Regulation of ATP binding cassette transporter A1 (ABCA1) expression:

ATP:tä sitova kasettikuljettaja A1 (ABCA1) on transmembraanikuljettajaproteiini, joka ilmentyy kaikkialla ihmiskudoksessa ja jota esiintyy runsaasti maksassa ja keuhkoissa (katsaus ). Vaikka ABCA1:n ensisijainen tehtävä on ylläpitää lipidihomeostaasia ohjaamalla solukolesterolin ja fosfolipidien ulosvirtausta, ABCA1:llä tunnustetaan yhä useammin olevan tulehdusta ehkäiseviä toimintoja monissa erilaisissa sairauksissa, joissa tulehdus on taustalla oleva patogeeninen mekanismi (tarkasteltu artikkelissa ). Näin ollen, kun otetaan huomioon ABCA1:n rooli tulehduksen tukahduttamisessa, ABCA1:n ilmentymistä säätelevien signaalireittien ymmärtäminen voi tulevaisuudessa tarjota potentiaalisia terapeuttisia strategioita kolesterolin homeostaasin ylläpitämiseksi ja sellaisten tilojen hoitamiseksi, joihin liittyy liiallista tulehdusta.

ABCA1:n välityksellä tapahtuva kolesterolin effluksi

ABCA1-transportterilla on tärkeä rooli solukalvon kolesterolihomeostaasin ylläpitämisessä, sillä se osallistuu käänteiseen kolesterolikuljetusreitteihin. Perifeerisissä soluissa ilmentyvä ABCA1 helpottaa solukolesterolin vientiä solunulkoiseen akseptoriproteiiniinsa apolipoproteiini-A1 (apoA-1) . Makrofageissa ABCA1 on vuorovaikutuksessa apoA-1:n kanssa muodostaen syntymässä olevaa suuren tiheyden lipoproteiinia (HDL) ennen kuin se on vuorovaikutuksessa ATP:tä sitovan kasettikuljettaja G1:n (ABCG1) ja B-tyypin scavenger-reseptorin 1 kanssa kypsistä HDL-hiukkasista . Tämän jälkeen HDL kuljettaa kolesterolia perifeerisistä kudoksista maksaan erittymistä varten .

Alteroitunut ABCA1-ekspressio keuhkosairauksissa

Mutaatiot ABCA1:ssä voivat aiheuttaa Tangerin taudin, harvinaisen geneettisen häiriön, jolle on ominaista HDL-pitoisuuksien huomattava väheneminen . Tutkimuksissa, joissa on tutkittu ABCA1:n roolia RCT:ssä, on sittemmin havaittu yhtäläisyyksiä ABCA1-puutteisten hiirten fenotyypissä verrattuna ihmisen Tangerin taudin fenotyyppiin . ABCA1-knockout-hiirten makrofagien fenotyyppiin in vivo kuuluivat lipidien kertyminen ja merkittävästi alentuneet HDL- ja apoA-1-tasot . ABCA1- ja ABCG1-knockout-hiirten makrofagien vähentyneestä HDL:stä ja apoA-1:stä johtuvan lipidien kertymisen havaittiin aiheuttavan lisääntyneitä verenkierrossa olevia pro-inflammatorisia sytokiinejä, mikä osoitti merkkejä systeemisestä tulehduksesta . Lisäksi, vaikka in vitro havaittiin samankaltaisia tuloksia ABCA1:n tyrmäämisellä ihmisen makrofageissa, ABCG1:n ilmentyminen lisääntyi .

Todisteet sekä in vitro- että in vivo -tutkimuksista ovat osoittaneet, että ABCA1:n ilmentyminen muuttuu keuhkosairauksissa, kuten COPD:ssä . Tuoreessa tutkimuksessa Sonett et al. havaitsivat, että ABC-kuljettimien (ABCA1 ja ABCG1) ilmentyminen keskivaikeaa tai vaikeaa keuhkoahtaumatautia sairastavien potilaiden keuhkoissa oli merkittävästi alasreguloitunut verrattuna terveisiin keuhkoihin . Lisäksi havaittiin, että ABCA1:n ilmentyminen oli heikentynyt enemmän kuin ABCG1:n, mikä viittaa siihen, että heikentyneen ABCA1:n ilmentymisen parantaminen voi olla tärkeämpää kuin heikentyneen ABCG1:n . Savukkeensavua ehdotetaan ensisijaiseksi syyksi ABCA1:n alasreguloituneeseen ilmentymiseen keuhkoahtaumatautia sairastavilla potilailla . On myös näyttöä siitä, että tupakansavu moduloi signaalireittejä, jotka säätelevät ABCA1:n ilmentymistä makrofageissa in vitro ja in vivo . ABCA1:n ilmentymisen poikkeavuuksia keuhkoissa on havaittu myös klamydia pneumoniae -bakteerien aiheuttamassa keuhkokuumeessa . Chlamydia pneumoniae -infektion osoitettiin vaikuttavan kolesterolin kulkeutumiseen, mikä liittyy solunsisäisen kolesterolin kertymisen kiihtymiseen alentamalla ABCA1-ekspressiota hiirimalleissa in vivo ja ihmisen makrofagi- ja keuhkoepiteelisoluissa in vitro . ABCA1:n tarkkaa roolia hengitystieinfektion patogeneesissä ei kuitenkaan tällä hetkellä tunneta.

ABCA1, kolesterolin homeostaasi ja yhteys tulehdukseen

Sellulaarinen kolesteroli liittyy lukuisiin keuhkojen tulehdustoimintoihin . Näin ollen RCT-prosessiin osallistuvat proteiinit voivat vaikuttaa tulehdusreaktioihin, joita vapaan kolesterolin ylikuormitus makrofageissa saa aikaan . ABCA1:n ja HDL:n toimintojen ymmärtäminen voi paljastaa kolesterolin säätelyn vaikutuksen keuhkojen tulehdustoimintoihin. Sen lisäksi, että HDL:llä on rooli RCT:ssä, HDL auttaa surfaktantin tuotannossa alveolaarisissa tyypin II soluissa, jotka ovat kriittinen solutyyppi COPD:ssä. Lisäksi tiedetään, että kun ABCA1 on tukahdutettu, ylimääräinen kolesteroli kerääntyy alveolisoluihin, mikä vahingoittaa surfaktantin toimintaa ja lisää tulehdusreaktiota, jonka on todettu olevan osallisena kroonisen obstruktiivisen keuhkosairauden (COPD), astman ja muiden keuhkosairauksien patogeneesissä (ks. katsaus ).

Kolesterolin homeostaasin ja hengitystieinflammaation välisen yhteyden vuoksi terapeuttinen painopiste on ollut solunsisäisen kolesterolisynteesin vähentämisessä kolesterolia alentavilla lääkkeillä, kuten statiineilla . On tehty laajoja kliinisiä tutkimuksia, kuten STATCOPE, joissa on testattu statiinihoidon tehokkuutta keuhkoahtaumatautipotilailla . Huolimatta aiemmissa retrospektiivisissä tutkimuksissa havaituista hyödyistä STATCOPE:ssa ei havaittu terapeuttista hyötyä statiinihoidosta keuhkoahtaumatautipotilailla . Tämä viittaisi siihen, että erilainen lähestymistapa kolesterolitasapainon palauttamiseen, kenties vaihtoehtoisten kohteiden kautta, joilla on potentiaalia muokata kolesterolia ja tukahduttaa tulehdusta samanaikaisesti, kuten ABCA1, olisi perusteltua tutkia tarkemmin. Tähän keskitytään tässä katsauksessa.

Useimmat tutkimukset, joissa on tutkittu ABCA1:n roolia ja toimintaa, on tehty kolesteroliin liittyvissä sairaustiloissa, kuten ateroskleroosissa . Ateroskleroosi tunnettiin perinteisesti kolesterolin varastointitautina . Se on kuitenkin nykyään tunnustettu krooniseksi tulehdussairaudeksi, jossa on näyttöä siitä, että liiallinen kolesterolin kertyminen edistää tulehdusreaktioita . Kliinisistä ja prekliinisistä tutkimuksista on saatu useita todisteita, jotka yhdistävät ateroskleroosin ja tulehduksen. Aikaisemmassa hiirimallilla tehdyssä tutkimuksessa osoitettiin, että tulehduksen välittäjäaineiden ilmentymisen estäminen parantaa merkittävästi ateroskleroosin vaikeusastetta . Ateroskleroosipotilaat tunnistetaan siitä, että heidän elimistössään on runsaasti matalan tiheyden lipoproteiineja (LDL-kolesterolia) . LDL-kolesterolin homeostaasin säätely vaikuttaa synnynnäiseen immuunijärjestelmään . Tämä näkyy siinä, että LDL-kolesteroli indusoi pro-inflammatorisia sytokiineja TLR-reittien (toll-like receptor) aktivoitumisen kautta . Tämä on johtanut siihen, että tutkimuksen painopiste on siirtynyt tarkastelemaan ABCA1:n anti-inflammatorisia hyötyjä ateroskleroosissa. ABCA1:llä voi olla myös suoria anti-inflammatorisia vaikutuksia, jotka ovat riippumattomia sen vaikutuksesta kolesterolin homeostaasiin, vaikka koska kolesteroli on keskeisessä asemassa solujen selviytymisessä, tätä riippumattomuutta voi olla vaikea selvittää.

Kuitenkin yhä useammat todisteet ovat selvästi osoittaneet ABCA1:n kiinnostavaksi kohteeksi sairauksissa, joille on tyypillistä tulehdus. ABCA1:n mahdolliset anti-inflammatoriset vaikutukset ovatkin johtaneet kasvavaan kiinnostukseen tutkia ABCA1:n hyötyä tulehduksellisissa keuhkosairauksissa . Vaikka on hyvin tiedossa, että kolesteroli säätelee ABCA1:n ilmentymistä merkittävästi, on vähemmän tunnettu vaikutus, joka tulehduksen välittäjäaineilla itsellään on ABCA1:n ylössäätelyyn. Kun otetaan huomioon kolesterolin homeostaasin ja keuhkotulehduksen välinen vuorovaikutus, yhteys on toteuttamiskelpoinen vaihtoehto terapeuttiselle interventiolle, jolla voi olla suotuisia vaikutuksia sekä ateroskleroosissa että keuhkoahtaumataudissa; kahdessa kroonisessa sairaudessa, jotka ovat yleinen liitännäissairaus. Näiden mahdollisten terapeuttisten vuorovaikutusten korostamiseksi tämän katsauksen tavoitteena on tutkia ABCA1-ekspressiosta vastuussa olevia molekyylimekanismeja. Erityisesti ABCA1:n ilmentymistä voidaan säädellä kolesterolista riippuvien ja -riippumattomien mekanismien kautta, ja katsauksen tavoitteena on tutkia näitä signalointireittejä hengityselinsairauksien yhteydessä.

AbCA1:n ilmentymisen säätely: kolesterolista riippuvaiset signalointireitit

Kolesterolihomeostaasiaa ylläpidetään feed-forward- ja feed-back-mekanismeilla, joihin osallistuvat ABCA1:n ohella myös ABCA1:n ja sen muut osapuolet. Erityisesti ABCA1:n ilmentymistä säätelevät keskeiset ylimääräisen kolesterolin välittämät signaalireitit (kuva 1), joita kuvataan lyhyesti jäljempänä.

LXR/RXR-reitti

Soluissa oleva kolesteroli voi muuttua oksysteroleiksi, jotka puolestaan voivat voimakkaasti säännellä ABCA1:n ilmentymistä . Tulehduksellisten keuhkosairauksien kannalta merkityksellisissä solutyypeissä (mukaan lukien makrofagi-, epiteeli- ja sileälihassolut (taulukko 1) ) pääasiallisesti raportoitu oksysteroli on 25-hydroksikolesteroli (25-HC). Tämä luonnossa esiintyvä ärsyke lisää ABCA1:n ilmentymistä maksan X-reseptorin (LXR) reitin aktivoinnin kautta . LXR muodostaa heterodimeerin retinoidi-X-reseptorin (RXR) kanssa, ja yhdessä ne muodostavat transkriptiotekijän, joka sitoutuu ABCA1-geenin promoottorielementtiin lisäten ekspressiota ja viime kädessä ABCA1-proteiinin ilmentymistä muiden kohteiden ohella. Transkriptio tapahtuu ylimääräisen solunsisäisen kolesterolin tulon yhteydessä, mutta kolesteroli ei kuitenkaan suoraan aktivoi tätä reittiä, vaan se muunnetaan 25-HC:ksi . Vaikka oksysterolit ovat ligandeja, jotka aktivoivat LXR/RXR:n lisäämään ABCA1-ekspressiota, kolesterolikuormitus laukaisee oksysterolituotannon lisääntymisen mevalonaattireitin alapuolella ABCA1-geenin lisääntyvän transkription käynnistämiseksi. Spesifisiä oksysteroleja voidaan tuottaa de novo mevalonaattireitillä riippumatta yleisestä kolesterolista peräisin olevasta oksysterolista . Kolesteroli syntetisoidaan ihmisillä pääasiassa de novo maksassa, ja sen synteesin aloittaa asetyylikoentsyymi 3-hydroksi-3-metyyli-glutaryyli-koentsyymi . 24(S),25-epoksikolesteroli (24,25EC) on tällainen esimerkki, jossa se syntyy asetyy asetyylikoentsyymistä mevalonaattireitin aukon aikana . Muiden oksysterolien tavoin 24,25EC:n on sittemmin tutkimuksissa osoitettu aktivoivan LXR-reseptoreita .

Kun otetaan huomioon LXR:n tärkeä rooli tässä reittiä kulkevassa prosessissa, seuraa siitä, että potentiaalinen terapeuttinen kohde kolesterolihomeostaasin muokkaamiseen on ABCA1:n ilmentymisen lisääminen LXR:stä riippuvaisen reitin kautta . Tätä varten on kehitetty joukko synteettisiä LXR-agonisteja, jotka pystyvät lisäämään ABCA1-ekspressiota merkittävästi . LXR-agonistien hoitotulokset ovat kuitenkin olleet vaihtelevia, ja niiden yhteydessä on raportoitu haitallisista off-target-vaikutuksista, kuten rasvahappojen ja triglyseridien synteesin lisääntymisestä ja maksan steatoosista . Viime aikoina on oltu yhä kiinnostuneempia mahdollisuudesta, että LXRα, LXR:n isomuoto, on ensisijainen syy perinteisten LXR-ligandien haittavaikutuksiin . Tämä on herättänyt kiinnostusta sellaisten LXRβ-spesifisten lääkkeiden kehittämiseen, joiden ei uskota aiheuttavan tällaisia haittavaikutuksia.

SREBP-2 -reitti

Toinen solujen kolesterolihomeostaasin säätelyyn osallistuva reitti on sterolia säätelevää elementtiä sitovaa proteiinia 2 sitovan transkriptiotekijän (Sterol Regulatory Element Binding Protein 2, SREBP-2- transkriptiotekijä) välittämää . SREBP-2 säätelee ABCA1:tä LXR-reitistä riippumatta, ja toisin kuin LXR-reitin aktivointi, SREBP-2:n aktivointi voi vähentää ABCA1:n ilmentymistä . SREBP-2:n aktivaatio on riippuvainen SREBP:n pilkkomista aktivoivasta proteiinista (SCAP), jolla on sterolia aistiva domeeni, joka pystyy aistimaan solun kolesterolitasot . Kun solunsisäiset kolesterolitasot ovat alhaiset, SCAP-proteiini kuljettaa SREBP-2:n Golgiin aktivoitavaksi, ennen kuin se siirtyy tumaan sterolin säätelyelementtiin (SRE) edistämään eri kohdegeenien transkriptiota sekä itse SREBP-2:n transkriptiota . SREBP-2:n intronissa 16 sijaitsee mikroRNA-33a (miR-33a), joka transkriboituu yhdessä SREBP-2:n kanssa . MiR-33a:n on osoitettu estävän ABCA1:n ilmentymistä hiirten haiman saarekkeissa ex vivo ja ihmisen makrofageissa in vitro . Äskettäin on osoitettu, että miR-33a:n estäminen hiirten maksakudoksessa ja makrofageissa in vivo johtaa miR-33a:n kohdegeenin ABCA1:n lisääntyneeseen ilmentymiseen . ABCA1-ekspression lisääminen miR-33a:ta inhiboimalla mahdollistaa sen, että ABCA1-kohdehoidolla voidaan ohittaa LXR-reittiä aktivoivien nykyisten hoitojen haittavaikutukset .

AbCA1-ekspression säätely: kolesterolista riippumattomat signaalireitit

Uudemmat tutkimukset ovat paljastaneet, että useat tulehduksen välittäjäaineet ja haitalliset altistukset (kuten savusavu), jotka aiheuttavat keuhkosairauksia, vaikuttavat myös ABCA1:n ilmentymiseen. Kliinisesti käytetyt ja kokeelliset lääkkeet kohdistuvat myös ABCA1:een, ja taulukossa 1 on lueteltu joitakin keskeisiä in vitro -tutkimuksia, jotka on tehty soluissa, joilla on merkitystä hengityselinsairauksien kannalta. Näitä ABCA1:n ilmentymismuutoksia säätelevät signaloinnit (kuva 1) (kuten jäljempänä tarkemmin selostetaan), joista osaan liittyy ristikkäisviestintää.

TNF

Tumorinekroositekijä (TNF) on proinflammatorinen sytokiini, joka ilmentyy voimakkaasti keuhkoahtaumatautipotilailla . TNF:n tiedetään aktivoivan monia signalointireittejä, joista joidenkin on aiemmin osoitettu aiheuttavan muutoksia ABCA1-ekspressiossa . Näihin reitteihin kuuluvat ydintekijä-κB (NF-κB), sterolia säätelevää elementtiä sitova proteiini 2 (SREBP-2) ja janus-kinaasi 2/signaalinsiirtäjä 3 (JAK2/STAT3) . Tutkimukset ovat osoittaneet, että TNF-stimulaatio voi vaikuttaa ABCA1:n ilmentymiseen eri tavoin solulinjasta riippuen, koska siihen liittyy lukuisia reittejä ja molekyylikumppaneita . Esimerkiksi TNF-stimulaatio voi lisätä ABCA1-ekspressiota kanonisen NF-κB-reitin kautta . TNF:n indusoima NF-κB:n aktivaatio säätelee kuitenkin myös miR-33a:n mRNA-tasoja ylöspäin kohdistamalla sen isäntägeenin SREBP-2:n makrofageissa in vitro ja hiirissä in vivo . Koska miR-33a:n lisääntynyt ilmentyminen liittyy tukahdutettuun ABCA1-ilmentymiseen, TNF:n lisääntyminen tässä yhteydessä johtaa ABCA1-ilmentymisen vähenemiseen . Olemme hiljattain osoittaneet, että TNF lisää ABCA1-proteiinin regulaatiota BEAS-2B-epiteelisoluissa in vitro , mutta toistaiseksi näiden havaintojen molekyylimekanismeja ei tunneta. Mielenkiintoista on, että toisessa keuhkoepiteelisolulinjassa, A549 in vitro, samanaikaisesti tehdyt tutkimukset osoittivat, että TNF ei lisännyt ABCA1-proteiinia näissä soluissa. Ehkä TNF:n erilainen vaikutus ABCA1:een kahdessa keuhkoepiteelisolulinjassa, joita käytetään yleisesti hengitystieinflammaation solumalleina, johtuu miR-33a:n tai muiden tunnettujen ABCA1-säätäjien erilaisesta vaikutuksesta. Lisätutkimukset ovat perusteltuja asiaan liittyvien mekanismien selvittämiseksi.

TLR4/Myeloid88 -reitti

Toll like receptor 4 (TLR4) on ensisijainen lähde synnynnäisen immuunijärjestelmän puolustuksessa . Tämä proteiini ilmentyy makrofageissa ja keuhkojen keuhkoputkien epiteelisoluissa, kahdessa keskeisessä solutyypissä, jotka ohjaavat hengitystietulehdusta . Keuhkoahtaumatautia sairastavien potilaiden hengitystietulehduksen pääasiallinen syy on tupakansavu . Erityisesti savukesavulle altistuminen (CSE) lisää lipopolysakkaridin (LPS) aiheuttamaa TLR4-ekspressiota, joka on osoitettu primaarisissa pienissä hengitysteiden epiteelisoluissa in vitro ja hiirillä in vivo . LPS:stä riippuva TLR4:n lisääntyminen aktivoi sen myötävirran adaptorimolekyylin Myeloid88 , joka välittää TLR4-signaalin NF-κB:n estäjälle, IκBα:lle . IκBα:n fosforylaatio mahdollistaa NF-κB:n siirtymisen ytimeen , mikä lopulta aktivoi tulehdusta aiheuttavia geenejä, jotka ovat vastuussa proinflammatoristen sytokiinien, kuten TNF:n, koodaamisesta, samalla kun se edistää myös ABCA1-ekspressiota vähentävän miR33a:n ilmentymistä . Savukesavun vaikutusta TLR4/Myeloid88 -reittiin tutkittiin altistamalla ihmisen makrofagien THP-1-soluja in vitro ja hiirten makrofageja in vivo CSE:lle . Tulokset osoittivat, että CSE-altistus in vitro ja in vivo alensi ABCA1-ekspressiota merkittävästi.

cAMP/PKA-reitti

Syklinen adenosiinimonofosfaatti (cAMP)/proteiinikinaasi A (PKA) -reitti on vastuussa monien solutoimintojen säätelystä, mukaan lukien anti-inflammatoriset vasteet . cAMP/PKA-reitin aktivointi vähentää tulehdusta estämällä NF-κB:tä, estämällä ABCA1:n vähenemisen ja NF-κB:n aiheuttaman pro-inflammatoristen sytokiinien lisääntymisen . ABCA1:n ilmentymistä säätelee myös cAMP/PKA-reitti sekä transkriptiivisesti että posttranslationaalisesti . Transkriptiivisesti cAMP indusoi ABCA1-ekspression lisääntymistä ja sen välittämää käänteistä kolesterolikuljetusta . Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että ihmisen fibroblastien stimulointi in vitro ja hiiren makrofagien stimulointi in vivo 8-bromikAMP-analogilla aktivoi cAMP/PKA-reitin . Ihmisen makrofageilla tehdyissä varhaisissa tutkimuksissa ei kuitenkaan pystytty osoittamaan ABCA1-ekspression merkittävää lisääntymistä cAMP/PKA-reitin aktivoinnin kautta . Sen sijaan Liaon ym. hiljattain tekemä tutkimus osoitti, että ihmisen THP-1-makrofagisolujen stimulointi intermediinillä, kalsitoniiniperheen peptidillä, lisäsi merkittävästi ABCA1-ekspressiota ja kolesterolin ulosvirtausta cAMP/PKA-reitin kautta . On tärkeää huomata, että cAMP:n vaikutus ABCA1-ekspressioon riippuu tutkimuksessa käytetystä lajista, sillä hiiren ja ihmisen ABCA1-geenin 5′-promoottorielementissä on keskeisiä eroja, sillä hiiren ABCA1-geenin promoottorissa olevaa funktionaalista cAMP-vaste-elementtiä (CRE) ei esiinny ihmisen promoottorin ensimmäisessä intronissa.

Vaikka transkriptionaalinen säätely eroaa toisistaan, ihmisen ja hiiren solut reagoivat cAMP:iin, vaikkakin eri mekanismien kautta. Posttranslationaalisesti ABCA1:n fosforylaation ja kolesterolin ulosvirtauksen säätely tässä signaalikaskadissa käynnistyy, kun apoA-1 on vuorovaikutuksessa ABCA1:n kanssa käänteisen kolesterolikuljetuksen aikana . ApoA-1:n ja ABCA1:n välinen vuorovaikutus aktivoi heterotrimeeriset G-proteiinit ja adenylyysisyklaasin tuottamaan cAMP:ia, mikä puolestaan aktivoi PKA:n, joka on cAMP:n suora myötävirran kohde . PKA lisää sitten ABCA1:n fosforylaatiota, minkä on aiemmissa tutkimuksissa osoitettu lisäävän merkittävästi ABCA1:n ilmentymistä ja kolesterolin effluxia makrofagosoluissa . Se, tapahtuuko ABCA1:n säätelyä cAMP/PKA-reitin avulla tulehduksellisten keuhkosairauksien yhteydessä, vaatii lisätutkimuksia, varsinkin kun cAMP:ia nostavat aineet (esim. β2-adrenergisen reseptorin agonistit ja fosfodiesteraasin estäjät) ovat nykyään laajalti käytettyjä hoitoja hengityslääketieteessä.

JAK2/STAT3-reitti

Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) on monimutkaisessa roolissa hengitystievaurion yhteydessä ilmenevän tulehduksen säätelyssä . Tupakansavu liittyy hengitystievaurion ja tulehduksen esiintymiseen, ja se voi myös aktivoida STAT3:n keuhkoissa . Vaikka STAT3:n tarkka rooli tulehduksellisissa keuhkosairauksissa tunnetaan suhteellisen huonosti, tiedetään, että STAT3:n ilmentymisen puuttuminen heikentää keuhkojen synnynnäistä anti-inflammatorista vastetta , mikä viittaa siihen, että STAT3:n läsnäolo on tärkeää keuhkotulehduksen vähentämisessä. Tähän mennessä on saatu näyttöä siitä, että STAT3:n aktivoituminen ABCA1:n ja apoA-1:n vuorovaikutuksen seurauksena tuottaa anti-inflammatorisen vaikutuksen . Samanlaisia anti-inflammatorisia vaikutuksia osoitettiin pro-inflammatoristen sytokiinien, interleukiinien ja interferonien januskinaasi 2 (JAK2)/STAT3-reitin aktivoinnilla . Tunnettu sytokiini, joka aktivoi tätä reittiä, on interleukiini 6 (IL-6), ja IL-6:n ilmentymistä edistävät COPD:n tulehdusmerkkiaineet, kuten TNF . Alkuperäinen signaalimolekyyli, joka aktivoituu apoA-1:n ja ABCA1:n vuorovaikutuksen tai IL-6-sytokiinin vaikutuksesta, on JAK2 . JAK2:n aktivoituaan se käy läpi autofosforylaation, ennen kuin se fosforyloi sen myöhemmän vaiheen kohteen STAT3 . Ihmisen ja hiiren makrofageissa fosforyloitunut STAT3 sitoutuu ihmisen ja hiiren ABCA1-geenin ensimmäisessä intronissa sijaitsevaan CRE-kohtaan lisäten ABCA1:n geeniekspressiota.

Apoptoosi lisää ABCA1:n ekspressiota

Akuutin ja kroonisen hengitystieinflammaation aikana apoptoosin läpikäyvien immuuni- ja rakennesolujen määrä lisääntyy merkittävästi . Apoptoosisolujen puhdistumista keuhkoissa säätelevät ensisijaisesti hengitystiemakrofagit efferosytoosiksi kutsutussa prosessissa . Apoptoottisten solujen on aiemmin osoitettu olevan suoraan yhteydessä ABCA1-ekspression lisääntymiseen makrofageissa . Apoptoottiset solut sisältävät fosfatidyyliseriiniä (PtdSer), joka toimii tunnistussignaalina fagosyyteille ja sitoutuu makrofagien solupinnan reseptoreihin, kuten mer-tyrosiinikinaasiin (MerTK) . MerTK:n säätelemän efferosytoosin aikana keuhkokudoksessa LXR-reitti aktivoituu, jolloin ABCA1:n ilmentyminen säätyy . Tulehduksellisissa keuhkosairauksissa, kuten keuhkoahtaumataudissa, esiintyvän lisääntyneen apoptoosin vuoksi todennäköinen seuraus on, että ABCA1:n ilmentymisen pitäisi lisääntyä; tämä ennuste ei kuitenkaan pidä paikkaansa, koska keuhkoahtaumatautia sairastavilla potilailla efferosytoosiprosessi on häiriintynyt . Tarkkaa mekanismia efferosytoosin häiriön taustalla COPD:ssä ei tunneta, mutta sen on arveltu liittyvän PtdSer-reseptorien, kuten MerTK:n, ilmentymisen ja toiminnan muutoksiin . Näin ollen tarvitaan lisätutkimuksia, joissa selvitetään molekyylimekanismeja COPD:n heikentyneen efferosytoosin taustalla olevien molekyylimekanismien selvittämiseksi, jotta voidaan selvittää, mikä vaikutus MerTK:n toiminnallisilla muutoksilla voi olla ABCA1:n ilmentymiseen.

Uudemmissa tutkimuksissa on raportoitu, että aivojen spesifisen angiogeneesin inhibiittori 1:n (Brainspesifinen angiogeneesin estäjä 1 (BAI1) -reseptorin säätelemän fagosyyttireitin toiminta on samankaltaista kuin se, jolla MerTK tunnistaa apoptoottisten solujen PtdSer-kuvaajat . Lyhyesti sanottuna BAI1 aktivoi PtdSerin kanssa kosketuksiin joutuessaan Rasiin liittyvän C3-botuliinitoksiinin substraatti 1:n (RAC1), joka edistää ABCA1:n transkriptiota LXR-reitistä riippumatta . Tällä hetkellä on epäselvää, esiintyykö tätä reittiä keuhkokudoksessa. Näin ollen lisätutkimukset, joissa tutkitaan apoptoosin vaikutusta ABCA1:n ilmentymiseen keuhkomakrofageissa, ovat perusteltuja.

ApoA-1:n vuorovaikutus ABCA1:n kanssa

ApoA-1 on perifeerisistä soluista peräisin olevan solukolesterolin hyväksyjä, joka on suoraan vuorovaikutuksessa ABCA1:n kanssa muodostaen syntymässä olevaa lipidiköyhää HDL:ää . Murphy et al. osoittivat, että apoA-1:n ja ABCA1:n vuorovaikutuksesta muodostuvalla HDL:llä oli anti-inflammatorisia vaikutuksia . On todennäköistä, että apoA-1:n anti-inflammatoriset ominaisuudet liittyvät suoraan ABCA1:n signaalireittien, cAMP/PKA:n ja JAK2/STAT3:n, säätelyyn. Kuten edellä on esitetty, molempien signaalireittien tiedetään sääntelevän ABCA1-ekspressiota, ja lisääntynyt ABCA1-ekspressio korreloi HDL:n lisääntymisen kanssa . ABCA1:n ilmentymisen säätelyyn liittyvät signaalireitit ovat siten avainasemassa HDL:n anti-inflammatoristen ominaisuuksien välittämisessä.

Huomionarvoista on, että apoA-1 tukahduttaa LPS:n indusoimaa proinflammatorista sytokiinituotantoa TLR4/myeloidi88 -reitin kautta makrofageissa . Tämä liittyi proinflammatoristen välittäjäaineiden mRNA-stabiilisuuden vähenemiseen destabiloivan RNA:ta sitovan proteiinin, tristetraproliinin (TTP), vaikutuksesta. Vaikka on epäselvää, millä tarkalla mekanismilla ABCA1:n ja apoA-1:n välinen vuorovaikutus saa aikaan TTP:n välittämän anti-inflammatorisen vaikutuksen, Yin ym. raportoivat, että apoA-1:n vaikutus TTP:hen väheni merkittävästi, kun ABCA1:n ilmentymistä vaiennettiin . Kaiken kaikkiaan nämä tutkimukset korostavat ApoA-1:n lupausta hyödyllisenä kohteena hengityselinsairauksissa. Puhdistetun apoA-1:n ja rekombinanttisen apoA-1:n kustannukset saattavat kuitenkin olla esteenä jatkotutkimuksille. ApoA-1:n synteettisiä analogeja, niin sanottuja apoA-1-mimeettejä, on kehitetty ja ne tarjoavat kustannustehokkaan ratkaisun. Huomattavaa on, että suonensisäisesti ja intratrakeaalisesti annetuilla ApoA-1-mimeeteillä 5A ja 4F on osoitettu olevan anti-inflammatorisia ja antioksidanttisia vaikutuksia ihmisen sepelvaltimosoluissa in vitro ja hiirillä in vivo vuorovaikutuksen kautta ABCA1:n kanssa. Lisätutkimukset ovat perusteltuja.

Tämänhetkisten keuhkosairauksien lääkkeiden vaikutus ABCA1:n ilmentymiseen

Tämänhetkisiin farmakologisiin hoitoihin hengityselinsairauksia sairastaville kuuluvat kortikosteroidien, keuhkoputkia laajentavien lääkkeiden (kuten β2-adrenergisen reseptorin agonistin) ja fosfodiesteraasin estäjien käyttö. Vaikka joissakin tutkimuksissa on tutkittu nykyisten hengityselinten lääkkeiden vaikutusta ABCA1:n ilmentymiseen, lisätutkimuksille on paljon tilaa. Näiden lääkkeiden vaikutusta ABCA1-ekspressiota sääteleviin signaalireitteihin hahmotellaan jäljempänä.

Kortikosteroidit

Tähän mennessä on tehty vain vähän tutkimuksia, joissa on pyritty selvittämään steroidien vaikutusta ABCA1-ekspressioon. Vaikka ABCA1:n promoottorissa ei ole todisteita glukokortikoidivaste-elementistä, ABCA1:n ei-kis-välitteistä transkriptionaalista säätelyä on osoitettu olevan makrofageissa . Steroidi deksametasoni vähensi ABCA1-ekspressiota LXR:stä riippumattoman reitin kautta makrofageissa in vitro .

Bronkodilataattorit

β2-adrenergisen reseptorin agonistit ovat yleisesti käytettyjä keuhkoputkia laajentavia lääkkeitä keuhkosairauksien, kuten keuhkoahtaumataudin (COPD:n) tai astman, hoitoon . Mekanismin, jolla β2-agonistit edistävät keuhkoputkia laajentavia vaikutuksia keuhkoissa, uskotaan tapahtuvan cAMP/PKA-riippuvaisen solunsisäisen kalsiumin vähenemisen kautta , vaikka muitakin reittejä voi olla olemassa. cAMP/PKA-reitin aktivoituminen on seurausta solunsisäisen cAMP:n lisääntymisestä β2-agonistihoidon jälkeen . Kuten edellisessä jaksossa esitettiin, on todettu, että cAMP indusoi ABCA1-ekspression säätelyä ihmisen makrofageissa . Näin ollen β2-agonistihoidon keuhkoputkia laajentavien vaikutusten lisäksi β2-agonistien anti-inflammatoriset ominaisuudet voivat liittyä ABCA1-välitteiseen tulehdusreaktioiden tukahduttamiseen keuhkoissa.

Fosfodiesteraasi-inhibiittorit

Tyypin 4 fosfodiesteraasi-inhibiittorit (PDE4-inhibiittorit, PDE4:n inhibiittorit) ovat hoitovaihtoehto COPD:ssä. Vastaavasti kuin β2-agonistien vaikutus, PDE4-estäjillä on useita hyötyjä, joihin kuuluvat tulehduksen vähentäminen ja hengitysteiden sileän lihaksen relaksaation aikaansaaminen cAMP/PKA-reitin kautta . PDE4-selektiivisen estäjän, rolipramin, on osoitettu lisäävän solunsisäistä cAMP:ia, joka säätelee ABCA1-ekspressiota ja apoA-1-välitteistä kolesterolin effluxia hiiren ja ihmisen makrofageissa .

ABCA1 vaihtoehtoiseksi biologiseksi kohdehoitokohteeksi keuhkotulehduksen hoidossa

Statiineja

Statiineja postuloitiin mahdolliseksi hoitokeinoksi tulehduksellisissa keuhkosairauksissa, mukaan lukien keuhkoahtaumatauti COPD. Kliinisissä tutkimuksissa, kuten STATCOPE:ssa, osoitettiin kuitenkin, että niillä oli yleisesti ottaen merkityksetön vaikutus potilastuloksiin. Aiemmissa tutkimuksissa on selvitetty, liittyykö syy statiinien kyvyttömyyteen vähentää merkittävästi tulehdusta keuhkoahtaumataudin pahenemisvaiheessa siihen, että ABCA1:n säätely vähenee statiinihoidon seurauksena . Osoitimme äskettäin, että ihmisen keuhkojen epiteelisolulinjoissa in vitro sekä simvastatiini että atorvastatiini eivät vaikuttaneet merkittävästi ABCA1:n ilmentymiseen (taulukko 1) . Ihmisen makrofagosoluissa in vitro Niesor et al. kuitenkin osoittivat, että simvastatiini ja atorvastatiini vähensivät ABCA1-ekspressiota ja lisäsivät miR33:n määrää, mikä tukee sitä mahdollisuutta, että ABCA1:n välittämiä anti-inflammatorisia toimintoja hillitsevällä vaikutuksella olisi voinut olla merkitystä STATCOPE-ohjelmassa osoitetuissa epäselvissä tuloksissa . On todennäköistä, että erilaiset tulokset näissä solulinjoissa johtuivat solutyyppispesifisyydestä. Näin ollen testaamalla tätä hypoteesia muilla keuhkosolulinjoilla, kuten hengitysteiden sileän lihaksen soluilla, voisimme parantaa käsitystämme statiinien vaikutuksesta ABCA1:n ilmentymiseen laajemmin ja siitä, onko yhdistelmähoito sopiva keino parantaa mahdollista statiinien aiheuttamaa ABCA1:n alaregulaatiota.

LXR-agonistit

Kun otetaan huomioon, että LXR-transkriptiotekijä on voimakas ABCA1-ekspression indusoija yhdistettynä todisteisiin anti-inflammatorisesta vaikutuksesta , siitä seuraa, että LXR-agonistit olisivat vahvoja ehdokkaita potentiaalisiksi terapeuttisiksi lääkkeiksi tulehduksellisten keuhkosairauksien hoitoon. Tätä tukevat viimeaikaiset tutkimukset, joissa käytettiin LXR-agonistien (T0901317 tai GW3965) intranasaalista antoa ja joissa osoitettiin tulehdusta edistävien sytokiinien merkittävää vähenemistä hiirillä in vivo ja keuhkoepiteelisoluilla in vitro . Kuten edellä todettiin, tällä hetkellä saatavilla olevat LXR-ligandit kohdistuvat kuitenkin molempiin LXR-isoformeihin, mikä johtaa ei-toivottuihin sivuvaikutuksiin lipidiparametreihin . Näitä ovat plasman rasvahappojen ja triglyseridien lisääntyminen, jotka ovat tunnettuja keuhkoahtaumataudin riskitekijöitä . Varhaiset LXR-agonistit, kuten GW3965, eivät myöskään ole onnistuneet täysin tukahduttamaan alveolimakrofagien tulehdussytokiinituotantoa in vitro . Synteettisen LXR-agonistihoidon haittavaikutusten, kuten kohonneiden triglyseridipitoisuuksien ja hepatoksisuuden, uskotaan johtuvan LXRα-aktivaatiosta . Näin ollen LXRβ-selektiivisten agonistien kehittämistä tutkitaan parhaillaan kliinisesti maksan lipogeneesin hillitsemiseksi.