ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ Μ.Π.Σ. ΣΤΙΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ Μ.Π.Σ. ΣΤΙΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Δομικός και λειτουργικός χαρακτηρισμός της HDL σε ασθενείς με υπερνοσογόνο παχυσαρκία, που υποβάλλονται σε χολοπαγκρεατική εκτροπή με γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y Βιολόγος Επιβλέπων καθηγητής Κυριάκος Η. Κυπραίος Αναπληρωτής Καθηγητής Φαρμακολογίας Πάτρα 2013

2 Επιβλέπων Καθηγητής Κυριάκος Η. Κυπραίος Αναπληρωτής Καθηγητής Φαρμακολογίας Τμήματος Ιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστημίου Πατρών Τα μέλη της τριμελούς εξεταστικής επιτροπής: Κυριάκος Η. Κυπραίος, Αναπληρωτής Καθηγητής, Εργαστηριο Φαρμακολογίας, Τμήμα Ιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Πατρών Φώτιος Καλφαρέντζος, Καθηγητής, Χειρουργική Κλινική, Τμήμα Ιατρικής, Σχολη Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Πατρών Γεώργιος Σκρουμπής, Επίκουρος Καθηγητής, Χειρουργική Κλινική, Τμήμα Ιατρικής, Σχολη Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Πατρών 2

3 Στους Γονείς μου 3

4 Πρόλογος Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Φαρμακολογίας του τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών κατά την περίοδο στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών «Βασικές Ιατρικές Επιστήμες». Πρόκειται για τη μελέτη των δομικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών της HDL σε ασθενείς με υπερνοσογόνο παχυσαρκία που με γαστρική παράκμψη κατά Roux en Y. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μου, κ. Κυριάκο Κυπραίο για την ευκαιρία που μου έδωσε να πραγματοποιήσω τη διπλωματική μου εργασία στο εργαστήριο του. Τον ευχαριστώ που πίστεψε σε εμένα, που από την πρώτη στιγμή με έκανε να νιώσω μέλος της ομάδας του και που με «μύησε» στον πολυδιάστατο κόσμο του μεταβολικού συνδρόμου. Τα δύο αυτά χρόνια στάθηκε δίπλα μου και με βοήθησε σε όποια δυσκολία παρουσιαζόταν κατά την εκπόνηση της εργασίας μου και μέσα από την καθοδήγηση και τις συμβουλές του κατάφερε να με κάνει να δω τον τομέα της έρευνας όχι σαν έναν άλυτο γρίφο, αλλά σαν ένα ομαδικό παιχνίδι όπου κάθε ένας έχει τον δικό του σημαντικό ρόλο. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή κ. Φώτιο Καλφαρέντζο και τον επίκουρο καθηγητή κ. Γεώργιο Σκρουμπή που μου έκαναν την τιμή να συμμετάσχουν ως μέλη της τριμελούς επιτροπής, αλλά και που μας χορήγησαν τα πολύτιμα δείγματα των ασθενών τους. Ακόμη ευχαριστώ ιδιαίτερα την Νοσηλεύτρια του ΠΓΝΠ Ιωάννα Μίχου, για τη συμμετοχή της στη συλλογή των δειγμάτων των ασθενών αλλά και πολλών απαραίτητων πληροφοριών που κρίθηκαν σημαντικές κατά τη διάρκεια της μελέτης. Αναγνωρίζω πως η συμβολή της στην παρούσα μελέτη ήταν παραπάνω από σημαντική. Επιπλέον θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επίκουρο καθηγητή κ. Γεώργιο Σακελλαρόπουλο για την επεξεργασία των εικόνων της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και τη στατιστική ανάλυση των μετρήσεων καθώς και για τις πολύτιμες συμβουλές του πάνω στη στατιστική ανάλυση άλλων αποτελεσμάτων της παρούσας μελέτης. 4

5 Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τη Δρ. Αγγελική Χρόνη, ερευνήτρια Β του Ινστιτούτου Βιοεπιστημών και Εφαρμογών του Εθνικού Κέντρου Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος» καθώς και όλα τα παιδιά του εργαστηρίου της για την πολύτιμη βοήθεια και τις υποδείξεις-συμβουλές τους κατά τη διάρκεια του πειράματος προσδιορισμού της δραστικότητας του ενζύμου LCAT. Πολλοί ήταν εκείνοι που βοήθησαν στην πραγματοποίηση της παρούσας μελέτης είτε παρέχοντας την επιστημονική τους γνώση, είτε συμβάλλοντας στη δημιουργία ενός υπέροχου κλίματος εργασίας. Δεν θα μπορούσα να μην ευχαριστήσω τα παιδιά της ομάδας του εργαστηρίου της Φαρμακολογίας, την Ελένη Καραβία, την Εύα Ξεπαπαδάκη, την Κατερίνα Χατζίρη, τον Αναστάση Νάτσο, τη Σταθιάννα Δουρούμη και ιδιαιτέρως την Έρη Πετροπούλου που με τη στήριξή τους, άλλοτε ψυχολογική και άλλοτε πρακτική βοήθησαν στην ολοκλήρωση του έργου που παρουσιάζεται στο παρόν σύγγραμμα. Τους ευχαριστώ που με έκαναν να θέλω να βρίσκομαι και να δουλεύω στο συγκεκριμένο εργαστήριο και να νιώθω τυχερή που είμαι μέλος αυτής της ομάδας. Την προσπάθειά μου αυτή την αφιερώνω στην οικογένειά μου και τους ευχαριστώ πάρα πολύ που πιστεύουν σε εμένα και με στηρίζουν με κάθε τρόπο και χωρίς δεύτερη σκέψη σε οποιοδήποτε βήμα αποφασίζω να κάνω. Είναι πάντα δίπλα μου και γι αυτό τους είμαι ευγνώμων. 5

6 Περίληψη Η παχυσαρκία και οι σχετιζόμενες με αυτήν παθολογικές καταστάσεις συνιστούν μία από τις κυριότερες αιτίες θανάτου παγκοσμίως, με τα επίπεδά της να αυξάνονται σε ανησυχητικό βαθμό. Επιδημιολογικές έρευνες σε ασθενείς με μεταβολικό σύνδρομο έδειξαν ευθεία συσχέτιση μεταξύ παχυσαρκίας και χαμηλών επιπέδων HDL χοληστερόλης πλάσματος, ενώ μελέτες σε πειραματικά μοντέλα ποντικών αποδεικνύουν πως η συσχέτιση αυτή είναι αιτιολογική. Η HDL είναι ένα μίγμα λιποπρωτεϊνικών σωματιδίων που, ανάλογα με τη σύστασή τους σε λιπίδια, μπορούν να είναι δισκοειδή ή σφαιρικά. Η σημαντικότερη αθηροπροστατευτική δράση της HDL οφείλεται στο γεγονός ότι η συγκεκριμένη λιποπρωτεΐνη συλλέγει την περίσσεια χοληστερόλης από τους περιφερικούς ιστούς και τη μεταφέρει στο ήπαρ, όπου καταβολίζεται, μια διαδικασία γνωστή και ως ανάστροφη μεταφορά χοληστερόλης. Κύρια πρωτεΐνη της HDL είναι η απολιποπρωτεΐνη Α-Ι (apoa-i), η οποία αλληλεπιδρώντας με τον μεταφορέα λιπιδίων ABCA1 προάγει την de novo σύνθεση δισκοειδών HDL σωματιδίων, τα οποία μετατρέπονται σε σφαιρικά με τη δράση του ενζύμου LCAT. Μία πρόσφατη μελέτη έδειξε ότι οι απολιποπρωτεΐνες E (apoe) και CIII (apociii) είναι ικανές να προάγουν την de novo βιογένεση HDL σωματιδίων ανεξάρτητα από την apoa-i. Η παρατήρηση αυτή ενίσχυσε την ιδέα ότι ο πληθυσμός της HDL είναι ένας συνδυασμός διαφορετικών σωματιδίων που έχουν διακριτή απολιποπρωτεϊνική σύνθεση. Επιπλέον, μεταβολές στις αναλογίες των απολιποπρωτεϊνών της HDL φαίνεται να καθορίζουν την κατανομή και τη λειτουργικότητα των υποπληθυσμών της. Στην παρούσα μελέτη στόχος ήταν ο δομικός και λειτουργικός χαρακτηρισμός της HDL σε ασθενείς με υπερνοσογόνο παχυσαρκία που υποβλήθηκαν σε χολοπαγκρεατική εκτροπή με γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y. Μελετήθηκαν 20 ασθενείς με υπερνοσογόνο παχυσαρκία, πριν και μετά την χειρουργική επέμβαση, και 7 υγιή άτομα ελέγχου. Απομονώθηκε πλάσμα από την ομάδα ελέγχου και από τους 20 ασθενείς πριν την επέμβαση καθώς και έξι μήνες μετά. Ακολούθησε κλασματοποίηση λιποπρωτεινών του πλάσματος με υπερφυγοκέντρηση σε βαθμίδωση πυκνότητας KBr και ανάλυση των κλασμάτων με 6

7 Western Blot για ανίχνευση και ποσοτικοποίηση των επιπέδων των απολιποπρωτεινών apoa-i, apoe και apociii. Ακολούθησαν περαιτέρω βιοχημικές αναλύσεις των κλασμάτων, δομικές αναλύσεις με μη αποδιατακτική ηλεκτροφόρηση δύο διαστάσεων (2D-PAGE) και ηλεκτρονική μικροσκοπία, προκειμένου να υπάρξει μία πιο ξεκάθαρη εικόνα για τα σωματίδια που απαρτίζουν την HDL ενώ μετρήθηκε και η αντιοξειδωτική ικανότητα της HDL και στις τρεις ομάδες. Τέλος, μετρήθηκε η δραστικότητα του ενζύμου LCAT και συσχετίστηκε με την ηπατική εναπόθεση τριγλυκεριδίων των ασθενών. Η σειρά αναλύσεων των λιποπρωτεϊνικών κλασμάτων με Western Blot έδειξε ότι, έξι μήνες μετά την επέμβαση, υπάρχει μείωση των απολιποπρωτεϊνών A-I, E και CIII των ασθενών. Τα αποτελέσματα από την δισδιάστατη ηλεκτροφόρηση και την ηλεκτρονική μικροσκοπία αποδεικνύουν την ύπαρξη διαφορετικών σωματιδίων της HDL με διακριτή απολιποπρωτεϊνική σύνθεση, ενώ η μέτρηση του αντιοξειδωτικού δυναμικού της HDL φανερώνει τη ύπαρξη πιο λειτουργικής HDL μετά την επέμβαση. Η αυξημένη δραστικότητα της LCAT στους ασθενείς σε σχέση με την ομάδα ελέγχου και η μείωσή της μετά την επέμβαση υποδηλώνει ένα πιθανό αντιρροπιστικό μηχανισμό για την αναστολη της συσσώρευσης δισκοειδούς HDL. Έτσι προάγεται ο σχηματισμός περισσότερης ώριμης σφαιρικής HDL, ενώ αποτρέπεται και η εναπόθεση ηπατικών τριγλυκεριδίων που παρατηρείται στο ήπαρ των ασθενών αυτών. Η παρατήρηση ότι η δομή και η λειτουργικότητα της HDL βελτιώνονται στους ασθενείς έξι μήνες μετά την επέμβαση, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η χειρουργική επέμβαση στην οποία υποβάλλονται οι ασθενείς επιδρά θετικά στην ποιότητα της HDL. 7

8 Structural and functional characterization of HDL isolated from morbidly obese patients who undergo biliopancreatic diversion by Roux en Y Evangelia V. Zvintzou Abstract Obesity and its related pathologies are one of the leading causes of death worldwide, with levels increasing to an alarming extent. Epidemiological studies in patients with metabolic syndrome showed a direct correlation between obesity and low levels plasma of HDL cholesterol and experimental studies in mice show that this correlation is causative. HDL is a mixture of lipoprotein particles, which, depending on their composition in lipids, may be discoidal or spherical. The most important atheroprotective action of HDL is due to the fact that this lipoprotein collects excess cholesterol from peripheral tissues and transports it to the liver where it is catabolized. The main protein of the HDL is apolipoprotein A-I (apoa-i), which interacts with the lipid carrier ABCA1 and promotes de novo synthesis of discoidal HDL particles, which are converted to spherical with the LCAT enzyme. A recent study showed that apolipoprotein E (apoe) and CIII (apociii) areable to promote de novo biogenesis of HDL particles regardless of apoa-i. This observation supported the idea that the population of HDL is a combination of different particles with distinct apolipoprotein composition. Moreover, changes in the apolipoprotein ratiosof HDL appear to determine the distribution and function of its subpopulations. Although HDL cholesterol (HDL-C) has been traditionally associated to atheroprotection, recently it became clear that HDL particle functionality is also a key in reducing cardiovascular mortality. To this date the effects of obesity on HDL structure and functionality remain unclear. In this study, the objective was the structural and functional characterization of HDL frommorbidly obese patients undergoing biliopancreatic diversion by Roux en Y before and six months after the operation, and in lean control subjects. 8

9 We studied 20 morbidly obese patients before and after surgery, and 7 control healthy individuals. Plasma was isolated from the control group and 20 patients before surgery and six months. Plasma was fractionated by KBr density gradient ultracentrifugation and lipoprotein fractions were isolated and analyzed, by Western Blot, for detection and quantification of the levels of apolipoproteins apoa-i, apoe and apociii. Further biochemical analysis of fractions, structural analysis with non denaturing two-dimensional electrophoresis (2D-PAGE) and electron microscopy, in order to have a more clear picture of the particles that compose HDL. In order to determine whether or how the efficiency of HDL is affected by the operation, we performed an assay measuring the antioxidant capacity of HDL in all three groups. Finally, the activity of the LCAT enzyme was measured and was correlated with the triglyceride deposition observed in the liver of these patients. The sequence analyzes of lipoprotein fractions by Western Blot showed that six months after surgery, there was a decrease in the levels of apolipoproteins AI, E and CIII. The results from the two-dimensional electrophoresis and electron microscopy showed the existence of different particles with distinct HDL apolipoprotein composition while the increased antioxidant potential of HDL indicates the existence of a more functional HDL after surgery. The increased activity of LCAT in patients plasma compared with the control group and its reduction after surgery, suggests that perhaps there may be a saving grace that tries to overcome the accumulation of discoidal HDL and promotes the formation of more mature, spherical HDL, so as to prevent the triglyceride deposition observed in the liver of these patients. The observation that the structure and function of HDL improved six months after surgery, leads to the conclusion that the surgery undergone by patients has a positive effect on the quality of HDL. 9

10 Περιεχόμενα Πρόλογος... 4 Περίληψη... 6 Abstract... 8 Περιεχόμενα Ευρετήριο συντμήσεων Εισαγωγή Μεταβολικό σύνδρομο Μη αλκοολική λιπώδης νόσος του ήπατος Παχυσαρκία Γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y Χολοπαγκρεατική εκτροπή με γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y Σύστημα λιπιδίων-λιποπρωτεΐνες Χυλομικρά Πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (VLDL) Ενδιάμεσης πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (IDL) Χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (LDL) Υψηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (HDL) Σύστημα λιπιδίων - Απολιποπρωτεΐνες Η απολιποπρωτεΐνη Α-Ι (apoa-ι) Η απολιποπρωτεΐνη Ε (apoe) Η απολιποπρωτεΐνη CIII (apociii) Σύστημα λιπιδίων-ένζυμα Η λεκιθινο χοληστερολική ακυλοτρανσφεράση (LCAT) Το μεταβολικό μονοπάτι της HDL

11 1.8 Ετερογένεια της HDL Λειτουργίες της HDL Η αντίστροφη μεταφορά της χοληστερόλης Η αντιοξειδωτική δράση της HDL Η αντιφλεγμονώδης δράση της HDL Παρουσία οιστρογόνων στην HDL Ρυθμιστική δράση στην κατανομή των απολιποπρωτεϊνών στις λιποπρωτεΐνες του πλάσματος Ρόλος της HDL στην ομοιόσταση της γλυκόζης HDL: ποσότητα ή ποιότητα; Σκοπός της Μελέτης Υλικά και Μέθοδοι Περιγραφή ομάδων μελέτης Βιοχημικές αναλύσεις στο πλάσμα του αίματος Προσδιορισμός επιπέδων τριγλυκεριδίων Προσδιορισμός επιπέδων ολικής χοληστερόλης Προσδιορισμός επιπέδων ελεύθερης χοληστερόλης Προσδιορισμός των επιπέδων LDL και HDL χοληστερόλης Κλασματοποίηση λιποπρωτεϊνών του πλάσματος με υπερφυγοκέντρηση διαβαθμισμένης πυκνότητας Διαπίδυση στα κλάσματα του πλάσματος Προσδιορισμός επιπέδων ολικής χοληστερόλης στα λιποπρωτεϊνικά κλάσματα Ανάλυση απολιποπρωτεϊνών με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου υπό αποδιατακτικές συνθήκες (SDS-PAGE) Ανοσοαποτύπωση Western (Western Βlot)

12 2.8 Μη αποδιατακτική δισδιάστατη ηλεκτροφόρηση (2D-PAGE) Ανάλυση των HDL λιποπρωτεϊνικών σωματιδίων με ηλεκτρονική μικροσκοπία Στατιστική ανάλυση αποτελεσμάτων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας Προσδιορισμός του αντιοξειδωτικού δυναμικού της HDL Προσδιορισμός επιπέδων ηπατικών τριγλυκεριδίων, ολικής και ελεύθερης χοληστερόλης Προσδιορισμός της δραστικότητας του ενζύμου LCAT Αποτελέσματα Χαρακτηριστικά των ομάδων μελέτης και επίπεδα λιπιδίων Κατανομή ολικής χοληστερόλης στα λιποπρωτεϊνικά κλάσματα Ανάλυση της κατανομής των απολιποπρωτεϊνών Α-Ι, Ε και CIII στα λιποπρωτεϊνικά κλάσματα της HDL Αναλογίες απολιποπρωτεϊνών Ανάλυση των HDL σωματιδίων με ηλεκτρονική μικροσκοπία Ανάλυση των υποπληθυσμών της HDL με μη αποδιατακτική δισδιάστατη ηλεκτροφόρηση Αντιοξειδωτικό δυναμικό της HDL Δραστικότητα του ενζύμου LCAT και ηπατική εναπόθεση λιπιδίων Συζήτηση αποτελεσμάτων Βιβλιογραφία

13 Ευρετήριο συντμήσεων ABCA1 ABCA1 -/- ACAT ACS Ad ATP-binding cassette transporter A1 Ανεπάρκεια στον ABCA1 AκυλοCoA: χοληστερολακυλοτρανσφεράση Acyl-CoA συνθετάση Αδενοϊός (Adenovirus) AdapoA-I Milano Αδενοϊός που εκφράζει την apoa-i Milano AdLCAT Αδενοϊός που εκφράζει την LCAT AHA American Heart Association ALT Alanine transaminase Apo Απολιποπρωτεΐνη (Apolipoprotein) ΑpoA-I Απολιποπρωτεΐνη A-I ΑpoA-I -/- Ανεπάρκεια στην απολιποπρωτεΐνη A-I ApoB-48 Απολιποπρωτεΐνη B-48 ApoB-100 Απολιποπρωτεΐνη B-100 ApoC Απολιποπρωτεΐνη C ApoE Απολιποπρωτεΐνη Ε ApoE -/- Ανεπάρκεια στην απολιποπρωτεΐνη Ε APS Υπερθειϊκό Αμμώνιο (Ammonium Persulfate) Arg Αργινίνη (Arginine) AST Aspartate transaminase ATP Τριφωσφορική Αδενοσίνη (Adenosine Triphosphate) ΒΜΙ Body Mass Index BSA Αλβουμίνη Ορού Βοδιού (Bovine Serum Albumin) CE Εστέρες χοληστερόλης (Cholesteryl Esters) CE Εστεράση της χοληστερόλης CETP Πρωτεΐνη Μεταφοράς Εστέρων Χοληστερόλης (Cholesteryl Ester Transfer Protein) CO Οξειδάση της χοληστερόλης 13

14 CoA Cys DAP ddh 2 O DGAT EDTA EGIR EL ELISA ESPA FASN FBS FED FLD GFP GK GPIHBP1 GPO GTT G-1-P HDL HIHS HL ΗΝΕ H&E IDF Συνένζυμο A Κυστεΐνη (Cystein) Φωσφορική διυδρόξυακετόνη Δισαπεσταγμένο Νερό (double distilled water) Diglyceride acyltransferase Αιθυλενο-διαμινο-τετρα-οξικό οξύ (Ethylene-diamino-tetra-acetic acid) Ευρωπαϊκή Ομάδα για την Μελέτη της Αντίστασης στην Ινσουλίνη Ενδοθηλιακή Λιπάση (Endothelial Lipase) Ανοσοπροσροφητική Ανάλυση Στερεάς Φάσης Με Σύνδεση Ενζύμου (Enzyme Linked Immunoabsorbent Assay ) Νατριικη Ν-αιθυλο-Ν-(3-θειοπροπυλο)-m-ανισιδίνη Συνθάση των λιπαρών οξέων Βόειος Εμβρυικός Ορός (Fetal Bovine Serum) Fish-eye disease Familial LCAT deficiency Πράσινη Φθορίζουσα Πρωτεΐνη (Green Fluorescent Protein) Κινάση της γλυκερόλης Glycosylphosphatidylinositol-anchored high density lipoprotein binding protein 1 Οξειδάση της φωσφορικής γλυκερόλης Δοκιμασία ανοχής στη γλυκόζη 1-φωσφορική γλυκερόλη Λιποπρωτεΐνη Υψηλής Πυκνότητας (High Density Lipoprotein) Θερμικά Απενεργοποιημένος Ορός Αλόγου (Heat Inactivated Horse Serum) Ηπατική Λιπάση (Hepatic Lipase) 4-υδροξυνονάλη Χρώση αιματοξυλίνης-ηωσίνης International Diabetes Federation 14

15 IDL Λιποπρωτεΐνη Ενδιάμεσης Πυκνότητας (Intermediate Density Lipoprotein) IL-6 Iντερλευκίνη 6 IRS Σύνδρομο αντίστασης στην ινσουλίνη IST Δοκιμασία ευαισθησίας στην ινσουλίνη kda kilodalton, μονάδα μέτρησης μεγέθους πρωτεϊνών LCAT Λεκιθινο-Χοληστερολική Ακυλοτρανσφεράση (Lecithin-Cholesterol Acyltransferase) LCAT -/- Ανεπάρκεια στην LCAT LDL Λιποπρωτεΐνη Χαμηλής Πυκνότητας (Low Density Lipoprotein) LDLr Υποδοχέας της Xαμηλής Πυκνότητας Λιποπρωτεΐνης (LDL Receptor) LDLr -/- Ανεπάρκεια στον LDLr LpL Λιποπρωτεϊνική Λιπάση (Lipoprotein Lipase) LRP-1 LDL receptor-related protein MDA Mαλονυλοδιαλδεΰδη MEHA 3-Methyl-N-Ethyl-N-(E-Hydroxyethyl)-Aniline MTP Πρωτεΐνη Μικροσωμιακής Μεταφοράς (Microsomal Transfer Protein) NAFLD Non-alcoholic fatty liver disease NASH Non-alcoholicsteatohepatitis NCEP, ATP III Εθνικό Πρόγραμμα Αντιμετώπισης και Εκπαίδευσης Δυσλιπιδαιμιών Ενηλίκων των Η.Π.Α. (NCEP, Adult Treatment Panel III) NEFA Μη εστεροποιημένα λιπαρά οξέα NHLBI National Heart, Lung, and Blood Institute PBS Φωσφορικό Ρυθμιστικό Διάλυμα Άλατος (Phosphate Buffer Saline) PL Φωσφολιπίδια (Phospholipids) POD Υπεροξειδάση PON Παραοξονάση (Paraoxonase) PPARs Peroxisome-Proliferator-Activated receptors 15

16 PPi Πυροφωσφορικό οξύ SDS Δωδέκυλοθειϊκό Νάτριο (Sodium Dodecyl Sulfate) SR-BI Υποδοχέας Εκκαθαριστής Τάξης Β, Τύπου 1 (Scavenger Receptor, Class B, Type 1) SRE Sterol regulatory element rpm Στροφές ανά λεπτό (rounds per minute) RT-PCR Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης πραγματικού χρόνου TEMED Τετρα-μεθυλο-αιθυλενο-διαμίνη (N,N,N,N Τetra-methyl-ethylene-diamine) TGF-β TransformingGrowthFactorβ ΤΜΒ Τετρα-μεθυλο-βενζιδίνη (3,3,5,5 -Tetra-methyl-benzidine) TNFa Παράγοντας Νέκρωσης Όγκων-α (Tumor Necrosis Factor a) TRLs Λιποπρωτεΐνες Πλούσιες σε Τριγλυκερίδια (Triglyceride-rich lipoproteins) VLDL Λιποπρωτεΐνη Πολύ Χαμηλής Πυκνότητας (Very Low Density Lipoprotein) VLDLr Υποδοχέας Λιποπρωτεϊνών Πολύ Χαμηλής Πυκνότητας (Very Low Density Lipoprotein receptor) wt Αγρίου τύπου (wild type) γ-gt γ-γλουταμινική τρανσπεπτιδάση ΔΑΠ Διαστολική Αρτηριακή Πίεση ΔΜΣ Δείκτης μάζας σώματος ΚΝΣ Κεντρικό νευρικό σύστημα ΠΟΥ Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας 16

17 1. Εισαγωγή 17

18 1.1 Μεταβολικό σύνδρομο Ως μεταβολικό σύνδρομο χαρακτηρίζεται το σύνολο των διαταραχών του μεταβολισμού που μπορούν να εμφανιστούν σε έναν ασθενή. Διαταραχές, όπως η δυσλιπιδαιμία, η υπερινσουλιναιμία, η αυξημένη αρτηριακή πίεση, η διαταραγμένη ανοχή στη γλυκόζη, η κεντρική παχυσαρκία και, τα τελευταία χρόνια, η μη αλκοολική νόσος του λιπώδους ήπατος, συνιστούν το μεταβολικό σύνδρομο [1]. Τα κριτήρια διάγνωσης του μεταβολικού συνδρόμου ορίστηκαν το 2009 σύμφωνα με οδηγίες των International Diabetes Federation (IDF), National Heart, Lung, and Blood Institute (NΙΗ), World Heart Federation, International Atherosclerosis Society, American Heart Association (AHA) και International Association for the Study of Obesity. Με βάση αυτές τις οδηγίες, για τη διάγνωση του μεταβολικού συνδρόμου απαιτείται η συνύπαρξη τριών από τα παρακάτω πέντε κριτήρια σε έναν ασθενή [1]. Γλυκόζη νηστείας 100 mg/dl (ή λήψη φαρμακευτικής αγωγής για υπεργλυκαιμία). Αρτηριακή πίεση (Συστολική/Διαστολική) 130/85 mmhg (ή λήψη φαρμακευτικής αγωγής για υπέρταση). Τριγλυκερίδια 150 mg/dl (ή λήψη φαρμακευτικής αγωγής για υπερτριγλυκεριδαιμία). HDL-C < 40 mg/dl στους άνδρες ή < 50 mg/dl στις γυναίκες (ή λήψη φαρμακευτικής αγωγής για μειωμένη HDL-C). Περίμετρος μέσης 102 cm στους άνδρες ή 88 cm στις γυναίκες. Τα παραπάνω κριτήρια αποτελούν τις βασικές συνιστώσες του μεταβολικού συνδρόμου, όμως τα τελευταία χρόνια έχουν αναφερθεί και άλλες διαταραχές που σχετίζονται με αυτό, όπως το λιπώδες ήπαρ, η υπνική άπνοια, το σύνδρομο πολυκυστικών ωοθηκών, η αυξημένη πηκτικότητα του αίματος και η οστεοπόρωση. Τα αίτια που μπορούν να οδηγήσουν σε αυτού του τύπου τις διαταραχές είναι ο σύγχρονος τρόπος ζωής σε συνδυασμό με την έλλειψη φυσικής άσκησης και την πλούσια σε λιπαρά διατροφή. Τα τελευταία χρόνια, το μεταβολικό σύνδρομο έπαψε να 18

19 αφορά μόνο στους ενήλικες και έκανε την εμφάνισή του στην παιδική ηλικία καθιστώντας επιτακτική την ανάγκη αντιμετώπισής του [2]. Σύμφωνα με δύο έρευνες που αφορούν στον επιπολασμό του μεταβολικού συνδρόμου στην Ελλάδα, με βάση τα κριτήρια που έχουν οριστεί από τον ATP III, τα ποσοστά κυμαίνονται από 19,8% - 23,6%. Συγκεκριμένα, στην πρώτη έρευνα, στην οποία το δείγμα προερχόταν από την ευρύτερη περιοχή της Αθήνας, χρησιμοποιήθηκαν άτομα (49,4% άνδρες και 50,6% γυναίκες) ηλικίας άνω των 18 ετών. Ο επιπολασμός ήταν 19,8% με τα ποσοστά να είναι κατά 10% μεγαλύτερα στους άνδρες (άνδρες: 25,2%, γυναίκες 14,6%) [3]. Στη δεύτερη έρευνα, το δείγμα προερχόταν από αστικές, ημιαστικές και αγροτικές περιοχές, ενώ συμπεριελήφθησαν και άτομα του στρατού, αλλά και άτομα της Μουσουλμανικής κοινότητας. Συνολικά χρησιμοποιήθηκαν άτομα (49% άνδρες, 51% γυναίκες) ηλικίας άνω των 18 ετών. Ο επιπολασμός ήταν 23,6% (άνδρες: 24,2%, γυναίκες: 22,8%) και αυξανόταν ανάλογα με την ηλικία και ανεξαρτήτως φύλου [4]. 1.2 Μη αλκοολική λιπώδης νόσος του ήπατος Η μη αλκοολική λιπώδης νόσος του ήπατος (non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD) αποτελεί τη συχνότερη μορφή χρόνιας ηπατοπάθειας, ανεξάρτητα από κατανάλωση αλκοόλ, και χαρακτηρίζεται από την εναπόθεση λιπιδίων στα κύτταρα του ήπατος [5;6]. Περιλαμβάνει την μη αλκοολική ηπατοστεάτωση και την μη αλκοολική στεατοηπατίτιδα και μπορεί να εξελιχθεί σε κίρρωση, μέχρι και ανάπτυξη ηπατοκυτταρικού καρκίνου [5-9]. Η παθογένεια της NAFLD οφείλεται στην αντίσταση στην ινσουλίνη, ενώ σημαντικό ρόλο παίζουν και άλλες διαταραχές του μεταβολικού συνδρόμου, όπως η παχυσαρκία και ο σακχαρώδης διαβήτης τύπου ΙΙ [1;10;11]. Χαρακτηρίζεται από την εναπόθεση και τη συσσώρευση τριγλυκεριδίων στο ήπαρ, γεγονός το οποίο αποτελεί το πρώτο στάδιο εξέλιξης της νόσου. Η νόσος εμφανίζεται κυρίως στις ηλικίες μεταξύ ετών και είναι πιο συχνή σε άτομα που εμφανίζουν διαταραχές του μεταβολικού συνδρόμου, όπως κεντρική παχυσαρκία ή σακχαρώδη διαβήτη τύπου ΙΙ. 19

20 Η διάγνωση της NAFLD μπορεί να γίνει με: Εργαστηριακές αναλύσεις Απεικονιστικές μεθόδους Ηπατική βιοψία Μη επεμβατικές μεθόδους, όπως τα συστήματα πρόβλεψης αυξημένης ηπατικής ίνωσης NAFLD Fibrosis Score από τη Mayo Clinic και το ευρωπαϊκό Fibro Test FibroSURE [12] Δεν υπάρχει συγκεκριμένη θεραπεία για την μη αλκοολική λιπώδη νόσο και αυτό που συνιστάται στους ασθενείς είναι η αντιμετώπιση των παραμέτρων του μεταβολικού συνδρόμου και κυρίως της αντίστασης στην ινσουλίνη σε συνδυασμό με μείωση του σωματικού βάρους και αύξηση της φυσικής άσκησης [13]. 1.3 Παχυσαρκία Η παχυσαρκία είναι μία από τις πιο βασικές διαταραχές του μεταβολικού συνδρόμου, που τα τελευταία χρόνια τείνει να πάρει διαστάσεις επιδημίας κυρίως στις αναπτυγμένες χώρες του δυτικού κόσμου, όπου ένα ποσοστό μεγαλύτερο του 30% των ενήλικων ατόμων είναι παχύσαρκοι, ενώ αρκετά ανησυχητικά είναι και τα ποσοστά σε παιδιά και εφήβους [14-17]. Η παχυσαρκία είναι μια πολυπαραγοντική νόσος, αφού συνδέεται με αρκετές διαταραχές, όπως ο σακχαρώδης διαβήτης τύπου ΙΙ, η υπέρταση, η δυσλιπιδαιμία, η γαστροοισοφαγική παλινδρόμηση, η στεφανιαία νόσος και η υπερχοληστερολαιμία. Τα αίτια της παθολογίας της μπορεί να είναι περιβαλλοντικά, γενετικά, μεταβολικά ή και ψυχολογικά. Χαρακτηρίζεται από υπερβολική συσσώρευση λίπους στον οργανισμό και οι κύριες αιτίες εμφάνισής της είναι η αυξημένη ενεργειακή πρόσληψη σε σχέση με την ενεργειακή κατανάλωση και η έλλειψη φυσικής άσκησης. Όταν η πρόσληψη των θερμίδων είναι μεγαλύτερη από την κατανάλωσή τους, τότε ο οργανισμός αποθηκεύει την περίσσεια ενέργειας σαν λίπος [18, 19]. Η πιο κοινή μέθοδος για τη διάγνωση της παχυσαρκίας είναι η μελέτη των διαστάσεων του ανθρώπινου σώματος μέσω του Δείκτη Μάζας Σώματος (Body Mass 20

21 Index, ΒΜΙ), που ορίζεται ως το πηλίκο του σωματικού βάρους (kg) προς το τετράγωνο του ύψους (m), (kg/m 2 ). Με τον BMI προσδιορίζεται η ποσότητα του λίπους στο σώμα και όχι η κατανομή του, με αποτέλεσμα πολλές φορές να είναι παραπλανητικός κυρίως για άτομα με αυξημένη μυϊκή μάζα. Ανάλογα με τις τιμές του BMI η παχυσαρκία κατατάσσεται στην εξής κλίμακα [18]: Επιθυμητά όρια: 18,5-24,9 Υπέρβαρος: 25-29,9 Παχυσαρκία 1 ου βαθμού: 30-34,9 Παχυσαρκία 2 ου βαθμού: 35-39,9 Παχυσαρκία 3 ου βαθμού: >40 Προκειμένου να υπάρξει μία καλύτερη εικόνα για την κατανομή του λίπους, χρησιμοποιείται ο Δείκτης Κεντρικής Παχυσαρκίας (Waist to Hip Ratio), που ορίζεται ως το πηλίκο της περιμέτρου της μέσης (cm) προς την περίμετρο των ισχύων (cm). Ο δείκτης αυτός βοηθάει στην πρόβλεψη της πιθανότητας ανάπτυξης κάποιων από τις παθήσεις που σχετίζονται με την παχυσαρκία. Ο κίνδυνος εμφάνισης διαφόρων παθήσεων ακολουθεί την εξής κλίμακα: μικρός κίνδυνος: <0,88 μέσος κίνδυνος: 0,88-0,95 υψηλός κίνδυνος: 0,96-1 πολύ υψηλός κίνδυνος για την υγεία: >1 Η παχυσαρκία περιλαμβάνει δύο τύπους την κεντρική παχυσαρκία, με αυξημένη κατανομή λίπους στο άνω τμήμα του σώματος, και την περιφερική παχυσαρκία, με εναπόθεση λίπους στους μηρούς και στους γλουτούς. Τα άτομα στα οποία εμφανίζεται κεντρική παχυσαρκία διατρέχουν κίνδυνο εμφάνισης υπέρτασης, καρδιαγγειακών παθήσεων, αντίστασης στη ινσουλίνη, υπερλιπιδαιμίας και σακχαρώδους διαβήτη, οι οποίες αποτελούν 21

22 διαταραχές του μεταβολικού συνδρόμου, ενώ τα άτομα που εμφανίζουν περιφερική παχυσαρκία τείνουν να είναι πιο προστατευμένα από τέτοιου είδους παθήσεις. Έρευνες έχουν δείξει ότι οι δείκτες διάγνωσης της παχυσαρκίας αυξάνουν με την ηλικία, ενώ ο κύριος παράγοντας που οδηγεί σε αυτό το αποτέλεσμα παραμένει η διατροφή [18;19;20]. Για την αντιμετώπιση της παχυσαρκίας συνιστάται κυρίως η αύξηση της σωματικής άσκησης και η δίαιτα με χαμηλές θερμίδες καθώς και η χορήγηση φαρμακευτικής αγωγής, ενώ συχνά επιβάλλεται στους ασθενείς ψυχοθεραπεία για αλλαγή της συμπεριφοράς. Αλλά, όταν ο Δείκτης Μάζας Σώματος είναι μεγαλύτερος του 40, η παχυσαρκία πλέον χαρακτηρίζεται ως υπερνοσογόνος, οι παραπάνω μέθοδοι συνήθως αποτυγχάνουν και κρίνεται αναγκαία η χειρουργική επέμβαση [18;21;22]. Οι επεμβάσεις για την αντιμετώπιση της κλινικά σοβαρής παχυσαρκίας χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: στις δυσαπορροφητικού και στις περιοριστικού τύπου: Επεμβάσεις δυσαπορροφητικού τύπου. Σε αυτόν το τύπο περιορίζεται ο αριθμός των θερμίδων και των θρεπτικών συστατικών που μπορούν να απορροφηθούν λόγω βράχυνσης του πεπτικού σωλήνα. Τα αποτελέσματα παραμένουν σταθερά για αρκετά χρόνια και η απώλεια βάρους μπορεί να φράσει μέχρι και το 80%. Η πρώιμη νοσηρότητα κυμαίνεται από 10% έως 15% και η θνησιμότητα στο 1%. Στις δυσαπορροφητικές επεμβάσεις περιλαμβάνονται διάφοροι τύποι χολοπαγκρεατικών εκτροπών. Επεμβάσεις περιοριστικού τύπου. Σε αυτού του τύπου τις επεμβάσεις υπάρχει μειωμένη θερμιδική πρόσληψη και αλλαγές στην έκκριση γαστρεντερικών ορμονών είτε λόγω μικρότερου γαστρικού θυλάκου είτε και λόγω παράκαμψης μέρους του στομάχου και του λεπτού εντέρου. Οι σύγχρονες περιοριστικού τύπου επεμβάσεις είναι ο ρυθμιζόμενος γαστρικός ιμάντας, η επιμήκης γαστρεκτομή, ενώ η γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y χαρακτηρίζεται ως μικτή επέμβαση. 22

23 1.3.1 Γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y Η γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y αποτελεί σήμερα τη συχνότερα εφαρμοζόμενη επέμβαση για την κλινικά σοβαρή παχυσαρκία. Στην επέμβαση αυτή ο στόμαχος διαιρείται σε δύο μέρη και σχηματίζεται ένας γαστρικός θύλακος χωρητικότητας ml, ενώ το μεγαλύτερο μέρος του στομάχου, το δωδεκαδάκτυλο, όπως και ένα μέρος του λεπτού εντέρου παρακάμπτονται. Γίνεται διαίρεση του λεπτού εντέρου και αναστόμωση του περιφερικού τμήματος στον γαστρικό θύλακο και του κεντρικού πλάγια στη έλικα Roux σχηματίζοντας μια διαμόρφωση που μοιάζει με Υ (Εικόνα 1). Η επέμβαση πρέπει να συνοδεύεται από χολοκυστεκτομή για αποφυγή χολολιθίασης. Ανάλογα με το μήκος του λεπτού εντέρου που παρακάμπτεται, υπάρχουν δύο παραλλαγές: Roux en Y μακράς έλικας: Προκαλεί μεγαλύτερη δυσαπορρόφηση, αφού η διατροφική έλικα είναι μεγαλύτερη και η κοινή έλικα μικρότερη. Roux en Y βραχείας έλικας: Προκαλεί μικρότερη δυσαπορρόφηση, αλλά εμφανίζει λιγότερες επιπλοκές. Εικόνα 1. Σχηματική αναπαράσταση της γαστρικής παράκαμψης κατά Roux en Y 23

24 Τα πλεονεκτήματα της Roux en Y είναι ότι αυξάνεται η δυσαπορρόφηση, με αποτέλεσμα την μείωση πρόσληψης θερμίδων, ενώ είναι μερικώς αποτελεσματική και σε περιπτώσεις υπερνοσογόνου παχυσαρκίας, όπου το BMI ξεπερνά το 50. Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχει απώλεια πλεονάζοντος βάρους ακόμη και δύο χρόνια μετά την επέμβαση που μπορεί να φτάσει μέχρι και το 80% και ότι η απώλεια αυτή είναι σταθερή μακροχρόνια. Τα μειονεκτήματα της επέμβασης αυτής είναι πως μειώνεται η απορρόφηση βιταμινών, ασβεστίου και σιδήρου και οι ασθενείς πρέπει να λαμβάνουν εφ όρου ζωής σκευάσματα σιδήρου, ασβεστίου, βιταμίνης Β 12 και συμπληρώματα βιταμινών. Η περιεγχειρητική νοσηρότητα και θνησιμότητα της επέμβασης κυμαίνονται αντιστοίχως γύρω στο 10% και 1%. Αλγόριθμος επιλογής τύπου εγχείρησης σε συγκεκριμένο ασθενή ΝΑΙ ΓΑΣΤΡΟΟΙΣΟΦΑΓΙΚΗ ΠΑΛΙΝΔΡΟΜΗΣΗ ΟΧΙ RYGBP: Γαστρική παράκαμψη κατά Roux-Υ BPD-RYGBP: Χολοπαγκρεατική εκτροπή με αποκατάσταση κατά Roux-Y SG: Επιμήκης Γαστρεκτομή ASGB: Ρυθμιζόμενος Γαστρικός Ιμάντας RYGBP BPD-RYGBP ΥΠΕΡΧΟΛΗΣΤΕΡΟΛΑΙΜΙΑ ΣΑΚΧΑΡΩΔΗΣ ΔΙΑΒΗΤΗΣ ΟΧΙ NAI ΝΑΙ OXI RYGBP BPD-RYGBP RYGBP BPD-RYGBP ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗΣ ΓΛΥΚΩΝ ΟΓΚΟΥ BMI < 50 BMI > 50 RYGBP BPD-RYGBP ASGB SG BPD-RYGBP Εικόνα 2. Ενδεικτικός αλγόριθμος για την επιλογή του τύπου επέμβασης ανάλογα με τον ασθενή. 24

25 1.3.2 Χολοπαγκρεατική εκτροπή με γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y Η χολοπαγκρεατική εκτροπή και η γαστρική παράκαμψη αποτελούν το επίκεντρο του ενδιαφέροντος των χειρουργών βαριατρικής εδώ και πολλά χρόνια [23-25]. Οι κλασικές μέθοδοι που περιγράφηκαν αρχικά από τους Mason, Ito [26] και Scopinaro et al. [27] έχουν τροποποιηθεί με την πάροδο των ετών με σκοπό τη βελτίωση των αποτελεσμάτων απώλειας βάρους και τη μείωση πιθανών μετεγχειρητικών επιπλοκών. Στην προηγούμενη παράγραφο έγινε περιγραφή της «κλασικής» γαστρικής παράκαμψης κατά Roux en Y. Στην παρούσα μελέτη η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε είναι μία παραλλαγή χολοπαγκρεατικής εκτροπής, η χολοπαγκρεατική εκτροπή με γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y και μακρές έλικες, η οποία άρχισε να εφαρμόζεται το 2002 και παραμένει έως σήμερα η κύρια χειρουργική μέθοδος, για την αντιμετώπιση της υπερνοσογόνου παχυσαρκίας, της Μονάδας Χειρουργικής Αντιμετώπισης της Κλινικά Σοβαρής Παχυσαρκίας του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου Πατρών. Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει τον σχηματισμό ενός γαστρικού θυλάκου χωρητικότητας 40±10 ml, με πλήρη παράκαμψη του υπόλοιπου στομάχου. Για την αποκατάσταση της συνέχειας του πεπτικού δημιουργείται μια διατροφική έλικα μήκους 400 cm ή λιγότερο, σε περιπτώσεις όπου το μήκος του λεπτού εντέρου είναι μικρότερο από 500 cm, μία κοινή έλικα μήκους 100 cm, ενώ ως χολοπαγκρεατική έλικα χρησιμοποιείται το υπόλοιπο τμήμα του λεπτού εντέρου (Εικόνα 3) [28]. Για την κατασκευή του επιμήκους γαστρικού θυλάκου, εκτελείται πλήρης διατομή με τη χρήση αυτόματου γραμμικού κοπτορράπτη, περίπου 7 cm κάτω από την γαστροοισοφαγική συμβολή. Στη συνέχεια μετά την καταμέτρηση του συνολικού μήκους του λεπτού εντέρου, μετά από διατομή στο επίπεδο της νήστιδας, το περιφερικό τμήμα μήκους συνήθως 400 cm αναστομώνεται στο γαστρικό θύλακο, σχηματίζοντας τη διατροφική έλικα. Το υπόλοιπο κεντρικό τμήμα του λεπτού εντέρου, που αποτελεί την χολοπαγκρεατική έλικα, αναστομώνεται 100 cm από την ειλεοτυφλική βαλβίδα, σχηματίζοντας την κοινή έλικα. Συμπληρωματικές της κύριας, αποτελούν οι επεμβάσεις χολοκυστεκτομής και σκωληκοειδεκτομής. 25

26 Γαστρικός Θύλακος 40±10 ml Διατροφική έλικα 400 cm Χολοπαγκρεατική έλικα Υπόλοιπο του λεπτού εντέρου Κοινή έλικα 100 cm Εικόνα 3. Σχηματική απεικόνιση της χειρουργικής επέμβασης χολοπαγκρεατικής εκτροπής με γαστρική παράκαμψη κατά Roux en Y και με μακρές έλικες. 26

27 1.4 Σύστημα λιπιδίων-λιποπρωτεΐνες Οι λιποπρωτεΐνες είναι υδατοδιαλυτά σφαιρικά συμπλέγματα τα οποία αποτελούνται από λιπίδια (χοληστερόλη, τριγλυκερίδια, φωσφολιπίδια) και πρωτεΐνες που καθορίζουν το ρόλο τους, τις απολιποπρωτεΐνες Α, Β, C, E, J, M και a. Η σφαιρική δομή των λιποπρωτεϊνών περιλαμβάνει έναν κεντρικό πυρήνα που αποτελείται από λιπίδια, εστέρες χοληστερόλης και τριγλυκερίδια, ενώ περιφερικά του πυρήνα βρίσκεται η ελεύθερη χοληστερόλη και ένα στρώμα φωσφολιπιδίων. Τα φωσφολιπίδια έχουν ένα λιπόφιλο και ένα υδρόφιλο άκρο και είναι διατεταγμένα έτσι, ώστε τα λιπόφιλα άκρα να βρίσκονται προς τον πυρήνα. Στην επιφάνεια αυτής της σφαιρικής δομής βρίσκονται οι απολιποπρωτεΐνες (Εικόνα 4). Τριγλυκερίδια και Εστέρες Χοληστερόλης Απολιποπρωτεΐνες Χοληστερόλη Φωσφολιπίδια Εικόνα 4. Η δομή και η σύσταση των λιποπρωτεϊνών. Οι λιποπρωτεΐνες είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά λιπιδίων, κυρίως τριγλυκεριδίων, που είναι πηγή ενέργειας, και χοληστερόλης, που είναι το βασικό συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών, στην κυκλοφορία και στους ιστούς. Επίσης, διασφαλίζουν τη μεταφορά φωσφολιπιδίων και άλλων λιποδιαλυτών μορίων, όπως είναι οι βιταμίνες και ορισμένες φαρμακευτικές ουσίες. Υπάρχουν πέντε κατηγορίες λιποπρωτεϊνών που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το μέγεθος, τη σύσταση και την πυκνότητά τους και μπορούν να διαχωριστούν 27

28 με τη μέθοδο της υπερφυγοκέντρησης σε βαθμίδωση πυκνότητας KBr (βρωμιούχου καλίου). Σύμφωνα με την πυκνότητά τους ταξινομούνται ως εξής: χυλομικρά (CM), λιποπρωτεΐνες πολύ χαμηλής πυκνότητας (VLDL), λιποπρωτεΐνες ενδιάμεσης πυκνότητας (IDL), λιποπρωτεΐνες χαμηλής πυκνότητας (LDL) και λιποπρωτεΐνες υψηλής πυκνότητας (HDL) [29] Χυλομικρά Τα χυλομικρά είναι μεγαλομοριακά συμπλέγματα που έχουν πυκνότητα μικρότερη από 0,95 g/ml και αποτελούνται κατά 98 από λιπίδια και 2 % πρωτεΐνες. Το μέγεθος τους κυμαίνεται από Angstrom. Τα λιπίδια που περιέχουν είναι κυρίως τριγλυκερίδια, ενώ σε μικρές ποσότητες συναντώνται η χοληστερόλη και τα φωσφολιπίδια. Η κύρια πρωτεΐνη που συναντάται στα χυλομικρά είναι η απολιποπρωτεΐνη Β-48, μια μεγάλη πρωτεΐνη (240 kda) που σχηματίζει ένα αμφίφιλο σφαιρικό κέλυφος με υδρόφιλη εξωτερική επιφάνεια γύρω από το λιποσφαίριο. Εκτός από την apob-48, συναντώνται και η apoe, η apoa-iv και η apocii. Τα χυλομικρά συντίθενται στα επιθηλιακά κύτταρα του τοιχώματος του λεπτού εντέρου και στη συνέχεια, μέσω της λεμφικής κυκλοφορίας, μεταφέρουν τα διατροφικά λιπίδια στους περιφερικούς ιστούς. Στην κυκλοφορία μεταβολίζονται μερικώς από τη λιποπρωτεϊνική λιπάση (LpL), που βρίσκεται στην επιφάνεια των ενδοθηλιακών κυττάρων των τριχοειδών και στη συνέχεια καταβολίζονται από την ηπατική λιπάση (HL) σε υπολείμματα χυλομικρών. Τα υπολείμματα αυτά προσλαμβάνουν apoe απολιποπρωτεΐνη από την κυκλοφορία και απομακρύνονται μέσω των υποδοχέων LDLr [29] Πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (VLDL) Οι πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες είναι μεγάλα σωμάτια με πυκνότητα μεταξύ g/ml και περιέχουν 85-90% λιπίδια και 10-15% πρωτεΐνες. Το 28

29 μέγεθός τους κυμαίνεται από Angstrom. Η λιπιδική τους σύσταση περιλαμβάνει 45-65% τριγλυκερίδια, 15-20% φωσφολιπίδια και 20-30% χοληστερόλη (ελεύθερη και εστεροποιημένη) [29]. Οι πρωτεΐνες που συναντώνται στις VLDL είναι οι apob, apoe, apoc-i, apoc-ii και apoc-iii. Η σύνθεση και έκκρισή τους γίνεται από το ήπαρ και εξαρτάται από τις ανάγκες των περιφερικών ιστών, στους οποίους και διανέμονται. [30] Ενδιάμεσης πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (IDL) Οι ενδιάμεσης πυκνότητας λιποπρωτεΐνες προκύπτουν από τον καταβολισμό των VLDL λιποπρωτεϊνών και αποτελούν πρόδρομες μορφές των LDL. Η πυκνότητα τους είναι μεταξύ g/ml και η αύξηση αυτή οφείλεται στην υδρόλυση των τριγλυκεριδίων που υπάρχουν σε αφθονία στα VLDL. Φυσιολογικά βρίσκονται σε πολύ χαμηλή συγκέντρωση στο πλάσμα και το μέγεθος τους κυμαίνεται στα Angstrom. Οι IDL είναι σωμάτια πλούσια σε εστέρες χοληστερόλης και είτε λειτουργούν ως μεταφορείς λιπιδίων στο ήπαρ και σε άλλους περιφερικούς ιστούς είτε μετατρέπονται σε λιποπρωτεΐνες χαμηλής πυκνότητας LDL, πράγμα το οποίο επιτυγχάνεται με την αφαίρεση τριγλυκεριδίων από τη σύστασή τους [29] Χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (LDL) Οι χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες προκύπτουν από τον καταβολισμό των IDL και αποτελούν τον κύριο φορέα χοληστερόλης στο αίμα. Η πυκνότητα τους είναι g/ml, και το μέγεθος τους κυμαίνεται από Angstrom. Η σύστασή τους περιλαμβάνει 75% λιπίδια και 25% πρωτεΐνες. Δομικά αποτελούνται από έναν υδρόφοβο πυρήνα που περιέχει μόρια εστεροποιημένης χοληστερόλης, ο οποίος περιβάλλεται από ένα κέλυφος φωσφολιπιδίων και μη εστεροποιημένης χοληστερόλης. Στο κέλυφος συναντάται και ένα μοναδικό αντίγραφο της απολιποπρωτεΐνης Β-100 (apob-100) με μοριακό βάρος 550 kda, το οποίο 29

30 αναγνωρίζεται από τα κύτταρα-στόχους. Άλλες απολιποπρωτεΐνες που απαντώνται στις LDL είναι οι apoci, apocii και apociii. Οι LDL είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά χοληστερόλης από το ήπαρ στους περιφερικούς ιστούς και για τη ρύθμιση της de novo σύνθεσης της χοληστερόλης, αλλά και των στεροειδών ορμονών [29] Υψηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (HDL) Οι υψηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (HDL) είναι ένα μίγμα λιποπρωτεΐνών με πυκνότητα που κυμαίνεται από 1,063 ως 1,21 g/ml [31], ενώ το μέγεθος τους είναι Angstrom. Ανάλογα με τη λιπιδική τους σύσταση έχουν δισκοειδές ή σφαιρικό σχήμα, το οποίο καθορίζει και την λειτουργικότητα του μορίου [32]. Η ώριμη σφαιρική HDL αποτελείται από 45-55% πρωτεΐνες, 26-32% φωσφολιπίδια, 15-20% εστεροποιημένη χοληστερόλη, 3-5% ελεύθερη χοληστερόλη, και περίπου 5% τριγλυκερίδια. Η HDL είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά της χοληστερόλης από τους περιφερικούς ιστούς στο ήπαρ, μια διαδικασία που αναφέρεται ως ανάστροφη μεταφορά χοληστερόλης. Η κύρια πρωτεΐνη της HDL είναι η απολιποπρωτεϊνη Α-Ι (apoa-i), η οποία παίζει τον κύριο ρόλο στη βιοσύνθεση και την λειτουργικότητά της [31]. Εάν η apoa-i απουσιάζει, η κλασική HDL δεν μπορεί να σχηματιστεί. Κατά μέσο όρο η ανθρώπινη HDL περιέχει περίπου 70% (κατά βάρος) apoa-i, 20% απολιποπρωτεΐνη Α-ΙΙ (apoa-ii) και 10% άλλες απολιποπρωτεΐνες όπως apoe και apociii [33;34]. 30

31 1.5 Σύστημα λιπιδίων - Απολιποπρωτεΐνες Ένα από τα βασικά συστατικά των λιποπρωτεϊνών είναι οι απολιποπρωτεΐνες. Οι απολιποπρωτεΐνες συντίθενται κυρίως στο ήπαρ, και κάποιες στο επιθήλιο του λεπτού εντέρου, και συμμετέχουν στον μεταβολισμό των λιπιδίων. Οι κυριότερες κατηγορίες είναι οι A, B, C, E και α, ενώ πρόσφατα έχουν χαρακτηριστεί οι Μ και οι J. Οι μοριακές τους μάζες ανήκουν σε ένα ευρύ φάσμα που ξεκινάει από τα 6 kda (apoci) έως τα 500 kda (apob, apo(α)). Τρείς είναι οι βασικές λειτουργίες των απολιποπρωτεϊνών: 1. Δεσμεύουν τα λιπίδια και τα μεταφέρουν διαμέσου της κυκλοφορίας 2. Παρέχουν θέσεις αναγνώρισης για τους ειδικούς υποδοχείς της κυτταρικής μεμβράνης 3. Δρουν σαν ενεργοποιητές ή αναστολείς των ειδικών ενζύμων που συμμετέχουν στο μεταβολισμό των λιποπρωτεϊνών [35;36] Η απολιποπρωτεΐνη Α-Ι (apoa-ι) Οι βασικές πρωτεΐνες της HDL είναι οι απολιποπρωτεΐνες Α (apoa) και συγκεκριμένα στον άνθρωπο υπάρχουν δυο κύριες Α-απολιποπρωτεΐνες, οι apoα-ι και apoα-ιι. Η apoa-ι είναι η βασική πρωτεΐνη της HDL, αφού αποτελεί το 70-80% της συνολικής πρωτεϊνικής της σύστασης. Το μοριακό βάρος της apoa-i είναι 29 kda. Η σύνθεσή της γίνεται στο ήπαρ και στο επιθήλιο του λεπτού εντέρου, από όπου και εκκρίνεται μαζί με την apoa-ιι. Κατά την έκκρισή της, η apoa-i είναι πλούσια σε φωσφολιπίδια και αποκτά δισκοειδή μορφή, που αποτελεί την πρώιμη HDL. Το γονίδιο που την κωδικοποιεί βρίσκεται στο χρωμόσωμα 11 και αποτελείται από 4 εξώνια και 3 εσώνια. Τα εξώνια κωδικοποιούν ένα πρόδρομο μόριο αποτελούμενο από 267 αμινοξέα, το pre-pro-apoa-i. Στο αμινο-τελικό άκρο του μορίου αυτού υπάρχει ένα προπεπτίδιο μήκους 18 αμινοξέων το οποίο αποκολλάται δίνοντας τελικά την εκκρινόμενη μορφή, την pro-apoa-i. Στην συνέχεια, μια ειδική 31

32 εξαρτώμενη από Ca ++ πρωτεάση αποσπά το αμινο-τελικό προπεπτίδιο μήκους 6 αμινοξέων δημιουργώντας την ώριμη apoa-i η οποία αποτελείται από 243 αμινοξέα και έχει χρόνο ημιζωής 5-6 μέρες [37]. Τα 243 αμινοξέα οργανώνονται σε επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες 22 και 11 αμινοξέων σε μορφή αμφιπαθών α- ελίκων. Το υδρόφιλο τμήμα της έλικας αλληλεπιδρά με την υδατική φάση, ενώ το υδρόφοβο-μη πολικό λιπιδικό τμήμα βρίσκεται προς το εσωτερικό του μορίου. Η χαλαρή διάταξη των α-ελίκων επιτρέπει την γρήγορη αλληλεπίδραση των υδροφοβικών περιοχών της πρωτεΐνης με τα λιπίδια. Κύριος ρόλος της apoa-i είναι ο σχηματισμός της HDL. Μέσω της πρόσδεσής της με τα λιπίδια ενεργοποιεί το ένζυμο λεκιθινο-χοληστερολική ακυλοτρανσφεράση (LCAT), το οποίο είναι υπεύθυνο για την εστεροποίηση της χοληστερόλης στο μόριο της HDL. Η εστεροποιημένη χοληστερόλη μεταναστεύει προς το εσωτερικό της HDL και τα δισκοειδή σωματίδιά της μετατρέπονται σε σφαιρικά. Η apoa-ι, τόσο στα δισκοειδή όσο και στα σφαιρικά σωματίδια, αλληλεπιδρά με τον υποδοχέα της HDL, που βρίσκεται στα κύτταρα του ήπατος, τον SR-BI [38]. Μελέτες έχουν δείξει ότι η αθηροπροστατευτική, αντιφλεγμονώδης και αντιοξειδωτική δράση της HDL οφείλεται στην apoa-i και συγκεκριμένα στον σημαντικό της ρόλο στην ανάστροφη μεταφορά της χοληστερόλης και στην ικανότητά της να αφαιρεί οξειδωμένα φωσφολιπίδια από την οξειδωμένη LDL [39;40]. Έχουν ανακαλυφθεί ποικίλες ισομορφές (1-6) και μεταλλάξεις της apoa-i, με πιο γνωστή την apoa-i Milano, η οποία έχει αποδειχθεί ότι έχει αθηροπροστατευτικές ιδιότητες. Οι φορείς της μετάλλαξης αυτής εμφανίζουν πολύ χαμηλά επίπεδα HDL χοληστερόλης, ενώ δεν παρουσιάζουν αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης καρδιαγγειακής νόσου [41] Η απολιποπρωτεΐνη Ε (apoe) Η απολιποπρωτεΐνη Ε είναι κύριο συστατικό των μορίων VLDL, IDL, HDL, των χυλομικρών και των υπολειμμάτων των χυλομικρών και έχει μοριακό βάρος 34 kda. Το γονίδιο που την κωδικοποιεί βρίσκεται στο χρωμόσωμα 19 και περιλαμβάνει 32

33 4 εξώνια και 3 εσώνια. Αποτελείται από 299 αμινοξέα που οργανώνονται σε αλληλουχίες 11 και 22 αμινοξέων και σχηματίζουν αμφιπαθείς α-έλικες [42]. Η δομή αυτή επιτρέπει την πρόσδεση της σε λιπίδια και τον μετέπειτα σχηματισμό λιποπρωτεϊνών. Η κρυσταλλογραφία με ακτίνες Χ του αμινοτελικού κομματιού 22 kda της apoe έδειξε ότι αυτή η περιοχή σχηματίζει ένα τετραελικοειδές δέμα (bundle) το οποίο σταθεροποιείται από υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις και γέφυρες αλάτων [43]. Έχουν ανακαλυφθεί τρείς κοινές φυσικές ισομορφές της apoe, οι apoe2, apoe3 και apoe4. Οι αντίστοιχοι πολυμορφισμοί γονιδίων ονομάζονται ε2, ε3 και ε4 και, ανάλογα με το αν υπάρχει ομοζυγωτία ή ετεροζυγωτία, μπορούν να προκύψουν οι εξής γονότυποι: ε2/ε2, ε3/ε3, ε4/ε4, ε2/ε3, ε3/ε4 και ε2/ε4 με τους αντίστοιχους φαινοτύπους Ε2/Ε2, Ε3/Ε3, Ε4/Ε4, Ε2/Ε3, Ε3/Ε4 και Ε2/Ε4. Η πιο κοινή από τις ισομορφές της apoe είναι η apoe3 η οποία σχετίζεται με το μεταβολισμό των χυλομικρών και των VLDL. Έτσι οι περισσότεροι άνθρωποι είναι Ε3/Ε3 ομοζυγώτες ή Ε2/Ε3 ετεροζυγώτες. Λιγότερο από 1% είναι Ε2/Ε2, ενώ ο συγκεκριμένος φαινότυπος σχετίζεται με υπερλιποπρωτεϊναιμία τύπου ΙΙΙ. Ο φαινότυπος Ε2/E2 σχετίζεται με καρδιαγγειακά νοσήματα [43] και ο φαινότυπος Ε4/E4 αποτελεί παράγοντα κινδύνου για την ανάπτυξη της νόσου Alzheimer [44]. Οι πολυμορφισμοί της apoe οφείλονται στην αλλαγή της σύστασης της σε δύο αμινοξέα την αργινίνη (Arg) και την κυστεΐνη (Cys). Η apoe3 έχει Cys στη θέση 114 και Arg στη θέση 158, στην apoe2 η Arg στην θέση 158 έχει ανταλλαχθεί με Cys και στην apoe4 έχει διατηρηθεί η Arg στη θέση 158, αλλά στην θέση 114 υπάρχει Arg αντί για Cys [45]. Κύριος ρόλος της apoe είναι η απομάκρυνση των αθηρογόνων λιποπρωτεϊνικών υπολειμμάτων από την κυκλοφορία του αίματος προσφέροντας έτσι προστασία από την αθηρωματική νόσο [46]. Κατά την κάθαρση των πλούσιων σε χοληστερόλη και τριγλυκερίδια λιποπρωτεϊνικών υπολειμμάτων, η λιπιδιωμένη apoe αναγνωρίζεται από τους υποδοχείς των LDL (LDLr) αλλά και τους VLDLr και LRP- 1 και έτσι πραγματοποιείται η απομάκρυνσή τους από την κυκλοφορία. [47-50]. Σε πρόσφατες έρευνες έχει δειχθεί ότι η apoe παίζει σημαντικό ρόλο και στη βιογένεση της HDL μέσω της ικανότητάς της να ενεργοποιεί το ένζυμο LCAT. Η 33

34 χορήγηση apoe4 σε ποντίκια με έλλειψη στην apoa-i (apoa-i -/- ) οδήγησε σε αύξηση των κλασμάτων της HDL και των VLDL, IDL και LDL καθώς επίσης και σε σχηματισμό δισκοειδών σωματιδίων HDL. Επίσης, όταν σε ίδια ποντίκια χορηγήθηκε apoe4 και LCAT, παρατηρήθηκε κάθαρση των πλούσιων σε τριγλυκερίδια λιποπρωτεϊνών, αύξηση των επιπέδων της HDL και σχηματισμός σφαιρικών σωματιδίων, δηλαδή ώριμης λειτουργικής HDL [33] Η απολιποπρωτεΐνη CIII (apociii) Η απολιποπρωτεΐνη CIII είναι συστατικό κυρίως των VLDL και λιγότερο των LDL και HDL [51], αν και το 50% της ολικής πρωτεΐνης του πλάσματος εντοπίζεται στο κλάσμα της HDL [52]. Η σύνθεσή της γίνεται στο ήπαρ και σε μικρότερο βαθμό στο επιθήλιο του λεπτού εντέρου. Το γονίδιο που την κωδικοποιεί βρίσκεται στο χρωμόσωμα 11. Αρχικά προκύπτει ένα πρόδρομο πεπτίδιο 99 αμινοξέων, το οποίο, μόλις εισέλθει στο ενδοπλασματικό δίκτυο, υπόκειται σε απομάκρυνση 20 αμινοξέων, οπότε και προκύπτει η ώριμη πρωτεΐνη με μοριακό βάρος 8,8 kda. Περαιτέρω μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις περιλαμβάνουν την προσθήκη σιαλικού οξέος. Έτσι, προκύπτουν τρεις μορφές apociii η μη γλυκοζυλιωμένη apociii 0, η apociii 1, που έχει ένα μόριο σιαλικού οξέος, και η apociii 2, που έχει δύο μόρια σιαλικού οξέος [53]. Η apociii αναστέλλει τη δράση της λιποπρωτεϊνικής και της ηπατικής λιπάσης και καθυστερεί τον καταβολισμό των πλούσιων σε τριγλυκερίδια σωματιδίων. Θεωρείται αθηρογόνος πρωτεΐνη, ενώ αυξημένα επίπεδά της έχουν συσχετιστεί με διαταραχές, όπως υπερτριγλυκεριδαιμία, εξαρτώμενη από ασβέστιο απόπτωση των β κυττάρων του παγκρέατος και αντίσταση στην ινσουλίνη [54]. Μελέτες γενετικής ποικιλότητας έχουν προτείνει ότι τα αυξημένα επίπεδα της apociii μπορούν να αποτελέσουν προδιάθεση για εμφάνιση μη αλκοολικής λιπώδους νόσου του ήπατος [55]. Πρόσφατα, μελέτες που έγιναν σε πειραματικά μοντέλα ποντικών που δεν εκφράζουν τις απολιποπρωτεΐνες Ε και Α-Ι, έδειξαν ότι η χορήγηση αδενοϊού που εκφράζει την αγρίου τύπου ανθρώποινη apociii οδηγεί σε de novo βιογένεση της 34

35 HDL. Συγκεκριμένα βρέθηκε ότι 3-5 ημέρες μετά τη μόλυνση με τον αδενοϊό παράγονται HDL σωματίδια και παρατηρείται μόνο μία μέτρια αύξηση της χοληστερόλης και των τριγλυκεριδίων του πλάσματος. Αντίθετα, σε πειραματικά μοντέλα ποντικών που δεν εκφράζουν τον υποδοχέα ABCA1, η χορήγηση του ίδιου αδενοϊού δεν οδήγησε σε σχηματισμό HDL σωματιδίων. Επιπλέον, τα μοντέλα αυτά ανέπτυξαν σοβαρή υπερτριγλυκεριδαιμία, 3-5 ημέρες μετά τη μόλυνση, με την apociii να βρίσκεται συσσωρευμένη αποκλειστικά στα κλάσματα της VLDL, ενώ τα επίπεδα χοληστερόλης του πλάσματος παρέμειναν αμετάβλητα.. Η υπερτριγλυκεριδαιμία μετριάστηκε κατόπιν χορήγησης ενός αδενοϊού που εξέφραζε την ανθρώπινη λιποπρωτεϊνική λιπάση (LPL). Συνολικά, τα δεδομένα αυτά έδειξαν ότι ο υποδοχέας ABCA1 αλληλεπιδρά με την apociii προωθώντας το σχηματισμό apociii-hdl που είναι διακριτή από την κλασσική apoe- ή ΑροΑ-Ι-HDL. Ο σχηματισμός της apociii-hdl αποτρέπει την υπερβολική συσσώρευση apociii στα κλάσματα της VLDL και επιτρέπει την αποτελεσματική λιπόλυση των τριγλυκεριδίων του πλάσματος από την LPL [79]. 35

36 1.6 Σύστημα λιπιδίων-ένζυμα Οι λιποπρωτεΐνες του πλάσματος υφίστανται συνεχώς χημικές και δομικές αλλαγές, που οφείλονται σε αλληλεπιδράσεις με βιοχημικούς παράγοντες και διάφορα είδη κυττάρων. Στις αλληλεπιδράσεις αυτές σημαντικό ρόλο παίζουν τα ένζυμα, τα οποία είτε μεταφέρονται συνδεδεμένα στις λιποπρωτεϊνές είτε βρίσκονται στη μεμβράνη των κυττάρων με τα οποία αλληλεπιδρούν οι πρωτεΐνες [56]. Τα σημαντικότερα ένζυμα είναι: η λιποπρωτεϊνική λιπάση (LpL) η ηπατική λιπάση (HL) η ενδοθηλιακή λιπάση (EL) η ακυλοcoa: χοληστερολακυλοτρανσφεράση (ACAT) η λεκιθινο-χοληστερολική ακυλοτρανσφεράση (LCAT) Η λεκιθινο χοληστερολική ακυλοτρανσφεράση (LCAT) Η λεκιθινο-χοληστερολική ακυλοτρανσφεράση (LCAT) είναι μια γλυκοπρωτεΐνη με μοριακό βάρος 49 kda. Η βιοσύνθεσή της γίνεται στο ήπαρ και στη συνέχεια εκκρίνεται στην κυκλοφορία και αλληλεπιδρά με HDL και την LDL. Έχει βρεθεί ότι η LCAT βιοσυντίθεται και στον εγκέφαλο, χωρίς όμως ο ρόλος της να έχει διευκρινιστεί ακόμη. Το γονίδιο που την κωδικοποιεί βρίσκεται στο χρωμόσωμα 16 και περιέχει 6 εξώνια [57]. Η LCAT είναι μια α/β πτυχή (αναδίπλωση) υδρολάσης (α/β hydrolasefold) [58] που διαθέτει ένα κεντρικό β-πτυχωτό φύλλο αποτελούμενο από εφτά β-κλώνους, συνδεόμενους με τέσσερις α-έλικες και διαχωρισμένους από βρόγχους (loops). Μια επιμήκης έκταση στα κατάλοιπα διαχωρίζει την άμινο- (1-210) και τη καρβόξυ- ( ) τελική περιοχή της LCAT (Εικόνα 5) [59;60]. 36

37 Καταλυτική περιοχή Εικόνα 5. Σχηματική αναπαράσταση της δομής της LCAT [55]. Η LCAT είναι υπεύθυνη για την εστεροποίηση της ελεύθερης χοληστερόλης των HDL και LDL. Συγκεκριμένα για την HDL η αντίδραση αυτή παίζει σημαντικό ρόλο, καθώς έτσι η πρώιμη δισκοειδής HDL μετατρέπεται σε σφαιρικά HDL3 σωματίδια, τα οποία στη συνέχεια θα μετατραπούν σε μεγαλύτερα HDL2 σωματίδια, ικανά να προσλάβουν περισσότερη ελεύθερη χοληστερόλη από τις μεμβράνες των κυττάρων [61]. Η αντίδραση της εστεροποίησης ξεκινά με τη σύνδεση του ενζύμου στην λιπιδική επιφάνεια της HDL, όπου και ενεργοποιείται. Η LCAT καταλύει την εστεροποίηση της χοληστερόλης μεταφέροντας ένα λιπαρό οξύ από την sn-2 θέση της φωσφατιδυλοχολίνης στη θέση 3 του μορίου της χοληστερόλης. Στη συνέχεια η LCAT ακυλιώνεται και η ελεύθερη χοληστερόλη συνδέεται πάνω της και εστεροποιείται προσλαμβάνοντας την ακυλομάδα. Ακολουθεί είσοδος της εστεροποιημένης χοληστερόλης στον πυρήνα της HDL και απελευθέρωση του ενζύμου (Εικόνα 6) [57]. Μεταλλάξεις που αφορούν στην LCAT περιλαμβάνουν είτε την κλασική της έλλειψη, που χαρακτηρίζεται από την ανικανότητα του ενζύμου να εστεροποιήσει τη χοληστερόλη των HDL και LDL, είτε την fish eye disease, που χαρακτηρίζεται από την ανικανότητα του ενζύμου να εστεροποιήσει τη χοληστερόλη στην επιφάνεια των HDL, αλλά όχι των LDL [59]. 37