Q192R polymorphism of the paraoxonase-1 gene as a risk factor for obesity in Portuguese women

Introduction - Obesity became a major public health problem as a result of its increasing prevalence worldwide. Paraoxonase-1 (PON1) is an esterase able to protect membranes and lipoproteins from oxidative modifications. At the PON1 gene, several polymorphisms in the promoter and coding regions have been identified. The aims of this study were i) to assess PON1 L55M and Q192R polymorphisms as a risk factor for obesity in women; ii) to compare PON1 activity according to the expression of each allele in L55M and Q192R polymorphisms; iii) to compare PON1 activity between obese and normal-weight women. Materials and methods - We studied 75 healthy (35.9±8.2 years) and 81 obese women (34.3±8.2 years). Inclusion criteria for obese subjects were body mass index ≥30 kg/m2 and absence of inflammatory/neoplasic conditions or kidney/hepatic dysfunction. The two PON1 polymorphisms were assessed by real-time PCR with TaqMan probes. PON1 enzymatic activity was assessed by spectrophotometric methods, using paraoxon as a substrate. Results - No significant differences were found for PON1 activity between normal and obese women. Nevertheless, PON1 activity was greater (P<0.01) for the RR genotype (in Q192R polymorphism) and for the LL genotype (in L55M polymorphism). The frequency of allele R of Q192R polymorphism was significantly higher in obese women (P<0.05) and was associated with an increased risk of obesity (odds ratio=2.0 – 95% confidence interval (1.04; 3.87)). Conclusion - 55M and Q192R polymorphisms influence PON1 activity. The allele R of the Q192R polymorphism is associated with an increased risk for development of obesity among Portuguese Caucasian premenopausal women.

Alterations in lipid transfer to High-Density Lipoprotein (HDL) and activity of paraoxonase-1 in HIV+ patients

HIV+ patients often develop alterations of the plasma lipids that may implicate in development of premature coronary artery disease. High-density lipoprotein (HDL) has an important role in preventing atherogenesis and the aim of this study was to investigate aspects of HDL function in HIV+ patients. HIV+ patients (n = 48) and healthy control subjects (n = 45) of both sexes with similar age were studied. Twenty-five were not being treated with antiretroviral agents, 13 were under reverse transcriptase inhibitor nucleosidic and non-nucleosidic (NRTI+NNRTI) and 10 were under NRTI + protease inhibitors (NRTI+PI) treatment. Paraoxonase 1 (PON1) activity and the transfer of free and esterified cholesterol, tryglicerides and phospholipids from a lipidic nanoemulsion to HDL were analyzed. In comparison with healthy controls, HIV+ patients presented low PON-1 activity and diminished transfer of free cholesterol and tryglicerides. In contrast, phospholipid transfer was increased in those patients, whereas the transfer of cholesteryl esters was unchanged. NRTI+NNRTI increases the transfer of cholesteryl esters and triglycerides but in NRTI+PI there was no difference in respect to non-treated HIV+ patients. HDL from HIV+ patients has smaller antioxidant properties, as shown by lower PON-1 activity, and the transfer of lipids to this lipoprotein fraction is also altered, suggesting that HDL function is defective in those patients.

HDL in HIV-1 infection: a quality perspective through paraoxonase-1 activities

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Desenvolvimento de novas ferramentas analíticas para a monitorização da actividade da Paraoxonase 1 em amostras de plasma humano

Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), as doenças cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte nos países desenvolvidos. Há uma necessidade urgente de métodos eficazes para a detecção precoce de doenças cardiovasculares, devido à falta de factores de risco convencionais. Os níveis elevados de homocisteína (Hcy) no sangue, homocisteinemia, são um factor de risco independente bem estabelecido para DCV. De acordo com alguns autores, a conversão metabólica de Hcy no metabolito tóxico Hcy-Tl e subsequente N-homocisteinilação de proteínas induz a agregação e a formação de amiloide, contribuindo assim para a alterações próaterogénicas no sistema cardiovascular. A enzima associada à lipoproteína de alta densidade (HDL), paraoxonase 1 (PON1), é capaz de hidrolisar o metabolito tóxico Hcy-Tl de volta a Hcy no soro humano, como observado em estudos recentes que indicam o papel de patogénese em DCV da hPON1. As paraoxonases de soro (PON1, PON2 e PON3) são hidrolases dependentes de cálcio, que pertencem a uma família de enzimas que exibem propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias. Foram identificadas três actividades catalíticas principais para PON1: (i) actividade paraoxonase, que corresponde à conversão hidrolítica de paraoxon em p-nitrofenol e a dietil fosfato, (ii) a actividade arilesterase que promove a hidrólise de ésteres aromáticos, e a (iii) actividade de lactonase, que catalisa a hidrólise de Hcy a Hcy-Tl, sendo considerada a actividade principal da PON1. Vários estudos têm relacionado estas actividades enzimáticas a diversas patologias, o que sugere a sua potencial utilidade no diagnóstico clínico. Neste trabalho pretende-se desenvolver um novo método electroquímico para a detecção fácil do substrato e produto resultantes da hidrólise enzimática de paraoxon pela hPON1. Utilizando uma célula electroquímica constituída por um eléctrodo de referência Ag /AgCl., um contra-eléctrodo de Pt e um electrodo de trabalho de carbono vítreo, o paraoxon e p-nitrofenol foram detectados simultaneamente por voltametria de onda quadrada, numa janela de potencial de [-0,3;-1,2] V. Os resultados dos ensaios com a enzima testada a pH 7,6 e 37°C, na presença de paraoxon e utilizando plasma humano como uma fonte de PON1 serão discutidos. Usando a mesma composição de célula electroquímica, Hcy e Hcy-Tl foram estudados utilizando diferentes interfaces e tipos de tratamento para testar a melhor maneira possível de detecção das duas espécies na mesma experiência electroquímica.

Chlorogenic acid protects paraoxonase 1 activity in high density lipoprotein from inactivation caused by physiological concentrations of hypochlorite

We hypothesized that chlorogenic acids, the main phenolics in coffee, many fruits and Ilex paraguariensis extracts, protect paraoxonase 1 activity in HDL from inactivation by chlorination at concentrations of HOCl (50 mu M) and chlorogenic acid (2-10 mu M) compatible with those found in humans. When human HDL was incubated in the presence of HOCl/OCl-, a concentration dependent loss of activity was apparent. Of interest, 5 caffeoylquinic acid at 5 mu mol/L affords more than 60% protection of the activity reaching 100% at 25 mu mol/L. This compound and the plant sources that are rich in them may be protectors of paraoxonase 1 activity. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Concentrações de paraoxonase 1 (PON1) no soro de ovelhas crioulas lanadas avaliados durante o ciclo reprodutivo.

2015

Exogenous paraoxonase-1 during oocyte maturation improves bovine embryo development in vitro.

The aims of this study were (i) to measure the direct effects of exogenous human recombinant PON1 (rPON1) on bovine oocyte maturation at the molecular level (gene expression) and (ii) to measure the carry-over effects of PON1 on pre-implantation embryo development in vitro.

Lipid Metabolism in Subclinical Hypothyroidism: Plasma Kinetics of Triglyceride-Rich Lipoproteins and Lipid Transfers to High-Density Lipoprotein Before and After Levothyroxine Treatment

Background: Subclinical hypothyroidism (SCH) has been associated with atherosclerosis, but the abnormalities in plasma lipids that can contribute to atherogenesis are not prominent. The aim of this study was to test the hypothesis that patients with normocholesterolemic, normotriglyceridemic SCH display abnormalities in plasma lipid metabolism not detected in routine laboratory tests including abnormalities in the intravascular metabolism of triglyceride-rich lipoproteins, lipid transfers to high-density lipoprotein (HDL), and paraoxonase 1 activity. The impact of levothyroxine (LT4) treatment and euthyroidism in these parameters was also tested. Methods: The study included 12 SCH women and 10 matched controls. Plasma kinetics of an artificial triglyceride-rich emulsion labeled with radioactive triglycerides and cholesteryl esters as well as in vitro transfer of four lipids from an artificial donor nanoemulsion to HDL were determined at baseline in both groups and after 4 months of euthyroidism in the SCH group. Results: Fractional clearance rates of triglycerides (SCH 0.035 +/- 0.016 min(-1), controls 0.029 +/- 0.013 min(-1), p=0.336) and cholesteryl esters (SCH 0.009 +/- 0.007 min(-1), controls 0.009 +/- 0.009 min(-1), p=0.906) were equal in SCH and controls and were unchanged by LT4 treatment and euthyroidism in patients with SCH, suggesting that lipolysis and remnant removal of triglyceride-rich lipoproteins were normal. Transfer of triglycerides to HDL (SCH 3.6 +/- 0.48%, controls 4.7 +/- 0.63%, p=0.001) and phospholipids (SCH 16.2 +/- 3.58%, controls 21.2 +/- 3.32%, p=0.004) was reduced when compared with controls. After LT4 treatment, transfers increased and achieved normal values. Transfer of free and esterified cholesterol to HDL, HDL particle size, and paraoxonase 1 activity were similar to controls and were unchanged by treatment. Conclusions: Although intravascular metabolism of triglyceride-rich lipoproteins was normal, patients with SCH showed abnormalities in HDL metabolism that were reversed by LT4 treatment and achievement of euthyroidism.

Brazil nut ingestion increased plasma selenium but had minimal effects on lipids, apolipoproteins, and high-density lipoprotein function in human subjects

The Brazil nut (Bertholletia excelsa) of the Amazon region is consumed worldwide. It is rich in both monounsaturated fatty acids and polyunsaturated fatty acids and is known for its high selenium content. This study tested the hypothesis whether the consumption of this nut could affect the plasma lipids and apolipoproteins and some functional properties of the antiatherogenic high-density lipoprotein (HDL). Fifteen normolipidemic subjects aged 27.3 +/- 3.9 years and with body mass index of 23.8 +/- 2.8 kg/m(2) consumed 45 g of Brazil nuts per day during a 15-day period. On days 0 and 15, blood was collected for biochemical analysis, determination of HDL particle size, paraoxonase 1 activity, and lipid transfer from a lipoprotein-like nanoparticle to the HDL fraction. Brazil nut ingestion did not alter HDL, low-density lipoprotein cholesterol, triacylglycerols, apolipoprotein A-1, or apolipoprotein B concentrations. HDL particle diameter and the activity of antioxidative paraoxonase 1, mostly found in the HDL fraction, Were also unaffected. Supplementation increased the reception of cholesteryl esters (P <.05) by the HDL yet did not alter the reception of phospholipids, free cholesterol, or triacylglycerols. As expected, plasma selenium was significantly increased. However, the consumption of Brazil nuts for short duration by normolipidemic subjects in comparable amounts to those tested for other nuts did not alter serum lipid profile. The only alteration in HDL function was the increase in cholesteryl ester transfer. This latter finding may be beneficial because it would improve the nonatherogenic reverse cholesterol transport pathway. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effect of Exercise Training on Plasma Levels and Functional Properties of High-Density Lipoprotein Cholesterol in the Metabolic Syndrome

Intense lifestyle modifications can change the high-density lipoprotein (HDL) cholesterol concentration. The aim of the present study was to analyze the early effects of short-term exercise training, without any specific diet, on the HDL cholesterol plasma levels and HDL functional characteristics in patients with the metabolic syndrome (MS). We studied 30 sedentary subjects, 20 with and 10 without the MS. The patients with the MS underwent moderate intensity exercise training for 3 months on bicycle ergometers. Blood was sampled before and after training for biochemical analysis, paraoxonase-1 activity, and HDL subfraction composition and antioxidative capacity. Lipid transfer to HDL was assayed in vitro using a labeled nanoemulsion as the lipid donor. At baseline, the MS group had greater triglyceride levels and a lower HDL cholesterol concentration and lower paraoxonase-1 activity than did the controls. Training decreased the plasma triglycerides but did not change the low-density lipoprotein or HDL cholesterol levels. Nonetheless, exercise training increased the HDL subfractions` antioxidative capacity and paraoxonase-1 activity. After training, the MS group had compositional changes in the smallest HDL subfractions associated with increased free cholesterol and cholesterol ester transfers to HDL, reaching normal values. In conclusion, the present investigation has added relevant information about the dissociation between the quantitative and qualitative aspects of HDL after short-term exercise training without any specific diet in those with the MS, highlighting the importance of evaluating the functional aspects of the lipoproteins, in addition to their plasma levels. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved. (Am J Cardiol 2011;107:1168-1172)

Aerobic exercise training improves the role of high-density lipoprotein antioxidant and reduces plasma lipid peroxidation in type 2 diabetes mellitus

In this study, we analyzed the effect of aerobic exercise training (AET) and of a single bout of exercise on plasma oxidative stress and on antioxidant defenses in type 2 diabetes mellitus (DM) and in healthy control subjects (C). DM and C did not differ regarding triglycerides, high-density lipoprotein cholesterol (HDL-c), insulin, and HOMA index at baseline and after AET. To measure the lag time for low-density lipoprotein (LDL) oxidation (LAG) and the maximal rate of conjugated diene formation (MCD), participants` plasma HDL(2) and HDL(3) were incubated with LDL from pooled healthy donors` plasma. In the presence of HDL(3), both LAG and MCD were similar in C and DM, but only in DM did AET improve LAG and reduce MCD. In the presence of HDL(2), the lower baseline LAG in DM equaled C after AET. MCD was unchanged in DM after AET, but was lower than C only after AET. Furthermore, after AET plasma thiobarbituric acid-reactive substances were reduced only in DM subjects. Despite not modifying the total plasma antioxidant status and serum paraoxonase-1 activity in both groups, AET lowered the plasma lipid peroxides, corrected the HDL(2), and improved the HDL(3) antioxidant efficiency in DM independent of the changes in blood glucose, insulin, and plasma HDL concentration and composition.

Relationship of PON1 192 and 55 gene polymorphisms to calcific valvular aortic stenosis

Introduction and Objectives - Paraoxonases may exert anti-atherogenic action by reducing lipid peroxidation. Previous studies examined associations between polymorphisms in the paraoxonase 1 (PON1) gene and development of coronary artery disease (CAD), with inconsistent results. Given the similarities in clinical and pathophysiological risk factors of CAD and calcific aortic valve stenosis (CAVS), we postulated a link between PON1 alleles and CAVS progression. Methods - We investigated the association between PON1 55 and 192 single nucleotide polymorphisms (SNPs), their enzyme activity, and CAVS progression assessed by aortic valve area and transvalvular peak velocity in 67 consecutive patients with moderate CAVS and 251 healthy controls. Results - PON1 paraoxonase activity was higher in CAVS patients (P<0.001). The PON1 genotype Q192R SNP (P=0.03) and variant allele (R192) (P=0.01) frequencies differed between CAVS patients and controls. Significant association existed between PON1 enzyme activity, phenotypic effects of PON1 192 genotype polymorphisms, and CAVS progression, but not between PON1 55 and high-density lipoprotein (P=0.44) or low-density lipoprotein cholesterol (P=0.12), between 192 genotype and high-density lipoprotein (P=0.24) or low-density lipoprotein cholesterol (P=0.52). Conclusion - The PON1 genotype Q192R SNP has an important effect on CAVS disease progression. This study helps outline a genotype-phenotype relationship for PON1 in this unique population.

Monitorização das concentrações plasmáticas de Efavirenz: critérios de aplicabilidade à prática clínica e efeitos do fármaco a longo termo

Resumo O objectivo geral deste trabalho foi contribuir para optimizar a terapêutica anti-retroviral e o seu impacto na qualidade de vida do indivíduo infectado pelo vírus da imunodeficiência humana. Pretendia-se definir se o análogo não-nucleósido inibidor da transcriptase reversa do vírus da imunodeficiência humana, efavirenz, cumpria os requisitos para ser monitorizado na prática clínica, estabelecer as condições para a sua eventual monitorização e, simultaneamente, investigar outras acções farmacodinâmicas do efavirenz em terapêuticas prolongadas. Os critérios que fundamentam a indicação da monitorização das concentrações plasmáticas de fármacos, em geral, incluem: correlação entre a concentração do fármaco e a eficácia/toxicidade; variabilidade inter-individual elevada; variabilidade intra-individual e janela terapêutica reduzidas e ainda a elevada probabilidade de interacções medicamentosas. A correlação entre concentração plasmática de efavirenz e eficácia/toxicidade era conhecida e o facto de o efavirenz ser substrato, indutor e inibidor do sistema enzimático citocromo P450 e ser utilizado em terapêuticas crónicas e nunca em monoterapia, constituíam fortes argumentos para a aplicação da monitorização terapêutica ao efavirenz. O presente trabalho contribuiu para o conhecimento de outros critérios, nomeadamente, a variabilidade nas concentrações plasmáticas deste fármaco, entre indivíduos e no mesmo indivíduo, e permitiu definir diferentes aspectos para a prática da monitorização terapêutica deste fármaco, entre eles, o volume de plasma necessário, o parâmetro farmacocinético a avaliar e a periodicidade das quantificações. Para se atingirem os objectivos definidos foi necessário, em primeiro lugar, proceder à instalação e validação de um método de quantificação de concentrações de efavirenz, em plasma de indivíduos infectados pelo vírus da imunodeficiência humana: ficou disponível no Laboratório de Farmacologia da Faculdade de Ciências Médicas, um método que permite a monitorização das concentrações plasmáticas de nove fármacos anti-retrovirais (nevirapina, indinavir, amprenavir, atazanavir, ritonavir, efavirenz, lopinavir, saquinavir e nelfinavir). O método desenvolvido está presentemente a ser utilizado na monitorização terapêutica destes fármacos e em estudos Farmacológicos. Esta quantificação é realizada numa única corrida analítica de cromatografia líquida de elevada eficiência, a partir de 0,4 mL de plasma de cada indivíduo e a sua qualidade é avaliada, bianualmente, por uma entidade externa. Posteriormente, com o objectivo de as comparar, procurou-se conhecer a variabilidade entre indivíduos e intra-individual das concentrações lasmáticas do fármaco e concluiu-se que a variabilidade entre indivíduos é superior à intra-individual, o que suporta a monitorização das suas concentrações. Uma vez encontrada uma variabilidade inter-individual elevada, surgiu um outro objectivo específico, que consistiu na identificação de possíveis factores a justificassem. Na presente dissertação foi mostrado que o sexo, idade, peso e etnia não justificam por si só esta variação, não sendo possível o ajuste de dose com base nestas variáveis. Esta conclusão constitui um factor adicional que reforça que a toma da dose recomendada de efavirenz poderá não ser apropriada para todos os indivíduos. A co-infecção pelos vírus da hepatite B e/ou C é comum nesta população e poderia ser um dos factores implicados nesta variabilidade farmacocinética. A realização do presente trabalho permitiu sugerir que a presença desta co-infecção per se não contribui para o aumento das concentrações plasmáticas do fármaco; que, em indivíduos co-infectados com função hepática normal, não há um risco acrescido de toxicidade dependente da concentração e que as indicações para a monitorização terapêutica de efavirenz em indivíduos co-infectados, com função hepática normal, são semelhantes aquelas descritas para indivíduos mono-infectados pelo vírus da imunodeficiência humana. Um outro objectivo específico deste trabalho surgiu quando foi descrito que os efeitos dos análogos não-nucleósidos inibidores da transcriptase reversa no perfil de lípidos e lipoproteínas dos indivíduos pareciam diferir dos efeitos descritos para os inibidores de protease, que eram frequentemente associados a deslipidémia. Os análogos não-nucleósidos inibidores da transcriptase reversa tinham sido associados a aumentos nos níveis de colesterol associado às lipoproteínas de elevada densidade. Esta observação, além de não ser consensual, podia ser imputada ao decréscimo na carga viral dos indivíduos em terapêutica e correspondia a estudos observacionais de curta-duração. Estes factos estimularam a realização de uma análise prospectiva dos valores da concentração de lípidos e lipoproteínas em doentes medicados com efavirenz e à avaliação da sua eventual relação com a concentração deste nti-retroviral, a curto e a longo-termo. Pela primeira vez, foi demonstrado que o efeito do efavirenz no colesterol associado às lipoproteínas de elevada densidade permaneceu durante 36 meses, que o aumento é dependente do valor basal destas lipoproteínas e da concentração plasmática do fármaco. Mostrou-se também que, em associação a este aumento quantitativo, o efavirenz estava associado a um aumento qualitativo, com uma melhoria da função antioxidante destas lipoproteínas, avaliada pela actividade do enzima paraoxonase-1. Em resumo, os diferentes estudos incluídos na presente dissertação têm como conclusão geral que é possível optimizar a resposta à terapêutica com efavirenz através da monitorização das suas concentrações plasmáticas. A realização deste trabalho contribuiu para o conhecimento científico através: 1. Da instalação e validação de um método de quantificação de concentrações de análogos não-nucleósidos inibidores da transcriptase reversa e inibidores da protease em plasma de indivíduos infectados pelo vírus da imunodeficiência humana. 2. Do estudo da variabilidade inter e intra-individual nas concentrações plasmáticas de efavirenz. A superioridade da variabilidade inter-individual relativamente à associada ao mesmo indivíduo comprova a importância de monitorizar as concentrações plasmáticas deste fármaco. 3. Da definição de procedimentos operativos para a monitorização terapêutica do efavirenz em geral e numa população particular: os indivíduos co-infectados pelos vírus da hepatite B e/ou C com função hepática normal. 4. Da descoberta de acções farmacodinâmicas do efavirenz, a longo prazo, nomeadamente o efeito benéfico (quantitativo e qualitativo) no colesterol associado às lipoproteínas de elevada densidade. Este efeito é mantido durante três anos e é dependente da concentração plasmática do fármaco, o que salienta a importância de monitorizar as suas concentrações.

Effect of Efavirenz on High-Density Lipoprotein Antioxidant Properties in HIV-Infected Patients

WHAT IS ALREADY KNOWN ABOUT THIS SUBJECT: * In previous work, we showed a long-term and concentration-dependent beneficial effect of the non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor efavirenz (EFV) on high-density lipoproteins (HDL) in human immunodeficiency virus (HIV)-infected patients. * Furthermore, it has been suggested that instead of the current practice of only measuring HDL-chelesterol values, the evaluation of HDL function, namely its antioxidant properties, might be an improved tool for identifying subjects at increased risk for cardiovascular events. * Paraoxonase-1 (PON-1) is an enzyme associated with HDL that is responsible for HDL antioxidant function. WHAT THIS STUDY ADDS: * In the present work, we studied the effect of EFV on the activity of PON-1 and showed, for the first time, that EFV-based antiretroviral therapy is associated with a better antioxidant function, i.e. with a higher PON-1 activity. AIMS: A long-term and concentration-dependent beneficial effect of efavirenz (EFV) on cholesterol associated with high-density lipoprotein (HDL-c) in human immunodeficiency virus (HIV)-infected patients has been documented. Furthermore, it has been suggested that, instead of the current practice of only measuring HDL-c values, the evaluation of HDL quality might be an improved tool for identifying subjects at increased risk of cardiovascular events. Paraoxonase-1 (PON-1) is an enzyme associated with HDL that is involved in the onset of cardiovascular disease and responsible for HDL antioxidant function. The aim of the present study was to investigate the effect of EFV on the circulating activity of PON-1 in HIV-infected patients. METHODS: The patients included were adults with a documented HIV-1 infection, nontreated or treated with antiretroviral regimens including EFV 600 mg once daily as first therapeutic regimen for at least 3 months. The influence of treatment with EFV, HDL-c and CD4 cell count on PON-1 activity was analysed. RESULTS: HIV-infected White patients treated with EFV had higher PON-1 activity [77.35 U l(-1) (65.66, 89.04)] (P < 0.05) and higher PON-1 activity : HDL-c ratio [1.88 (1.49, 2.28)] (P < 0.01) than untreated patients. PON-1 activity was higher in Black patients (P < 0.001) and in patients with a CD4 cell count >500 cells ml(-1) (P= 0.0120). CONCLUSIONS: EFV-based antiretroviral regimens are associated with HDL particles with a better antioxidant function, i.e. with a higher PON-1 activity. The PON-1 activity of Black patients is higher than that found in Whites regardless of treatment. Ethnicity should be taken into consideration when studying drug effects on PON-1 activity.

Humoral response towards high density lipoprotein : a new mechanism for atherogenesis

RESUMO:Aterosclerose é uma das principais causas de morbilidade e mortalidade no mundo ocidental. É responsável, direta ou indiretamente, pela maior percentagem de gastos com a saúde na maioria dos países europeus. A “teoria lipídica” da aterosclerose, que se baseia na dislipidemia como causa primária para a doença vascular tem algumas implicações práticas importantes: permite a definição de linhas de orientação e protocolos simples e ainda estabelece alvos terapêuticos que podem ser atingidos na maior parte dos casos com a atual intervenção farmacológica. A associação da aterosclerose com o sistema imunológico (a “teoria imunológica”), forneceu por sua vez novas formas de explorar os mecanismos envolvidos e abriu novas perspetivas para um conhecimento mais completo da doença. No entanto, levanta dificuldades evidentes no que diz respeito às possibilidades terapêuticas. De todos os intervenientes no processo aterosclerótico (bioquímicos, imunológicos e anatómicos), as lipoproteínas de elevada densidade (HDL) são atualmente reconhecidas como um dos fatores mais importantes na aterogénese. Isto é baseado no reconhecimento das múltiplas propriedades anti-aterogénicas das HDL como por exemplo: a anti-oxidante, a anti-inflamatória e a antitrombótica, bem como o seu importante papel na melhoraria da função endotelial. Atualmente, é consensual que as funções anti-aterogénicas das HDL vão além do seu papel no transporte reverso do colesterol (RCT) e a importância das HDL no processo aterosclerótico baseia-se não apenas no seu papel protetor impedindo a formação da placa de ateroma, mas também na estabilização destas, prevenindo a sua ruptura e, consequentemente o evento trombótico. Como fundamentais no processo aterosclerótico estão reconhecidos dois principais conjuntos de eventos: um caracterizado por alterações no metabolismo das lipoproteínas que resultam em lipoproteínas pró-inflamatórias e pró-oxidantes que interagem com os componentes celulares da parede arterial e que conduzem à formação da placa de ateroma; o outro evento é a resposta imunológica desencadeada contra um novo conjunto de antigénios que por sua vez leva à produção de citoquinas pró-inflamatórias. Dada a complexidade da HDL e das suas múltiplas funções estas lipoproteínas tornaram-se um potencial alvo para a resposta auto-imune, e cujas consequências podem explicar algumas das associações identificados em estudos clínicos e epidemiológicos. Contudo esta interação entre o sistema imunológico e HDL nunca foi exaustivamente estudada. Portanto, pomos a hipótese de que em condições oxidativas e pró-inflamatórias, um aumento do antigénio (HDL) conduz a um consequente acréscimo na produção de anticorpos anti-HDL (aHDL) responsáveis pela alteração quantitativa e / ou qualitativa das HDL. O conceito de que estes anticorpos podem contribuir tanto para a evolução a longo prazo do processo aterosclerótico, como para o desencadeamento de eventos clínicos pode também explicar a heterogeneidade encontrada em cada doente e nos grandes estudos clínicos, no que diz respeito aos fatores de risco e outcomes clínicos. Para além disso, a confirmação desta hipótese pode permitir explicar porque é que as intervenções terapêuticas atualmente em desenvolvimento para aumentar os níveis de HDL, não conseguem mostrar a tão esperada redução do risco vascular. O objetivo geral desta tese foi identificar e caracterizar a resposta humoral contra os componentes da HDL, e avaliar possíveis mecanismos que possam contribuir para a modificação das propriedades anti-aterogénicas das HDL. Para alcançar este objetivo investigou-se: 1) A presença de anticorpos aHDL em doentes com lúpus eritematoso sistémico (SLE) e em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como os doentes com doença arterial coronária (CAD), acidente vascular cerebral isquémico (IS) e diabetes tipo 2; 2) Os principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL e a associação entre os títulos de anticorpos aHDL e diferentes características clínicas destas doenças; 3) As modificações das funções normais associadas às HDL, em particular da função anti-oxidante e anti-inflamatória; 4) A atividade biológica dos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes através de um conjunto de experiências in vitro de inibição da atividade da paraoxonase 1 (PON1) e da expressão de moléculas de adesão em culturas de células endoteliais. Para tal foi necessário estabelecer um método de isolamento dos anticorpos. Os anticorpos aHDL isolados do soro de doentes foram utilizados de forma a identificar as potenciais alterações dos sistemas celulares utilizados; 5) O efeito de fármacos usados no tratamento das dislipidemias, em particular o ácido nicotínico e as estatinas, na variação dos títulos de anticorpos aHDL através de ensaios clínicos randomizados, controlados com placebo e em dupla ocultação. Os métodos utilizados neste trabalho incluíram: técnicas imunológicas (como por exemplo, enzyme-linked immunoabsorbent assay - ELISA, ensaio imunoturbidimetrico e cromatografia de imuno-afinidade) técnicas bioquímicas (tais como a quantificação de atividade enzimática por espectrofotometria e por luminescência), experiências com cultura de células e citometria de fluxo. Os nossos resultados mostram que: 1) A presença de anticorpos aHDL, e mais especificamente anticorpos contra alguns do seus principais componentes como a apolipoproteína A-I (ApoA-I, principal apolipoproteína presente nas HDL) e a PON1 (o enzima que mais contribui para a propriedade anti-oxidante das HDL), quer em doentes com doenças auto-imunes, como o SLE, quer em doentes com manifestações clínicas de aterosclerose, como CAD, IS e diabetes tipo 2. Os doentes apresentaram títulos de anticorpos IgG aHDL, aApoA-I e aPON1 significativamente mais elevados do que controlos saudáveis com a mesma idade e sexo. 2) A correlação positiva estatisticamente significativa entre os títulos de aHDL e aApoA-I e aPON1 sugere que estes sejam dois dos principais alvos antigénicos dentro do complexo das HDL. Os anticorpos encontrados nestes doentes estão associados com a diminuição da atividade da PON1 e a uma redução da capacidade anti-oxidante total (TAC) do soro, um aumento dos biomarcadores de disfunção endotelial (como por exemplo dos metabolitos do óxido nítrico - NO2- e NO3-, as moléculas de adesão vascular e intracelular - VCAM-1 e ICAM-1 e os níveis de 3-nitrotirosina). Nos doentes com SLE os títulos destes estão associados a um aumento do dano cardiovascular e à atividade global da doença avaliados pelas escalas SLICC/ACR DI e BILAG score, respetivamente. Enquanto que nos doentes com diabetes tipo 2 estes anticorpos estão associados com um aumento dos níveis de glicemia em jejum (FGP) e hemoglobina glicada (HbA1c). 3) Após se ter estabelecido um método de isolamento dos anticorpos que permite isolar quantidades significativas de anticorpos do soro de doentes sem perder a sua especificidade, foi identificada a capacidade dos anticorpos isolados do soro de doentes inibirem de uma forma dependente da concentração a atividade da PON1 até um máximo de 70% no caso dos doentes com SLE e ente 7-52% no caso dos anticorpos isolados de doentes com CAD e IS. 4) O efeito anti-inflamatório das HDL na inibição da produção de VCAM-1 induzida por citoquinas (como o TNF-) foi revertido em mais de 80% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 5) A angiogenesis induzida por HDL através do aumento do fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF) foi anulada em 65% pelos anticorpos aHDL isolados do soro de doentes. 6) Os atuais agentes farmacológicos disponíveis para aumentar as concentrações de HDL-C estão associados a um aumento dos títulos de anticorpos.-------- ABSTRACTAtherosclerosis is the major cause of morbidity and mortality in the western world. It is also responsible, directly or indirectly, for the highest percentage of health costs in most European countries. Despite the use of new technologies for the diagnosis of vascular disease and regardless of the major advances in treatment, the atherosclerosis-related clinical burden is still raising. The “lipid theory” of atherogenesis, which identifies dyslipidemia as the primary cause of this vascular disease has some important practical implications: it allows the definition of simple guidelines and establishes therapeutic targets which can be generally met with current pharmacologic intervention. The association between atherosclerosis an the immune system (the immune concept) has in turn provided new ways of exploring the mechanisms involved in this condition and has opened new perspectives in the understanding of the disease. However, it raises obvious difficulties when it comes to treatment options. Of all the players (biochemical, immunological and anatomical) involved in this matter, high-density lipoproteins (HDL) are currently recognised as one of the most important factors in atherogenesis. This is based on the recognition of HDL's multiple anti-atherogenic properties: anti-oxidant, anti-inflammatory and antithrombotic, as well as its capacity to improve endothelial function. Nowadays, it is widely recognized that the anti-atherogenic functions of HDL go beyond reverse cholesterol transport (RCT), and the importance of HDL is based not just on its ability to reduce atheroma formation but also on its ability to stabilise plaques, therefore preventing their rupture and ultimately thrombosis. Two main set of events have been recognised as fundamental in atherogenesis: one, characterized by lipoprotein metabolism alterations, resulting in pro-inflammatory and pro-oxidative lipoproteins, which interact with the normal cellular elements of the arterial wall leading to atheroma formation; the other, the immune cellular response towards new sets of antigens which lead to the production of pro-inflammatory cytokines. Given to HDL complexity and multiple functions this lipoprotein has became a potential target for an auto-immune response, the consequences of which may explain some of the association identified in epidemiological and clinical studies, though the interaction between the immune system and HDL has never been thoroughly addressed. Therefore, we hypothesized that under oxidative and pro-inflammatory conditions, the increase in the antigen (HDL) would lead to a consequent increase in the production of anti-HDL (aHDL) antibodies be responsible for quantitative and/or qualitative changes of HDL. The concept that these antibodies may contribute either to the long-term evolution of atherosclerosis or to the triggering of clinical events may also explain the heterogeneity found in individual patients and in large cohorts regarding risk factors and clinical outcomes. Moreover this may be a major breakthrough in understanding why therapeutic interventions that increase HDL levels, failed to show the anticipated reduction in vascular risk. The overall aims of this thesis were to identified and characterize the humoral response towards HDL components and to evaluate the possible mechanisms that may contribute to the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL. To achieve this objective we investigated: 1) the presence of aHDL antibodies in patients with systemic lupus erythematosus (SLE) and in patients with atherosclerosis-related clinical events, such as coronary artery disease (CAD), ischemic stroke (IS) and type 2 diabetes; 2) the association between the titres of aHDL antibodies and different clinical features of these diseases; 3) the modifications of the anti-atherogenic properties of HDL; 4) the biologic effect of aHDL antibodies isolated from serum of patients on the anti-oxidant and anti-inflammatory properties of HDL; 5) the effect of different pharmacologic treatments for dyslipidemia on the prevalence and activity of aHDL antibodies. The methodologies used in this work included immunologic-related techniques (e.g. enzyme-linked immunoabsorbent assay – ELISA, immunoturbidimetric immunoassay and immunoaffinity chromatography), biochemical techniques (enzymatic assays with quantification by spectrophotometry and luminescence methods), cell culture experiments and flow cytometry. Our results indicate that: 1) The titres of IgG aHDL, anti-apolipoprotein A-I (aApoA-I) and anti-paraoxonase 1 (aPON1) antibodies were higher in patients with SLE, CAD, IS and type 2 diabetes when compared with age and sex matched healthy controls. 2) The antibodies found in these patients were associated with decreased PON1 activity, (the enzyme responsible for most of the anti-oxidant effect of HDL), reduced total anti-oxidant capacity (TAC) of serum and increased biomarkers of endothelial dysfunction (nitric oxide metabolites, adhesion molecules, nitrotyrosine). In patients with SLE the antibody titres were associated with an increase in disease-related cardiovascular damage and activity whereas in patients with type 2 diabetes they were directly related with the fasting glucose plasma (FGP) levels and the glycosylated haemoglobin (HbA1c). 3) The antibodies isolated from serum of our patients, directly inhibited HDL-associated PON1 activity in a dose dependent way ranging from 7 to 52%. 4) The anti-inflammatory effect of HDL, measured by the percentage of inhibition of the cytokine-induced production of vascular adhesion molecules (VCAM-1), was reduced in more than 80% by aHDL antibodies isolated from our patients. 5) The HDL-induced angiogenesis by increasing vascular endothelial growth factor (VEGF) levels was abrogated in 65% by the antibodies isolated from serum of patients. 6) The current available pharmacologic agents for increasing HDL-C concentrations were associated with an increase in the titres of IgG aApoA-I antibodies. This increase was higher in the extended release niacin when compared to statins probably due to their dampening effect on oxidative stress. In conclusion, aHDL antibodies are present in different pathologic conditions. aHDL antibodies represent a family of self-reacting immunoglobulins, of which ApoA-I and PON1 might be the most relevant targets. These antibodies are biologically active, interfering with the HDL anti-oxidant and anti-inflammatory properties and, consequently, with the atherosclerotic process. The pathogenic potential of these antibodies may lead to the identification of a new biomarker for vascular disease, whilst presenting itself as a novel target for a different treatment approach which may redefine the treatment strategies and clinical trials design for HDL interventions in the future.