Apoptotische cellen bevatten fosfatidylserine (PtdSer) dat fungeert als een herkenningssignaal voor fagocyten, door zich te binden aan receptoren op het celoppervlak van macrofagen, zoals mer tyrosine kinase (MerTK) . Tijdens efferocytose, gereguleerd door MerTK in longweefsel, wordt de LXR-route geactiveerd; daardoor wordt de expressie van ABCA1 gestimuleerd. Met de verhoogde apoptose die optreedt bij inflammatoire longziekten zoals COPD, is het waarschijnlijke gevolg dat de expressie van ABCA1 zou moeten toenemen; deze voorspelling gaat echter niet op omdat het proces van efferocytose bij patiënten met COPD ontregeld is. Het exacte mechanisme dat ten grondslag ligt aan het defect van efferocytose in COPD is onbekend, maar er wordt gespeculeerd dat het verband houdt met veranderingen in expressie en functie van de PtdSer receptoren zoals MerTK . Daarom is aanvullend onderzoek nodig naar de moleculaire mechanismen achter ontregelde efferocytose bij COPD om te bepalen wat het mogelijke effect is van functionele veranderingen in MerTK op ABCA1 expressie.

Recente studies hebben een route gerapporteerd die gereguleerd wordt door de fagocytische receptor hersenspecifieke angiogenese inhibitor 1 (BAI1), die op een vergelijkbare manier werkt als de manier waarop MerTK het PtdSer op apoptotische cellen herkent. Kort gezegd activeert BAI1 bij contact met PtdSer zijn stroomafwaartse signaalintermediair Ras-gerelateerd C3 botulinum toxine substraat 1 (RAC1) om ABCA1 transcriptie te bevorderen, onafhankelijk van de LXR-route. Het is momenteel onduidelijk of deze route in longweefsel aanwezig is. Verdere studies naar het effect van apoptose op ABCA1 expressie in long macrofagen zijn dus gerechtvaardigd.

ApoA-1 interactie met ABCA1

ApoA-1 is een acceptor voor cellulair cholesterol uit perifere cellen die direct interageert met ABCA1 om nascent lipide-arm HDL te vormen. Murphy et al. toonden aan dat HDL gevormd uit de interactie tussen apoA-1 en ABCA1 ontstekingsremmende effecten had. Het is waarschijnlijk dat de ontstekingsremmende eigenschappen van apoA-1 rechtstreeks verband houden met de regulatie van de ABCA1-signaalroutes, cAMP/PKA en JAK2/STAT3 . Zoals hierboven beschreven, is van beide signaalwegen bekend dat ze de expressie van ABCA1 verhogen, waarbij een verhoogde expressie van ABCA1 gecorreleerd is met een toename van HDL. De signaalwegen die betrokken zijn bij de regulatie van ABCA1 expressie zijn dus essentieel in het mediëren van de ontstekingsremmende eigenschappen van HDL.

Intrigerend, apoA-1 onderdrukt LPS-geïnduceerde pro-inflammatoire cytokine productie via de TLR4/myeloid88 route in macrofagen . Dit werd in verband gebracht met vermindering van de mRNA-stabiliteit van proinflammatoire mediatoren door de werking van het destabiliserende RNA-bindende eiwit, tristetraprolin (TTP) . Hoewel het onduidelijk is via welk mechanisme de interactie tussen ABCA1 en apoA-1 het TTP-gemedieerde ontstekingsremmende effect induceert, meldden Yin et al. dat het effect van apoA-1 op TTP aanzienlijk werd verminderd wanneer ABCA1 expressie werd onderdrukt. Al deze studies samen onderstrepen de belofte van ApoA-1 als een gunstig doelwit bij aandoeningen van de luchtwegen. De kosten van gezuiverd apoA-1 en recombinant apoA-1 kunnen echter een belemmering vormen voor verder onderzoek. Synthetische analogen van apoA-1, bekend als apoA-1 mimetica, zijn ontwikkeld die een kosteneffectieve oplossing bieden. Opwindend is dat van apoA-1 mimetica 5A en 4F, intraveneus en intratracheaal toegediend, is aangetoond dat ze ontstekingsremmende en antioxiderende effecten vertonen in menselijke kransslagadercellen in vitro en muizen in vivo door interactie met ABCA1 . Verder onderzoek is gerechtvaardigd.

Effect van de huidige medicatie bij longziekten op ABCA1 expressie

De huidige farmacologische behandelingen voor mensen met luchtwegaandoeningen omvatten het gebruik van corticosteroïden, bronchodilatoren (zoals β2-adrenerge receptor agonist) en fosfodiesteraseremmers. Hoewel enkele studies het effect van de huidige respiratoire geneesmiddelen op de expressie van ABCA1 hebben onderzocht, is er nog veel ruimte voor verder onderzoek. Het effect van deze geneesmiddelen op de signaalwegen die de expressie van ABCA1 reguleren, zal hieronder worden geschetst.

Corticosteroïden

Tot op heden zijn er weinig studies geweest die het effect van steroïden op de expressie van ABCA1 hebben onderzocht. Hoewel er geen aanwijzingen zijn voor een glucocorticoïd-reactie-element in de ABCA1-promotor, is in macrofagen een niet-cis-gemedieerde transcriptieregulatie van ABCA1 aangetoond. De steroïde dexamethason verminderde ABCA1 expressie via een LXR-onafhankelijke route in macrofagen in vitro.

Bronchodilatoren

β2-adrenerge receptor agonisten zijn veelgebruikte bronchodilatoren voor de behandeling van longziekten zoals COPD of astma. Het mechanisme waardoor β2-agonisten bronchodilatator effecten in de longen bevorderen wordt verondersteld te gebeuren via cAMP/PKA-afhankelijke vermindering van intracellulair calcium , hoewel er andere paden kunnen bestaan. De activering van de cAMP/PKA-route is het gevolg van een verhoogde intracellulaire cAMP na behandeling met β2-agonisten. Zoals uiteengezet in een vorige sectie, is vastgesteld dat cAMP de expressie van ABCA1 in menselijke macrofagen induceert. Dus, naast de bronchodilatator effecten van β2-agonisten behandeling, kunnen anti-inflammatoire eigenschappen van β2-agonisten worden geassocieerd met ABCA1 gemedieerde onderdrukking van ontstekingsreacties in de longen.

Fosfodiësterase remmers

Type 4 fosfodiësterase (PDE4) remmers zijn een behandelingsoptie bij COPD. Vergelijkbaar met het effect van β2-agonisten vertonen PDE4-remmers meerdere voordelen, waaronder het verminderen van ontsteking en het opwekken van ontspanning van de gladde spieren van de luchtwegen via de cAMP/PKA-route. Van de selectieve PDE4-remmer rolipram is aangetoond dat hij de intracellulaire cAMP verhoogt, waardoor ABCA1-expressie en apoA-1-gemedieerde cholesterolefflux in macrofagen van muizen en mensen wordt gestimuleerd.

ABCA1 als een alternatief biologisch doelwit voor de behandeling van longontsteking

Statines

Statines werden genoemd als mogelijke behandeling voor inflammatoire longziekten, waaronder COPD. Klinische proeven zoals STATCOPE bleken echter over het algemeen geen significante invloed te hebben op de resultaten voor de patiënt. Eerdere studies hebben onderzocht of de reden achter het onvermogen van statines om ontsteking tijdens long exacerbatie significant te verminderen verband houdt met ABCA1 dat wordt gedownreguleerd als gevolg van statine behandeling. Wij hebben onlangs aangetoond dat in menselijke longepitheelcellijnen in vitro, zowel simvastatine als atorvastatine geen significante invloed hadden op ABCA1 expressie (Tabel 1) . In menselijke macrofaagcellen in vitro toonden Niesor et al. echter aan dat simvastatine en atorvastatine de expressie van ABCA1 verminderden en miR33 verhoogden, hetgeen de mogelijkheid ondersteunt dat een repressief effect op ABCA1-gemedieerde ontstekingsremmende functies een rol zou kunnen hebben gespeeld bij de in STATCOPE aangetoonde dubbelzinnige uitkomsten . Het is aannemelijk dat de verschillende resultaten in deze cellijnen te wijten waren aan celtypespecificiteit. Door deze hypothese te testen op andere longcellijnen, zoals gladde spiercellen van de luchtwegen, zouden we een beter inzicht krijgen in het effect van statines op ABCA1 expressie in het algemeen, en in de vraag of combinatietherapie om mogelijke statine-geïnduceerde ABCA1 downregulatie te verbeteren, geschikt is.

LXR-agonisten

Gezien het feit dat de LXR-transcriptiefactor een krachtige inducer van ABCA1-expressie is, gekoppeld aan aanwijzingen voor ontstekingsremmende effecten, volgt hieruit dat LXR-agonisten sterke kandidaten zouden zijn als potentiële therapeutica voor de behandeling van inflammatoire longaandoeningen. Dit werd ondersteund door recente studies met intranasale toediening van LXR agonisten (T0901317 of GW3965) die een significante vermindering van pro-inflammatoire cytokines aantoonden bij muizen in vivo en longepitheelcellen in vitro. Zoals geschetst richten de momenteel beschikbare LXR-liganden zich echter tegen beide LXR-isovormen, wat leidt tot ongewenste neveneffecten op lipidenparameters. Deze omvatten verhoogde plasma vetzuur en triglyceriden, die bekende risicofactoren van COPD zijn . Vroege LXR agonisten, zoals GW3965, zijn er ook niet in geslaagd om de inflammatoire cytokine productie van alveolaire macrofagen in vitro volledig te onderdrukken. De nadelige effecten van behandeling met synthetische LXR-agonisten, waaronder verhoogde triglycerideniveaus en hepatoxiciteit, zijn vermoedelijk te wijten aan LXRα-activering. Daarom wordt momenteel klinisch onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van LXRβ-selectieve agonisten om de leverlipogenese tegen te gaan.