Estudi del metabolisme lipídic perifèric i de l'apolipoproteïna J en l'angiopatia amiloide cerebral

Abstract

La β-amiloïdosi cerebral consisteix en el dipòsit de β-amiloide (Aβ) al cervell, acumulant-se al parènquima en la malaltia d’Alzheimer (MA) o als vasos sanguinis en l’angiopatia amiloide cerebral (AAC). L’AAC és la principal causa d’hemorràgia intracerebral (HIC) lobar en poblacions d’edat avançada i presenta diferents aspectes fisiopatològics representats per marcadors radiològics, com els microsagnats corticals, tot i que molts dels mecanismes biològics subjacents encara es desconeixen. Diferents proteïnes codepositen amb l’Aβ, entre elles l’apolipoproteïna J (ApoJ) i l’apolipoproteïna E (ApoE), les quals estan codificades per gens (CLU i APOE) considerats factors genètics implicats en la β-amiloïdosi cerebral. L’objectiu general d’aquesta tesi és profunditzar en l’estudi del metabolisme lipídic perifèric, incloent el paper d’ApoJ i d’ApoE, en l’AAC, així com valorar possibles biomarcadors i tractaments per aquesta malaltia. Inicialment, vam realitzar un estudi multicèntric amb 126 pacients amb HIC lobar i sospita d’AAC. L’objectiu era caracteritzar la cohort i identificar polimorfismes de nucleòtids simples (SNPs) associats a marcadors de ressonància magnètica nuclear (RMN) característics de l’AAC, així com estudiar la distribució d’ApoJ i ApoE en lipoproteïnes plasmàtiques en aquesta cohort. Els resultats van mostrar que diferents SNPs, especialment de CLU, s’associaven a marcadors de RMN de manera independent. A més, SNPs de CLU i al·lels d’APOE, prèviament descrits com a protectors per la MA, s’associaven a un major contingut d’ApoJ i ApoE en lipoproteïnes, respectivament. Alhora, els nivells d’ApoJ i ApoE en diferents lipoproteïnes també s’associaven a marcadors de RMN, com els espais perivasculars dilatats al centrum semiovale. Aquests resultats suggeririen que majors nivells d’ApoJ i ApoE a les lipoproteïnes poden tenir propietats protectores en l’AAC. Seguidament, vam pretendre comparar el perfil lipídic d’una subcohort de pacients amb HIC lobar associada a l’AAC (N=51) respecte pacients amb MA (N=60) i controls (N=60). Els resultats van mostrar que la cohort d’HIC-AAC presentava alteracions lipídiques amb un perfil ateroprotector, amb nivells menors de colesterol total i LDL, mentre que els pacients amb MA no mostraven alteracions respecte els controls. A més, vam trobar menors nivells d’ApoA-II en plasma i una redistribució de l’apolipoproteïna C-III (ApoC-III) de les lipoproteïnes de densitat alta (HDL) a les lipoproteïnes de densitat molt baixa (VLDL), amb una ràtio elevada d’ApoE/ApoC-III a les HDL en el grup HIC-AAC. Aquests resultats destaquen la rellevància del metabolisme lipídic en l’AAC, confirmant que nivells elevats d’ApoE a les HDL podrien implicar una resposta protectora. Finalment, vam realitzar un estudi pre-clínic en un model transgènic de β-amiloïdosi per determinar l’impacte de l’augment d’ApoJ circulant. En concret, vam administrar ApoJ recombinant humana (rhApoJ) crònicament a ratolins APP23 envellits i vam realitzar RMN cerebral per detectar lesions hemorràgiques. Els ratolins tractats amb rhApoJ van presentar menys lesions hemorràgiques corticals que els ratolins tractats amb salí, sense detectar-se canvis en els nivells d’Aβ insoluble en cervell. Per altra banda, el tractament amb rhApoJ va promoure un augment dels nivells plasmàtics de Gro-α i MIP-1α i una reducció en els de metal·loproteïnasa de matriu (MMP)-12. Per determinar la possible rellevància clínica d’aquests resultats, vam analitzar mostres plasmàtiques de 17 controls i 40 pacients amb HIC aguda. Vam observar una associació entre el volum i la irregularitat de l’hemorràgia amb els nivells plasmàtics de MMP-12 en mostres de pacients amb HIC lobar. Així, proposem que l’increment dels nivells perifèrics d’ApoJ previndrien el dany cerebrovascular associat a l’AAC, en part a través de la modulació dels nivells circulants de MMP-12. Considerem que aquesta tesi doctoral aporta informació clínica i biològica rellevant sobre el rol del metabolisme lipídic perifèric en l’AAC, així com del paper d’ApoJ i MMP-12 en la presència d’hemorràgies cerebrals en un context de β-amiloïdosi cerebral.

La β-amilodosis cerebral consiste en el depósito de β-amiloide (Aβ) en el cerebro, acumulándose en el parénquima en la enfermedad de Alzheimer (EA) o en los vasos sanguíneos en la angiopatía amiloide cerebral (AAC). La AAC es la principal causa de hemorragia intracerebral (HIC) lobar en población de edad avanzada y presenta distintos aspectos fisiopatológicos representados por marcadores radiológicos, como microsangrados corticales, aunque muchos de los mecanismos biológicos subyacentes siguen siendo desconocidos. Distintas proteínas codepositan con Aβ, como la apolipoliproteína J (ApoJ) y la apoliporoteína E (ApoE), que están codificadas por genes (CLU y APOE) considerados factores genéticos implicados en la β-amilodosis cerbral. El objetivo de esta tesis es el estudio del metabolismo lipídico periférico, inluyendo los roles de ApoJ y ApoE, en la AAC, así como volarar posibles biomarcadores y tratamientos para esta enfermedad. Primeramente, realizamos un estudio multicéntrico con 126 pacientes con HIC lobar y sospecha clínica de AAC. El objetivo era caracterizar la cohorte e identificar polimorfismos de nucleótidos simples (SNPs) asociados a marcadores de resonancia magnética nuclear (RMN) característicos de la AAC, así como estudiar la distribución de ApoJ y ApoE en lipoproteínas plasmáticas. Los resultados mostraron que distintos SNPs, especialmente de CLU, se asociaban a marcadores de RMN. Además, SNPs de CLU y alelos de ApoE, previamente descritos como protectores para la EA, se asociaban a un mayor contenido de ApoJ y ApoE en lipoproteínas. Los niveles de ApoJ y ApoE en distintas lipoproteínas también se asociaron a marcadores de RMN, como espacios perivasculares dilatados en el centrum semiovale. Estos resultados sugerirían que mayores niveles de ApoJ y ApoE en lipoproteínas pueden tener propiedades protectoras en la AAC. Seguidamente, comparamos el perfil lipídico de una subcohorte de pacientes con HIC lobar associada a la AAC (N=51) respecto pacientes con EA (N=60) y controles (N=60). Los resultados mostraron que la cohorte HIC-AAC presentaba alteraciones lipídicas con un perfil ateroprotector con niveles menores de colesterol total y LDL, mientras que pacientes con EA no mostraron alteraciones respecto controles. Además, observamos menores niveles plasmáticos de ApoA-II y una redistribución de la apolipoproteína C-III (ApoC-III) de las lipoproteínas de alta densidad (HDL) a las lipoproteínas de densidad muy baja (VLDL), con una ratio elevada de ApoE/ApoC-III en las HDL de HIC-AAC. Estos resultados destacan la relevancia del metabolismo lipídico en la AAC, confirmando que niveles elevados de ApoE en las HDL podrían implicar una respuesta protectora. Finalmente realizamos un estudio preclínico para determinar el impacto del aumento de ApoJ circulante en un modelo transgénico de β-amilodosis. Concretamente, administramos ApoJ recombinante humana (rhApoJ) crónicamente a ratones APP23 envejecidos y realizamos RMN cerebral para detectar lesiones hemorrágicas. Los ratones tratados con rhApoJ presentaron menos lesiones hemorrágicas corticales que ratones tratados con salino, sin detectarse cambios en los niveles de Aβ insoluble cerebrales. Además, el tratamiento con rhApoJ promovió un augmento de niveles plasmáticos de Gro-α y MIP-1α y una reducción en los de la metaloproteinasa de matriz (MMP)-12. Para determinar la relevancia clínica de estos resultados, analizamos muestras plasmáticas de 17 controles y 40 pacientes con HIC aguda. Observamos una asociación entre el volumen e irregularidad de la hemorragia con los niveles plasmáticos de MMP-12 en muestras de pacientes con HIC lobar. Proponemos que el incremento de niveles periféricos de ApoJ previenen el daño cerebrovascular asociado a la AAC, en parte por la modulación de niveles circulantes de MMP-12. Consideramos que esta tesis doctoral aporta información clínica y biológica relevante sobre el rol del metabolismo lipídico periférico en la AAC, así como del papel de ApoJ y MMP-12 en la presencia de hemorragias cerebrales en un contexto de β-amilodosis cerebral.

Cerebral β-amyloidosis is characterized by the deposition of amyloid β (Aβ) in the brain, in parenchyma in Alzheimer’s Disese (AD) or in blood vessels in cerebral amyloid angiopathy (CAA). CAA is the main cause of lobar intracerebral hemorrhage (ICH) in the elderly. Furthermore, CAA is associated with common radiological markers, such as cerebral microbleeds, that reflect distinct pathophysiologic aspects of the disease even though the biological mechanisms underlying their occurrence and topography are still under investigation. Several proteins codeposit with Aβ, among them apolipoprotein J (ApoJ) and apolipoprotein E (ApoE), which are codified by the genes CLU and APOE respectively, considered genetic factors involved in cerebral β-amyloidosis. The main aim of this thesis is to further understand peripheral lipidic metabolism, including ApoJ and ApoE, in CAA, as well as assess possible biomarkers and treatments for this disease. Initially, we performed a multicentric study with 126 patients that presented lobar ICH and clinical suspicion of CAA. The objective was to characterize the cohort and identify potential single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with common magnetic resonance imaging (MRI) markers of CAA, as well as to study ApoJ and ApoE distribution in plasma lipoproteins in the beforementioned cohort. Our results showed that different SNPs, especially from CLU, were independently associated with MRI markers. In addition, CLU SNPs and APOE alleles, previously described as protective factors for AD, were associated with a higher ApoJ and ApoE content in lipoproteins, respectively. Concurrently, ApoJ and ApoE levels in different lipoproteins were also associated with MRI markers, such as enlarged perivascular spaces in the centrum semiovale. These results suggest that higher ApoJ and ApoE lipoprotein levels could have protective properties in CAA. In a second study, we compared the lipidic profile of a subcohort of patients with lobar ICH associated with CAA (N=51) with AD patients (N=60) and controls (N=60). Our results showed that the ICH-CAA cohort presented lipidic alterations with an atheroprotective profile with lower total and LDL cholesterol levels, while AD patients did not present alterations in the lipidic profile from controls. In addition, we found lower levels of plasma ApoA-II and a redistribution of apolipoprotein C-III (ApoC-III) from high-density lipoproteins (HDL) to very low-density lipoproteins (VLDL), with an elevated ApoE/ApoC-III HDL ratio in the ICH-CAA group. These results highlight the relevance of lipidic metabolism in CAA, confirming that high ApoE levels in HDL could entail a protective response. Finally, we conducted a preclinical study in a transgenic model of β-amyloidosis to determine the effect of increasing the circulating levels of ApoJ. In particular, we chronically administered recombinant human ApoJ (rhApoJ) to aged APP23 mice and performed cerebral MRI to detect hemorrhagic lesions. Mice treated with rhApoJ showed fewer cortical hemorrhagic lesions than saline-treated mice, without noticeable changes in insoluble Aβ brain levels. On the other hand, rhApoJ treatment induced an increase of Gro-α and MIP-1α and a reduction of matrix metalloproteinase (MMP)-12 levels in plasma. To determine the potential clinical relevance of these results, we analyzed plasma samples from 17 controls and 40 patients with an acute ICH. We observed an association between the volume and irregularity of the hemorrhage with MMP-12 plasma levels in patients presenting a lobar ICH. In conclusion, we propose that increasing ApoJ peripheral levels could prevent the cerebrovascular damage associated with CAA, partially through the modulation of MMP-12 circulating levels. We think this doctoral thesis provides relevant clinical and biological information about the role of peripheral lipidic metabolism in CAA, as well as the potential involvement of ApoJ and MMP-12 in the presence of cerebral hemorrhages in a cerebral β-amyloidosis context.