Oxidized cholesterol taking the lead in hepatic inflammation
Geoxideerd cholesterol: de heilige graal in het obesitasverhaal?
Obesitas is één van de grootste gezondheidsproblemen van de 21ste eeuw. De media, wetenschap en bovenal de gezondheidszorg hebben al uitgebreid onze aandacht gevestigd op het risico van hart- en vaataandoeningen, maar obesitas heeft ook schadelijke gevolgen op andere organen zoals de lever. Biomedicus Tom Houben deed in zijn masterproef een poging om meer inzicht te krijgen in de invloeden van obesitas op de lever en kwam met een verrassende bevinding: ‘een simpel vaccin tegen longontsteking kan in de toekomst gebruikt worden in de strijd tegen vette leverziekte en andere mogelijke gevolgen van obesitas.’
Leverontsteking: een ontwakende vulkaan?
De aandoening niet-alcoholische leververvetting ontwikkelt zich voornamelijk bij mensen met overgewicht en obesitas. Van deze patiënten wordt geschat dat 37 % ooit te maken zal krijgen met een ontsteking van de lever (niet-alcoholische steatohepatitis – NASH), hetgeen neerkomt op meer dan 540 miljoen patiënten wereldwijd. Uiteindelijk zal zo een ontsteking leiden tot onomkeerbare schade van de lever.
Tom Houben licht toe: “Omdat deze leverschade onomkeerbaar is, kunnen artsen, behalve een levertransplantatie, bijna niets meer doen voor deze patiënten. Daarom heeft het behandelen van een leverziekte in een vroeger stadium meer kans op slagen. Omwille van die reden kan een nieuwe behandeling voor NASH van onschatbare waarde zijn, maar spijtig genoeg is er nog veel onduidelijkheid omtrent het ontstaan en het verloop van deze ziekte.”
De plaag van de 21e eeuw: cholesterol
De huisarts die ons wijst op een té hoge cholesterol, reclames die cholesterolverlagende producten aanprijzen, het weekblad dat ons tien verschillende manieren aanbiedt om cholesterol te verlagen. Ie-de-reen kent dus het begrip cholesterol. En terecht! Cholesterol is schadelijk en kan zelfs zéér gevaarlijk worden voor onze gezondheid, zo blijkt.
Tom Houben: “Cholesterol kan verdeeld worden in verschillende categorieën aan de hand van de schadelijkheid voor het menselijk lichaam. Enerzijds is er het goede cholesterol, ook wel HDL genoemd, en anderzijds vinden we het slechte LDL cholesterol. Uit vorig onderzoek is gebleken dat het slechte LDL cholesterol in ons lichaam omgevormd kan worden tot het nog schadelijkere geoxideerd cholesterol, wat sterk gelinkt wordt aan aandoeningen waarin de ontstekingsreactie een centrale rol vervult. Het is echter niet duidelijk in welke mate en op welke manieren het geoxideerd cholesterol bijdraagt aan het ontstaan en het verloop van NASH. Daarom wilde ik in mijn masterproef onderzoeken wat de rol is van geoxideerd cholesterol in deze leveraandoening.”
De gevolgen van niet recycleren
Tijdens dit onderzoek werd NASH opgewekt in proefdieren met behulp van een cholesterolrijk dieet. In deze dieren werd duidelijk dat er een probleem ontstaat in het afvalverwerkingssysteem van bepaalde immuuncellen, genaamd macrofagen.
Tom Houben: “De macrofaag is één van de witte bloedcellen in ons lichaam met als belangrijkste functie schadelijke stoffen in ons lichaam te herkennen en vervolgens te vernietigen. Om deze stoffen te vernietigen, is de macrofaag uitgerust met lysosomen. Dit zijn kleine structuren in de macrofaag waar afbraak van stoffen plaatsvindt tot afbraakproducten die hergebruikt of uitgescheiden kunnen worden. Uit dit onderzoek blijkt dat macrofagen die aanwezig zijn in de lever, geoxideerd cholesterol kunnen opnemen, maar niet kunnen afbreken in hun lysosomen. Door dit onvermogen van de lysosomen om geoxideerd cholesterol af te breken, stapelt het geoxideerd cholesterol zich op in de lysosomen van de macrofagen, waardoor een ontstekingsreactie opgewekt wordt die schadelijk is voor de lever.”
Oude behandeling krijgt nieuwe dimensie
Omdat al geweten was dat geoxideerd cholesterol een rol speelde in ontstekingsziekten, ongeacht het exacte werkingsmechanisme, werd in dit onderzoek ook een behandeling getest die kon verduidelijken of het verminderen van geoxideerd cholesterol een effect had op het ziekteverloop van NASH. Hiervoor werden de proefdieren gevaccineerd met een variant van het vaccin tegen longontsteking. Sinds enkele decennia wordt deze vaccinatie gebruikt in de kliniek om een longontsteking te voorkomen, maar onderzoek heeft aangetoond dat dit ook kan leiden tot lagere hoeveelheden van geoxideerd cholesterol in het bloed.
Tom Houben verduidelijkt: “Het zal wat vreemd klinken, maar door muizen te vaccineren met een variant van het longontstekingsvaccin, ontstaan er in het bloed antilichamen (eiwitten die binden aan lichaamsvreemde stoffen, zodat deze onschadelijk worden), die gericht zijn tegen het geoxideerd cholesterol. Dit wil dus zeggen dat door het verhogen van deze antilichamen, het geoxideerd cholesterol als het ware wordt weggevangen en geneutraliseerd vooraleer de macrofaag het kan opnemen.”
Het resultaat van de vaccinatie kan zonder twijfel veelbelovend genoemd worden. Na vaccinatie vertoonden de proefdieren duidelijk minder opstapeling van geoxideerd cholesterol in de lysosomen van de macrofagen en een lagere graad van leverontsteking. Daarom kan in de toekomst overwogen worden om het gebruik van het longontstekingsvaccin, dat al een bekend product is in de geneeskunde, uit te breiden naar andere ziekten waarin geoxideerd cholesterol een spilfiguur vormt.
We zijn er bijna, maar nog niet helemaal
Uiteraard zal de criticus onder ons al door hebben dat noch het blootleggen van het ontstekingsmechanisme noch de zoektocht naar een geschikte behandeling ten einde is. Tom Houben: “Omdat we nu weten dat de opstapeling van geoxideerd cholesterol in de lysosomen van macrofagen ontsteking veroorzaakt, kan toekomstig onderzoek uitwijzen hoe dit fenomeen een ontstekingsreactie veroorzaakt. Wat het gebruik van het vaccin in de kliniek betreft, staan we al verder. Aangezien het al goedgekeurd is en gebruikt wordt als bescherming tegen een longontsteking, is er op dit moment een klinisch onderzoek gaande waarin onderzocht wordt welk effect dit vaccin heeft in patiënten met ontstekingsaandoeningen. Laat mij hier wel nog aan toevoegen dat een aangepaste, gezonde levensstijl dé standaardbehandeling moet blijven voor obesitaspatiënten. Wij leveren enkel een behandeling die hen helpt om deze levensstijl na te streven.”
Concluderend kunnen we stellen dat deze masterproef een bewijs vormt inzake het werkingsmechanisme en de bijdrage van geoxideerd cholesterol in ontstekingsaandoeningen. Verder zullen de resultaten die werden beschreven in deze masterproef gebruikt worden als basis voor toekomstig onderzoek en voor het ontwikkelen van nieuwe, innovatieve behandelingen voor NASH en gerelateerde aandoeningen. Als onderdeel van zijn doctoraatsstudie, zal Tom Houben een vervolg breien aan dit onderzoek. Een verhaal dat wordt vervolgd…
Bibliografie
1. Ford ES, Giles WH, Mokdad AH. Increasing prevalence of the metabolic syndrome among u.s. Adults. Diabetes care. 2004;27(10):2444-9. Epub 2004/09/29.
2. Ervin RB, National Center for Health Statistics (U.S.). Prevalence of metabolic syndrome among adults 20 years of age and over, by sex, age, race and ethnicity, and body mass index : United States, 2003-2006. Hyattsville, MD: U.S. Dept. of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Health Statistics; 2009. 8 p. p.
3. Cameron AJ, Shaw JE, Zimmet PZ. The metabolic syndrome: prevalence in worldwide populations. Endocrinology and metabolism clinics of North America. 2004;33(2):351-75, table of contents. Epub 2004/05/26.
4. Grundy SM, Brewer HB, Jr., Cleeman JI, Smith SC, Jr., Lenfant C. Definition of metabolic syndrome: Report of the National Heart, Lung, and Blood Institute/American Heart Association conference on scientific issues related to definition. Circulation. 2004;109(3):433-8. Epub 2004/01/28.
5. Bruce KD, Hanson MA. The developmental origins, mechanisms, and implications of metabolic syndrome. The Journal of nutrition. 2010;140(3):648-52. Epub 2010/01/29.
6. Rector RS, Thyfault JP, Wei Y, Ibdah JA. Non-alcoholic fatty liver disease and the metabolic syndrome: an update. World journal of gastroenterology : WJG. 2008;14(2):185-92. Epub 2008/01/12.
7. Marchesini G, Brizi M, Bianchi G, Tomassetti S, Bugianesi E, Lenzi M, et al. Nonalcoholic fatty liver disease: a feature of the metabolic syndrome. Diabetes. 2001;50(8):1844-50. Epub 2001/07/27.
8. Yki-Jarvinen H. Fat in the liver and insulin resistance. Annals of medicine. 2005;37(5):347-56. Epub 2005/09/24.
9. LaBrecque D. World Gastroenterology Organisation Global Guidelines: Nonalcoholic Fatty Liver Disease and Nonalcoholic Steatohepatitis. 2012.
10. Mulhall BP, Ong JP, Younossi ZM. Non-alcoholic fatty liver disease: an overview. Journal of gastroenterology and hepatology. 2002;17(11):1136-43. Epub 2002/11/28.
11. Binder CJ, Chang MK, Shaw PX, Miller YI, Hartvigsen K, Dewan A, et al. Innate and acquired immunity in atherogenesis. Nature medicine. 2002;8(11):1218-26. Epub 2002/11/02.
12. Steinberg D. Atherogenesis in perspective: hypercholesterolemia and inflammation as partners in crime. Nature medicine. 2002;8(11):1211-7. Epub 2002/11/02.
13. Wouters K, van Gorp PJ, Bieghs V, Gijbels MJ, Duimel H, Lutjohann D, et al. Dietary cholesterol, rather than liver steatosis, leads to hepatic inflammation in hyperlipidemic mouse models of nonalcoholic steatohepatitis. Hepatology. 2008;48(2):474-86. Epub 2008/07/31.
14. Musso G, Gambino R, Cassader M. Cholesterol metabolism and the pathogenesis of non-alcoholic steatohepatitis. Progress in lipid research. 2012. Epub 2012/12/05.
15. Ferrier PCCRAHDR. Biochemistry. Harvey PCCRA, editor: Lippincott Williams & Wilkins. 520 p.
16. Kzhyshkowska J, Neyen C, Gordon S. Role of macrophage scavenger receptors in atherosclerosis. Immunobiology. 2012;217(5):492-502. Epub 2012/03/23.
17. Koruk M, Savas MC, Yilmaz O, Taysi S, Karakok M, Gundogdu C, et al. Serum lipids, lipoproteins and apolipoproteins levels in patients with nonalcoholic steatohepatitis. Journal of clinical gastroenterology. 2003;37(2):177-82. Epub 2003/07/19.
18. Bieghs V, Wouters K, van Gorp PJ, Gijbels MJ, de Winther MP, Binder CJ, et al. Role of scavenger receptor A and CD36 in diet-induced nonalcoholic steatohepatitis in hyperlipidemic mice. Gastroenterology. 2010;138(7):2477-86, 86 e1-3. Epub 2010/03/09.
19. Soccio RE, Breslow JL. Intracellular cholesterol transport. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology. 2004;24(7):1150-60. Epub 2004/05/08.
20. Bieghs V, Hendrikx T, van Gorp PJ, Verheyen F, Guichot YD, Walenbergh SM, et al. The cholesterol derivative 27-hydroxycholesterol reduces steatohepatitis in mice. Gastroenterology. 2013;144(1):167-78 e1. Epub 2012/10/09.
21. Ghosh S. Early steps in reverse cholesterol transport: cholesteryl ester hydrolase and other hydrolases. Current opinion in endocrinology, diabetes, and obesity. 2012;19(2):136-41. Epub 2012/01/21.
22. Schmitz G, Grandl M. Endolysosomal phospholipidosis and cytosolic lipid droplet storage and release in macrophages. Biochimica et biophysica acta. 2009;1791(6):524-39. Epub 2009/01/17.
23. Maor I, Aviram M. Oxidized low density lipoprotein leads to macrophage accumulation of unesterified cholesterol as a result of lysosomal trapping of the lipoprotein hydrolyzed cholesteryl ester. Journal of lipid research. 1994;35(5):803-19. Epub 1994/05/01.
24. Bieghs V, Verheyen F, van Gorp PJ, Hendrikx T, Wouters K, Lutjohann D, et al. Internalization of modified lipids by CD36 and SR-A leads to hepatic inflammation and lysosomal cholesterol storage in Kupffer cells. PloS one. 2012;7(3):e34378. Epub 2012/04/04.
25. Bieghs V, van Gorp PJ, Walenbergh SM, Gijbels MJ, Verheyen F, Buurman WA, et al. Specific immunization strategies against oxidized low-density lipoprotein: a novel way to reduce nonalcoholic steatohepatitis in mice. Hepatology. 2012;56(3):894-903. Epub 2012/02/16.
26. Binder CJ, Silverman GJ. Natural antibodies and the autoimmunity of atherosclerosis. Springer seminars in immunopathology. 2005;26(4):385-404. Epub 2004/12/21.
27. Binder CJ, Horkko S, Dewan A, Chang MK, Kieu EP, Goodyear CS, et al. Pneumococcal vaccination decreases atherosclerotic lesion formation: molecular mimicry between Streptococcus pneumoniae and oxidized LDL. Nature medicine. 2003;9(6):736-43. Epub 2003/05/13.
28. Palinski W, Horkko S, Miller E, Steinbrecher UP, Powell HC, Curtiss LK, et al. Cloning of monoclonal autoantibodies to epitopes of oxidized lipoproteins from apolipoprotein E-deficient mice. Demonstration of epitopes of oxidized low density lipoprotein in human plasma. The Journal of clinical investigation. 1996;98(3):800-14. Epub 1996/08/01.
29. Horkko S, Bird DA, Miller E, Itabe H, Leitinger N, Subbanagounder G, et al. Monoclonal autoantibodies specific for oxidized phospholipids or oxidized phospholipid-protein adducts inhibit macrophage uptake of oxidized low-density lipoproteins. The Journal of clinical investigation. 1999;103(1):117-28. Epub 1999/01/12.
30. Karvonen J, Paivansalo M, Kesaniemi YA, Horkko S. Immunoglobulin M type of autoantibodies to oxidized low-density lipoprotein has an inverse relation to carotid artery atherosclerosis. Circulation. 2003;108(17):2107-12. Epub 2003/10/08.
31. Shaw PX, Horkko S, Chang MK, Curtiss LK, Palinski W, Silverman GJ, et al. Natural antibodies with the T15 idiotype may act in atherosclerosis, apoptotic clearance, and protective immunity. The Journal of clinical investigation. 2000;105(12):1731-40. Epub 2000/06/23.
32. Bieghs V, Walenbergh SM, Hendrikx T, van Gorp PJ, Verheyen F, Olde Damink SW, et al. Trapping of oxidized LDL in lysosomes of Kupffer cells is a trigger for hepatic inflammation. Liver international : official journal of the International Association for the Study of the Liver. 2013. Epub 2013/04/27.
33. Lutjohann D, Stroick M, Bertsch T, Kuhl S, Lindenthal B, Thelen K, et al. High doses of simvastatin, pravastatin, and cholesterol reduce brain cholesterol synthesis in guinea pigs. Steroids. 2004;69(6):431-8. Epub 2004/06/29.
34. Thelen KM, Rentsch KM, Gutteck U, Heverin M, Olin M, Andersson U, et al. Brain cholesterol synthesis in mice is affected by high dose of simvastatin but not of pravastatin. The Journal of pharmacology and experimental therapeutics. 2006;316(3):1146-52. Epub 2005/11/12.
35. Parkinson-Lawrence EJ, Shandala T, Prodoehl M, Plew R, Borlace GN, Brooks DA. Lysosomal storage disease: revealing lysosomal function and physiology. Physiology (Bethesda). 2010;25(2):102-15. Epub 2010/05/01.
36. Yan C, Lian X, Li Y, Dai Y, White A, Qin Y, et al. Macrophage-specific expression of human lysosomal acid lipase corrects inflammation and pathogenic phenotypes in lal-/- mice. The American journal of pathology. 2006;169(3):916-26. Epub 2006/08/29.
37. Yancey PG, Jerome WG. Lysosomal cholesterol derived from mildly oxidized low density lipoprotein is resistant to efflux. Journal of lipid research. 2001;42(3):317-27. Epub 2001/03/20.
38. Lima H, Jr., Jacobson LS, Goldberg MF, Chandran K, Diaz-Griffero F, Lisanti MP, et al. Role of lysosome rupture in controlling Nlrp3 signaling and necrotic cell death. Cell Cycle. 2013;12(12). Epub 2013/05/28.
39. Duewell P, Kono H, Rayner KJ, Sirois CM, Vladimer G, Bauernfeind FG, et al. NLRP3 inflammasomes are required for atherogenesis and activated by cholesterol crystals. Nature. 2010;464(7293):1357-61. Epub 2010/04/30.
40. Wu J, Yan Z, Schwartz DE, Yu J, Malik AB, Hu G. Activation of NLRP3 inflammasome in alveolar macrophages contributes to mechanical stretch-induced lung inflammation and injury. J Immunol. 2013;190(7):3590-9. Epub 2013/02/26.
41. Nishi K, Itabe H, Uno M, Kitazato KT, Horiguchi H, Shinno K, et al. Oxidized LDL in carotid plaques and plasma associates with plaque instability. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology. 2002;22(10):1649-54. Epub 2002/10/16.
42. Satchell L, Leake DS. Oxidation of low-density lipoprotein by iron at lysosomal pH: implications for atherosclerosis. Biochemistry. 2012;51(18):3767-75. Epub 2012/04/13.
43. Ullery-Ricewick JC, Cox BE, Griffin EE, Jerome WG. Triglyceride alters lysosomal cholesterol ester metabolism in cholesteryl ester-laden macrophage foam cells. Journal of lipid research. 2009;50(10):2014-26. Epub 2009/05/23.
44. Lougheed M, Zhang HF, Steinbrecher UP. Oxidized low density lipoprotein is resistant to cathepsins and accumulates within macrophages. The Journal of biological chemistry. 1991;266(22):14519-25. Epub 1991/08/05.
45. Gui T, Shimokado A, Sun Y, Akasaka T, Muragaki Y. Diverse roles of macrophages in atherosclerosis: from inflammatory biology to biomarker discovery. Mediators of inflammation. 2012;2012:693083. Epub 2012/05/12.
46. Liu R, Lu P, Chu JW, Sharom FJ. Characterization of fluorescent sterol binding to purified human NPC1. The Journal of biological chemistry. 2009;284(3):1840-52. Epub 2008/11/26.
47. Infante RE, Abi-Mosleh L, Radhakrishnan A, Dale JD, Brown MS, Goldstein JL. Purified NPC1 protein. I. Binding of cholesterol and oxysterols to a 1278-amino acid membrane protein. The Journal of biological chemistry. 2008;283(2):1052-63. Epub 2007/11/09.
48. Ohgane K, Karaki F, Dodo K, Hashimoto Y. Discovery of oxysterol-derived pharmacological chaperones for NPC1: implication for the existence of second sterol-binding site. Chemistry & biology. 2013;20(3):391-402. Epub 2013/03/26.
49. Ikura Y, Ohsawa M, Suekane T, Fukushima H, Itabe H, Jomura H, et al. Localization of oxidized phosphatidylcholine in nonalcoholic fatty liver disease: impact on disease progression. Hepatology. 2006;43(3):506-14. Epub 2006/02/24.
