Human leukemia inhibitory factor upregulates LDL receptors on liver cells and decreases serum cholesterol in the cholesterol-fed rabbit

In a previous study, we found that the cytokine (human) leukemia inhibitory factor (hLIF) significantly reduced plasma cholesterol levels and the accumulation of lipid in aortic tissues of cholesterol-fed rabbits after 4 weeks of treatment. The mechanisms by which this occurs were investigated in the present study. This involved examining the effect of hLIF on (1) the level of plasma cholesterol at different times throughout the 4-week treatment and diet period; (2) smooth muscle cell (SMC) and macrophage-derived foam cell formation in vitro; and (3) LDL receptor expression and uptake in the human hepatoma cell line HepG2. At time zero, an osmotic minipump (2-mL capacity; infusion rate, 2.5 mu L/h; 28 days) containing either hLIF (30 mu g.kg(-1).d(-1)) or saline was inserted into the peritoneal cavity of New Zealand White rabbits (N=24). Rabbits were divided into four groups of six animals each. Group 1 received a normal diet/saline; group 2, a normal diet/hLIF; group 3, a 1% cholesterol diet/saline; and group 4, a 1% cholesterol diet/hLIF. hLIF had no effect on the plasma lipids or artery wall of group 2 rabbits (normal diet). However, in group 4 rabbits, plasma cholesterol levels and the percent surface area of thoracic aorta covered by fatty streaks was decreased by approximate to 30% and 80%, respectively, throughout all stages of the 4-week treatment period. In vitro, hLIF failed to prevent lipoprotein uptake by either SMCs or macrophages (foam cell formation) when the cells were exposed to P-VLDL for 24 hours. In contrast, hLIF (100 ng/mL) added to cultured human hepatoma HepG2 cells induced a twofold or threefold increase in intracellular lipid accumulation in the medium containing 10% lipoprotein-deficient serum or 10% fetal calf serum, respectively. This was accompanied by a significant non-dose-dependent increase in LDL receptor expression in hLIF-treated HepG2 cells incubated with LDL (20 mu g/mL) when compared with controls (P

A growth hormone-releasing peptide that binds scavenger receptor CD36 and ghrelin receptor up-regulates sterol transporters and cholesterol efflux in macrophages through a peroxisome proliferator-activated receptor gamma-dependent pathway.

Macrophages play a central role in the pathogenesis of atherosclerosis by accumulating cholesterol through increased uptake of oxidized low-density lipoproteins by scavenger receptor CD36, leading to foam cell formation. Here we demonstrate the ability of hexarelin, a GH-releasing peptide, to enhance the expression of ATP-binding cassette A1 and G1 transporters and cholesterol efflux in macrophages. These effects were associated with a transcriptional activation of nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)gamma in response to binding of hexarelin to CD36 and GH secretagogue-receptor 1a, the receptor for ghrelin. The hormone binding domain was not required to mediate PPARgamma activation by hexarelin, and phosphorylation of PPARgamma was increased in THP-1 macrophages treated with hexarelin, suggesting that the response to hexarelin may involve PPARgamma activation function-1 activity. However, the activation of PPARgamma by hexarelin did not lead to an increase in CD36 expression, as opposed to liver X receptor (LXR)alpha, suggesting a differential regulation of PPARgamma-targeted genes in response to hexarelin. Chromatin immunoprecipitation assays showed that, in contrast to a PPARgamma agonist, the occupancy of the CD36 promoter by PPARgamma was not increased in THP-1 macrophages treated with hexarelin, whereas the LXRalpha promoter was strongly occupied by PPARgamma in the same conditions. Treatment of apolipoprotein E-null mice maintained on a lipid-rich diet with hexarelin resulted in a significant reduction in atherosclerotic lesions, concomitant with an enhanced expression of PPARgamma and LXRalpha target genes in peritoneal macrophages. The response was strongly impaired in PPARgamma(+/-) macrophages, indicating that PPARgamma was required to mediate the effect of hexarelin. These findings provide a novel mechanism by which the beneficial regulation of PPARgamma and cholesterol metabolism in macrophages could be regulated by CD36 and ghrelin receptor downstream effects.

Le récepteur CD36 : implication dans le développement de l'athérosclérose et dans le recrutement des leucocytes aux sites inflammatoires

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Régulation du métabolisme et du transport des lipides dans les macrophages : potentiel anti-athérosclérotique des ligands du CD36

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal.

Role of Nrf2 in the regulation of CD36 and stress protein expression in murine macrophages - Activation by oxidatively modified LDL and 4-hydroxynonenal

CD36 is an important scavenger receptor mediating uptake of oxidized low- density lipoproteins ( oxLDLs) and plays a key role in foam cell formation and the pathogenesis of atherosclerosis. We report the first evidence that the transcription factor Nrf2 is expressed in vascular smooth muscle cells, and demonstrate that oxLDLs cause nuclear accumulation of Nrf2 in murine macrophages, resulting in the activation of genes encoding CD36 and the stress proteins A170, heme oxygenase- 1 ( HO- 1), and peroxiredoxin I ( Prx I). 4- Hydroxy- 2- nonenal ( HNE), derived from lipid peroxidation, was one of the most effective activators of Nrf2. Using Nrf2- deficient macrophages, we established that Nrf2 partially regulates CD36 expression in response to oxLDLs, HNE, or the electrophilic agent diethylmaleate. In murine aortic smooth muscle cells, expressing negligible levels of CD36, both moderately and highly oxidized LDL caused only limited Nrf2 translocation and negligible increases in A170, HO- 1, and Prx I expression. However, treatment of smooth muscle cells with HNE significantly enhanced nuclear accumulation of Nrf2 and increased A170, HO- 1, and Prx I protein levels. Because PPAR-gamma can be activated by oxLDLs and controls expression of CD36 in macrophages, our results implicate Nrf2 as a second important transcription factor involved in the induction of the scavenger receptor CD36 and antioxidant stress genes in atherosclerosis.

Proteome analysis for identification of target proteins of genistein in primary human endothelial cells stressed with oxidized LDL or homocysteine

Background Epidemiological studies suggest that soy consumption contributes to the prevention of coronary heart disease. The proposed anti-atherogenic effects of soy appear to be carried by the soy isoflavones with genistein as the most abundant compound. Aim of the study To identify proteins or pathways by which genistein might exert its protective activities on atherosclerosis, we analyzed the proteomic response of primary human umbilical vein endothelial cells ( HUVEC) that were exposed to the pro-atherosclerotic stressors homocysteine or oxidized low-density lipoprotein (ox-LDL). Methods HUVEC were incubated with physiological concentrations of homocysteine or ox-LDL in the absence and presence of genistein at concentrations that can be reached in human plasma by a diet rich in soy products (2.5 muM) or by pharmacological intervention ( 25 muM). Proteins from HUVEC were separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis and those that showed altered expression level upon genistein treatment were identified by peptide mass fingerprints derived from tryptic digests of the protein spots. Results Several proteins were found to be differentially affected by genistein. The most interesting proteins that were potently decreased by homocysteine treatment were annexin V and lamin A. Annexin V is an antithrombotic molecule and mutations in nuclear lamin A have been found to result in perturbations of plasma lipids associated with hypertension. Genistein at low and high concentrations reversed the stressor-induced decrease of these anti-atherogenic proteins. Ox-LDL treatment of HUVEC resulted in an increase in ubiquitin conjugating enzyme 12, a protein involved in foam cell formation. Treatment with genistein at both doses reversed this effect. Conclusions Proteome analysis allows the identification of potential interactions of dietary components in the molecular process of atherosclerosis and consequently provides a powerful tool to define biomarkers of response.

Co-Stimulation of PAFR and CD36 Is Required for oxLDL-Induced Human Macrophages Activation

The oxidative process of LDL particles generates molecules which are structurally similar to platelet-activating factor (PAF), and some effects of oxidized LDL (oxLDL) have been shown to be dependent on PAF receptor (PAFR) activation. In a previous study, we showed that PAFR is required for upregulation of CD36 and oxLDL uptake. In the present study we analyzed the molecular mechanisms activated by oxLDL in human macrophages and the contribution of PAFR to this response. Human adherent monocytes/macrophages were stimulated with oxLDL. Uptake of oxLDL and CD36 expression were determined by flow cytometry; MAP kinases and Akt phosphorylation by Western blot; IL-8 and MCP-1 concentration by ELISA and mRNA expression by real-time PCR. To investigate the participation of the PI3K/Akt pathway, G alpha i-coupled protein or PAFR, macrophages were treated with LY294002, pertussis toxin or with the PAFR antagonists WEB2170 and CV3988, respectively before addition of oxLDL. It was found that the addition of oxLDL to human monocytes/macrophages activates the PI3K/Akt pathway which in turn activates the MAPK (p38 and JNK). Phosphorylation of Akt requires the engagement of PAFR and a G alpha i-coupled protein. The upregulation of CD36 protein and the uptake of oxLDL as well as the IL-8 production are dependent on PI3K/Akt pathway activation. The increased CD36 protein expression is dependent on PAFR and G alpha i-coupled protein. Transfection studies using HEK 293t cells showed that oxLDL uptake occurs with either PAFR or CD36, but IL-8 production requires the co-transfection of both PAFR and CD36. These findings show that PAFR has a pivotal role in macrophages response to oxLDL and suggest that pharmacological intervention at the level of PAFR activation might be beneficial in atherosclerosis.

Pathogenetische Bedeutung der Glutathionperoxidase-1 in der arteriellen Gefäßwand

Die antioxidative Aktivität des Enzyms Glutathionperoxidase-1 (GPx-1) schützt vor Atherosklerose und ihren Folgeerkrankungen. In einer Vorstudie konnten wir zeigen, dass der Mangel an GPx-1 die Atheroskleroseentwicklung in Apolipoprotein E defizienten (ApoE-/-) Mäusen beschleunigt und modifiziert. Allerdings sind die Verteilung der GPx-1 in atherosklerotischen Läsionen und die Mechanismen für den erhöhten Makrophagengehalt in der Läsion noch nicht geklärt. Deshalb haben wir (1) die in-situ Expression der GPx-Isoformen in atherosklerotischen Läsionen von GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Mäusen und (2) den Einfluss der GPx-1 Defizienz auf die Schaumzellbildung und Proliferation der Peritonealmakrophagen in ApoE-/- Mäusen untersucht. Die GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Weibchen wurden für 6 und 12 Wochen auf einer atherogenen „Western-type“ Diät gehalten. Die in situ-Hybridisierung zeigte, dass die verschiedenen Isoformen der GPx (GPx-1, GPx-3, GPx-4) vorwiegend in Makrophagen, nicht jedoch in glatten Muskelzellen der atherosklerotischen Läsionen von ApoE-/- Mäusen exprimiert wurden. Für die in vitro Untersuchungen wurden 5 Monate alte, GPx-1 defiziente und Wildtyp-Mäuse, gehalten auf Normaldiät, verwendet. Die Öl-Rot-O Färbung zeigte, dass die GPx-1 Defizienz die OxLDL (oxidiertes LDL) - und E-LDL (enzymatisch modifiziertes LDL) - induzierte Schaumzellbildung förderte. Darüber hinaus war die OxLDL-induzierte Cholesterinakkumulation (zellulärer Cholesterinester/ Cholesterin-Gehalt) in GPx-1 defizienten Makrophagen verstärkt, sodass ein Mangel an GPx-1 die Aufnahme von OxLDL durch Monozyten und damit die Umwandlung in Schaumzellen beschleunigt. Hinsichtlich der Proliferation zeigte sich, dass MCSF (Macrophage Colony-Stimulating Facotr) ein stärkerer Stimulus als OxLDL ist. Ein Mangel an GPx-1 fördert die Proliferation zusätzlich. Daran ist die ERK1/2 (extracellular-signal regulated kinase 1/2) - Kaskade beteiligt, denn es wurde eine schnelle Phosphorylierung der ERK1/2-Kaskade durch MCSF und/oder OxLDL nachgewiesen. Entsprechend reduzieren ERK1/2-Inhibitoren die proliferative Aktivität der Makrophagen. Die Hemmung der p38-MAPK (p38 mitogen-activated protein kinase) führt zur vermehrten Proliferation und bei gleichzeitig verringerter Caspase-3/7 Aktivität der Makrophagen unabhängig von der Expression der GPx-1. Ein Mangel an GPx-1 hat auch keinen Einfluss auf die MCSF-vermittelte Aktivierung der p38-MAPK und JNK (c-Jun N-terminal kinase). Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass die GPx-1-Defizienz einen signifikanten Einfluss auf die Schaumzellbildung und Proliferation von Makrophagen hat, was zur Beschleunigung der Atherosklerose und zu vermehrter Zellularität der entstehenden atherosklerotischen Läsionen führt. Die Proliferation wird über den ERK1/2 Signal-transduktionsweg positiv und über den p38-MAPK Weg negativ reguliert, wobei die ERK1/2-Kaskade empfindlich gegenüber oxidativem Stress bei GPx-1-Defizienz ist.

Vitamin E inhibits CD36 scavenger receptor expression in hypercholesterolemic rabbits

A numerous studies suggest that Vitamin E has a preventive role in atherosclerosis, although the mechanism of action still remains unclear. CD36, a member of the scavenger receptor family is centrally involved in the uptake of oxidized low density proteins (oxLDLs) from bloodstream. During the atherosclerotic process, the lipid cargo of oxLDL accumulates in macrophages and smooth muscle cells, inducing their pathological conversion to foam cells. In the present study, we investigate the role of Vitamin E on CD36 expression in an in vivo model. Atherosclerosis was induced by a 2% cholesterol containing Vitamin E poor diet. Three groups of six rabbits each were studied. The first group (control) was fed on Vitamin E poor diet. The second group was fed with Vitamin E poor diet containing 2% cholesterol and the rabbits in the third group were fed with Vitamin E poor diet containing 2% cholesterol and received injections of 50 mg/kg of Vitamin E i.m. After 4 weeks, aortas were removed and analysed by light microscopy for atherosclerotic lesions. Aortic samples were analysed for CD36 mRNA expression. The aortas of cholesterol-fed rabbits showed typical atherosclerotic lesions, detected by macroscopic and microscopic examination, and exhibited an increase in CD36 mRNA expression. Vitamin E fully prevented cholesterol induced atherosclerotic lesions and the induction of CD36 mRNA expression. The effects observed at the level of CD36 scavenger receptor expression in vivo suggest an involvement of reduced foam cell formation in the protective effect of Vitamin E against atherosclerosis.

Acute systemic inflammation up-regulates secretory sphingomyelinase in vivo: A possible link between inflammatory cytokines and atherogenesis

Inflammation plays a critical role in atherogenesis, yet the mediators linking inflammation to specific atherogenic processes remain to be elucidated. One such mediator may be secretory sphingomyelinase (S-SMase), a product of the acid sphingomyelinase gene. The secretion of S-SMase by cultured endothelial cells is induced by inflammatory cytokines, and in vivo data have implicated S-SMase in subendothelial lipoprotein aggregation, macrophage foam cell formation, and possibly other atherogenic processes. Thus, the goal of this study was to seek evidence for S-SMase regulation in vivo during a physiologically relevant inflammatory response. First, wild-type mice were injected with saline or lipopolysaccharide (LPS) as a model of acute systemic inflammation. Serum S-SMase activity 3 h postinjection was increased 2- to 2.5-fold by LPS (P < 0.01). To determine the role of IL-1 in the LPS response, we used IL-1 converting enzyme knockout mice, which exhibit deficient IL-1 bioactivity. The level of serum S-SMase activity in LPS-injected IL-1 converting enzyme knockout mice was ≈35% less than that in identically treated wild-type mice (P < 0.01). In LPS-injected IL-1-receptor antagonist knockout mice, which have an enhanced response to IL-1, serum S-SMase activity was increased 1.8-fold compared with LPS-injected wild-type mice (P < 0.01). Finally, when wild-type mice were injected directly with IL-1β, tumor necrosis factor α, or both, serum S-SMase activity increased 1.6-, 2.3-, and 2.9-fold, respectively (P < 0.01). These data show regulation of S-SMase activity in vivo and they raise the possibility that local stimulation of S-SMase may contribute to the effects of inflammatory cytokines in atherosclerosis.

The functional effects of ceramide on the monocyte CD36 scavenger receptor and NADPH oxidase

Atherosclerosis is the principal cause of death in the United States, Europe and much of Asia. During the last decade, inflammation has been suggested to play a key role in the development of atherosclerosis. Reactive oxygen species (ROS) released during inflammation additionally oxidize LDL, which is subsequently taken up in an unregulated way through scavenger receptors on macrophages to form foam cells, the hallmark of atherosclerotic lesions. Previous work has shown that the lipid ceramide, which is found in aggregated LDL and in atherosclerotic plaques, decreases intracellular peroxide most likely through reducing NADPH oxidase activity. Ceramide is an important component of membrane microdomains called lipid rafts which are important for membrane protein function. Endogenous ceramide enhances lipid raft f'ormation and alters theirs composition. NADPH oxidase membrane subunits cytochrome b558 (which includes gp91) strongly associates with lipid rafts Therefore present study investigated whether short chain ceramides reduce NADPH oxidase in U937 monocytes by disrurting the membrane component of NADPH oxidase. Results showed that C2 ceramide alters the distribution of raft marker, flottillin and the raft environment. NADPH oxidase membrane component gp9J phox and cytosolic component p47 phox were identified in rafts. C2 ceramide reduces both gp91 and p47 phox in rafts, which leads to the decrease of peroxide production by NADPH oxidase. Ceramide is also an important second messenger involved in many different signaling pathways associated with atherogenesis from the activation of sphingomyelinase (SMase). It has been reported that SMase enhances LDL receptor mediated LDL endocytosis. However, no study has been done to investigate the effect of ceramide on scavenger receptors such as CD36 and oxidized LDL (OxLDL) uptake. CD36 is the major recertor far OxLDL. Reduced CD36 expression results in less foam cell formation and less atherosclerotic lesion without disrupting the clearance of OxLDL from plasma. This thesis shows that ceramides significantly reduce CD36 surface expression on U937 monocytes, macrophages and human primary monocytes. This effect is seen using both synthetic short chain ceramide and SMase catalysed long chain ceramide treatment. To investigate whether the effect of ceramide on CD36 is functional, OxLOL uptake was measured in ceramide treated cells. Ceramide reduces the uptake of OxLOL by both U937 monocytes and PMA-differentiated macrophages. The mechanism of ceramide reduction of CD36 expression was studied by measuring the surface antigen using flow cytometry and fluorescence microscopy, whole cellular CD36 expression and shedding of C036 by Western blotting of cell lysates and cell culture supernatants and mRNA level of CD36 using RT-PCR. Ceramide reduces shedding of CD36, activates mRNA expression of CD36 and induces intracellular CD36 accumulation probably through retaining the receptor inside cells. In summary, ceramides modulate several of the processes involved in LOL oxidation and uptake by CD36 receptors on monocytes/macrophages in a way which may protect against atherosclerosis.

Influence of chylomicron remnants on human monocyte activation in vitro

Background and aims Atherosclerosis is known to be an inflammatory disease and there is increasing evidence that chylomicron remnants (CMR), the lipoproteins which carry dietary fats in the blood, cause macrophage foam cell formation and inflammation. In early atherosclerosis the frequency of activated monocytes in the peripheral circulation is increased, and clearance of CMR from blood may be delayed, however, whether CMR contribute directly to monocyte activation and subsequent egress into the arterial wall has not been established. Here, the contribution of CMR to activation of monocyte pro-inflammatory pathways was assessed using an in vitro model. Methods and results Primary human monocytes and CMR-like particles (CRLP) were used to measure several endpoints of monocyte activation. Treatment with CRLP caused rapid and prolonged generation of reactive oxygen species by monocytes. The pro-inflammatory chemokines MCP-1 and IL-8 were secreted in nanogram quantities by the cells in the absence of CRLP. IL-8 secretion was transiently increased after CRLP treatment, and CRLP maintained secretion in the presence of pharmacological inhibitors of IL-8 production. In contrast, exposure to CRLP significantly reduced MCP-1 secretion. Chemotaxis towards MCP-1 was increased in monocytes pre-exposed to CRLP and was reversed by addition of exogenous MCP-1. Conclusion Our findings indicate that CRLP activate human monocytes and augment their migration in vitro by reducing cellular MCP-1 expression. Our data support the current hypothesis that CMR contribute to the inflammatory milieu of the arterial wall in early atherosclerosis, and suggest that this may reflect direct interaction with circulating blood monocytes.

Suppression of nuclear factor-κB activity in macrophages by chylomicron remnants: modulation by the fatty acid composition of the particles

Current evidence indicates that chylomicron remnants (CMR) induce macrophage foam cell formation, an early event in atherosclerosis. Inflammation also plays a part in atherogenesis and the transcription factor nuclear factor-kappaB (NF-kappaB) has been implicated. In this study, the influence of CMR on the activity of NF-kappaB in macrophages and its modulation by the fatty acid composition of the particles were investigated using macrophages derived from the human monocyte cell line THP-1 and CMR-like particles (CRLPs). Incubation of THP-1 macrophages with CRLPs caused decreased NF-kappaB activation and downregulated the expression of phospho-p65-NF-kappaB and phospho-IkappaBalpha (pIkappaBalpha). Secretion of the inflammatory cytokines tumour necrosis factor alpha, interleukin-6 and monocyte chemoattractant protein-1, which are under NF-kappaB transcriptional control, was inhibited and mRNA expression for cyclooxygenase-2, an NF-kappaB target gene, was reduced. CRLPs enriched in polyunsaturated fatty acids compared with saturated or monounsaturated fatty acids had a markedly greater inhibitory effect on NF-kappaB binding to DNA and the expression of phospho-p65-NF-kappaB and pIkappaB. Lipid loading of macrophages with CRLPs enriched in polyunsaturated fatty acids compared with monounsaturated fatty acids or saturated fatty acids also increased the subsequent rate of cholesterol efflux, an effect which may be linked to the inhibition of NF-kappaB activity. These findings demonstrate that CMR suppress NF-kappaB activity in macrophages, and that this effect is modulated by their fatty acid composition. This downregulation of inflammatory processes in macrophages may represent a protective effect of CMR which is enhanced by dietary polyunsaturated fatty acids.