Lipoprotein (a): Structure, Pathophysiology and Clinical Implications

The chemical structure of lipoprotein (a) is similar to that of LDL, from which it differs due to the presence of apolipoprotein (a) bound to apo B100 via one disulfide bridge. Lipoprotein (a) is synthesized in the liver and its plasma concentration, which can be determined by use of monoclonal antibody-based methods, ranges from < 1 mg to > 1,000 mg/dL. Lipoprotein (a) levels over 20-30 mg/dL are associated with a two-fold risk of developing coronary artery disease. Usually, black subjects have higher lipoprotein (a) levels that, differently from Caucasians and Orientals, are not related to coronary artery disease. However, the risk of black subjects must be considered. Sex and age have little influence on lipoprotein (a) levels. Lipoprotein (a) homology with plasminogen might lead to interference with the fibrinolytic cascade, accounting for an atherogenic mechanism of that lipoprotein. Nevertheless, direct deposition of lipoprotein (a) on arterial wall is also a possible mechanism, lipoprotein (a) being more prone to oxidation than LDL. Most prospective studies have confirmed lipoprotein (a) as a predisposing factor to atherosclerosis. Statin treatment does not lower lipoprotein (a) levels, differently from niacin and ezetimibe, which tend to reduce lipoprotein (a), although confirmation of ezetimibe effects is pending. The reduction in lipoprotein (a) concentrations has not been demonstrated to reduce the risk for coronary artery disease. Whenever higher lipoprotein (a) concentrations are found, and in the absence of more effective and well-tolerated drugs, a more strict and vigorous control of the other coronary artery disease risk factors should be sought.

Role of microRNAs 221/222 on Statin Induced Nitric Oxide Release in Human Endothelial Cells

Background: Nitric oxide (NO) has been largely associated with cardiovascular protection through improvement of endothelial function. Recently, new evidence about modulation of NO release by microRNAs (miRs) has been reported, which could be involved with statin-dependent pleiotropic effects, including anti-inflammatory properties related to vascular endothelium function. Objective: To evaluate the effects of cholesterol-lowering drugs including the inhibitors of cholesterol synthesis, atorvastatin and simvastatin, and the inhibitor of cholesterol absorption ezetimibe on NO release, NOS3 mRNA expression and miRs potentially involved in NO bioavailability. Methods: Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) were exposed to atorvastatin, simvastatin or ezetimibe (0 to 5.0 μM). Cells were submitted to total RNA extraction and relative quantification of NOS3 mRNA and miRs -221, -222 and -1303 by qPCR. NO release was measured in supernatants by ozone-chemiluminescence. Results: Both statins increased NO levels and NOS3 mRNA expression but no influence was observed for ezetimibe treatment. Atorvastatin, simvastatin and ezetimibe down-regulated the expression of miR-221, whereas miR-222 was reduced only after the atorvastatin treatment. The magnitude of the reduction of miR-221 and miR-222 after treatment with statins correlated with the increment in NOS3 mRNA levels. No influence was observed on the miR-1303 expression after treatments. Conclusion: NO release in endothelial cells is increased by statins but not by the inhibitor of cholesterol absorption, ezetimibe. Our results provide new evidence about the participation of regulatory miRs 221/222 on NO release induction mediated by statins. Although ezetimibe did not modulate NO levels, the down-regulation of miR-221 could involve potential effects on endothelial function.

Pharmacovigilance et teratovigilance 2008 [Pharmacovigilance and teratovigilance 2008]

Various signals and alerts of pharmacovigilance were issued in 2008. Frequent neuropsychiatric adverse events are reported with varenicline and rimonabant and the marketing authorization of the latter has been suspended. Ezetimibe/simvastatin combination is suspected of causing cancer while it's clinical utility remains to be proved. Neuroleptics, typical and atypical, are associated with an increased risk of death in elderly with dementia. Safety is a concern with various biological drugs. Rituximab, natalizumab and efalizumab are involved in rare cases of progressive multifocal leukoencephalopathy with fatal issue. Screening of HLA-B*5701, a good predictor of hypersensitivity reaction to abacavir, is recommended prior to starting therapy. Mycophenolate turns out to be a human teratogen.

Current cardiovascular risk management patterns with special focus on lipid lowering in daily practice in Switzerland.

Background: There may be a considerable gap between LDL cholesterol (LDL-C) and blood pressure (BP) goal values recommended by the guidelines and results achieved in daily practice. Design Prospective cross-sectional survey of cardiovascular disease risk profiles and management with focus on lipid lowering and BP lowering in clinical practice. Methods: In phase 1, the cardiovascular risk of patients with known lipid profile visiting their general practitioner was anonymously assessed in accordance to the PROCAM-score. In phase 2, high-risk patients who did not achieve LDL-C goal less than 2.6 mmol/l in phase 1 could be further documented. Results: Six hundred thirty-five general practitioners collected the data of 23 892 patients with known lipid profile. Forty percent were high-risk patients (diabetes mellitus or coronary heart disease or PROCAM-score >20%), compared with 27% estimated by the physicians. Goal attainment rate was almost double for BP than for LDL-C in high-risk patients (62 vs. 37%). Both goals were attained by 25%. LDL-C values in phase 1 and 2 were available for 3097 high-risk patients not at LDL-C goal in phase 1; 32% of patients achieved LDL-C goal of less than 2.6 mmol/l after a mean of 17 weeks. The most successful strategies for LDL-C reduction were implemented in only 22% of the high-risk patients. Conclusion: Although patients at high cardiovascular risk were treated more intensively than low or medium risk patients, the majority remained insufficiently controlled, which is an incentive for intensified medical education. Adequate implementation of Swiss and International guidelines would expectedly contribute to improved achievement of LDL-C and BP goal values in daily practice.

Importância do metabolismo no planejamento de fármacos

It is widely recognized that pharmacokinetic optimization needs to be addressed early in drug discovery to reduce the high failure rate in bringing drugs to market. Poor absorption, too short duration of action due to high elimination rate, or the presence of active metabolites are examples of properties that can potentially lead to unsuccessful clinical programmes. Here I describe a brief overview of advantages and molecular strategies for improving metabolic and pharmacokinetic properties applied to the discovery of fluconazol, beta-blockers, ritonavir and ezetimibe and to the development of the prodrugs enalapril and bambuterol.

Differences in synthesis and absorption of cholesterol of two effective lipid-lowering therapies

Effective statin therapy is associated with a marked reduction of cardiovascular events. However, the explanation for full benefits obtained for LDL cholesterol targets by combined lipid-lowering therapy is controversial. Our study compared the effects of two equally effective lipid-lowering strategies on markers of cholesterol synthesis and absorption. A prospective, open label, randomized, parallel design study, with blinded endpoints, included 116 subjects. We compared the effects of a 12-week treatment with 40 mg rosuvastatin or the combination of 40 mg simvastatin/10 mg ezetimibe on markers of cholesterol absorption (campesterol and β-sitosterol), synthesis (desmosterol), and their ratios to cholesterol. Both therapies similarly decreased total and LDL cholesterol, triglycerides and apolipoprotein B, and increased apolipoprotein A1 (P < 0.05 vs baseline for all). Simvastatin/ezetimibe increased plasma desmosterol (P = 0.012 vs baseline), and decreased campesterol and β-sitosterol (P < 0.0001 vs baseline for both), with higher desmosterol (P = 0.007) and lower campesterol and β-sitosterol compared to rosuvastatin, (P < 0.0001, for both). In addition, rosuvastatin increased the ratios of these markers to cholesterol (P < 0.002 vs baseline for all), whereas simvastatin/ezetimibe significantly decreased the campesterol/cholesterol ratio (P = 0.008 vs baseline) and tripled the desmosterol/cholesterol ratio (P < 0.0001 vs baseline). The campesterol/cholesterol and β-sitosterol/cholesterol ratios were lower, whereas the desmosterol/cholesterol ratio was higher in patients receiving simvastatin/ezetimibe (P < 0.0001 vs rosuvastatin, for all). Pronounced differences in markers of cholesterol absorption and synthesis were observed between two equally effective lipid-lowering strategies.

La PCSK9 humaine, une molécule aux multiples facettes métaboliques et une cible thérapeutique prometteuse : études de régulation in vitro et in vivo

La proprotéine convertase subtilisine/kexine-9 (PCSK9) a été identifiée comme le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie autosome dominante (ADH). Les deux autres gènes impliqués dans l’ADH encodent le récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR) et l’apolipoprotéine B. La PCSK9 est une convertase qui favorise la dégradation du LDLR dans les hépatocytes et augmente le niveau plasmatique de cholestérol des LDL (LDL-C). Les mutations « gain de fonction » de la PCSK9 sont associées à un phénotype d’hypercholestérolémie familiale, tandis que les variantes « perte de fonction » sont associées à un LDL-C réduit et à un risque coronarien plus faible. Pour élucider le rôle physiologique de la PCSK9, nous avons étudié sa régulation génique. En utilisant le RT-PCR quantitatif dans des hépatocytes humains, nous avons analysé la régulation de PCSK9 sous différentes conditions modulant l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol. Nous avons démontré que l’expression de la PCSK9 était induite par les statines de manière dose-dépendante et que cette induction était abolie par le mévalonate. De plus, le promoteur de PCSK9 contenait deux motifs conservés pour la régulation par le cholestérol : le sterol regulatory element (SRE) et un site Sp1. La PCSK9 circule dans le plasma sous des formes mature et clivée par la furine. Grâce à notre anticorps polyclonal, nous avons mis au point un test ELISA mesurant la PCSK9 plasmatique totale. Une étude transversale a évalué les concentrations plasmatiques de PCSK9 chez des sujets sains et hypercholestérolémiques, traités ou non par des statines ou une combinaison statine/ezetimibe. Chez 254 sujets sains, la valeur moyenne de PCSK9 (écart-type) était de 89,5 (31,9) µg/L. La concentration plasmatique de la PCSK9 corrélait avec celle de cholestérol total, du LDL-C, des triglycérides (TG), de la glycémie à jeun, l’âge et l’indice de masse corporelle. Le séquençage de PCSK9 chez des sujets aux extrêmes de la distribution des concentrations de PCSK9 de notre cohorte a révélé la présence d’une nouvelle variation « perte de fonction » : R434W. Chez 200 patients hypercholestérolémiques, la concentration de PCSK9 était plus élevée que chez les sujets sains (P<0,04). Elle a augmenté avec une dose croissante de statine (P<0,001), et a augmenté encore plus suite à l’ajout d’ezetimibe (P<0,001). Chez les patients traités, ceux présentant une hypercholestérolémie familiale (HF; due à une mutation du LDLR) avaient des concentrations plus élevées de PCSK9 que les non-HF (P<0,005), et la réduction de LDL-C corrélait positivement avec la concentration de PCSK9 atteinte de la même manière dans les deux sous-catégories (P<0,02 et P<0,005, respectivement). Par ailleurs, une incubation des cellules HepG2 (hépatocytes) et Caco-2 (entérocytes) avec de l’ezetimibe a provoqué une augmentation de l’ARNm de PCSK9 et de NPC1L1 de 1,5 à 2 fois (P<0,05), mais aucune variation significative de PCSK9 sécrétée n’a été observée, suggérant que ces lignées cellulaires ne sont pas un modèle idéal. Nous avons également mesuré le niveau de PCSK9 chez 1 739 Canadiens-français âgés de 9, 13 et 16 ans. La valeur moyenne (écart-type) de PCSK9 dans cette cohorte était de 84,7 (24,7) µg/L, légèrement plus basse que dans la cohorte d’adultes (89,5 (31,9) µg/L). Chez les garçons, la PCSK9 circulante diminuait avec l’âge, tandis que c’était l’inverse chez les filles. Il y avait des associations positives et significatives entre la PCSK9 et la glycémie à jeun, l’insulinémie, le HOMA-IR, et les paramètres lipidiques (TC, LDL-C, TG, HDL-C, apoAI et apoB). Dans l’analyse multivariée, une hausse de 10% de l’insulinémie à jeun était associée à une augmentation de 1 à 2% de PCSK9. La régulation de PCSK9 est typique de celle d’un gène impliqué dans le métabolisme des lipoprotéines et est probablement la cible du facteur de transcription «sterol regulatory element-binding protein » (SREBP-2). La concentration plasmatique de la PCSK9 est associée avec l’âge, le sexe, et de multiples marqueurs métaboliques chez les enfants et les adultes. La détection de la PCSK9 circulante chez les sujets HF et non-HF signifie que ce test ELISA spécifique à PCSK9 pourrait servir à suivre la réponse à la thérapie chez un grand éventail de sujets. PCSK9 semble être une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de l’hypercholestérolémie et de la maladie cardiovasculaire.

Intestin et défauts métaboliques dans la résistance à l'insuline

En lien avec l’augmentation constante de l’obésité, de plus en plus de personnes sont atteintes de résistance à l’insuline ou de diabète de type 2. Ce projet doctoral s’est surtout intéressé à l’une des conséquences majeures des pathologies cardiométaboliques, soit la dyslipidémie diabétique. À cet égard, les gens présentant une résistance à l’insuline ou un diabète de type 2 sont plus à risque de développer des perturbations lipidiques caractérisées essentiellement par des taux élevés de triglycérides et de LDL-cholestérol ainsi que de concentrations restreintes en HDL-cholestérol dans la circulation. Les risques de maladies cardiovasculaires sont ainsi plus élevés chez ces patients. Classiquement, trois organes sont connus pour développer l’insulino-résistance : le muscle, le tissu adipeux et le foie. Néanmoins, certaines évidences scientifiques commencent également à pointer du doigt l’intestin, un organe critique dans la régulation du métabolisme des lipides postprandiaux, et qui pourrait, conséquemment, avoir un impact important dans l’apparition de la dyslipidémie diabétique. De façon très intéressante, des peptides produits par l’intestin, notamment le GLP-1 (glucagon-like peptide-1), ont déjà démontré leur potentiel thérapeutique quant à l’amélioration du statut diabétique et leur rôle dans le métabolisme intestinal lipoprotéinique. Une autre évidence est apportée par la chirurgie bariatrique qui a un effet positif, durable et radical sur la perte pondérale, le contrôle métabolique et la réduction des comorbidités du diabète de type 2, suite à la dérivation bilio-intestinale. Les objectifs centraux du présent programme scientifique consistent donc à déterminer le rôle de l’intestin dans (i) l’homéostasie lipidique/lipoprotéinique en réponse à des concentrations élevées de glucose (à l’instar du diabète) et à des peptides gastro-intestinaux tels que le PYY (peptide YY); (ii) la coordination du métabolisme en disposant de l’AMPK (AMP-activated protein kinase) comme senseur incontournable permettant l’ajustement précis des besoins et disponibilités énergétiques cellulaires; et (iii) l’ajustement de sa capacité d’absorption des graisses alimentaires en fonction du gain ou de la perte de sa sensibilité à l’insuline démontrée dans les spécimens intestinaux humains prélevés durant la chirurgie bariatrique. Dans le but de confirmer le rôle de l’intestin dans la dyslipidémie diabétique, nous avons tout d’abord utilisé le modèle cellulaire intestinal Caco-2/15. Ces cellules ont permis de démontrer qu’en présence de hautes concentrations de glucose en basolatéral, telle qu’en condition diabétique, l’intestin absorbe davantage de cholestérol provenant de la lumière intestinale par l’intermédiaire du transporteur NPC1L1 (Niemann Pick C1-like 1). L’utilisation de l’ezetimibe, un inhibiteur du NPC1L1, a permis de contrecarrer cette augmentation de l’expression de NPC1L1 tout comme l’élévation de l’absorption du cholestérol, prouvant ainsi que le NPC1L1 est bel et bien responsable de cet effet. D’autre part, des travaux antérieurs avaient identifié certains indices quant à un rôle potentiel du peptide intestinal PYY au niveau du métabolisme des lipides intestinaux. Toutefois, aucune étude n’avait encore traité cet aspect systématiquement. Pour établir définitivement l’aptitude du PYY à moduler le transport et le métabolisme lipidique dans l’intestin, nous avons utilisé les cellules Caco-2/15. Notre étude a permis de constater que le PYY incubé du côté apical est capable de réduire significativement l’absorption du cholestérol et le transporteur NPC1L1. Puisque le rôle de l'AMPK dans l'intestin demeure inexploré, il est important non seulement de définir sa structure moléculaire, sa régulation et sa fonction dans le métabolisme des lipides, mais aussi d'examiner l'impact de l’insulino-résistance et du diabète de type 2 (DT2) sur son statut et son mode d’action gastro-intestinal. En employant les cellules Caco-2/15, nous avons été capables de montrer (i) la présence de toutes les sous-unités AMPK (α1/α2/β1/β2/γ1/γ2/γ3) avec une différence marquée dans leur abondance et une prédominance de l’AMPKα1 et la prévalence de l’hétérotrimère α1/β2/γ1; (ii) l’activation de l’AMPK par la metformine et l’AICAR, résultant ainsi en une phosphorylation accrue de l’enzyme acétylCoA carboxylase (ACC) et sans influence sur l'HMG-CoA réductase; (iii) la modulation négative de l’AMPK par le composé C et des concentrations de glucose élevées avec des répercussions sur la phosphorylation de l’ACC. D’autre part, l’administration de metformine au Psammomys obesus, un modèle animal de diabète et de syndrome métabolique, a conduit à (i) une régulation positive de l’AMPK intestinale (phosphorylation de l’AMPKα-Thr172); (ii) la réduction de l'activité ACC; (iii) l’augmentation de l’expression génique et protéique de CPT1, supportant une stimulation de la β-oxydation; (iv) une tendance à la hausse de la sensibilité à l'insuline représentée par l’induction de la phosphorylation d'Akt et l’inactivation de la phosphorylation de p38; et (v) l’abaissement de la formation des chylomicrons ce qui conduit à la diminution de la dyslipidémie diabétique. Ces données suggèrent que l'AMPK remplit des fonctions clés dans les processus métaboliques de l'intestin grêle. La preuve flagrante de l’implication de l’intestin dans les événements cardiométaboliques a été obtenue par l’examen des spécimens intestinaux obtenus de sujets obèses, suite à une chirurgie bariatrique. L’exploration intestinale nous a permis de constater chez ceux avec un indice HOMA élevé (marqueur d’insulinorésistance) (i) des défauts de signalisation de l'insuline comme en témoigne la phosphorylation réduite d'Akt et la phosphorylation élevée de p38 MAPK; (ii) la présence du stress oxydatif et de marqueurs de l'inflammation; (iii) la stimulation de la lipogenèse et de la production des lipoprotéines riches en triglycérides avec l’implication des protéines clés FABP, MTP et apo B-48. En conclusion, l'intestin grêle peut être classé comme un tissu insulino-sensible et répondant à plusieurs stimuli nutritionnels et hormonaux. Son dérèglement peut être déclenché par le stress oxydatif et l'inflammation, ce qui conduit à l'amplification de la lipogenèse et la synthèse des lipoprotéines, contribuant ainsi à la dyslipidémie athérogène chez les patients atteints du syndrome métabolique et de diabète de type 2.

Effects of lipid-lowering drugs on reverse cholesterol transport gene expressions in peripheral blood mononuclear and HepG2 cells

Aims: The ATP-binding cassette transporters, ABCA1 and ABCG1, are LXR-target genes that play an important role in reverse cholesterol transport. We examined the effects of inhibitors of the cholesterol absorption (ezetimibe) and synthesis (statins) on expression of these transporters in HepG2 cells and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of individuals with primary (and nonfamilial) hypercholesterolemia (HC). Materials & methods: A total of 48 HC individuals were treated with atorvastatin (10 mg/day/4 weeks) and 23 were treated with ezetimibe (10 mg/day/4 weeks), followed by simvastatin (10 mg/day/8 weeks) and simvastatin plus ezetimibe (10 mg of each/day/4 weeks). Gene expression was examined in statin- or ezetimibe-treated and control HepG2 cells as well as PBMCs using real-time PCR. Results: In PBMCs, statins and ezetimibe downregulated ABCA1 and ABCG1 mRNA expression but did not modulate NR1H2 (LxR-beta) and NR1H3 (LXR-alpha) levels. Positive correlations of ABCA1 with ABCG1 and of NR1H2 with NR1H3 expressions were found in all phases of the treatments. In HepG2 cells, ABCA1 mRNA levels remained unaltered while ABCG1 expression was increased by statin (1.0-10.0 mu M) or ezetimibe (5.0 mu M) treatments. Atorvastatin upregulated NR1H2 and NR1H3 only at 10.0 mu M, meanwhile ezetimibe (1.0-5.0 mu M) downregulated NR1H2 but did not change NR1H3 expression. Conclusion: Our findings reveal that lipid-lowering drugs downregulate ABCA1 and ABCG1 mRNA expression in PBMCs of HC individuals and exhibit differential effects on HepG2 cells. Moreover, they indicate that the ABCA1 and ABCG1 transcript levels were not correlated directly to LXR mRNA expression in both cell models treated with lipid-lowering drugs.

Toward individualized cholesterol-lowering treatment in end-stage renal disease.

There is broad evidence that lowering low-density lipoprotein (LDL) cholesterol will reduce cardiovascular risk. However, in patients on maintenance hemodialysis treatment, lowering LDL cholesterol is not as effective in preventing cardiovascular complications as in the general population. Cholesterol is either endogenously synthesized or absorbed from the intestine. It has been suggested that the benefit of using statins to prevent atherosclerotic complications is less pronounced in people with high absorption of cholesterol. Recent data indicate that patients on hemodialysis have high absorption of cholesterol. Therefore, these patients may benefit from dietary counseling to reduce cholesterol intake, from functional foods containing plant sterols and stanols, and from drugs that interfere with intestinal absorption of sterols (i.e., ezetimibe, bile acid resins, and sevelamer). This review discusses cholesterol homeostasis and the perspective of personalized treatment of hypercholesterolemia in hemodialysis.