Régulation de la lipoprotéine lipase macrophagique et de LOX-1 par des facteurs métaboliques. Implications dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP.Atherosclerotic cardiovascular disease is the leading cause of death in western countries and is the major complication of diabetes. Lipoprotein lipase (LPL) is a key enzyme in lipid metabolism, responsible for the hydrolysis of triglyceride (TG) rich lipoproteins. Many studies have shown that LPL secreted by macrophages in the arterial wall is proatherogenic. Endothelial dysfunction is a characteristic feature of early-stage atherosclerosis. The observation that lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1), a newly identified receptor for oxidized LDL (oxLDL), is highly expressed in human atherosclerotic lesions and upregulated in the aorta of diabetic rats, suggests a key role for LOX-1 in the pathogenesis of diabetic atherosclerosis. Based on the role of macrophage LPL and LOX-1 in atherosclerosis, we sought to investigate the regulation of these two proatherogenic molecules by metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes namely leptin, linoleic acid (LA) and C-reactive protein (CRP). Our results demonstrated that: 1) In human aortic endothelial cells (HAECs), LA increased LOX-1 protein expression in a time- and dose-dependent manner; 2) Pretreatment of HAECs with antioxidants and inhibitors of NADPH oxidase, protein kinase C (PKC), and nuclear factor-kB (NF-kB) inhibited the stimulatory effect of LA on LOX-1 protein expression; 3) Increased expression of classic PKC isoforms was observed in LA-treated HAECs; 4) LA led to a significant increase in LOX-1 gene expression and enhanced the binding of nuclear proteins extracted from HAECs to the NF-kB regulatory element of the LOX-1 gene promoter; 5) LA enhanced, through LOX-1, oxLDL uptake by endothelial cells. Overall, these results demonstrated that LA enhances endothelial LOX-1 expression in vitro and support a key role for LA in endothelial dysfunction associated with diabetes. Based on our previous studies showing that macrophage LPL expression is increased in patients with type 2 diabetes and that metabolic factors dysregulated in this disease such as glucose, homocysteine (Hcys), fatty acids and advanced glycation end products (AGE), increased macrophage LPL expression, we next determined the effect of two other metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes, namely leptin and CRP, on macrophage LPL expression in vitro. Leptin levels are elevated in diabetic patients and are associated with greater cardiovascular risks. We found that: 1) In human macrophages, leptin increased LPL expression, at both the gene and protein levels; 2) The stimulatory effect of leptin on LPL was abolished by pre-treatment with anti-leptin receptor (Ob-R) antibody, PKC inhibitors and antioxidants; 3) Leptin increased the membrane expression of conventional PKC isoforms and downregulation of endogenous PKC expression abolished the effects of leptin on macrophage LPL expression; 4) In murine macrophages, leptin raised LPL synthetic rate and enhanced the binding of nuclear proteins to the activated protein-1 (AP-1) sequence of the LPL gene promoter. These observations support the possibility that leptin may represent a macrophage LPL stimulatory factor in diabetes. Finally, we sought to determine the effect of CRP on macrophage LPL expression in vitro. CRP is an inflammatory molecule and a strong predictor of cardiovascular events and high serum levels of CRP are observed in type 2 diabetic patients. We found that: 1) In human macrophages, CRP increased LPL expression at the gene and protein levels and CRP binding to CD32 receptors is required for these effects; 2) Preincubation of human macrophages with antioxidants, PKC and mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitors, prevented the CRP-induced LPL expression; 3) CRP increased LPL activity, intracellular reactive oxygen species (ROS) generation, classic PKC isozymes expression and extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) 1/2 phosphorylation; 4) CRP-treated murine macrophages demonstrated increased binding of nuclear proteins to the AP-1 sequence of the LPL gene promoter. These data suggest that LPL might represent a novel factor underlying the adverse effect of CRP on the diabetic vasculature. Overall, our studies indicate a key role of metabolic and inflammatory factors in the regulation of vascular LPL and LOX-1 in diabetes. Our data suggest that LPL and LOX-1 are key contributors to the accelerated atherogenesis associated with human diabetes. Keywords : atherosclerosis, cardiovascular diseases, type 2 diabetes, macrophage, LPL, endothelial cells, LOX-1, oxidative stress, leptin, LA, CRP

Obesity, Fat Mass and Immune System: Role for Leptin

Obesity is an epidemic disease characterized by chronic low-grade inflammation associated with a dysfunctional fat mass. Adipose tissue is now considered an extremely active endocrine organ that secretes cytokine-like hormones, called adipokines, either pro- or anti-inflammatory factors bridging metabolism to the immune system. Leptin is historically one of most relevant adipokines, with important physiological roles in the central control of energy metabolism and in the regulation of metabolism-immune system interplay, being a cornerstone of the emerging field of immunometabolism. Indeed, leptin receptor is expressed throughout the immune system and leptin has been shown to regulate both innate and adaptive immune responses. This review discusses the latest data regarding the role of leptin as a mediator of immune system and metabolism, with particular emphasis on its effects on obesity-associated metabolic disorders and autoimmune and/or inflammatory rheumatic diseases.OG is Staff Personnel of Xunta de Galicia (Servizo Galego de Saude, SERGAS) through a research-staff stabilization contract (ISCIII/SERGAS). VF is a “Sara Borrell” Researcher funded by ISCIII and FEDER. RG is a “Miguel Servet” Researcher funded by Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) and FEDER. OG, MG-G, and RG are members of RETICS Program, RD16/0012/0014 (RIER: Red de Investigación en Inflamación y Enfermedades Reumáticas) via Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) and FEDER. The work of OG and JP (PIE13/00024 and PI14/00016, PI17/00409), and RG (PI16/01870 and CP15/00007) was funded by Instituto de Salud Carlos III and FEDER. OG is a beneficiary of a project funded by Research Executive Agency of the European Union in the framework of MSCA-RISE Action of the H2020 Program (Project No. 734899). The funders had no role in study design, data collection, and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript

Obesity-Related Oxidative Stress: the Impact of Physical Activity and Diet Manipulation

Obesity-related oxidative stress, the imbalance between pro-oxidants and antioxidants (e.g., nitric oxide), has been linked to metabolic and cardiovascular disease, including endothelial dysfunction and atherosclerosis. Reactive oxygen species (ROS) are essential for physiological functions including gene expression, cellular growth, infection defense, and modulating endothelial function. However, elevated ROS and/or diminished antioxidant capacity leading to oxidative stress can lead to dysfunction. Physical activity also results in an acute state of oxidative stress. However, it is likely that chronic physical activity provides a stimulus for favorable oxidative adaptations and enhanced physiological performance and physical health, although distinct responses between aerobic and anaerobic activities warrant further investigation. Studies support the benefits of dietary modification as well as exercise interventions in alleviating oxidative stress susceptibility. Since obese individuals tend to demonstrate elevated markers of oxidative stress, the implications for this population are significant. Therefore, in this review our aim is to discuss (i) the role of oxidative stress and inflammation as associated with obesity-related diseases, (ii) the potential concerns and benefits of exercise-mediated oxidative stress, and (iii) the advantageous role of dietary modification, including acute or chronic caloric restriction and vitamin D supplementation

The Discovery of LOX-1, its Ligands and Clinical Significance

LOX-1 is an endothelial receptor for oxidized low-density lipoprotein (oxLDL), a key molecule in the pathogenesis of atherosclerosis.The basal expression of LOX-1 is low but highly induced under the influence of proinflammatory and prooxidative stimuli in vascular endothelial cells, smooth muscle cells, macrophages, platelets and cardiomyocytes. Multiple lines of in vitro and in vivo studies have provided compelling evidence that LOX-1 promotes endothelial dysfunction and atherogenesis induced by oxLDL. The roles of LOX-1 in the development of atherosclerosis, however, are not simple as it had been considered. Evidence has been accumulating that LOX-1 recognizes not only oxLDL but other atherogenic lipoproteins, platelets, leukocytes and CRP. As results, LOX-1 not only mediates endothelial dysfunction but contributes to atherosclerotic plaque formation, thrombogenesis, leukocyte infiltration and myocardial infarction, which determine mortality and morbidity from atherosclerosis. Moreover, our recent epidemiological study has highlighted the involvement of LOX-1 in human cardiovascular diseases. Further understandings of LOX-1 and its ligands as well as its versatile functions will direct us to ways to find novel diagnostic and therapeutic approaches to cardiovascular disease