ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Μεταβολικές επιπτώσεις της αποστέρησης τεστοστερόνης σε μοντέλα αρρένων μυών. Διογένης Μπατσούλης

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ Μ.Π.Σ. ΣΤΙΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Μεταβολικές επιπτώσεις της αποστέρησης τεστοστερόνης σε μοντέλα αρρένων μυών Διογένης Μπατσούλης Ιατρός Επιβλέπων καθηγητής Κυριάκος Η. Κυπραίος, Αναπληρωτής Καθηγητής Φαρμακολογίας Πάτρα, 2012

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ Μ.Π.Σ. ΣΤΙΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ Διογένης Μπατσούλης Α.Μ Νοεμβρίου 2012 Η τριμελής επιτροπή Κυπραίος Η. Κυριάκος (Επιβλέπων), Αναπληρωτής Καθηγητής Φαρμακολογίας, Τμήματος Ιατρικής, Σχολής Επιστημών Υγείας, Πανεπιστημίου Πατρών Βουκελάτου Γεωργία (Μέλος), Επίκουρη Καθηγήτρια Φυσιολογίας, Τμήματος Ιατρικής, Σχολής Επιστημών Υγείας, Πανεπιστημίου Πατρών Παπαχρήστου Διονύσιος (Μέλος), Επίκουρος Καθηγητής Ανατομίας-Ιστολογίας- Εμβρυολογίας, Τμήματος Ιατρικής, Σχολής Επιστημών Υγείας, Πανεπιστημίου Πατρών 2

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η ακόλουθη εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Φαρμακολογίας του Τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών, κατά την περίοδο , στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών «Βασικές Ιατρικές Επιστήμες». Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η ανάδειξη των μεταβολικών επιπτώσεων της αποστέρησης της τεστοστερόνης σε διάφορα μοντέλα μυών. Επιθυμώ να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μου κύριο Κυριάκο Κυπραίο αρχικά για την ώθηση που μου έδωσε ώστε να ασχοληθώ με το χώρο της μελέτης των λιπιδίων και την καθοδήγηση που αμέριστα μου πρόσφερε κατά την εισαγωγή μου στον εργαστηριακό ερευνητικό χώρο αλλά και σε όλη τη διάρκεια της συνεργασίας μας. Περισσότερο όμως αισθάνομαι υποχρεωμένος να τον ευχαριστήσω για την ποιότητα της βοήθειάς του η οποία διακρινόταν από ανεξάντλητη υπομονή, ασυνήθιστα ακατάβλητη αισιοδοξία καθώς και μεγάλη συγχωρητικότητα προς τις αστοχίες του γράφοντος. Επιπλέον, τον κύριο Παπαχρήστου Διονύσιο, Επίκουρο Καθηγητή Ανατομίας Ιστολογίας Εμβρυολογίας ο οποίος βοήθησε εξαιρετικά με τις εξειδικευμένες παρατηρήσεις αλλά και την τεχνική βοήθεια του ειδικά σε θέματα ιστοπαθολογίας καθώς και την κυρία Βουκελάτου Γεωργία, Επίκουρη Καθηγήτρια Φυσιολογίας η οποία επίσης βοήθησε σημαντικά με τις συμβουλές και τον ενθουσιασμό που μου μετέδωσε για το αντικείμενο της μελέτης. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους μεταπτυχιακούς φοιτητές και υποψήφιους διδάκτορες του εργαστηρίου Φαρμακολογίας καθώς και των εργαστηρίων Βιοχημείας και Μικροβιολογίας για την πολύτιμη βοήθειά τους. 3

4 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 6 Μεταβολικές επιπτώσεις της αποστέρησης τεστοστερόνης σε μοντέλα αρρένων μυών... 6 ABSTRACT... 8 Metabolic consequences of testosterone deprivation on male mouse models ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΤΕΣΤΟΣΤΕΡΟΝΗ Ιστορικά στοιχεία Το μόριο της τεστοστερόνης και η σύνθεσή του Η ρύθμιση της σύνθεσης Μηχανισμός δράσης τεστοστερόνης Οι δράσεις της τεστοστερόνης Προβληματισμοί για τη δράση της τεστοστερόνης Νεότερα δεδομένα για τη δράση της τεστοστερόνης ΚΑΡΔΙΑΓΓΕΙΑΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΛΙΠΙΔΙΩΝ Σχέση καρδιαγγειακών συμβαμάτων και συστήματος λιπιδίων Το σύστημα των λιπιδίων ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΖΩΑ ΟΡΧΕΚΤΟΜΕΣ-ΨΕΥΔΟΧΕΙΡΟΥΡΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΩΜΑΤΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΔΟΚΙΜΑΣΙΑ ΑΝΟΧΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΛΗΨΗ ΑΙΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΟΥΡΑ ΤΩΝ ΜΥΩΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΤΡΙΓΛΥΚΕΡΙΔΙΩΝ ΣΤΟ ΠΛΑΣΜΑ ΤΩΝ ΜΥΩΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΟΛΙΚΗΣ ΧΟΛΗΣΤΕΡΟΛΗΣ ΣΤΟ ΠΛΑΣΜΑ ΤΩΝ ΠΟΝΤΙΚΩΝ

5 3.8 ΚΛΑΣΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΙΠΟΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΟΥ ΠΛΑΣΜΑΤΟΣ ΜΕ ΥΠΕΡΦΥΓΟΚΕΝΤΡΗΣΗ ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΜΕΝΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΔΙΑΠΙΔΥΣΗ ΈΜΜΕΣΕΣ ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ ΑΙΜΟΛΗΨΙΑ, ΕΥΘΑΝΑΣΙΑ ΚΑΙ ΣΥΛΛΟΓΗ ΟΡΓΑΝΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΣΩΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΜΥΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΕΙΨΗΣ ΤΕΣΤΟΣΤΕΡΟΝΗΣ ΣΤΟ ΣΩΜΑΤΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΕΙΨΗΣ ΤΕΣΤΟΣΤΕΡΟΝΗΣ ΣΤΗΝ ΚΑΘΑΡΣΗ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΥΣΤΕΡΑ ΑΠΟ ΔΟΚΙΜΑΣΙΑ ΑΝΟΧΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΕΙΨΗΣ ΤΕΣΤΟΣΤΕΡΟΝΗΣ ΣΤΟ ΛΙΠΙΔΑΙΜΙΚΟ ΠΡΟΦΙΛ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΛΙΠΟΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΟΥ ΠΛΑΣΜΑΤΟΣ LDLr-/- ΜΥΩΝ ΜΕ ΥΠΕΡΦΥΓΟΚΕΝΤΡΗΣΗ ΣΕ ΒΑΘΜΙΔΩΣΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΠΡΟΦΙΛ LDLr-/- ΜΥΩΝ ΣΕ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟΥΣ ΚΛΩΒΟΥΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΣΩΜΑΤΟΣ LDLr-/- ΜΥΩΝ ΣΥΖΗΤΗΣΗ- ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΣΥΝΤΟΜΟ ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Μεταβολικές επιπτώσεις της αποστέρησης τεστοστερόνης σε μοντέλα αρρένων μυών Η τεστοστερόνη έχει πολυεπίπεδη αναβολική και ανδρογόνο δράση. Τα τελευταία χρόνια η άποψη ότι συμβάλει στην αύξηση της αθηρωμάτωσης, η οποία οδηγεί σε καρδιαγγειακά συμβάματα στο ανδρικό φύλο, άρχισε να κλονίζεται. Διάφορες μελέτες καταδεικνύουν ότι βασικές μεταβολικές παράμετροι που επηρεάζουν την εξέλιξη της αθηρωμάτωσης, όπως είναι το λιπιδαιμικό προφίλ και το βάρος μεταβάλλονται δυσμενώς με την πτώση των επιπέδων της τεστοστερόνης και αποκαθίστανται με την επάνοδο των επιπέδων της στο φυσιολογικό. Τα αποτελέσματα αυτών των ερευνών είναι όμως πολλές φορές αντιφατικά μεταξύ τους. Σημαντικό στοιχείο του συστήματος των λιπιδίων αποτελούν οι λιποπρωτεΐνες LDL και HDL καθώς και η απολιποπρωτεΐνη Ε και οι νυποδοχείς της LDL οι οποίοι είναι απαραίτητοι στην κάθαρση των LDL σωματιδίων στο ήπαρ. Στόχος της εργασίας αυτής ήταν η περαιτέρω διευκρίνιση του ρόλου της τεστοστερόνης σε βασικούς μεταβολικούς παράγοντες που εξελίσσουν την αθηρωματική διαδικασία. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τρεις ομάδες μυών: μία με εξάλειψη του γονιδίου της ApoE (ApoE -/- ), μία με εξάλειψη του γονιδίου του υποδοχέα της LDL (LDLr -/- ) και μία αγρίου τύπου C57BL6. Οι μισοί μύες υπέστησαν ορχεκτομή και οι άλλοι μισοί ψευδοχειρουργείο και τέθηκαν σε δίαιτα δυτικού τύπου για 12 εβδομάδες. Οι LDLr -/- ορχεκτομηθέντες μύες είχαν σημαντικά μικρότερο ξηρό βάρος και λίπος από την ομάδα ελέγχου (9.1±0.9gr. και 19.0±1.4gr ξηρού βάρους καθώς και 8.8±0.9gr και 3.4±0.4gr λίπους αντίστοιχα ). Επιπλέον στους LDLr -/- μύες η δοκιμασία ανοχής γλυκόζης έδειξε χειρότερο γλυχαιμικό έλεγχο στην ομάδα ελέγχου αντίθετα με ότι συνέβαινε με την ομάδα των C57BL6. Παρεμφερής εικόνα υπήρξε και από τα τριγλυκερίδια του πλάσματος τα οποία ήταν αυξημένα στην ομάδα ελέγχου των LDLr -/- αντίθετα με τις ομάδες των ApoE -/- και C57BL6 στις οποίες δεν παρατηρήθηκε διαφορά. Τα ευρήματα αυτά καταδεικνύουν τον καθοριστικό ρόλο της τεστοστερόνης στην αύξηση του βάρους και την συνακόλουθη υπερτριγλυκεριδαιμία και διαταραχή στη 6

7 δοκιμασία ανοχής γλυκόζης σε μύες LDLr -/-. Ειδικότερα, μπορεί να γίνει η υπόθεση ότι η παρουσία της τεστοστερόνης εξασφαλίζει ένα εναλλακτικό μοριακό μονοπάτι αναγκαίο για την αύξηση του βάρους σε LDLr -/- μύες. 7

8 ABSTRACT Metabolic consequences of testosterone deprivation on male mouse models. Testosterone exhibits multiple anabolic and virilizing functions. Recently the classical view that testosterone contributes to the progression of atherosclerosis which leads to cardiovascular events is being doubted. Various studies have shown that a number of basic metabolic parameters affecting the progress of atherosclerosis such as blood lipid levels and body weight are deteriorated with the decrease of testosterone levels and restored after testosterone levels become normal again. Many of these studies provide contradicting results. The LDL and HDL lipoproteins constitute an important component to the lipid system as well as the Apolipoprotein E and the LDL receptors which are indispensable for the process of the LDL particle removal from circulation through the liver. The aim of this study was to further delineate the role of testosterone in affecting key metabolic parameters which in turn interfere with the rate of atherosclerosis progression. To achieve that, three groups of 10 mice each, were used: wild type C57BL6, ApoE deficient (ApoE -/- ) and LDLr deficient (LDLr -/- ). Half the mice were orchectomized and the rest were sham operated. After a four week recovery period the mice were fed western type diet. LDLr -/- orchectomized mice had significantly lower dry mass and body fat than the control group (9.1±0.9gr. και 19.0±1.4gr of dry mass and 8.8±0.9gr and 3.4±0.4gr of body fat respectively). Furthermore, glucose tolerance test revealed impaired control in the LDLr -/- control group contrary to what happened with the orchectomized LDLr -/- and C57BL6 mice. Likewise, triglyceride plasma levels were elevated in the LDLr -/- control group in contrast to their ApoE -/- and C57BL6 and, LDLr -/- orchectomized counterparts whose levels did not deviate significantly from their basal state. These findings underline the crucial role testosterone plays in hyperlipedaemia, weight gain and glucose tolerance. Specifically, testosterone seems to provide an alternative molecular route which is crucial for weight gain in LDLr -/- mice. 8

9 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Η ΤΕΣΤΟΣΤΕΡΟΝΗ Ιστορικά στοιχεία Η λειτουργία των όρχεων συνδέθηκε με την ύπαρξη κυκλοφορούντων στο αίμα ουσιών τα γνωστά και σήμερα ως ανδρογόνα- από την εργασία του Arnold Adolph Berthold ( ) επάνω στη ορχεκτομή και τη μεταμόσχευση όρχεων σε όρνιθες (1). Ήδη από την εποχή του Charles-Édouard Brown-Séquard, οπότε και προτάθηκε η χρήση ενός υγρού παρασκευάσματος από όρχι ινδικού χοιριδίου και σκύλου, άρχισε να υπάρχει ενδιαφέρον για τις ορμόνες του ανδρικού φύλου (2). Η απομόνωση της τεστοστερόνης και ο χαρακτηρισμός του χημικού της τύπου κατέστη δυνατός τη δεκαετία του 1930 και είχε ως αποτέλεσμα την απονομή του βραβείου Nobel χημείας το 1939 στους Butenandt και Ruzicka. Οι δεκαετίες του 1930, 40 και 50 ονομάστηκαν «η χρυσή εποχή της χημείας των στεροειδών» (3) αφού γινόταν αντιληπτή η θετική τους επίδραση στους μύες, την δύναμη και τη γενικότερη ευεξία (4). 9

10 1.1.2 Το μόριο της τεστοστερόνης και η σύνθεσή του. Η τεστοστερόνη είναι μία στεροειδής ορμόνη με μοριακό βάρος 288,42 (Εικόνα 1.1) η οποία ανήκει στην ομάδα των ανδρογόνων. Πρόκειται για την κύρια ορμόνη του ανδρικού φύλου καθώς και ένα αναβολικό στεροειδές. Στα θηλαστικά η τεστοστερόνη εκκρίνεται κυρίως από τους όρχεις στα αρσενικά άτομα (πάνω από 95%) (5) και από τις ωοθήκες στα θηλυκά. Μικρότερες ποσότητες της τεστοστερόνης παράγονται από τη δικτυωτή ζώνη του φλοιού των επινεφριδίων, τον πλακούντα ακόμη και από το δέρμα (6). Εικόνα 1.1:To μόριο της τεστοστερόνης (C19H28O2) Η τεστοστερόνη παράγεται στους όρχεις από τα κύτταρα Leydig (7) και φθάνει τα κύτταρα στόχους μέσω του αίματος, όπου το μεγαλύτερο ποσοστό της βρίσκεται συνδεδεμένο με μία ειδική πρωτεΐνη του πλάσματος την SHBG (sex hormone binding globulin). Η σύνθεση της τεστοστερόνης, όπως και των άλλων στεροειδών ορμονών αρχίζει από το μόριο της χοληστερόλης (8) (Εικόνα 1.2). Με την επίδραση του μιτοχονδριακού ενζύμου CYP11A και του ενζύμου του κυτταροπλασματικού δικτύου CYP17A παράγεται μία ποικιλία από στεροειδή με 19 άτομα άνθρακα (9). Το ένζυμο 3- β-hsd (hydroxysteroid dehydrogenase) καταλύει τη μετατροπή αυτών των ουσιών σε ανδροστενεδιόνη και τελικά με την επίδραση της 17-β-HSD, παράγεται η τεστοστερόνη. Η τελευταία αντίδραση καθορίζει και το ρυθμό παραγωγής της τεστοστερόνης. 10

11 Εικόνα 1.2: Η σύνθεση της τεστοστερόνης Η ρύθμιση της σύνθεσης. Η σύνθεση της τεστοστερόνης είναι μία λειτουργία που επιτελείται στα κύτταρα Leydig και ο αριθμός αυτών των κυττάρων καθορίζεται από την LH και την FSH. Επιπλέον ο ρυθμός παραγωγής της τεστοστερόνης από τα υπάρχοντα κύτταρα του Leydig βρίσκεται κάτω από τον έλεγχο της LH η οποία ρυθμίζει την έκφραση της 17-β-HSD (10). Όταν τα επίπεδα της τεστοστερόνης είναι χαμηλά, αυξάνεται από τον υποθάλαμο η παραγωγή GnRH η οποία με τη σειρά της προκαλεί αύξηση της παραγωγής της LH και της FSH με τελικό αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγής τεστοστερόνης. Αντίθετα τα αυξημένα επίπεδα της τεστοστερόνης ασκούν αρνητική ανάδραση τόσο στον υποθάλαμο όσο και στην υπόφυση, ώστε να μειώσουν την παραγωγή της GnRH και των FSH, LH αντίστοιχα. Έτσι η συνολική ποσότητα της παραγόμενης τεστοστερόνης ελέγχεται από τον άξονα υποθάλαμος- υπόφυση- όρχεις (11) (Εικόνα 1.3). 11

12 Εικόνα 1.3: Ο έλεγχος της παραγωγής τεστοστερόνης Μία σειρά από περιβαλλοντικούς παράγοντες μπορεί να αυξήσουν την παραγωγή της τεστοστερόνης όπως η βιταμίνη D (12), τα ιόντα Μαγνησίου, ο ύπνος REM (13), ενώ άλλοι είναι δυνατό να την μειώσουν όπως τα ιόντα Zn (14) και η αύξηση της ηλικίας (15). Η απώλεια βάρους είναι ένας από τους παράγοντες που μπορεί να οδηγήσουν σε αύξηση των επιπέδων της τεστοστερόνης, καθώς τα λιποκύτταρα παράγουν το ένζυμο αρωματάση, το οποίο μετατρέπει την τεστοστερόνη σε οιστραδιόλη (16) Μηχανισμός δράσης τεστοστερόνης. Η ελεύθερη τεστοστερόνη μεταφέρεται μέσα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων στόχων, όπου είτε συνδέεται με τον υποδοχέα ανδρογόνων είτε υφίσταται αναγωγή σε 5α διυδροτεστοστερόνη (DHT) από το κυτταροπλασματικό ένζυμο 5α αναγωγάση. Η δράση της DHT είναι πέντε φορές ισχυρότερη από της τεστοστερόνης, αφού συνδέεται ισχυρότερα με τον υποδοχέα ανδρογόνων (17). Το σύμπλεγμα υποδοχέα-τεστοστερόνης (ή DHT) υφίσταται δομικές αλλαγές και εισέρχεται στον πυρήνα του κυττάρου, όπου 12

13 προσδένεται σε συγκεκριμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων του χρωμοσωμικού DNA τα HREs (hormone response elements) επηρεάζοντας τη μεταγραφική δραστηριότητα διαφόρων γονιδίων τα προϊόντα των οποίων ασκούν ανδρογόνο δράση Οι δράσεις της τεστοστερόνης. Γενικά η τεστοστερόνη επάγει την πρωτεϊνοσύνθεση και την ανάπτυξη των ιστών οι οποίοι έχουν υποδοχείς ανδρογόνων ασκώντας αναβολική και ανδρογενετική δράση. Οι αναβολικές δράσεις της περιλαμβάνουν την αύξηση του αναστήματος, την ωρίμανση και των οστών και την αύξηση της πυκνότητάς τους καθώς και την αύξηση της μυϊκής μάζας και συνακόλουθα της δύναμης. Η ανδρογενετική δράση της τεστοστερόνης περιλαμβάνει την ανάπτυξη των δευτερογενών χαρακτηριστικών του φύλου όπως είναι η γενειοφορία και η γενικότερη ανάπτυξη της τριχοφυΐας, η αύξηση του βάθους φωνής, αλλά και η αύξηση της Libido. Επιπλέον παίζει γενικότερο ρόλο στη σύσταση της μάζας του σώματος, όπως επίσης και στην ερυθροποίηση (18) Προβληματισμοί για τη δράση της τεστοστερόνης. Για πολλά χρόνια μετά το Nobel του 1966 στον Charles B. Huggins η χρήση της τεστοστερόνης θεωρείτο εξαιρετικά επικίνδυνη λόγω της ενοχοποίησής της ως παράγοντα που ευνοεί την ανάπτυξη του καρκίνου του προστάτου. Επιπλέον τα ανδρογόνα γενικότερα συνδέθηκαν με τον ανδρικό φαινότυπο αναφορικά με τα καρδιαγγειακά συμβάματα. Θεωρήθηκε δηλαδή, η τεστοστερόνη υπεύθυνη για τη μεγάλη διαφορά που παρουσιάζουν τα δύο φύλα στην επίπτωση των καρδιαγγειακών συμβαμάτων, όπως είναι τα εμφράγματα και τα εγκεφαλικά επεισόδια Νεότερα δεδομένα για τη δράση της τεστοστερόνης Θεραπεία αποστέρησης ανδρογόνων Τα τελευταία χρόνια άρχισαν να έρχονται στο φως δεδομένα που ανατρέπουν τις καθεστηκυίες αντιλήψεις. Η εισαγωγή της θεραπείας αποστέρησης ανδρογόνων (ΘΑΑ) μέσω χημικού ευνουχισμού έδωσε αποτελέσματα τα οποία δείχνουν ότι η έλλειψη 13

14 ανδρογόνων μπορεί να επηρεάσει αρνητικά βασικές μεταβολικές παραμέτρους. Για παράδειγμα μια μελέτη από τους Braga-Basaria et al., (19) κατέδειξε ότι οι ασθενείς υπό ΘΑΑ είχαν σημαντικά υψηλότερο δείκτη μάζας σώματος (ΔΜΣ (P<0.01) και επίπεδα χοληστερόλης ορού (P=0.03) σε σχέση με ευγοναδικούς ασθενείς. Η τελευταία παράμετρος γινόταν μάλιστα αρκετά σημαντική, όταν γινόταν κανονικοποίηση των δύο ομάδων ασθενών ως προς το βάρος. Η τάση της ΘΑΑ να αυξάνει το ΔΜΣ, να συμβάλλει στην ανώμαλη κατανομή του λιπώδους ιστού, αλλά και να επηρεάζει αρνητικά παράγοντες, όπως η ανοχή της γλυκόζης και η υπεργλυκαιμία προάγοντας την ανάπτυξη μεταβολικού συνδρόμου, δείχνει ότι η τεστοστερόνη παίζει σημαντικό ρόλο σε βασικές μεταβολικές παραμέτρους Υπογοναδισμός Η σημασία όμως της έλλειψης της τεστοστερόνης σε καθοριστικούς μεταβολικούς παράγοντες καταδείχθηκε και σε μελέτες στις οποίες δεν υπήρχε ιατρογενής παρέμβαση με φάρμακα που ασκούν αντιανδρογόνο δράση. Ήδη από το 1997 μία από τις πρώτες μελέτες σε αυτό το πεδίο ήταν η μελέτη Telecom. Επρόκειτο για μια ανάλυση μεταξύ δύο ομάδων υγειών ανδρών με συγκρίσιμη ηλικία και εθνικότητα. Η μία ομάδα παρουσίαζε φυσιολογικά επίπεδα τεστοστερόνης πλάσματος, ενώ η άλλη χαμηλά. Έτσι παρατηρήθηκε ότι η ομάδα με τα χαμηλά επίπεδα παρουσίαζε σημαντικά υψηλότερη γλυκόζη νηστείας (p<0.04), επίπεδα γλυκόζης στις 2 ώρες μετά τη φόρτιση με γλυκόζη (p<0.02), τριγλυκερίδια ορού (p<0.001), ολική χοληστερόλη (p<0.04), LDL χοληστερόλη (p<0.01), και χαμηλότερη HDL χοληστερόλη (p<0.01) (20). Σημαντική παρατήρηση αποτελεί η αύξηση του βάρους των ορχεκτομηθέντων ατόμων, γεγονός το οποίο έχει γίνει αντιληπτό από την αρχαιότητα και αφορά τόσο κατοικίδια ζώα όσο και τον άνθρωπο. Η μελέτη Massachusetts Male Aging Study επιπλέον έδειξε ότι η παχυσαρκία συνδέεται με χαμηλά επίπεδα τεστοστερόνης (21) Θεραπεία με ανδρογόνα Ειδικά τις τελευταίες δεκαετίες, οπότε και αναγνωρίσθηκε η σημασία της τεστοστερόνης στη διατήρηση της libido και της εν γένει ποιότητας ζωής, καθώς επίσης συντελέσθηκε και η σταδιακή απενοχοποίησή της ως προαγωγικού παράγοντα του καρκίνου του 14

15 προστάτου, η θεραπεία υποκατάστασης ανδρογόνων διαδίδεται ευρέως. Αυτό έδωσε τη δυνατότητα της παρατήρησης μεταβολών παραμέτρων όπως η μείωση της ολικής χοληστερόλης και της LDL (22,23) και η αύξηση της HDL (24). Εν τούτοις άλλες μελέτες δείχνουν την HDL χοληστερόλη αμετάβλητη (25,26) η ακόμη και μειούμενη με την αποκατάσταση των επιπέδων της τεστοστερόνης μετά την εισαγωγή της θεραπείας (27,28). 1.2 ΚΑΡΔΙΑΓΓΕΙΑΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΛΙΠΙΔΙΩΝ Σχέση καρδιαγγειακών συμβαμάτων και συστήματος λιπιδίων. Στον ανεπτυγμένο κόσμο τα καρδιαγγειακά συμβάματα αποτελούν τη συχνότερη αιτία θανάτου με τη στεφανιαία νόσο ειδικότερα να αποτελεί τη μείζονα απειλή και τους θανάτους μόνο στις Η.Π.Α. να ανέρχονται σε ετησίως (29-31). Το κύριο παθολογοανατομικό υπόβαθρο που οδηγεί στα επεισόδια αυτά είναι η αθηρωματική νόσος, η οποία προκαλείται από έναν πολύπλευρο συνδυασμό αλλαγών στον έσω χιτώνα των αρτηριών, που συνίσταται στην εστιακή συσσώρευση λιπιδίων και άλλων συστατικών του αίματος και τη δημιουργία ινώδους ιστού. Οι αλλαγές αυτές είναι το αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης των δομικών και μεταβολικών ιδιοτήτων του αρτηριακού τοιχώματος που εξαρτώνται από τη σύσταση του πλάσματος και την αιμοδυναμική κατάσταση του ατόμου. Η δε ανάπτυξη του ινώδους συνδετικού ιστού και η εναπόθεση αλάτων ασβεστίου στις αθηρωματικές πλάκες μπορεί να οδηγήσει σε αρτηριοσκλήρυνση, δηλαδή στη σκλήρυνση του αρτηριακού τοιχώματος Το σύστημα των λιπιδίων Τα προσλαμβανόμενα από του στόματος λιπίδια βρίσκονται σε δύο κυρίως μορφές: τα τριγλυκερίδια και τη χοληστερόλη Τα τριγλυκερίδια Όσον αφορά τα τριγλυκερίδια, αυτά διασπώνται σε λιπαρά οξέα υπό την επίδραση των γαστρικών λιπασών, ενώ στο λεπτό έντερο γίνεται η ενσωμάτωσή τους σε μικκύλια υπό 15

16 την επίδραση των παραγόμενων από το ήπαρ χολικών αλάτων. Η ενσωμάτωσή τους στα μικκύλια διευκολύνει τη διάσπασή τους σε ελεύθερα λιπαρά οξέα και 2- μονοακυλογλυκερόλη από τις παγκρεατικές λιπάσες. Τα συστατικά αυτά, αφού εισέλθουν εντός των κυττάρων του εντερικού βλεννογόνου ανασυντίθενται σε τριγλυκερίδια, τα οποία με τη σειρά τους πακετάρονται στη μορφή των χυλομικρών Η χοληστερόλη Από την άλλη μεριά, η χοληστερόλη -όπως και τα τριγλυκερίδια- ενσωματώνεται σε μικκύλια στον αυλό του λεπτού εντέρου και προσλαμβάνεται από τα τοπικά κύτταρα είτε με διάχυση είτε με ενεργητική μεταφορά (32), στην οποία συμμετέχουν μόρια όπως ο NPC1-L1 και οι ABCG5 και ABCG8. Εντός των κυττάρων και με τη δράση του ενζύμου ACAT2 παρατηρείται η μετατροπή της χοληστερόλης στους αντίστοιχους εστέρες, οι οποίοι με τη σειρά τους θα ενταχθούν σε χυλομικρά, για να εκκριθούν τελικά στο λεμφικό σύστημα (33) (Εικόνα 1.4). Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να επισημανθεί ότι μόνο το 50% της χοληστερόλης των τροφών απορροφάται, με το υπόλοιπο να αποβάλλεται από τα κόπρανα, καθώς επίσης και ότι το μεγαλύτερο ποσοστό (εξαρτώμενο από περιβαλλοντικούς και γενετικούς παράγοντες) (34) της χοληστερόλης στον οργανισμό δεν προέρχεται από την πρόσληψή της με τις τροφές, αλλά με την de novo σύνθεσή της. Τα λιπίδια τα οποία είναι αποθηκευμένα με τη μορφή τριακυλογλυκερολών διασπώνται σε λιπαρά οξέα και γλυκερόλη, όταν υπάρχει ανάγκη απόδοσης ενέργειας στον οργανισμό. Τη διαδικασία της λιπόλυσης προάγει η γλυκαγόνη και η επινεφρίνη που εκκρίνονται σε καταστάσεις νηστείας, ενώ ανασταλτικά δρα η ινσουλίνη (35). Τα λιπαρά οξέα στη συνέχεια μεταφέρονται στους ιστούς, οι οποίοι έχουν ανάγκη ενέργειας, στα λυσοσώματα των κυττάρων των οποίων οξειδώνονται. Τελικά το παραγόμενο ακέτυλοσυνένζυμο Α εισέρχεται στον κύκλο του κιτρικού οξέος, για να αποδώσει την απαραίτητη ενέργεια. 16

17 Αυλός του εντέρου Μικρολάχνες Διατροφικά λιπίδια Μικύλλια Στεγανή σύνδεση Πυρήνας COPII κυστίδιο Λεμφαγγείο Χυλομικρά Εικόνα 0.4: Ενεργητική μεταφορά της χοληστερόλης από τα μικκύλια στο εντερικό κύτταρο και ο μηχανισμός απέκκρισής της με τη μορφή χυλομικρών Μονοπάτια μεταβολισμού των λιποπρωτεϊνών Το μονοπάτι καταβολισμού των χυλομικρών Τα τριγλυκερίδια διασπώνται κατά την είσοδό τους στα κύτταρα του βλεννογόνου του λεπτού εντέρου σε λιπαρά οξέα και γλυκερόλη. Στη συνέχεια από τα λιπαρά οξέα και τα μονογλυκερίδια συντίθενται πάλι τριγλυκερίδια και φωσφολιπίδια. Κατά παρόμοιο τρόπο εστέρες χοληστερόλης δημιουργούνται μετά από την απορρόφηση της χοληστερόλης. Τα χυλομικρά που προκύπτουν από την πρώτη διαδικασία έχουν πυρήνα 17

18 συνήθως πλούσιο σε τριγλυκερίδια, ενώ μετά από ένα γεύμα με άφθονη χοληστερόλη έχουν αυξημένα επίπεδα εστεροποιημένης χοληστερόλης. Τα παραγόμενα χυλομικρά εισέρχονται αρχικά στη λεμφική και έπειτα στη συστηματική κυκλοφορία μέσω του θωρακικού πόρου. Στη συνέχεια μέσω της υδρόλυσης που επιτυγχάνει η λιποπρωτεϊνική λιπάση, η οποία βρίσκεται στο ενδοθήλιο των τριχοειδών αγγείων του ήπατος και του λιπώδους και του μυϊκού ιστού, είναι δυνατή η πρόσληψη διατροφικών λιπιδίων μέσω των χυλομικρών (36). Η LPL ενεργοποιείται από την απολιποπρωτεΐνη C-II (APO-CII) και δρα στα τριγλυκερίδια των χυλομικρών, μετατρέποντας τα τελευταία σε υπολείμματα χυλομικρών (37). Τα υπολείμματα των χυλομικρών έχουν άφθονη χοληστερόλη και λιγότερα τριγλυκερίδια. Η απομάκρυνση τους από την κυκλοφορία γίνεται με τη διαμεσολάβηση των υποδοχέων LDL του ήπατος με τις ApoE και ApoC-I να αυξάνουν και να μειώνουν την ταχύτητα της διαδικασίας αντίστοιχα. Καθοριστικό ρόλο στον μεταβολισμό των χυλομικρών, αλλά και των VLDL διαδραματίζει η πρωτεΐνη μικροσωμιακής μεταφοράς (MTTP), η οποία επάγει την ταχεία ανταλλαγή τριγλυκεριδίων μεταξύ των διάφορων μεμβρανικών συστημάτων και εκφράζεται στο ήπαρ και στα εντερικά κύτταρα. Η έλλειψή της συνδέεται με τη λιπιδαιμική διαταραχή της αβηταλιποπρωτεϊναιμίας και συνοδεύεται από διαταραγμένη απορρόφηση των λιπιδίων από το έντερο και ελαττωματική μεταφορά των τριγλυκεριδίων μεταξύ των κυττάρων (38). Το μονοπάτι καταβολισμού των VLDL σε IDL και LDL Τα σωμάτια VLDL συντίθενται στο ήπαρ και φθάνουν στους ιστούς στόχους, δηλαδή τον λιπώδη ιστό και τους μυς, μέσω της συστηματικής κυκλοφορίας. Η δομή τους διαφέρει από αυτή των χυλομικρών κατά το ότι περιέχουν τις ApoB-100 και ApoE τη στιγμή που απεκκρίνονται από το ήπαρ. Για τη μετατροπή των VLDL σε IDL απαραίτητη είναι η δράση της λιποπρωτεϊνικής λιπάσης (Εικόνα 1.5). Τα IDL έχουν στη συνέχεια δύο εναλλακτικές οδούς: είτε της απομάκρυνσης από την κυκλοφορία με την πρόσληψή τους από το ήπαρ είτε του περαιτέρω καταβολισμού τους σε LDL. Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι στους μυς τα παραγόμενα IDL σωμάτια προσλαμβάνονται ταχύτατα 18

19 από το ήπαρ μέσω των LDLr με αποτέλεσμα το άλλο μονοπάτι, δηλαδή αυτό της μετατροπής τους σε LDL σωμάτια, να παραμένει πρακτικά ανενεργό. MTP LPL HL Ήπαρ apob100 VLDL (πλάσμα) TG CE IDL (πλάσμα) TG CE LDL (πλάσμα) CE Ήπαρ καταβολισ μός μέσω του LDLr Εικόνα 1.5: Μονοπάτι καταβολισμού των VLDL σε IDL και LDL Τα μονοπάτια αυτά δρουν ανταγωνιστικά και συμπληρωματικά. Συνεπώς, όταν υπάρξει κάποιο πρόβλημα στο ρυθμό κάθαρσης από το ήπαρ αυξάνονται τα επίπεδα των αθηρογενετικών LDL σωματίων. Στoυς μύες τα VLDL σωμάτια υδρολύονται σε IDL, τα οποία απορροφούνται ταχύτατα από τους LDLr και δεν προλαβαίνουν να μεταβολιστούν σε LDL. Αποτέλεσμα αυτού είναι ότι οι μύες έχουν πολύ χαμηλά, μη ανιχνεύσιμα ποσά LDL στο πλάσμα τους. Το μονοπάτι των HDL σωματιδίων Η σύνθεση της HDL ξεκινά με τη δημιουργία των pre-β-hdl μέσω της προσθήκης φωσφολιπιδίων στην απολιπιδιωμένη μορφή της ApoA-I, η οποία παράγεται από το ήπαρ. Η διαδικασία της πρόσληψης φωσφολιπιδίων λαμβάνει χώρα στα εντερικά και ηπατικά κύτταρα και οδηγεί στη δημιουργία σωματίων με δύο μόρια ApoA-I, τα οποία περικλείουν τα φωσφολιπίδια, έχουν δισκοειδές σχήμα και μικρό μέγεθος. Στη συνέχεια μέσω του μεμβρανικού πρωτεϊνικού μεταφορέα λιπιδίων ABCA1, ο οποίος βρίσκεται στους περιφερικούς ιστούς τα pre-β-hdl, προσλαμβάνουν ελεύθερη χοληστερόλη και σχηματίζουν τα α-4-hdl. Τα τελευταία έχουν μεγαλύτερο μέγεθος από τα pre-β-hdl 19

20 σωμάτια. Σταδιακά, και λόγω της προσθήκης χοληστερόλης, φωσφολιπιδίων και απολιποπρωτεϊνών τα σωμάτια μεγαλώνουν σε μέγεθος (Εικόνα 1.6). Εικόνα 1.6: Χωροπληρωτική απεικόνιση του μοντέλου των δισκοειδών μορφών της HDL. Σημαντικό σημείο στη διαδικασία ωρίμανσης των σωματίων της HDL είναι η εστεροποίηση της επιφανειακής τους χοληστερόλης με αποτέλεσμα τη σταδιακή μετακίνηση της τελευταίας προς τον πυρήνα του σωματιδίου και το σχηματισμό του σωματιδίου HDL 3. Με περαιτέρω δράση της LCAT και της PLTP καθώς και την ενσωμάτωση και άλλων λιποπρωτεϊνών τα HDL 3 μετατρέπονται σε HDL 2, τα οποία είναι πιο ώριμα σωμάτια (39) (Εικόνα 1.7). Εικόνα 1.7: Μονοπάτι βιοσύνθεσης της HDL με τη συμμετοχή των ABCA1 και LCAT 20

21 Μονοπάτια απομάκρυνσης της HDL από την κυκλοφορία Μέσω του SR-B1 Περιλαμβάνει τη δράση του υποδοχέα SR-B1, ο οποίος βρίσκεται στα ηπατοκύτταρα και σε κύτταρα που παράγουν στεροειδείς ορμόνες (40). Μέσω των ApoA-I και ApoA-II συνδέεται ο SR-B1 με την HDL με αποτέλεσμα τη μεταφορά των εστέρων χοληστερόλης και την απόδοση πλέον στην κυκλοφορία ενός νέου ανώριμου HDL σωματίου. Μελέτες σε πειραματικά μοντέλα μυών έχουν δείξει ότι η αλληλεπίδραση της apoa-i με τον SR- B1 υποδοχέα είναι πολύ σημαντική για την αθηροπροστατευτική δράση της HDL (41). Μέσω των υποδοχέων της apoe ή της apoa-i στο ήπαρ Η CETP συμβάλλει έμμεσα στην απομάκρυνση της χοληστερόλης της HDL, ανταλλάσσοντας τους εστέρες χοληστερόλης της HDL με τα τριγλυκερίδια των λιποπρωτεϊνών που περιέχουν apob (χυλομικρά, VLDL, LDL, IDL). Οι εστέρες χοληστερόλης απομακρύνονται στη συνέχεια πίσω στο ήπαρ, μέσω του υποδοχέα της LDL (LDLr). Η ενδοθηλιακή λιπάση και η ηπατική λιπάση υδρολύουν τα τριγλυκερίδια της HDL σε ελεύθερα λιπαρά οξέα, τα οποία προσλαμβάνονται από τα ενδοθηλιακά κύτταρα και τα ηπατοκύτταρα. Η απομάκρυνση των λιπιδίων από την HDL έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων πρόδρομων μορφών HDL. Τα σωματίδια αυτά προσλαμβάνουν λιπίδια από τα κύτταρα και ξανασχηματίζουν ώριμα σωματίδια HDL Τα μόρια των απολιποπρωτεϊνών Οι απολιποπρωτεΐνες είναι πρωτεΐνες οι οποίες παράγονται κυρίως στο ήπαρ και στο επιθήλιο του λεπτού εντέρου και συνδεόμενες με λιπίδια σχηματίζουν διάφορα λιποπρωτεϊνικά μόρια, στα οποία αποτελούν το περίβλημα. Πιο συγκεκριμένα σχηματίζουν σφαιρικά συμπλέγματα με τα υδρόφοβα λιπίδια στον πυρήνα και τις υδρόφιλες πλευρικές αλυσίδες των πρωτεϊνών καθώς και τις υδρόφιλες άκρες των λιπιδίων, στην επιφάνεια. Οι διαφορές πυκνότητας των λιποπρωτεϊνών από αυτή των χυλομικρών έως αυτή των HDL οφείλονται στους διαφορετικούς συνδυασμούς λιποπρωτεϊνών με τα διάφορα λιπίδια. Τουλάχιστον εννέα απολιποπρωτεΐνες έχουν απομονωθεί στο ανθρώπινο πλάσμα μέσω του βάρους, της αντιγονικότητάς και της 21

22 συμμετοχής τους στα κλάσματα των λιποπρωτεϊνών (42), με τις πιο συχνά ευρισκόμενες να είναι οι A,B,C,E και a. Εκτός από τον προφανή δομικό τους ρόλο, οι απολιποπρωτεΐνες μπορούν να λειτουργήσουν ως ενζυμικοί αναστολείς, όπως η ApoA-II και η ApoC-III για την LPL, ως ενζυμικοί συμπαράγοντες, όπως η ApoC-II για την LPL και η ApoC-I για την CETP και τέλος ως συνδέτες για μόρια υποδοχείς, όπως οι ApoB- 100 και η ApoE για τον LDLr. Το μόριο της ApoA-I Η ΑpoA-I είναι μια πρωτεΐνη 243 αμινοξέων συντιθέμενη ταυτόχρονα στο ήπαρ και το έντερο. Ο χρόνος ημιζωής της στο πλάσμα είναι περίπου 14 ημέρες (43). Αποτελεί δομική μονάδα της HDL και είναι υπεύθυνη για τη βιοσύνθεσή της, την ενεργοποίηση της LCAT και την αλληλεπίδραση των λιποπρωτεϊνών HDL με τους υποδοχείς SR-B1 (44,45). Τα μόρια των ApoB Από την οικογένεια των Apo-B η Β-48 και η Β-100 είναι οι σημαντικότερες και συμμετέχουν στον καταβολισμό των LDL, VLDL και Lp(a). Ειδικότερα η ApoB-48 συντίθεται στο βλεννογόνο του λεπτού εντέρου και είναι αναγκαία για τον μεταγευματικό σχηματισμό των χυλομικρών κατά την απορρόφηση των διατροφικών λιπιδίων. Από την άλλη μεριά, η ApoB-100 συντίθεται στο ήπαρ, αποτελεί την κύρια απολιποπρωτεΐνη στη LDL (46) και είναι αναγκαία για τη σύνθεση και απέκκριση των VLDL. Τα μόρια των ApoC Η οικογένεια των ApoC συμμετέχει στη διαμόρφωση των HDL, LDL και VLDL. Ειδικότερα, η ApoC-I ενεργοποιεί την LCAT και αναστέλλει το ένζυμο CETP (47) ενώ η ApoC-IΙ ενεργοποιεί την LPL και η δράση της προσφέρει μερική προστασία έναντι της αθηρωμάτωσης. Η ApoC-III προάγει τον de novo σχηματισμό της HDL μέσω του ABCA1 και μαζί με την ApoC-IV προκαλεί αύξηση των τριγλυκεριδίων του πλάσματος επί υπερέκφρασής τους. 22

23 Το μόριο της Apo(a) Η Apo(a) εντοπίζεται στο ενδοθήλιο των αγγείων και σχετίζεται με φλεγμονώδη φαινόμενα καθώς και με καρδιαγγειακά επεισόδια επί υπερέκφρασής της (48). Το μόριο της ApoE Η ApoE είναι μια πολυπεπτιδική αλυσίδα που αποτελείται από 299 αμινοξέα και έχει μοριακή μάζα Dalton (Εικόνα 1.8). Πρόκειται για μία πολυμορφική πρωτεΐνη, η οποία ανευρίσκεται στον άνθρωπο σε τρεις φυσικές ισομορφές, την Ε2, Ε3 και Ε4 και είναι το κύριο συστατικό των VLDL, IDL, LDL, HDL και των υπολειμμάτων χυλομικρών. Είναι σημαντική στην κάθαρση των μορίων αυτών από την κυκλοφορία, διότι αποτελεί το μεσολαβητικό μόριο- προσδέτη των υποδοχέων LDL, VLDL, ApoER2 και LRP-1 (49-53). Αυτό αποδεικνύεται και από μελέτες ιn vivo και in vitro, στις οποίες παρατηρήθηκαν υψηλά επίπεδα χοληστερόλης και πρώιμη αθηροσκλήρωση σε ανθρώπους και πειραματόζωα επί μεταλλάξεων στην ApoΕ που εμποδίζουν την πρόσδεση των λιποπρωτεϊνών που περιέχουν την ApoΕ στον LDL υποδοχέα (54,55). Εικόνα 1.8: Η δομή της απολιποπρωτεΐνης Ε με τις κύριες λειτουργικές περιοχές της. 23