Regulacja ekspresji transportera kasetowego wiążącego ATP (ABCA1): cholesterol-dependent and – independent signaling pathways with relevance to inflammatory lung disease

Transporter kasetowy wiążący ATP A1 (ABCA1) jest transmembranowym białkiem transportowym ulegającym wszechobecnej ekspresji w tkance ludzkiej, występującym w dużych ilościach w wątrobie i płucach (przegląd w ). Chociaż jego podstawową rolą jest utrzymywanie homeostazy lipidowej poprzez kontrolowanie odpływu cholesterolu i fosfolipidów z komórek, coraz częściej uznaje się, że ABCA1 pełni funkcje przeciwzapalne w wielu różnych chorobach, w których zapalenie jest podstawowym mechanizmem patogenetycznym (przegląd w ). Tak więc, biorąc pod uwagę rolę odgrywaną przez ABCA1 w tłumieniu stanu zapalnego, zrozumienie szlaków sygnałowych regulujących ekspresję ABCA1 może zapewnić potencjalne strategie terapeutyczne w celu utrzymania homeostazy cholesterolu i leczenia stanów z nadmiernym stanem zapalnym w przyszłości.

ABCA1-mediated cholesterol efflux

Transporter ABCA1 odgrywa ważną rolę w utrzymaniu homeostazy cholesterolu komórkowego poprzez udział w szlaku odwrotnego transportu cholesterolu (RCT) . ABCA1 wyrażony w komórkach obwodowych ułatwia eksport cholesterolu komórkowego do jego zewnątrzkomórkowego białka akceptorowego apolipoproteiny-A1 (apoA-1). W makrofagach ABCA1 oddziałuje z apoA-1 w celu wytworzenia powstającej lipoproteiny o dużej gęstości (HDL), zanim wejdzie w interakcję z transporterem kasetowym wiążącym ATP G1 (ABCG1) i receptorem scavengera klasy B typu 1 w celu wytworzenia dojrzałych cząstek HDL. Następnie HDL transportuje cholesterol z tkanek obwodowych do wątroby w celu wydalenia .

Zmienna ekspresja ABCA1 w chorobach płuc

Mutacje w ABCA1 mogą powodować chorobę Tangeru, rzadkie zaburzenie genetyczne charakteryzujące się znacznym zmniejszeniem poziomu HDL . Badania badające rolę ABCA1 w RCT od tego czasu zaobserwowały podobieństwa w fenotypie myszy z niedoborem ABCA1 w porównaniu z fenotypem ludzkiej choroby Tangiera. Fenotyp makrofagów myszy ABCA1-knockout in vivo obejmował akumulację lipidów i znacznie zmniejszone poziomy HDL i apoA-1 . Stwierdzono, że akumulacja lipidów w wyniku zmniejszonej ilości HDL i apoA-1 w makrofagach myszy z nokautem ABCA1 i ABCG1 indukuje zwiększoną ilość krążących cytokin prozapalnych, wykazując objawy ogólnoustrojowego stanu zapalnego. Ponadto, podczas gdy podobne wyniki zostały znalezione in vitro z knockdown ABCA1 w makrofagach ludzkich, ekspresja ABCG1 została zwiększona .

Dowody z obu badań in vitro i in vivo wykazały, że ekspresja ABCA1 jest zmieniona w chorobach płuc, takich jak POChP . W jednym z ostatnich badań Sonett i wsp. stwierdzili, że ekspresja transporterów ABC (ABCA1 i ABCG1) w płucach pacjentów z umiarkowaną lub ciężką POChP jest znacznie zmniejszona w porównaniu ze zdrowymi płucami. Ponadto zaobserwowano większą redukcję ekspresji ABCA1 w porównaniu z ABCG1, co wskazuje, że znaczenie poprawy ekspresji ABCA1 może przeważyć nad ekspresją ABCG1. Dym papierosowy jest proponowany jako główna przyczyna obniżonej ekspresji ABCA1 u pacjentów z POChP. Istnieją również dowody na to, że dym papierosowy moduluje szlaki sygnałowe regulujące ekspresję ABCA1 w makrofagach in vitro i in vivo. Zaburzenia płucne w ekspresji ABCA1 stwierdzono również w zapaleniu płuc wywołanym przez bakterie chlamydia pneumoniae. Wykazano, że zakażenie Chlamydia pneumoniae wpływa na handel cholesterolem, co wiąże się z przyspieszeniem wewnątrzkomórkowej akumulacji cholesterolu poprzez obniżenie ekspresji ABCA1 w modelach mysich in vivo oraz w ludzkich makrofagach i komórkach nabłonka płuc in vitro. Jednak dokładna rola ABCA1 w patogenezie infekcji układu oddechowego jest obecnie nieznana.

ABCA1, homeostaza cholesterolu i związek z zapaleniem

Cholesterol komórkowy jest związany z licznymi funkcjami zapalnymi płuc. Stąd, białka zaangażowane w proces RCT mogą wpływać na odpowiedzi zapalne wywołane przeładowaniem wolnego cholesterolu w makrofagach. Zrozumienie funkcji ABCA1 i HDL może ujawnić wpływ regulacji stężenia cholesterolu na funkcje zapalne w płucach. Oprócz roli HDL w RCT, HDL pomaga w produkcji surfaktantu w komórkach pęcherzyków płucnych typu II, krytycznego typu komórek w POChP. Ponadto wiadomo, że kiedy ABCA1 jest represjonowany, nadmiar cholesterolu gromadzi się w komórkach pęcherzyków płucnych, uszkadzając funkcję surfaktantu i zwiększając odpowiedź zapalną, która została włączona w patogenezę przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (POChP), astmy i innych chorób płuc (przegląd w ).

Rozważając związek między homeostazą cholesterolu a zapaleniem dróg oddechowych, terapeutyczny nacisk został położony na zmniejszenie wewnątrzkomórkowej syntezy cholesterolu za pomocą leków obniżających poziom cholesterolu, takich jak statyny . Przeprowadzono duże badania kliniczne, w tym STATCOPE, które testowały skuteczność leczenia statynami u pacjentów z POChP. Pomimo korzyści, które obserwowano we wcześniejszych badaniach retrospektywnych, w badaniu STATCOPE nie zaobserwowano korzyści terapeutycznych wynikających z leczenia statynami u pacjentów z POChP . Sugerowałoby to, że inne podejście do przywrócenia równowagi cholesterolu, być może poprzez alternatywne cele, które mają potencjał do modulowania cholesterolu i tłumienia stanu zapalnego w tym samym czasie, takie jak ABCA1, uzasadniają dalsze badania. To jest przedmiotem tego przeglądu.

Większość badań badających rolę i funkcję ABCA1 zostały przeprowadzone w stanach chorobowych związanych z cholesterolem, takich jak miażdżyca. Miażdżyca była tradycyjnie znana jako choroba związana z magazynowaniem cholesterolu. Jednak obecnie uznaje się, że jest to przewlekła choroba zapalna, z dowodami na nadmierne gromadzenie się cholesterolu promującego reakcje zapalne. Istnieje wiele dowodów pochodzących z badań klinicznych i przedklinicznych, które łączą miażdżycę z zapaleniem. Wcześniejsze badania z wykorzystaniem modeli mysich wykazały, że hamowanie ekspresji mediatorów zapalenia znacząco poprawia nasilenie miażdżycy. Pacjenci z miażdżycą są identyfikowani przez wysoki poziom cholesterolu lipoprotein o niskiej gęstości (LDL) w ich organizmie. Regulacja homeostazy cholesterolu LDL wpływa na wrodzony układ odpornościowy. Świadczy o tym indukowanie przez cholesterol LDL cytokin prozapalnych poprzez aktywację szlaków receptorów toll-podobnych (TLR). To doprowadziło do przesunięcia punktu ciężkości badań w kierunku poszukiwania przeciwzapalnych korzyści ABCA1 w miażdżycy. ABCA1 może również wywierać bezpośrednie działania przeciwzapalne, które są niezależne od jego wpływu na homeostazę cholesterolu, chociaż biorąc pod uwagę centralną rolę cholesterolu w przeżyciu komórek, ta niezależność może okazać się trudna do wyodrębnienia.

Niemniej jednak, rosnące dowody wyraźnie sugerują ABCA1 jako cel zainteresowania w chorobach typowych dla stanu zapalnego. Potencjalne przeciwzapalne efekty ABCA1 doprowadziły do wzrostu zainteresowania badaniem korzyści ABCA1 w zapalnych chorobach płuc. Podczas gdy wiadomo, że cholesterol wywiera znaczącą kontrolę nad ekspresją ABCA1, mniej zrozumiały jest wpływ mediatorów zapalenia na upregulację ABCA1. Biorąc pod uwagę interakcję między homeostazą cholesterolu a zapaleniem płuc, powiązanie to stanowi realną możliwość interwencji terapeutycznej, która może mieć korzystny wpływ zarówno na miażdżycę, jak i na POChP; dwa przewlekłe schorzenia, które są wspólną cechą. Aby podkreślić te potencjalne interakcje terapeutyczne, celem tego przeglądu jest zbadanie mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za ekspresję ABCA1. W szczególności, ekspresja ABCA1 może być regulowana przez mechanizmy zależne i niezależne od cholesterolu, a celem przeglądu jest zbadanie tych szlaków sygnalizacyjnych w kontekście chorób układu oddechowego.

Regulacja ekspresji ABCA1: szlaki sygnalizacyjne zależne od cholesterolu

Homeostaza cholesterolu jest utrzymywana przez mechanizmy sprzężenia zwrotnego i zwrotnego z udziałem ABCA1 i innych partnerów. W szczególności, ekspresja ABCA1 jest regulowana przez kluczowe szlaki sygnalizacyjne, w których pośredniczy nadmiar cholesterolu (Rys. 1), co zostanie pokrótce opisane poniżej.

Scieżka LXR/RXR

Cholesterol w komórkach może być przekształcany w oksysterole, które z kolei mogą silnie zwiększać ekspresję ABCA1. W typach komórek mających znaczenie w zapalnych chorobach płuc (w tym makrofagach, komórkach nabłonka i komórkach mięśni gładkich (Tabela 1) ), najczęściej opisywanym oksysterolem jest 25-hydroksycholesterol (25-HC). Ten naturalnie występujący bodziec zwiększa ekspresję ABCA1 poprzez aktywację szlaku receptora wątrobowego X (LXR). LXR tworzy heterodimer z receptorem retinoidu X (RXR) i razem tworzą czynnik transkrypcyjny, który wiąże się z elementem promotorowym genu ABCA1, aby zwiększyć ekspresję i ostatecznie wyregulować ekspresję białka ABCA1, między innymi do innych celów. Transkrypcja zachodzi po napływie nadmiaru wewnątrzkomórkowego cholesterolu, jednak cholesterol nie aktywuje bezpośrednio tej ścieżki, lecz jest przekształcany do 25-HC . Podczas gdy oksysterole są ligandami, które aktywują LXR/RXR w celu zwiększenia ekspresji ABCA1, ładunek cholesterolu wyzwala wzrost produkcji oksysteroli w dół szlaku mewalonianu, aby zainicjować zwiększenie transkrypcji genu ABCA1. Specyficzne oksysterole mogą być wytwarzane de novo w szlaku mewalonianu, niezależnie od wspólnego cholesterolu pochodzącego z oksysterolu. Cholesterol u ludzi jest głównie syntetyzowany de novo przez wątrobę, inicjowany przez acetylo-koenzym 3-hydroksy-3-metylo-glutarylo-koenzymu . 24(S),25-epoksycholesterol (24,25EC) jest takim przykładem, gdzie jest on wytwarzany z koenzymu acetylu podczas przerwy w szlaku mewalonianu . Podobnie jak inne oksysterole, 24,25EC od tego czasu wykazał w badaniach, aby aktywować receptory LXR .

Biorąc pod uwagę ważną rolę odgrywaną przez LXR w tej ścieżce, wynika z tego, że potencjalnym celem terapeutycznym do modulowania homeostazy cholesterolu jest zwiększenie ekspresji ABCA1 poprzez ścieżkę zależną od LXR . W tym celu opracowano serię syntetycznych agonistów LXR, którzy są w stanie znacząco zwiększyć ekspresję ABCA1. Jednak wyniki leczenia agonistami LXR były zróżnicowane, z doniesieniami o niekorzystnych efektach ubocznych, w tym zwiększonej syntezie kwasów tłuszczowych, triglicerydów i stłuszczenia wątroby. Ostatnio wzrosło zainteresowanie możliwością, że LXRα, izoforma LXR, jest główną przyczyną niekorzystnego działania konwencjonalnych ligandów LXR. Stworzyło to zainteresowanie rozwojem leków swoistych dla LXRβ, które, jak się uważa, nie generują takich działań niepożądanych.

SREBP-2 pathway

Inna ścieżka zaangażowana w regulację homeostazy cholesterolu komórkowego jest pośredniczona przez czynnik transkrypcyjny sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP-2) . SREBP-2 reguluje ABCA1 niezależnie od szlaku LXR i, w przeciwieństwie do aktywacji szlaku LXR, aktywacja SREBP-2 może zmniejszać ekspresję ABCA1. Aktywacja SREBP-2 jest zależna od białka aktywującego rozszczepianie SREBP (SCAP), które posiada domenę wyczuwania sterolu zdolną do wyczuwania poziomu cholesterolu w komórce. Kiedy wewnątrzkomórkowy poziom cholesterolu jest niski, SCAP eskortuje SREBP-2 do Golgiego w celu aktywacji przed translokacją do elementu regulacyjnego steroli (SRE) w jądrze w celu promowania transkrypcji różnych genów docelowych, jak również samego SREBP-2. W intronie 16 SREBP-2 znajduje się mikroRNA-33a (miR-33a), który jest transkrybowany razem z SREBP-2. Wykazano, że miR-33a hamuje ekspresję ABCA1 w mysich wysepkach trzustkowych ex vivo i ludzkich makrofagach in vitro. Ostatnio wykazano, że hamowanie miR-33a w mysiej tkance wątrobowej i makrofagach in vivo prowadzi do zwiększenia ekspresji docelowego genu miR-33a – ABCA1. Zwiększenie ekspresji ABCA1 poprzez zahamowanie miR-33a pozwala leczeniu docelowemu ABCA1 ominąć niekorzystne skutki obecnych terapii, które aktywują ścieżkę LXR .

Regulacja ekspresji ABCA1: ścieżki sygnalizacyjne niezależne od cholesterolu

Późniejsze badania ujawniły, że szereg mediatorów zapalnych i szkodliwych ekspozycji (takich jak dym papierosowy), które napędzają chorobę płuc, mają również wpływ na ekspresję ABCA1. Stosowane klinicznie i eksperymentalne leki również oddziałują na ABCA1, a niektóre kluczowe badania in vitro przeprowadzone na komórkach mających związek z chorobami układu oddechowego wymieniono w Tabeli 1. Te zmiany w ekspresji ABCA1 są regulowane przez sygnalizację (Ryc. 1) (jak wyszczególniono poniżej), z których niektóre podlegają wzajemnemu oddziaływaniu.

TNF

Tumour Necrosis Factor (TNF) jest cytokiną prozapalną, która jest wysoce wyrażona u pacjentów z POChP. Wiadomo, że TNF aktywuje wiele szlaków sygnałowych, z których niektóre wcześniej okazały się indukować zmiany w ekspresji ABCA1. Ścieżki te obejmują czynnik jądrowy-κB (NF-κB), białko wiążące element regulacyjny sterolu 2 (SREBP-2) oraz kinazę janusową 2/ transduktor sygnału 3 (JAK2/STAT3). Przy licznych szlakach i zaangażowanych partnerach molekularnych, badania wykazały, że stymulacja TNF może mieć różny wpływ na ekspresję ABCA1 w zależności od linii komórkowej. Na przykład, stymulacja TNF może zwiększać ekspresję ABCA1 poprzez kanoniczną ścieżkę NF-κB. Jednak aktywacja NF-κB indukowana przez TNF również podnosi poziom mRNA miR-33a poprzez celowanie w jego gen gospodarza SREBP-2 w makrofagach in vitro i u myszy in vivo. Ponieważ zwiększona ekspresja miR-33a jest związana z represją ekspresji ABCA1, zwiększenie TNF w tym kontekście spowoduje zmniejszenie ekspresji ABCA1. Niedawno wykazaliśmy, że TNF zwiększa upregulation białka ABCA1 w komórkach nabłonkowych BEAS-2B in vitro, jednak do tej pory mechanizmy molekularne tych odkryć nie są znane. Co ciekawe, badania przeprowadzone równolegle w innej linii komórek nabłonka płuc, A549 in vitro, wykazały, że TNF nie zwiększał białka ABCA1 w tych komórkach. Być może różnice we wpływie TNF na ABCA1 w tych dwóch liniach komórkowych nabłonka płuc, powszechnie stosowanych jako modele komórkowe zapalenia dróg oddechowych, wynikają z różnego udziału miR-33a lub innych znanych regulatorów ABCA1. Dalsze badania są uzasadnione w celu ustalenia zaangażowanych mechanizmów.

TLR4/Myeloid88 pathway

Toll like receptor 4 (TLR4) jest podstawowym źródłem wrodzonej obrony układu odpornościowego . Białko to ulega ekspresji w makrofagach i komórkach nabłonka oskrzeli płucnych, dwóch kluczowych typach komórek napędzających zapalenie dróg oddechowych. Główną przyczyną zapalenia dróg oddechowych u pacjentów z POChP jest dym papierosowy. W szczególności, ekspozycja na dym papierosowy (CSE) powoduje wzrost ekspresji TLR4 wywołanej lipopolisacharydem (LPS) w pierwotnych komórkach nabłonka małych dróg oddechowych in vitro i u myszy in vivo. Zależny od LPS wzrost TLR4 aktywuje jego cząsteczkę adaptorową Myeloid88, która przekazuje sygnał TLR4 do inhibitora NF-κB, IκBα. Fosforylacja IκBα pozwala NF-κB na translokację do jądra, ostatecznie aktywując geny zapalne odpowiedzialne za kodowanie cytokin prozapalnych, takich jak TNF, jednocześnie promując ekspresję miR33a, która zmniejsza ekspresję ABCA1. Wpływ dymu papierosowego na szlak TLR4/Myeloid88 badano poprzez ekspozycję ludzkich makrofagów THP-1 in vitro i makrofagów mysich in vivo na CSE. Wyniki wykazały, że ekspresja ABCA1 była znacznie obniżona przez ekspozycję na CSE in vitro i in vivo.

ścieżka cAMP/PKA

Ścieżka cyklicznego adenozynomonofosforanu (cAMP)/kinazy białkowej A (PKA) jest odpowiedzialna za regulację wielu funkcji komórkowych, w tym odpowiedzi przeciwzapalnych. Aktywacja szlaku cAMP/PKA zmniejsza stan zapalny poprzez hamowanie NF-κB, zapobiegając redukcji ABCA1 i zwiększonej ilości cytokin prozapalnych wywołanych przez NF-κB. Ekspresja ABCA1 jest również regulowana zarówno transkrypcyjnie, jak i potranslacyjnie przez szlak cAMP/PKA. Transkrypcyjnie, cAMP indukuje wzrost ekspresji ABCA1 i pośredniczy w odwrotnym transporcie cholesterolu. Wcześniejsze badania wykazały, że stymulacja ludzkich fibroblastów in vitro i makrofagów myszy in vivo analogiem 8-bromo-cAMP aktywowała szlak cAMP/PKA. Wczesne badania przeprowadzone na ludzkich makrofagach nie były jednak w stanie wykazać znaczącego wzrostu ekspresji ABCA1 poprzez aktywację szlaku cAMP/PKA. W przeciwieństwie do tego, ostatnie badanie przeprowadzone przez Liao i wsp. wykazało, że stymulacja ludzkich komórek makrofagów THP-1 intermediną, peptydem z rodziny kalcytoniny, znacząco zwiększyła ekspresję ABCA1 i odpływ cholesterolu poprzez szlak cAMP/PKA. Należy zauważyć, że wpływ cAMP na ekspresję ABCA1 zależy od gatunku użytego do badania, ponieważ istnieją kluczowe różnice w elemencie 5′-promotora genu ABCA1 u myszy i człowieka, przy czym funkcjonalny element odpowiedzi na cAMP (CRE) w promotorze genu ABCA1 u myszy nie jest obecny w pierwszym intronie ludzkiego promotora .

Jednakże, podczas gdy regulacja transkrypcji różni się, komórki zarówno ludzkie, jak i mysie są wrażliwe na cAMP, aczkolwiek poprzez odmienne mechanizmy. Post-translationally, upregulation of ABCA1 phosphorylation and cholesterol efflux in this signaling cascade is initiated when apoA-1 interacts with ABCA1 during the process of reverse cholesterol transport . Interakcja pomiędzy apoA-1 i ABCA1 aktywuje heterotrimeryczne białka G i cyklazę adenylanową do produkcji cAMP, co w konsekwencji aktywuje PKA, bezpośredni cel downstream cAMP. PKA następnie zwiększa fosforylację ABCA1, co, jak wykazano we wcześniejszych badaniach, znacząco zwiększa ekspresję ABCA1 i effluks cholesterolu w komórkach makrofagów. To, czy upregulation of ABCA1 by the cAMP/PKA pathway occurs in the context of inflammatory lung diseases warrants further investigation, especially since cAMP-elevating agents (e.g. β2-adrenergic receptor agonists and phosphodiesterase inhibitors) are widely used treatments in respiratory medicine today.

Scieżka JAK2/STAT3

Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) odgrywa złożoną rolę w regulacji stanu zapalnego, który występuje przy uszkodzeniu dróg oddechowych. Dym papierosowy jest związany z występowaniem uszkodzeń dróg oddechowych i stanów zapalnych, a także może aktywować STAT3 w płucach. Chociaż dokładna rola STAT3 w chorobach zapalnych płuc jest stosunkowo słabo poznana, wiadomo, że brak ekspresji STAT3 upośledza wrodzoną odpowiedź przeciwzapalną płuc, co sugeruje, że obecność STAT3 jest istotna dla zmniejszenia stanu zapalnego płuc. Jak dotąd, dowody wykazały, że aktywacja STAT3 w wyniku interakcji ABCA1 i apoA-1 wywołuje efekt przeciwzapalny. Podobne działanie przeciwzapalne wykazywały cytokiny prozapalne, interleukiny i interferony aktywujące szlak kinaza janus 2 (JAK2)/STAT3. Znaną cytokiną, która aktywuje ten szlak jest interleukina 6 (IL-6), z ekspresją IL-6 promowaną przez markery zapalne POChP, takie jak TNF . Pierwotną cząsteczką sygnalizacyjną, która jest aktywowana po interakcji apoA-1 i ABCA1 lub przez cytokinę IL-6 jest JAK2. Po aktywacji JAK2 ulega on autofosforylacji, a następnie fosforyluje swój cel STAT3. W makrofagach ludzkich i mysich fosforylowany STAT3 wiąże się z miejscem CRE zlokalizowanym na pierwszym intronie ludzkiego i mysiego genu ABCA1 w celu zwiększenia ekspresji genu ABCA1.

Apoptoza zwiększa ekspresję ABCA1

Podczas ostrego i przewlekłego zapalenia dróg oddechowych dochodzi do znacznego wzrostu liczby komórek immunologicznych i strukturalnych, które ulegają apoptozie. Usuwanie apoptozy z komórek w płucach jest regulowane głównie przez makrofagi dróg oddechowych w procesie zwanym efferocytozą. Wcześniej wykazano, że komórki apoptotyczne są bezpośrednio związane ze wzrostem ekspresji ABCA1 w makrofagach. Komórki apoptotyczne zawierają fosfatydyloserynę (PtdSer), która działa jak sygnał rozpoznawczy dla fagocytów, wiążąc się z receptorami na powierzchni komórek makrofagów, takimi jak kinaza tyrozynowa mer (MerTK). Podczas efferocytozy regulowanej przez MerTK w tkance płucnej dochodzi do aktywacji szlaku LXR, co powoduje wzrost ekspresji ABCA1. Wraz ze zwiększoną apoptozą, która występuje w zapalnych chorobach płuc, takich jak POChP, prawdopodobne jest, że ekspresja ABCA1 powinna być zwiększona; jednak to przewidywanie nie sprawdza się, ponieważ proces efferocytozy u pacjentów z POChP jest dysregulowany. Dokładny mechanizm leżący u podstaw defektu efferocytozy w POChP nie jest znany, ale przypuszcza się, że jest on związany ze zmianami w ekspresji i funkcji receptorów PtdSer, takich jak MerTK. Stąd potrzebne są dodatkowe badania badające mechanizmy molekularne stojące za dysregulacją efferocytozy w POChP, aby określić, jaki potencjalny wpływ na ekspresję ABCA1 mają zmiany funkcjonalne w MerTK.

Ostatnie badania donoszą, że ścieżka regulowana przez receptor fagocytarny specyficzny dla mózgu inhibitor angiogenezy 1 (BAI1), działa w sposób podobny do tego, w jaki MerTK rozpoznaje PtdSer na komórkach apoptotycznych. W skrócie, BAI1 aktywuje swój mediator sygnałowy downstream związany z Ras C3 substrat toksyny botulinowej 1 (RAC1) po kontakcie z PtdSer, aby promować transkrypcję ABCA1 niezależną od ścieżki LXR . Obecnie nie jest jasne, czy szlak ten jest obecny w tkance płucnej. Tak więc dalsze badania badające wpływ apoptozy na ekspresję ABCA1 w makrofagach płucnych są uzasadnione.

Interakcja ApoA-1 z ABCA1

ApoA-1 jest akceptorem cholesterolu komórkowego z komórek obwodowych, który bezpośrednio oddziałuje z ABCA1 w celu utworzenia rodzącego się HDL ubogiego w lipidy. Murphy i wsp. wykazali, że HDL powstały z interakcji między apoA-1 i ABCA1 miał działanie przeciwzapalne. Jest prawdopodobne, że przeciwzapalne właściwości apoA-1 są bezpośrednio związane z regulacją szlaków sygnałowych ABCA1, cAMP/PKA i JAK2/STAT3. Jak opisano powyżej, oba te szlaki sygnałowe są znane z podwyższania ekspresji ABCA1, ze zwiększoną ekspresją ABCA1 skorelowaną ze wzrostem HDL. Ścieżki sygnalizacyjne związane z regulacją ekspresji ABCA1 są zatem kluczowe w pośredniczeniu w przeciwzapalnych właściwościach HDL.

Co ciekawe, apoA-1 hamuje indukowaną przez LPS produkcję cytokin prozapalnych poprzez ścieżkę TLR4/myeloid88 w makrofagach. Było to związane z redukcją stabilności mRNA mediatorów prozapalnych poprzez działanie destabilizującego białka wiążącego RNA, tristetraproliny (TTP). Chociaż nie jest jasne, jaki jest dokładny mechanizm, za pomocą którego interakcja między ABCA1 i apoA-1 wywołuje efekt przeciwzapalny indukowany przez TTP, Yin i wsp. donieśli, że wpływ apoA-1 na TTP był znacznie zmniejszony, gdy ekspresja ABCA1 była wyciszona. Podsumowując, badania te podkreślają obietnicę ApoA-1 jako korzystnego celu w chorobach układu oddechowego. Jednak koszt oczyszczonego apoA-1 i rekombinowanego apoA-1 może okazać się zaporowy dla dalszych badań. Opracowano syntetyczne analogi apoA-1, znane jako mimetyki apoA-1, które oferują efektywne kosztowo rozwiązanie. Co ciekawe, wykazano, że mimetyki ApoA-1 5A i 4F podawane dożylnie i dotchawiczo wykazują działanie przeciwzapalne i przeciwutleniające w ludzkich komórkach tętnic wieńcowych in vitro i u myszy in vivo poprzez interakcję z ABCA1. Dalsze badania są uzasadnione.

Wpływ aktualnie stosowanych leków w chorobach płuc na ekspresję ABCA1

Obecne leczenie farmakologiczne osób z chorobami układu oddechowego obejmuje stosowanie kortykosteroidów, leków rozszerzających oskrzela (takich jak agonista receptora β2-adrenergicznego) oraz inhibitorów fosfodiesterazy. Chociaż w niektórych badaniach sprawdzono wpływ stosowanych obecnie leków oddechowych na ekspresję ABCA1, istnieje wiele możliwości dalszych badań. Wpływ tych leków na szlaki sygnałowe regulujące ekspresję ABCA1 zostanie przedstawiony poniżej.

Kortykosteroidy

Do tej pory przeprowadzono ograniczone badania mające na celu zbadanie wpływu steroidów na ekspresję ABCA1. Chociaż nie ma dowodów na istnienie elementu odpowiedzi na glukokortykoidy w promotorze ABCA1, wykazano, że w makrofagach istnieje regulacja transkrypcyjna ABCA1 bez pośrednictwa cis. Steroid deksametazon zmniejszał ekspresję ABCA1 poprzez ścieżkę niezależną od LXR w makrofagach in vitro.

Rozszerzające oskrzela

Agoniści receptoraβ2-adrenergicznego są powszechnie stosowanymi lekami rozszerzającymi oskrzela w leczeniu chorób płuc, takich jak POChP lub astma. Uważa się, że mechanizm, w którym β2-agoniści promują działanie rozszerzające oskrzela w płucach, zachodzi poprzez zależną od cAMP/PKA redukcję wapnia wewnątrzkomórkowego, chociaż mogą istnieć inne ścieżki. Aktywacja szlaku cAMP/PKA jest wynikiem wzrostu wewnątrzkomórkowego cAMP po leczeniu β2-agonistami. Jak opisano w poprzednim rozdziale, ustalono, że cAMP indukuje wzrost ekspresji ABCA1 w ludzkich makrofagach. Tak więc, oprócz działania bronchodilatacyjnego leczenia β2-agonistami, przeciwzapalne właściwości β2-agonistów mogą być związane z mediowaną przez ABCA1 supresją odpowiedzi zapalnej w płucach.

Inhibitory fosfodiesterazy

Inhibitory fosfodiesterazy typu 4 (PDE4) są opcją leczenia w POChP. Podobnie do działania β2-agonistów, inhibitory PDE4 wykazują wiele korzyści, które obejmują zmniejszenie stanu zapalnego i wywołanie relaksacji mięśni gładkich dróg oddechowych poprzez szlak cAMP/PKA. Wykazano, że selektywny inhibitor PDE4, rolipram, zwiększa wewnątrzkomórkowy cAMP, który reguluje ekspresję ABCA1 i indukowany apoA-1 odpływ cholesterolu w makrofagach mysich i ludzkich.

ABCA1 jako alternatywny cel biologiczny w leczeniu zapalenia płuc

Statyny

Statyny były postulowane jako możliwe leczenie zapalnych chorób płuc, w tym POChP. Jednak badania kliniczne takie jak STATCOPE wykazały, że ich wpływ na wyniki leczenia był ogólnie nieistotny. Poprzednie badania sprawdzały, czy przyczyną niezdolności statyn do znaczącego zmniejszenia stanu zapalnego podczas zaostrzenia płuc jest obniżenie aktywności ABCA1 w wyniku leczenia statynami. Ostatnio wykazaliśmy, że w ludzkich liniach komórkowych nabłonka płuc in vitro, zarówno simwastatyna, jak i atorwastatyna nie miały istotnego wpływu na ekspresję ABCA1 (Tabela 1). Jednak w ludzkich komórkach makrofagów in vitro Niesor i wsp. wykazali, że simwastatyna i atorwastatyna zmniejszyły ekspresję ABCA1 i zwiększyły miR33, wspierając możliwość, że efekt represyjny na ABCA1-mediowane funkcje przeciwzapalne mógł odgrywać rolę w niejednoznacznych wynikach wykazanych w STATCOPE . Jest prawdopodobne, że różne wyniki w tych liniach komórkowych wynikały ze specyficzności typu komórek. Dlatego też, testując tę hipotezę na innych liniach komórkowych płuc, takich jak komórki mięśni gładkich dróg oddechowych, poprawilibyśmy nasze zrozumienie wpływu statyn na ekspresję ABCA1 w szerszym zakresie, a także tego, czy terapia skojarzona w celu poprawy możliwej, indukowanej przez statyny, downregulacji ABCA1 jest odpowiednia.

Agoniści LXR

Zważywszy, że czynnik transkrypcyjny LXR jest silnym induktorem ekspresji ABCA1 w połączeniu z dowodami na wpływ przeciwzapalny, wynika z tego, że agoniści LXR byliby silnymi kandydatami jako potencjalni terapeuci w leczeniu zapalnej choroby płuc. Zostało to poparte przez ostatnie badania wykorzystujące donosowe podawanie agonistów LXR (T0901317 lub GW3965), które wykazały znaczące osłabienie cytokin prozapalnych u myszy in vivo i komórek nabłonka płuc in vitro . Jednakże, jak wspomniano, obecnie dostępne ligandy LXR są ukierunkowane na obie izoformy LXR, co prowadzi do niepożądanych skutków ubocznych w zakresie parametrów lipidowych. Obejmują one zwiększenie stężenia kwasów tłuszczowych i triglicerydów w osoczu, które są znanymi czynnikami ryzyka POChP. Wczesni agoniści LXR, tacy jak GW3965, nie zdołali również całkowicie zahamować produkcji cytokin zapalnych przez makrofagi pęcherzykowe in vitro. Uważa się, że niekorzystne efekty leczenia syntetycznymi agonistami LXR, w tym podwyższone stężenie triglicerydów i hepatotoksyczność, wynikają z aktywacji LXRα. Dlatego też, rozwój selektywnych agonistów LXRβ jest obecnie przedmiotem badań klinicznych w celu złagodzenia lipogenezy wątrobowej.