FISIOPATOLOGIA DEL TRASPORTO DEI LIPIDI

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1 FISIOPATOLOGIA DEL TRASPORTO DEI LIPIDI Ricordi di fisiologia del metabolismo esogeno dei lipidi Classificazione delle Apoproteine Classificazione delle varie classi di lipoproteine Studio del metabolismo endogeno dei lipidi Iperlipoproteinemie ed aterogenesi Le ipolipoproteinemie Obiettivi Lo studio di questo capitolo offrirà allo studente l occasione di studiare sotto una prospettiva fisiopatologica un sistema integrato che, grazie all attività di proteine trasportatrici (ApoB100, ApoB48), di proteine funzionali ApoE, ApoC, ed Apo A, di enzimi (lipasi lipoproteica, lecitina-colesterolo aciltransferasi) e recettori specifici, opera il trasferimento (da un distretto corporeo ad un altro), il deposito e l utilizzazione di specifiche classi lipidiche (trigliceridi, colesterolo, acidi grassi). In particolare, verranno esaminati la composizione, la funzione ed il metabolismo delle principali classi lipoproteiche (chilomicroni, VLDL, LDL, IDL, HDL) ed il ruolo esercitato sulla loro sintesi da fattori genetici, nutrizionali ed ormonali. Particolare attenzione sarà rivolta alle lipoproteine aterogene (LDL, VLDL, IDL, Lp(A)), ai meccanismi della loro deposizione nelle pareti vascolari e dell induzione del processo aterosclerotico.

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4 Cholesterol Absorption in the Intestine mg 1000 mg Resins Plant stanols NPC1L1 ACAT=acyl-coenzyme A:cholesterol acyltransferase; NPC1L1=Niemann-Pick C1 Like 1 Adapted from Champe PC, Harvey RA. In Biochemistry. 2nd ed. Philadelphia: Lippincott Raven, 1994; Ginsberg HN, Goldberg IJ. In Harrison s Principles of Internal Medicine. 14th ed. New York: McGraw-Hill, 1998: ; Shepherd J Eur Heart J Suppl 2001;3(suppl E):E2 E5; Hopfer U. In Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations. 5th ed. New York: Wiley-Liss, 2002: ; Davis JP et al Genomics 2000;65:

5 Struttura delle Lipoproteine Mantello superficiale di fosfolipidi e colesterolo libero Apo proteina Core lipofilo di trigliceridi ed esteri del colesterolo Murphy HC et al., Biochemistry 2000;39:

6 STRUTTURA DELLE LIPOPROTEINE Micelle sferiche di dimensione submicroscopica formate da centinaia di molecole lipidiche e proteiche. Se presenti in quantità elevata possono conferire al plasma un aspetto torbido e lattescente. Componente lipidica: trigliceridi e colesterolo esterificato (due molecole idrofobe costituenti il core delle lipoproteine), fosfolipidi e colesterolo libero (due molecole anfipatiche presenti sulla superficie della micella lipidica) Componente proteica: le apolipotroteine, dotate di tre possibili ruoli: 1) assemblaggio e trasporto dei lipidi, 2) modulatori di enzimi, 3) ligandi per i recettori tissutali delle lipoproteine

7 I chilomicroni si riversano quindi nel torrente linfatico fino al dotto toracico per finire nella vena succlavia sx del collo e da qui al sangue. Circa l 80-90% dei grassi sono assorbiti in questo modo.

8 Chilomicroni: nel circolo ematico si arricchiscono di specifiche apoproteine (Apo-E, Apo-C I, II, III), cedute dalle HDL. Sotto l azione della lipoproteina lipasi presente sull endotelio capillare del tessuto adiposo, sotto regolazione dell insulina, la quantità dei trigliceridi è ridotta del 90%. I chilomicroni privati dei trigliceridi, sono captati dagli epatociti, che riconoscono la Apo-E, per recuperare i resti di colesterolo.

9 Funzione di trasporto Apo B trasporto.. Due isoforme: Apo B100 e Apo B48 1) Apo B100 (espressa solo nel fegato, PM=500000) Essenziale per l esportazione delle VLDL da parte del fegato e il loro trasporto nel sangue; Presente in VLDL (30%), IDL (60%) e LDL (95%); Assente nelle HDL; Funzione di ligando dei cosiddetti recettori delle LDL presenti sia nel fegato che in tessuti periferici. Nota 1: Oltre che Apo B100, i recettori delle LDL legano Apo E e sono pertanto detti anche recettori B-E. Nota 2. I recettori B-E hanno affinità molto maggiore per ApoE che per Apo B100 2) Apo B48 (espressa solo negli enterociti, PM=241000) Essenziale per l esportazione dei chilomocroni dall intestino e il loro trasporto nel sangue; Presente solo nei chilomicroni e nei residui dei chilomicroni. Nota 3: Apo B48 è codificata dallo stesso gene di Apo B100 ma una citidina deaminasi presente solo nell enterocita cambia una citidina in uridina nella base 6666 dell mrna di apo B100 producendo un codone nonsenso che interrompe la traduzione circa al 48% rispetto ad apo B100. Da ciò deriva il suo nome (B48).

10 Apo C Presenti in tutte le lipoproteine, ma solo in traccia nelle LDL. Ognuna ha un diverso ruolo metabolico ma tutte inibiscono la rimozione dei residui dei chilomicroni e delle VLDL da parte del fegato. 1. Apo CI: attiva l enzima plasmatico LCAT (lecitina-colesterolo aciltranferasi) 2. Apo CII (PM=8900): attiva la lipoproteinlipasi periferica che idrolizza chilomicromi e VLDL, per cui il suo difetto genetico comporta una grave ipertrigliceridemia 3. Apo CIII: inibisce la lipoproteinlipasi periferica: il loro difetto accelera la demolizione dei trigliceridi delle VLDL

11 Apo E (PM=34000) Presenti in chilomicroni, VLDL, IDL, HDL. Assenti nelle LDL Ligandi per la captazione delle lipoproteine da parte dei recettori B- E sia epatici che periferici Tre isoforme: Apo E2 (12%), Apo E3 (75%), Apo E4 (13%). Nota1. Apo E2 lega il recettore delle LDL con minore affinità rispetto alle altre: pertanto individui omozigoti per apo E2 sviluppano iperlipidemia (di tipo III) Nota2. Assenza di Apo E causa aumento dei livelli sia dei chilomicroni sia delle VLDL

12 Apo A Presenti quasi esclusivamente nelle HDL HDL (solo tracce nei chilomicroni) Apo AI e AII sono sintetizzate nell intestinuo e nel fegato. Apo AIV solo nell intestino Apo AI (circa l 80% della componente proteica delle HDL, PM=28000) Essenziale per l assemblaggio delle HDL (in sua assenza le HDL non si producono); Attiva l enzima LCAT, che esterifica il colesterolo cellulare. Il suo livello plasmatico correla inversamente con il rischio di patologie cardiovascolari (formano il colesterolo buono legato alle HDL) Apo AII Seconda proteina delle HDL: funzione non è ancora ben definita. Apo AIV Componente minore delle HDL e dei chilomicroni Attiva l enzima LCAT

13 LE LIPOPROTEINE E LE LORO CLASSI Le lipoproteine sono classificate sulla base della loro densità in cinque classi principali (più una addizionale ): 1. Chilomicroni, 2. Very low density lipoproteins (VLDL), a densità molto bassa 3. Intermediate-density lipoproteins (IDL), a densità intermedia 4. Low-density lipoproteins (LDL), a densità bassa 5. High-density lipoproteins (HDL), a densità alta 6. Classe addizionale: albumina veicolante gli acidi grassi non esterificati

14 QUADRO DELLE CARATTERISTICHE E FUNZIONI DELLE APOLIPOPROTEINE Tipo di Apo MW Lipoproteina Funzione metabolica Apo AI 28 HDL, CM Componenti strutturali delle HDL. Attivazione LCAT Apo AII 17 HDL, CM Ignota Apo AIV 46 HDL, CM Apo B CM Apo B VLDL, IDL, LDL Apo CI 6630 CM, LDL, IDL, HDL Apo CII 8900 CM, VLDL, IDL, HDL Ignota: forse facilitano il trasferimento di altre apo fra le HDL e i chilomicroni Assemblaggio e trasporto dei chilomicroni dall intestino tenue Assemblaggio e trasporto delle VLDL dal fegato; Ligando per il recettore periferico e, con scarsa affinità, per quello epatico delle LDL Attivazione di LCAT. Inibizione della captazione dei chilomicroni e delle VLDL residue da parte del fegato Attivazione della lipoprotein lipasi periferica Apo CIII 8800 CM, VLDL, IDL, HDL Inhibizione della lipoprotein lipasi e forse della captazione di chilomicroni e VLDL residue da parte del fegato Apo E 34 CM, VLDL, IDL, HDL Ligando per il recettore epatico dei residui chilomicronici, delle IDL e LDL e per il recettore periferico delle LDL

15 C o m p o siz io n e p ercen tu ale chilomicroni LDL VLDL HDL Trigliceridi C olesterolo F osfolipidi P roteine Normalmente sono controllati, con normali prelievi di sangue, i livelli di colesterolo e LDL. Nel caso in cui il recettore per la apoproteina B-100 venga meno espresso, il colesterolo legato alle LDL si accumula nel plasma aumentando moltissimo il rischio di infarto.

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17 LDL: derivano dalle VLDL, che sono il meccanismo di trasporto per i lipidi sintetizzati a livello epatico. Sono ricche in colesterolo che trasportano ai vari distretti corporei entrando nelle cellule. Le cellule che hanno bisogno di colesterolo espongono il recettore B-E. HDL: Nell uomo il colesterolo immesso in circolo dall intestino (chilomicroni) e dal fegato (VLDL) supera le richieste per la produzione degli ormoni steroidei per cui una buona parte del colesterolo viene ricondotta al fegato e da qui passa alla bile: trasporto inverso del colesterolo. Ciò è possibile grazie alle HDL (lipoproteine ad alta densità), secrete dall intestino e dal fegato. Le HDL diffondono facilmente nell interstizio e vengono a contatto con le cellule dell intero organismo. E possibile che le cellule esprimano un recettore per le HDL quando hanno colesterolo da smaltire.

18 Metabolismo dei lipidi esogeni Intestino Chilomicroni Trigliceridi e colesterolo alimentari ateroma LPL Remnants chilomicroni Muscolo FFA Recettore LDL Tessuto adiposo Recettore Remnant Fegato LDL Lipasi epatica IDL LPL VLDL piccole VLDL grandi Metabolismo dei lipidi endogeni

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26 Formazione delle LDL piccole e dense VLDL Chilomicroni TRL elevate LDL normali CE CETP TG LDL ricche in TG CE TG CE TG LE Profilo delle LDL al GGE Pattern A LDL piccole e dense Pattern B Lahdenperä S, Tesi PhD, 1996

27 LDL piccole e dense e placca aterosclerotica Monocita LDL piccole e dense Lume vasale Molecole di adesione MCP-1 LDL P-DP Endotelio Intima Citochine LDL ossidate Fattori di crescita metalloproteinasi Macrofagi Cellule schiumose Proliferazione cellulare Degradazione matrice Placca instabile Ross R. N Engl J Med 1999; 340:

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33 Monociti HDL: effetti antiaterogeni HDL inibiscono espressione di molecole adesione LDL Lume vasale Molecole d Adesione Citochine MCP-1 LDL LDL Ossidate Celulle schiumose Endotelio HDL inibiscono ossidazione delle LDL Macrofagi HDL promuove efflusso di colesterolo Intima Cockerill GW et al. Arterioscler Thromb Vasc Biol 1995;15:

34 MeccanismidiantiaterogenicitàdelleHDL, indipendentidaltrasportoinversodel colesterolo Effetti antiossidanti Inibizione dell espressione delle molecole di adesione endoteliali Inibizione dell attivazione piastrinica Stabilizzazione della prostaciclina

35 Normalmente i valori normali di colesterolo si aggirano su 200mg/100ml di plasma, con valori estremi tra 200 e 240mg/100ml. Per valori superiori a 240mg/100ml si parla di ipercolesterolemia intendendo il colesterolo di tutte le frazioni lipoproteiche. Lipidi Trigliceridi Valore 137 mg/dl Normal range mg/dl Colesterolo 163 mg/dl mg/dl HDL 42 mg/dl mg/dl VLDL 27 mg/dl 5-40 mg/dl LDL 94 mg/dl mg/dl

36 ANOMALIE DELLE LIPOPROTEINE PLASMATICHE IPERLIPOPROTEINEMIE Aumento abnorme dei lipidi plasmatici a distanza di circa 12 ore dai pasti Possono essere sia carattere familiare in seguito a difetto di uno u o più geni (primarie:: monogenetiche o poligenetiche), sia conseguenti ad altre malattie tie (secondarie) Prevedono vari criteri classificativi IPOLIPOPROTEINEMIE Difetto o assenza di una o più ipocolesterolemia classi di lipoproteine accomunate da A carattere familiare, le più note sono la Malattia di Tangier,, la abetalipoproteinemia e la ipobetaproteinemia familiare

37 LA REGOLAZIONE ORMONALE DELLA LIPEMIA ADIPOCITA Ormoni controinsulinici: : Adrenalina, glucagone, cortisolo,, ACTH Lipasi inattiva Lipasi attiva camp ATP Adenilciclasi Insulina Trigliceridi camp (AMP ciclico) Fosfodiesterasi Acidi grassi liberi (veicolati nel sangue dall albumina) albumina) 5 -AMP Caffeina, teofillina