Reglering av uttrycket av ATP-bindande kassetttransportör A1 (ABCA1): Kolesterolberoende och – oberoende signalvägar med relevans för inflammatorisk lungsjukdom

ATP-bindande kassettransportör A1 (ABCA1) är ett transmembrant transportprotein som uttrycks allmänt i mänsklig vävnad och som finns i riklig mängd i lever och lungor (granskat i ). Medan dess primära roll är att upprätthålla lipidhomeostasen genom att kontrollera utflödet av cellulärt kolesterol och fosfolipider, erkänns ABCA1 i allt högre grad ha antiinflammatoriska funktioner i en rad olika sjukdomar där inflammation är en underliggande patogen mekanism (recenserad i ). Med tanke på den roll som ABCA1 spelar för att undertrycka inflammation kan förståelsen av de signalvägar som reglerar ABCA1-uttrycket således ge potentiella terapeutiska strategier för att upprätthålla kolesterolhomeostas och behandla tillstånd med överdriven inflammation i framtiden.

ABCA1-medierat kolesterolutflöde

ABCA1-transportören spelar en viktig roll för att upprätthålla den cellulära kolesterolhomeostasen genom att delta i den omvända kolesteroltransportvägen (RCT) . ABCA1 som uttrycks i perifera celler underlättar exporten av cellulärt kolesterol till dess extracellulära acceptorprotein apolipoprotein-A1 (apoA-1) . I makrofager interagerar ABCA1 med apoA-1 för att utveckla framväxande högdensitetslipoprotein (HDL) innan det interagerar med ATP-bindande kassettransportör G1 (ABCG1) och scavengerreceptor klass B typ 1 för att bilda mogna HDL-partiklar . Därefter transporterar HDL kolesterolet från perifera vävnader till levern för utsöndring.

Förändrat ABCA1-uttryck vid lungsjukdomar

Mutationer i ABCA1 kan orsaka Tanger-sjukdomen, en sällsynt genetisk sjukdom som kännetecknas av en betydande minskning av HDL-nivåerna . Studier som undersöker ABCA1:s roll i RCT har sedan dess observerat likheter i fenotypen hos ABCA1-bristande möss jämfört med fenotypen för mänsklig Tanger-sjukdom . Fenotypen hos ABCA1-knockout-musens makrofager in vivo omfattade lipidackumulering och betydligt minskade HDL- och apoA-1-nivåer . Lipidackumulering till följd av minskad HDL och apoA-1 i ABCA1- och ABCG1-knockoutmössens makrofager visade sig inducera ökade cirkulerande proinflammatoriska cytokiner, vilket visade tecken på systemisk inflammation . Dessutom, medan liknande resultat hittades in vitro med knockdown av ABCA1 i humana makrofager, ökade ABCG1-uttrycket .

Evidens från både in vitro- och in vivo-studier har visat att ABCA1-uttrycket är förändrat vid lungsjukdomar som KOL . I en nyligen genomförd studie fann Sonett et al. att uttrycket av ABC-transportörer (ABCA1 och ABCG1) i lungor hos patienter med måttlig till svår KOL var betydligt nedreglerat jämfört med friska lungor . Dessutom observerades en större nedreglering av ABCA1-uttrycket jämfört med ABCG1, vilket tyder på att betydelsen av att förbättra nedreglerat ABCA1 kan väga tyngre än nedreglerat ABCG1 . Cigarettrök föreslås vara den främsta orsaken till nedreglerat ABCA1-uttryck hos patienter med KOL . Det finns också bevis för att cigarettrök modulerar de signalvägar som reglerar ABCA1-uttrycket i makrofager in vitro och in vivo . Lunganormaliteter i ABCA1-uttrycket har också påträffats vid lunginflammation orsakad av chlamydia pneumoniae-bakterier . Infektion med Chlamydia pneumoniae visade sig påverka kolesteroltrafiken, i samband med accelererande intracellulär kolesterolackumulering genom nedreglering av ABCA1-uttrycket i musmodeller in vivo och i mänskliga makrofager och lungepitelceller in vitro . ABCA1:s exakta roll i patogenesen för luftvägsinfektioner är dock för närvarande okänd.

ABCA1, kolesterolhomeostas och kopplingen till inflammation

Cellulärt kolesterol är kopplat till många inflammatoriska funktioner i lungorna . De proteiner som är involverade i RCT-processen kan därför påverka de inflammatoriska reaktioner som framkallas av överbelastning av fritt kolesterol i makrofager . Om man förstår funktionerna hos ABCA1 och HDL kan det avslöja hur reglering av kolesterol påverkar inflammatoriska funktioner i lungorna. Förutom HDL:s roll i RCT bidrar HDL till produktionen av surfaktant i alveolära typ II-celler , en kritisk celltyp vid KOL. Vidare är det känt att när ABCA1 undertrycks, byggs överskottskolesterol upp i alveolära celler, vilket skadar surfaktantfunktionen och ökar den inflammatoriska reaktionen som har involverats i patogenesen för kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL), astma och andra lungsjukdomar (granskad i ).

Med tanke på sambandet mellan kolesterolhomeostas och luftvägsinflammation har det terapeutiska fokuset legat på att minska den intracellulära kolesterolsyntesen med hjälp av kolesterolsänkande läkemedel, som statiner . Det har gjorts stora kliniska prövningar, bland annat STATCOPE, som har testat statinbehandlingens effektivitet hos patienter med KOL . Trots de fördelar som observerades i tidigare retrospektiva studier observerade STATCOPE ingen terapeutisk fördel av statinbehandling hos patienter med KOL . Detta tyder på att ett annat tillvägagångssätt för att återställa kolesterolbalansen, kanske genom alternativa mål som har potential att modulera kolesterol och samtidigt undertrycka inflammation, t.ex. ABCA1, bör undersökas ytterligare. Detta är fokus för denna översikt.

De flesta studier som utforskar ABCA1:s roll och funktion har utförts i kolesterolassocierade sjukdomstillstånd som ateroskleros . Ateroskleros var traditionellt känd som en kolesterollagringssjukdom . Den erkänns dock nu som en kronisk inflammatorisk sjukdom, med bevis för att överskottsackumulering av kolesterol främjar inflammatoriska reaktioner . Det finns ett antal bevis från kliniska och prekliniska studier som kopplar samman ateroskleros och inflammation. En tidigare studie med hjälp av musmodeller visade att en hämning av uttrycket av inflammatoriska mediatorer avsevärt förbättrar allvarlighetsgraden av åderförkalkning . Patienter med ateroskleros identifieras genom höga nivåer av LDL-kolesterol (low density lipoproteins) i kroppen . Regleringen av LDL-kolesterolhomeostasen påverkar det medfödda immunsystemet . Detta visas genom att LDL-kolesterol inducerar proinflammatoriska cytokiner genom aktivering av de tollliknande receptorerna (TLR) . Detta har lett till att forskningsfokus har förskjutits mot att undersöka de antiinflammatoriska fördelarna med ABCA1 vid ateroskleros. ABCA1 kan också ha direkta antiinflammatoriska effekter som är oberoende av dess inverkan på kolesterolhomeostasen, även om det med tanke på kolesterolets centrala roll för cellöverlevnad kan vara svårt att fastställa detta oberoende.

Det finns dock allt fler bevis för att ABCA1 är en intressant måltavla för sjukdomar som kännetecknas av inflammation. De potentiella antiinflammatoriska effekterna av ABCA1 har därför lett till ett ökat intresse för att undersöka fördelarna med ABCA1 vid inflammatoriska lungsjukdomar. Även om det är välkänt att kolesterol utövar en betydande reglerande kontroll över ABCA1-uttrycket, är det mindre välkänt vilken inverkan inflammatoriska mediatorer själva har på ABCA1-uppregleringen. Med tanke på interaktionen mellan kolesterolhomeostas och lunginflammation utgör kopplingen ett genomförbart alternativ för terapeutisk intervention med potential att ha positiva effekter på både ateroskleros och KOL, två kroniska sjukdomar som är en gemensam comorbiditet. För att belysa dessa potentiella terapeutiska interaktioner är syftet med denna översikt att utforska de molekylära mekanismer som är ansvariga för ABCA1-uttrycket. ABCA1-uttrycket kan regleras via kolesterolberoende och -oberoende mekanismer och syftet med genomgången är att utforska dessa signalvägar i samband med luftvägssjukdomar.

Regulering av ABCA1-uttryck: kolesterolberoende signalvägar

Kolesterolhomeostas upprätthålls genom feed-forward- och feed-back-mekanismer som involverar ABCA1 och andra partners. Framför allt regleras ABCA1-uttrycket genom viktiga signalvägar som medieras av överskott av kolesterol (fig. 1), vilket beskrivs kortfattat nedan.

LXR/RXR-vägen

Kolesterol i celler kan omvandlas till oxysteroler, som i sin tur kan kraftigt uppreglera ABCA1-uttrycket . I celltyper med relevans för inflammatoriska lungsjukdomar (inklusive makrofag-, epitel- och glattmuskelceller (tabell 1) ) är den mest rapporterade oxysterolen 25-hydroxykolesterol (25-HC). Detta naturligt förekommande stimulus ökar uttrycket av ABCA1 genom aktivering av liver X-receptorns (LXR) väg . LXR bildar en heterodimer med retinoid X-receptorn (RXR) och tillsammans bildar de en transkriptionsfaktor som binder till promotorelementet i ABCA1-genen för att öka uttrycket och i slutändan uppregleringen av ABCA1-proteinuttrycket , bland andra mål. Transkriptionen sker vid inflöde av överskott av intracellulärt kolesterol, men kolesterol aktiverar inte direkt denna väg utan omvandlas till 25-HC . Medan oxysteroler är de ligander som aktiverar LXR/RXR för att öka ABCA1-uttrycket, utlöser kolesterolbelastning en ökning av oxysterolproduktionen nedströms i mevalonatvägen för att initiera en ökad transkription av ABCA1-genen . Specifika oxysteroler kan produceras de novo i mevalonatvägen, oberoende av de vanliga kolesterolbaserade oxysterolerna. Kolesterol hos människor syntetiseras huvudsakligen de novo av levern och initieras av acetylkoenzym 3-hydroxi-3-metyl-glutaryl-koenzym . 24(S),25-epoxycholesterol (24,25EC) är ett sådant exempel, där det produceras från acetylkoenzym under en lucka i mevalonatvägen . I likhet med andra oxysteroler har 24,25EC sedan dess i studier visat sig aktivera LXR-receptorer .

Med tanke på den viktiga roll som LXR spelar i denna väg följer att en potentiell terapeutisk måltavla för att modulera kolesterolhomeostas är att öka ABCA1-uttrycket genom den LXR-beroende vägen . I detta syfte har en rad syntetiska LXR-agonister utvecklats som kan öka ABCA1-uttrycket avsevärt . Behandlingsresultaten av LXR-agonister har dock varit varierande med rapporter om negativa off-target-effekter, inklusive ökad fettsyra- och triglyceridsyntes och hepatisk steatos . På senare tid har det funnits ett ökat intresse för möjligheten att LXRα, en isoform av LXR, är den primära orsaken till de negativa effekterna av konventionella LXR-ligander . Detta har skapat intresse för utveckling av LXRβ-specifika läkemedel som tros inte generera sådana biverkningar.

SREBP-2 väg

En annan väg som är involverad i regleringen av cellulär kolesterolhomeostas förmedlas av transkriptionsfaktorn sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP-2) . SREBP-2 reglerar ABCA1 oberoende av LXR-banan, och till skillnad från aktivering av LXR-banan kan aktivering av SREBP-2 minska ABCA1-uttrycket . Aktiveringen av SREBP-2 är beroende av proteinet SREBP cleavage activating protein (SCAP), som har en sterolavkänningsdomän som kan känna av de cellulära kolesterolnivåerna . När de intracellulära kolesterolnivåerna är låga eskorterar SCAP SREBP-2 till Golgi för aktivering innan det translokeras till det sterolreglerande elementet (SRE) i kärnan för att främja transkriptionen av olika målgener samt av själva SREBP-2 . Inom intron 16 av SREBP-2 finns microRNA-33a (miR-33a), som samtranskriberas med SREBP-2 . miR-33a har visat sig hämma ABCA1-uttrycket i musens bukspottkörtelns öar ex vivo och i mänskliga makrofager in vitro . Nyligen har det visats att inhibering av miR-33a i levervävnad hos möss och makrofager in vivo leder till ett ökat uttryck av miR-33as målgen ABCA1 . Genom att öka ABCA1-uttrycket genom att hämma miR-33a kan ABCA1-målbehandlingen kringgå de negativa effekterna av nuvarande behandlingar som aktiverar LXR-vägen .

Reglering av ABCA1-uttrycket: kolesteroloberoende signalvägar

Nyligen genomförda undersökningar har visat att ett antal inflammatoriska mediatorer och skadliga exponeringar (t.ex. cigarettrök) som driver fram lungsjukdom också har en inverkan på ABCA1-uttrycket. Kliniskt använda och experimentella läkemedel är också riktade mot ABCA1, och några viktiga in vitro-studier som utförts i celler med relevans för luftvägssjukdomar anges i tabell 1. Dessa förändringar av ABCA1-uttrycket regleras av signalering (fig. 1) (se nedan), varav en del är föremål för korsverkan.

TNF

Tumörnekrosfaktor (TNF) är en proinflammatorisk cytokin som uttrycks i hög grad hos patienter med KOL . TNF är känt för att aktivera många signalvägar av vilka vissa tidigare har visat sig inducera förändringar i ABCA1-uttrycket . Dessa vägar inkluderar kärnfaktor-κB (NF-κB), sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP-2) och janus kinase 2/signal transducer 3 (JAK2/STAT3) . Med många olika vägar och molekylära partners inblandade har studier visat att TNF-stimulering kan resultera i olika effekter på ABCA1-uttrycket beroende på cellinjen . TNF-stimulering kan till exempel öka ABCA1-uttrycket via den kanoniska NF-κB-vägen . Aktivering av NF-κB som induceras av TNF uppreglerar emellertid också mRNA-nivåerna av miR-33a genom att rikta in sig på dess värdgen SREBP-2 i makrofager in vitro och möss in vivo . Eftersom ett ökat uttryck av miR-33a är förknippat med ett undertryckt ABCA1-uttryck kommer en ökning av TNF i detta sammanhang att resultera i ett minskat ABCA1-uttryck . Vi har nyligen visat att TNF ökar uppregleringen av ABCA1-protein i BEAS-2B-epitelceller in vitro , men hittills är de molekylära mekanismerna för dessa resultat okända. Intressant nog visade studier som utfördes parallellt i en annan lungepitelcelllinje, A549 in vitro, att TNF inte ökade ABCA1-proteinet i dessa celler. Kanske är skillnaden i TNF:s inverkan på ABCA1 i de två lungepitelcellinjerna, som ofta används som cellmodeller för luftvägsinflammation, ett annat bidrag från miR-33a eller andra kända ABCA1-regulatorer. Ytterligare studier är motiverade för att fastställa vilka mekanismer som är inblandade.

TLR4/Myeloid88-vägen

Toll like receptor 4 (TLR4) är en primär källa till det medfödda immunförsvaret . Detta protein uttrycks i makrofager och lungbronkiala epitelceller, två viktiga celltyper som driver luftvägsinflammation . Den främsta orsaken till luftvägsinflammation hos patienter med KOL är cigarettrök . Särskilt intressant är att exponering för cigarettrök (CSE) leder till en ökning av det lipopolysackarid (LPS)-inducerade TLR4-uttrycket i primära epitelceller i små luftvägar in vitro och hos möss in vivo . Den LPS-beroende ökningen av TLR4 aktiverar dess nedströmsadaptormolekyl Myeloid88 som överför TLR4-signalering till NF-κB-hämmaren IκBα . Fosforylering av IκBα gör det möjligt för NF-κB att translokera till kärnan , vilket i slutändan aktiverar inflammatoriska gener som kodar för proinflammatoriska cytokiner som TNF, samtidigt som det främjar uttrycket av miR33a som minskar ABCA1-uttrycket . Effekten av cigarettrök på TLR4/Myeloid88-vägen undersöktes genom att exponera mänskliga makrofag THP-1-celler in vitro och musmakrofager in vivo för CSE . Resultaten visade att ABCA1-uttrycket var signifikant nedreglerat av CSE-exponering in vitro och in vivo .

cAMP/PKA-banan

Den cykliska adenosinmonofosfat (cAMP)/proteinkinas A (PKA)-banan är ansvarig för att reglera flera cellulära funktioner, inklusive antiinflammatoriska reaktioner . Aktivering av cAMP/PKA-banan minskar inflammation genom att hämma NF-κB, förhindra minskning av ABCA1 och ökade proinflammatoriska cytokiner orsakade av NF-κB . ABCA1-uttrycket regleras också både transkriptionellt och posttranslationellt av cAMP/PKA-vägen . Transkriptionellt inducerar cAMP en ökning av ABCA1-uttrycket och dess medierade omvända kolesteroltransport . Tidigare studier har visat att stimulering av humana fibroblaster in vitro och murina makrofager in vivo med en 8-bromo-cAMP-analog aktiverade cAMP/PKA-vägen . Tidiga studier som utfördes på mänskliga makrofager kunde dock inte visa en signifikant ökning av ABCA1-uttrycket via aktivering av cAMP/PKA-vägen . Däremot visade en nyligen genomförd studie av Liao et al. att stimulering av mänskliga THP-1-makrofagceller med intermedin, en peptid från kalcitoninfamiljen, signifikant ökade ABCA1-uttrycket och kolesterolutflödet via cAMP/PKA-vägen . Det är viktigt att notera att cAMP:s inverkan på ABCA1-uttrycket beror på vilken art som används för studien, eftersom det finns viktiga skillnader i 5′-promotorelementet i den murina och humana ABCA1-genen, där det funktionella cAMP-responselementet (CRE) i den murina ABCA1-genens promotor inte finns i det första intronet i den humana promotorn .

Men även om transkriptionsregleringen skiljer sig åt reagerar celler från både människor och möss på cAMP, om än via olika mekanismer. Posttranslationellt initieras uppregleringen av ABCA1-fosforylering och kolesterolutflöde i denna signalkaskad när apoA-1 interagerar med ABCA1 under processen för omvänd kolesteroltransport . Interaktionen mellan apoA-1 och ABCA1 aktiverar heterotrimera G-proteiner och adenylylcyklas för att producera cAMP och därmed aktivera PKA, som är ett direkt nedströmsmål för cAMP . PKA ökar sedan fosforyleringen av ABCA1, vilket i tidigare studier har visat sig öka ABCA1-uttrycket och kolesterolutflödet avsevärt i makrofagceller . Huruvida uppreglering av ABCA1 genom cAMP/PKA-vägen sker i samband med inflammatoriska lungsjukdomar motiverar ytterligare undersökningar, särskilt eftersom cAMP-höjande medel (t.ex. β2-adrenerga receptoragonister och fosfodiesterashämmare) är allmänt använda behandlingar inom andningsmedicinen i dag.

JAK2/STAT3-vägen

Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) spelar en komplex roll i regleringen av den inflammation som uppstår vid skador i luftvägarna . Cigarettrök är förknippad med skador och inflammation i luftvägarna och kan också aktivera STAT3 i lungorna . Även om STAT3:s exakta roll i inflammatoriska lungsjukdomar är relativt dåligt förstådd är det känt att frånvaro av STAT3-uttryck försämrar lungornas medfödda antiinflammatoriska svar , vilket tyder på att närvaron av STAT3 är viktig för att minska lunginflammation. Hittills har det visat sig att aktivering av STAT3 till följd av interaktion mellan ABCA1 och apoA-1 ger en antiinflammatorisk effekt . Liknande antiinflammatoriska effekter visades av proinflammatoriska cytokiner, interleukiner och interferoner som aktiverar Janus kinas 2 (JAK2)/STAT3-vägen . En känd cytokin som aktiverar denna väg är interleukin 6 (IL-6), där IL-6-uttrycket främjas av inflammatoriska markörer för KOL som TNF . Den första signalmolekylen som aktiveras vid interaktion mellan apoA-1 och ABCA1 eller av cytokin IL-6 är JAK2 . Vid aktivering av JAK2 genomgår den autofosforylering innan den fosforylerar sitt nedströmsmål STAT3 . I makrofager från människa och mus binder det fosforylerade STAT3 till CRE-platsen som ligger på det första intronet i den humana och murina ABCA1-genen för att öka genuttrycket av ABCA1 .

Apoptos ökar ABCA1-uttrycket

Under akut och kronisk luftvägsinflammation finns det en betydande ökning av immun- och strukturella celler som genomgår apoptos . Rensningen av cellapoptos i lungorna regleras främst av luftvägsmakrofager i en process som kallas efferocytos . Apoptotiska celler har tidigare visats vara direkt förknippade med en ökning av ABCA1-uttrycket i makrofager . Apoptotiska celler innehåller fosfatidylserin (PtdSer) som fungerar som en igenkänningssignal för fagocyter genom att binda till receptorer på cellytan hos makrofager, som Mer tyrosinkinas (MerTK) . Under efferocytos som regleras av MerTK i lungvävnad aktiveras LXR-vägen, vilket innebär att uttrycket av ABCA1 uppregleras . Med den ökade apoptos som sker vid inflammatoriska lungsjukdomar som KOL är den troliga följden att ABCA1-uttrycket bör öka, men denna förutsägelse stämmer inte eftersom efferocytosprocessen hos patienter med KOL är dysreglerad . Den exakta mekanism som ligger till grund för felet i efferocytos vid KOL är okänd, men det spekuleras att den är kopplad till förändringar i uttryck och funktion av PtdSer-receptorer som MerTK . Därför behövs ytterligare studier som utforskar de molekylära mekanismerna bakom dysreglerad efferocytos i KOL för att identifiera vilken potentiell effekt funktionella förändringar i MerTK har på ABCA1-uttrycket.

Nyligen har studier rapporterat om en väg som regleras av den fagocytära receptorn hjärnspecifik angiogeneshämmare 1 (BAI1), som fungerar på ett liknande sätt som det sätt på vilket MerTK känner igen PtdSer på apoptotiska celler . I korthet aktiverar BAI1 sin nedströmsbaserade signalmediator Ras-relaterad C3 botulinumtoxinsubstrat 1 (RAC1) vid kontakt med PtdSer för att främja ABCA1-transkription oberoende av LXR-vägen . Det är för närvarande oklart om denna väg finns i lungvävnad. Ytterligare studier som undersöker effekten av apoptos på ABCA1-uttryck i lungmakrofager är därför motiverade.

ApoA-1 interaktion med ABCA1

ApoA-1 är en acceptör för cellulärt kolesterol från perifera celler som direkt interagerar med ABCA1 för att bilda begynnande lipidfattig HDL . Murphy et al. visade att HDL som bildas genom interaktion mellan apoA-1 och ABCA1 har antiinflammatoriska effekter . Det är troligt att de antiinflammatoriska egenskaperna hos apoA-1 är direkt kopplade till regleringen av ABCA1-signalvägarna cAMP/PKA och JAK2/STAT3 . Såsom beskrivs ovan är båda dessa signalvägar kända för att uppreglera ABCA1-uttrycket, med ökat ABCA1-uttryck korrelerat med ökning av HDL . De signalvägar som är involverade i regleringen av ABCA1-uttrycket är därför viktiga för att förmedla HDL:s antiinflammatoriska egenskaper.

Intressant nog undertrycker apoA-1 LPS-inducerad proinflammatorisk cytokinproduktion via TLR4/myeloid88-vägen i makrofager . Detta var kopplat till en minskning av mRNA-stabiliteten hos proinflammatoriska mediatorer genom verkan av det destabiliserande RNA-bindande proteinet tristetraprolin (TTP) . Även om det är oklart genom vilken exakt mekanism interaktionen mellan ABCA1 och apoA-1 inducerar den TTP-medierade antiinflammatoriska effekten, rapporterade Yin et al. att apoA-1:s effekt på TTP minskade avsevärt när ABCA1-uttrycket var tystat . Sammantaget understryker dessa studier det lovande i ApoA-1 som en fördelaktig måltavla vid luftvägssjukdomar. Kostnaden för renat apoA-1 och rekombinant apoA-1 kan dock visa sig vara en hinder för ytterligare undersökningar. Syntetiska analoger av apoA-1, så kallade apoA-1-mimetika, har utvecklats och erbjuder en kostnadseffektiv lösning. Det är spännande att ApoA-1-mimetika 5A och 4F som administrerats intravenöst och intratrakemiskt har visat sig ha antiinflammatoriska och antioxidativa effekter i mänskliga kranskärlsceller in vitro och hos möss in vivo genom interaktion med ABCA1 . Ytterligare undersökningar är motiverade.

Effekt av nuvarande läkemedel vid lungsjukdomar på ABCA1-uttryck

Aktuella farmakologiska behandlingar för personer med luftvägssjukdomar omfattar användning av kortikosteroider, bronkdilaterande medel (t.ex. β2-adrenerga receptoragonister) och fosfodiesterashämmare. Även om vissa studier har undersökt effekten av nuvarande läkemedel för luftvägssjukdomar på ABCA1-uttryck finns det mycket utrymme för ytterligare undersökningar. Effekten av dessa läkemedel på de signalvägar som reglerar ABCA1-uttrycket kommer att beskrivas nedan.

Kortikosteroider

Hittills har det funnits begränsade studier som syftar till att undersöka effekten av steroider på ABCA1-uttrycket. Även om det inte finns några bevis för ett glukokortikoidresponselement i ABCA1-promotorn har icke-cis-medierad transkriptionsreglering av ABCA1 visat sig finnas i makrofager . Steroiden dexametason minskade ABCA1-uttrycket genom en LXR-oberoende väg i makrofager in vitro .

Bronkodilatorer

β2-adrenerga receptoragonister är vanligt förekommande bronkodilatorer för behandling av lungsjukdomar som KOL eller astma . Den mekanism genom vilken β2-agonister främjar bronkdilaterande effekter i lungorna tros ske via cAMP/PKA-beroende minskning av intracellulärt kalcium , även om andra vägar kan finnas. Aktivering av cAMP/PKA-vägen är resultatet av ökad intracellulär cAMP efter behandling med β2-agonister . Såsom beskrivs i ett tidigare avsnitt har det fastställts att cAMP inducerar uppreglering av ABCA1-uttryck i humana makrofager . Utöver de bronkdilaterande effekterna av β2-agonistbehandling kan således de antiinflammatoriska egenskaperna hos β2-agonister vara förknippade med ABCA1-medierat undertryckande av inflammatoriska reaktioner i lungorna.

Fosfodiesterashämmare

Hämmare av fosfodiesteras av typ 4 (PDE4) är ett behandlingsalternativ vid KOL. I likhet med effekten av β2-agonister uppvisar PDE4-hämmare flera fördelar som inkluderar minskad inflammation och framkallande av relaxation av glatt muskulatur i luftvägarna via cAMP/PKA-vägen . Den selektiva PDE4-hämmaren rolipram har visat sig öka intracellulärt cAMP vilket uppreglerar ABCA1-uttrycket och apoA-1-medierat kolesterolutflöde i makrofager av mus och människa .

ABCA1 som ett alternativt biologiskt mål för behandling av lunginflammation

Statiner

Statiner postulerades som möjlig behandling av inflammatoriska lungsjukdomar, inklusive KOL. Kliniska prövningar som STATCOPE visade sig dock ha en övergripande obetydlig inverkan på patienternas resultat . I tidigare studier har man undersökt om orsaken till statinernas oförmåga att signifikant minska inflammation under lungexacerbation är kopplad till att ABCA1 nedregleras till följd av statinbehandlingen . Vi visade nyligen att i humana lungepitelcellinjer in vitro hade både simvastatin och atorvastatin ingen signifikant inverkan på ABCA1-uttrycket (tabell 1) . I mänskliga makrofagceller in vitro visade dock Niesor et al. att simvastatin och atorvastatin minskade ABCA1-uttrycket och ökade miR33, vilket stöder möjligheten att en repressiv effekt på ABCA1-medierade antiinflammatoriska funktioner kan ha spelat en roll för de tvetydiga resultat som visades i STATCOPE . Det är rimligt att de olika resultaten i dessa cellinjer berodde på celltypsspecificitet. Genom att testa denna hypotes på andra lungcellinjer, t.ex. glatta muskulaturceller i luftvägarna, skulle vi därför förbättra vår förståelse av statinernas effekt på ABCA1-uttrycket i bredare bemärkelse och huruvida kombinationsbehandling för att förbättra en eventuell statininducerad nedreglering av ABCA1 är lämplig.

LXR-agonister

Med tanke på att LXR-transkriptionsfaktorn är en potent inducerare av ABCA1-uttryck i kombination med bevis för antiinflammatorisk effekt följer att LXR-agonister skulle vara starka kandidater som potentiella terapeutika för behandling av inflammatoriska lungsjukdomar. Detta stöds av nyligen genomförda studier med intranasal administrering av LXR-agonister (T0901317 eller GW3965) som visade en betydande minskning av proinflammatoriska cytokiner hos möss in vivo och lungepitelceller in vitro . Som vi har beskrivit är dock för närvarande tillgängliga LXR-ligander riktade mot båda LXR-isoformerna, vilket leder till oönskade bieffekter på lipidparametrar . Dessa inkluderar ökade plasmafettsyror och triglycerider, som är kända riskfaktorer för KOL . Tidiga LXR-agonister, såsom GW3965, har också misslyckats med att helt undertrycka inflammatorisk cytokinproduktion från alveolära makrofager in vitro . De negativa effekterna av behandling med syntetiska LXR-agonister, inklusive förhöjda triglyceridnivåer och hepatoxicitet, tros bero på LXRα-aktivering . Utvecklingen av LXRβ-selektiva agonister är därför för närvarande föremål för klinisk prövning för att motverka hepatisk lipogenes.