NIEMANN-PICK C1 LIKE 1 PROTEIN IS CRITICAL FOR INTESTINAL CHOLESTEROL ABSORPTION

Altmann S.W, Davis H.R.Jr, Zhu Li-ji et al
Science 2004; 303:1201-1204

RIASSUNTO:
L'assunzione di colesterolo dalla dieta e il relativo assorbimento intestinale contribuiscono ai sui livelli plasmatici che rappresentano un fattore di rischio per le coronaropatie. Il meccanismo molecolare di assorbimento dello sterolo dal lume intestinale risulta ancora poco chiaro. Alcuni ricercatori hanno osservato che la proteina NPC1L1 (Niemann-Pick C1 like 1 protein) gioca un ruolo critico nell'assorbimento intestinale del colesterolo. L'espressione di NPC1L1 è presente soprattutto nell'intestino tenue a livello della membrana degli enterociti. Da studi su topi NPC1L1-deficienti e con fenotipo normale, è emersa una sostanziale riduzione nella quantità di colesterolo assorbito, indipendentemente dall'apporto dietetico di acidi biliari. Ezetimibe, un farmaco che inibisce l'assorbimento del colesterolo, non ha alcun effetto sui livelli di assorbimento dello sterolo in topi NPC1L1-deficienti, suggerendo che la proteina NPC1L1 risulta coinvolta in un meccanismo, sensibile all'ezetimibe, responsabile dell'assorbimento intestinale del colesterolo.

COMMENTO:
L'omeostasi del colesterolo deriva dall'equilibrio finemente controllato di diversi processi fisiologici, quali la sintesi ex-novo, l'apporto dalla dieta, la clearance del colesterolo e l'escrezione degli acidi biliari. I meccanismi di biosintesi e di clearance sono noti e ben definiti. Da tali conoscenze sono derivati nuovi approcci terapeutici per il trattamento dell'ipercolesterolemia e delle malattie cardiovascolari ad essa associate; un esempio per tutti è rappresentato dagli inibitori dell'Idrossimetilglutaril (HMG) CoA reduttasi, meglio noti come statine.
Invece i meccanismi che controllano l'assorbimento intestinale del colesterolo sono poco chiari. Inizialmente si era pensato che la proteina trasportatrice ATP-(ABC)A1 e il recettore SR-B1 avessero un ruolo nell'uptake intestinale, ma l'inattivazione, nei topi, dei geni codificanti per queste proteine non ha determinato alcun effetto su questo processo.
Negli uomini, l'assorbimento del colesterolo avviene a livello dell'intestino tenue prossimale, dove sono disponibili sia il colesterolo assunto con la dieta sia il colesterolo che deriva dagli acidi biliari. La cinetica di secondo ordine del processo, la specificità per lo sterolo e l'inibizione da parte di farmaci come l'ezetimibe, suggeriscono un ruolo da parte di una specifica proteina di trasporto.
Per identificare i geni coinvolti nell'uptake del colesterolo i ricercatori hanno utilizzato un approccio genomico-bioinformatico. Poiché le sequenze dei tessuti gastrointestinali sono poco presenti nei database pubblici, i ricercatori hanno preparato due librerie di cDNA per il sequenziamento, una da frammenti di mucosa di intestino tenue di ratto e un'altra dagli enterociti isolati mediante microdissezione con laser. Le circa 16.500 sequenze espresse (ESTs) derivate da queste librerie sono stati combinati con tutti gli ESTs di ratto disponibili sui database pubblici e confrontate con le corrispondenti sequenze geniche di topo e di uomo. L'unico gene di ratto, probabile candidato, emerso da questa analisi è stato l'NPC1L1. Negli uomini questo gene possiede molte delle caratteristiche (predittive) di una proteina di trasporto plasmatica espressa a livello delle membrane, quali un segnale di secrezione, 13 domini putativi transmembranali e siti di N-glicosilazione localizzati nelle porzioni extracellulari della proteina. Inoltre, questa proteina contiene un dominio sensibile agli steroli e presente in altri geni che giocano un ruolo rilevante nell'omeostasi del colesterolo, inclusi l'enzima HMG-CoA reduttasi e le proteine SCAP, PATCHED e Niemann-Pick C1.
La NPC1L1 presenta un 50% di omologia aminoacidica con la proteina NPC1 il cui gene risulta difettoso nella sindrome di accumulo del colesterolo Niemann-Pick tipo C (NP-C) ed è coinvolto nel trasporto intracellulare del colesterolo. Tuttavia, mentre l'mRNA per la NPC1 è abbondantemente espresso ed ampiamente distribuito in molti tessuti, l'mRNA per la NPC1L1 risulta espresso poco e principalmente a livello del tratto gastrointestinale. Dalle Blast-N e E-Northern analisi di ratto e di topo e dai database di EST umani (numeri di accesso alla GenBank AY437865, AY437866 e AY437867) è emerso che, nel caso del ratto, solo 4 su 289.849 ESTs disponibili, codificavano per la NPC1L1; nel caso di topo, 10 su 2.170.430, di cui 6 provenivano dall'intestino, 2 dal cieco e 2 dall'embrione. Nell'uomo 6 su 9.274.986 ESTs codificavano per la NPC1L1 (2 dal pancreas, 2 dal colon, 1 dalla cistifellea e 1 dal fegato o dalla milza fetale).
I ricercatori hanno stimato l'espressione dell'mRNA per la NPC1L1 in 15 tessuti, tra ratto, topo e uomini; in tutte e tre le specie i valori più alti di espressione dell'mRNA per la NPC1L1 sono stati osservati a livello dell'intestino tenue più precisamente all'interno dello spazio luminale degli enterociti della regione prossimale di questo tratto intestinale, ma non di quelli della regione distale.
Per stimare il ruolo della proteina NPC1L1 nell'assorbimento in vivo del colesterolo i ricercatori hanno condotto degli studi su topi privi della NPC1L1 (-/-) i quali non presentavano alcuna differenza nei livelli plasmatici di colesterolo e di trigliceridi, rispetto ai controlli wild-type (+/+) e ad animali ibridi eterozigoti (+/-). Dopo la somministrazione orale di colesterolo marcato (14C) la quantità di colesterolo assorbito risultava del tutto simile tra i gruppi (+/+) e (+/-), (45 ± 4% e 51 ± 3% rispettivamente di una dose orale). Invece nel caso del gruppo (-/-) l'assorbimento è stato del 15,6 ± 0,4%, corrispondente ad una riduzione del 69% rispetto ai topi (+/+) (p<0,001).
L'ezetimibe è un farmaco che inibisce l'assorbimento di colesterolo derivante dalla dieta e dagli acidi biliari, sia nei roditori che negli uomini e ne è stato recentemente approvato l'impiego per ridurre il colesterolo in pazienti con ipercolesterolemia. Nei topi (+/+) il farmaco riduceva l'assorbimento del colesterolo dal 68% al 73%, una percentuale molto simile a quella osservata negli animali (-/-) non trattati con ezetimibe. Inoltre la somministrazione del farmaco a questi ultimi non determinava alcuna variazione nei livelli di colesterolo assorbito. Ciò suggerisce un ruolo essenziale della proteina NPC1L1 nell'assorbimento del colesterolo.
Poiché ezetimibe inibisce l'ingresso del colesterolo negli enterociti, tale riduzione si traduceva in una up-regulation dell'mRNA codificante per l'HMG CoA reduttasi a livello intestinale (circa tre volte), senza alcun effetto significativo sull'espressione di ABCG5 e di ABCG8. Il minor apporto di colesterolo dall'intestino al fegato causa un'altra up-regulation di circa 3,8 volte dell'mRNA per l'HMG CoA reduttasi epatica, suggerendo che l'aumento della sintesi epatica del colesterolo è responsabile dei livelli plasmatici normali di colesterolo osservati in questo gruppo di animali.
Questi dati indicano che la proteina NPC1L1 è fondamentale per il passaggio attraverso la membrana plasmatica del colesterolo negli enterociti intestinali. I tentativi di ricostruire un trasportatore attivo del colesterolo in cellule diverse dagli enterociti mediante una sovraespressione di NPC1L1 non ha avuto successo, suggerendo che in realtà, accanto alla NPC1L1, in queste cellule sono presenti subunità o cofattori addizionali necessari per attivare il trasportatore. La completa insensibilità dei topi privi di NPC1L1 (-/-) all'ezetimibe suggerisce che questa proteina o una proteina associata possa rappresentare il target molecolare di questo farmaco.

Alberico L. Catapano e Alessandra Bertelli, Dipartimento di Scienze Farmacologiche, Università degli Studi di Milano