published_or_final_version / Molecular Biology / Master / Master of Philosophy

[Truncated abstract] The metabolic syndrome is characterized by cardiovascular risk factors including dyslipidemia, insulin resistance, visceral obesity, hypertension and diabetes. The dyslipidemia of the metabolic syndrome includes elevated plasma triglyceride and apolipoprotein (apo) B levels, accumulation of small, dense low-density lipoprotein (LDL) particles and low high-density lipoprotein (HDL) cholesterol concentration. However, the precise mechanisms for this dyslipoproteinemia, specifically low plasma HDL cholesterol, are not well understood. This thesis therefore, focuses on HDL, its structure, function and metabolism. However, lipoprotein metabolism is a complex interconnected system, which includes forward and reverse cholesterol transport pathways. Hence, this thesis also examines and discusses the metabolism of apoB-containing lipoproteins. This thesis tests the general hypothesis that apolipoprotein kinetics are altered in the metabolic syndrome, and that lipid regulating therapies can improve these kinetic abnormalities. The aims were first, to compare and establish the clinical, metabolic and kinetic differences between metabolic syndrome and lean subjects; and second, to determine the regulatory effects of statin therapy, specifically, rosuvastatin on lipoprotein transport in the metabolic syndrome. Five observation statements were derived from the general hypothesis and examined in the studies described below. The findings are presented separately as a series of original publications. Study 1 Twelve men with the metabolic syndrome and ten lean men were studied in a case-control setting. ... These findings explain the HDL raising effects of rosuvastatin in the metabolic syndrome. Collectively, these studies suggest that the dyslipidemia of the metabolic syndrome results from increased production rates of VLDL and LDL particles, reduced fractional catabolic rates of these lipoproteins, together with accelerated catabolism of HDL particles. Treatment with rosuvastatin increases the catabolic rates of all apoB-containing lipoproteins and at a higher dose, decreases LDL apoB production. These effects are consistent with inhibition of cholesterol synthesis leading to an upregulation of LDL receptors. Rosuvastatin decreases the fractional catabolism of HDL particles. The effects of rosuvastatin on HDL kinetics may be related to a reduction in triglyceride concentration and cholesterol ester transfer protein activity. These findings are consistent with the general hypothesis that apolipoprotein kinetics are altered in the metabolic syndrome, and that statin therapy improves these kinetic abnormalities.

O papel do exercício físico na prevenção da doença macrovascular aterosclerótica é atribuído em parte à melhoria no metabolismo de lípides, com evidências para regressão e prevenção no desenvolvimento de aterosclerose. Neste estudo, avaliamos o efeito de 6 semanas de treinamento físico aeróbio (protocolo diário em esteira 15 m/min, 30 min, 5 vezes na semana) sobre o transporte reverso de colesterol (TRC) em camundongos C57BL/6 selvagens e transgênicos para CETP humana (CETP-tg). Estes últimos constituem modelo experimental de TRC que se assemelha aos humanos, pela presença da CETP. O TRC é um sistema antiaterogênico, por meio do qual o colesterol é removido de células periféricas e transportado ao fígado para eliminação na bile e excreção fecal. A metodologia utilizada consistiu na injeção intraperitoneal de macrófagos J774 enriquecidos em LDL-acetilada e 3H-colesterol em animais selvagens e CETP-tg sedentários e treinados, após as 6 semanas de estudo. O perfil lipídico não foi modificado após o treinamento físico, no entanto, apenas no grupo CETP-tg treinado houve aumento na concentração de HDL colesterol ao final do estudo. O treinamento físico aeróbio acelerou o TRC em camundongos selvagens, refletido pela maior recuperação de 3H-colesterol no plasma (após 24 h e 48 h da injeção intraperitoneal) e no fígado (após 48 h), em comparação aos animais selvagens sedentários. Este evento associou-se ao aumento de 60% na expressão dos receptores hepáticos SR-BI, em relação ao grupo sedentário. Nos animais CETP-tg, o treinamento físico aumentou o TRC, com maior recuperação de 3H-colesterol - advindo dos macrófagos - no plasma, fígado e também nas fezes (após 24 h e 48 h), em comparação aos animais transgênicos sedentários. Embora a expressão de SR-BI não tenha sido alterada pelo treinamento físico nos animais CETPtg, observou-se nestes animais aumento na expressão hepática do receptor B-E, contribuindo para a maior remoção de colesterol pelo fígado. Os achados apontam para importante papel do exercício físico aeróbio regular sobre o transporte reverso de colesterol de macrófagos, contribuindo para a prevenção contra a gênese e progressão da aterosclerose. / Regular exercise prevents the development of atherosclerosis. We analyzed the role of a six-week aerobic exercise training program in the macrophage reverse cholesterol transport in wild-type (WT) and in human CETP transgenic (CETP-tg) mice. Animals were randomly assigned to sedentary and trained groups (treadmill 15 m/min, 30-min sessions, 5 sessions per week). Plasma lipids were not modified after training, although HDL-cholesterol concentrations levels increased in trained CETP-tg mice only. Plasma CETP activity was not modified after training. A greater recovery of 3H-cholesterol from J774 macrophages injected into peritoneal cavities of mice was found in plasma and in the liver from exercised WT and CETP animals in comparison to sedentary groups. Exercise training induced a greater excretion of 3H-cholesterol in feces only in the CETP-tg mice. The SR-BI expression in the liver was increased and unchanged in trained WT and CETP-tg mice, respectively. The liver expression of LDL receptor was higher in both groups after training. Alternatively, liver X receptor (LXR) increased only in trained WT mice. Aerobic exercise training improves the macrophage RCT in mice, thereby contributing to the prevention and regression of atherosclerosis. The benefit of exercise on the cholesterol excretion in feces in mice was attained only in the presence of CETP, which elucidates the importance of exercise in the prevention of atherosclerosis in humans.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Agrégation de l'enseignement supérieur, Orientation sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Como demonstrado em estudos prévios, quando injetada em indivíduos, a microemulsão lipídica rica em colesterol sem proteína (LDE) que mimetiza a composição da LDL adquire apoE no plasma e é captada por receptores de LDL. No presente estudo, a LDE marcada com colesterol-H3(CL) e oleato de colesterol-C14(OC) foi injetada em 20 pacientes com doença arterial coronária antes da cirurgia de revascularização miocárdica. Fragmentos de aorta, artéria radial, artéria torácica interna, veia safena e pericárdio descartados durante a cirurgia foram coletados e analisados para radioatividade juntos com amostras seriadas de plasma. A contagem radioativa de LDE-OC foi maior do que a de LDE-CL em todas amostras de plasma coletadas durante 24h, entretanto a captação de LDE-CL foi expressivamente maior do que a do OC em todos os fragmentos. A captação de LDE-CL pela aorta foi cinco vezes maior do que a de LDE-OC (p=0,0379), quatro vezes maior na artéria torácica interna (p=0,033), dez vezes maior na veia safena (p=0,006) e quatro vezes maior no pericárdio (p=0,010). Apenas na artéria radial a captação não obteve significância estatística (p=0,053). Os estudos in vitro de captação celular, bloqueio e das marcações imuno-histoquímicas confirmaram os achados in vivo. Concluindo, a expressiva captação vascular do CL comparada com à do OC sugere que o CL dissocia-se a partir das partículas da microemulsão e precipita-se nos vasos. Considerando a LDE como um modelo de microemulsão artificial para a LDL, os resultados sugerem que este tipo de deposição do CL na parede vascular pode constituir um novo mecanismo para a aterogênese. / As shown in previous studies, when injected into subjects, a protein-free cholesterol-rich microemulsion (LDE) that mimics LDL composition acquires apoE in the plasma and is taken-up by LDL receptors. In the current study, LDE labeled with H3-Cholesterol (FC) and C14-Cholesteryl Oleate(CO) was injected into 20 coronary artery disease patients 24h before myocardial revascularization surgery. Fragments of aortic, radial, internal thoracic arteries, safenous vein and pericardium discarded during surgery were collected and analyzed for radioactivity together with serial plasma samples. The radioactive counting of LDE-CO was greater than that of LDE-FC in all the plasma samples collected over 24h, but the uptake of LDE-FC was markedly greater than that of CO in all fragments. The uptake of LDE-FC by aorta was 5-fold greater than that of LDE-CO (p=0,0379), 4-fold greater in the internal thoracic artery (p=0,033), 10-fold greater in safenous vein (p=0,006) and 4-fold greater in pericardium (p=0,010). Only in the radial artery the uptake didn\'t attains statistical significance (p=0,053). The in vitro studies of cell uptake, blocking and immunohistochemistry marks confirm the in vivo finds. In conclusion, the remarkably greater vessel tissue uptake of FC compared with CO suggests that FC dissociate from the microemulsion particles and precipitate in the vessels. Considering LDE as an artificial microemulsion model for LDL, the results suggests that this type of FC deposition in the arterial wall, might constitute a novel atherogenic mechanism.

Como demonstrado em estudos prévios, quando injetada em indivíduos, a microemulsão lipídica rica em colesterol sem proteína (LDE) que mimetiza a composição da LDL adquire apoE no plasma e é captada por receptores de LDL. No presente estudo, a LDE marcada com colesterol-H3(CL) e oleato de colesterol-C14(OC) foi injetada em 20 pacientes com doença arterial coronária antes da cirurgia de revascularização miocárdica. Fragmentos de aorta, artéria radial, artéria torácica interna, veia safena e pericárdio descartados durante a cirurgia foram coletados e analisados para radioatividade juntos com amostras seriadas de plasma. A contagem radioativa de LDE-OC foi maior do que a de LDE-CL em todas amostras de plasma coletadas durante 24h, entretanto a captação de LDE-CL foi expressivamente maior do que a do OC em todos os fragmentos. A captação de LDE-CL pela aorta foi cinco vezes maior do que a de LDE-OC (p=0,0379), quatro vezes maior na artéria torácica interna (p=0,033), dez vezes maior na veia safena (p=0,006) e quatro vezes maior no pericárdio (p=0,010). Apenas na artéria radial a captação não obteve significância estatística (p=0,053). Os estudos in vitro de captação celular, bloqueio e das marcações imuno-histoquímicas confirmaram os achados in vivo. Concluindo, a expressiva captação vascular do CL comparada com à do OC sugere que o CL dissocia-se a partir das partículas da microemulsão e precipita-se nos vasos. Considerando a LDE como um modelo de microemulsão artificial para a LDL, os resultados sugerem que este tipo de deposição do CL na parede vascular pode constituir um novo mecanismo para a aterogênese. / As shown in previous studies, when injected into subjects, a protein-free cholesterol-rich microemulsion (LDE) that mimics LDL composition acquires apoE in the plasma and is taken-up by LDL receptors. In the current study, LDE labeled with H3-Cholesterol (FC) and C14-Cholesteryl Oleate(CO) was injected into 20 coronary artery disease patients 24h before myocardial revascularization surgery. Fragments of aortic, radial, internal thoracic arteries, safenous vein and pericardium discarded during surgery were collected and analyzed for radioactivity together with serial plasma samples. The radioactive counting of LDE-CO was greater than that of LDE-FC in all the plasma samples collected over 24h, but the uptake of LDE-FC was markedly greater than that of CO in all fragments. The uptake of LDE-FC by aorta was 5-fold greater than that of LDE-CO (p=0,0379), 4-fold greater in the internal thoracic artery (p=0,033), 10-fold greater in safenous vein (p=0,006) and 4-fold greater in pericardium (p=0,010). Only in the radial artery the uptake didn\'t attains statistical significance (p=0,053). The in vitro studies of cell uptake, blocking and immunohistochemistry marks confirm the in vivo finds. In conclusion, the remarkably greater vessel tissue uptake of FC compared with CO suggests that FC dissociate from the microemulsion particles and precipitate in the vessels. Considering LDE as an artificial microemulsion model for LDL, the results suggests that this type of FC deposition in the arterial wall, might constitute a novel atherogenic mechanism.

Alterações metabólicas são muito frequentes em doentes graves. Sepse grave e choque séptico são condições clínicas muito prevalentes em unidades de terapia intensiva (UTI). A mortalidade da sepse grave e, especialmente do choque séptico, persiste alta, apesar das terapêuticas desenvolvidas nas últimas décadas. Controle rigoroso da glicemia parece ser uma terapia adjuvante muito importante, especialmente em doentes cirúrgicos graves. Ainda há controvérsias sobre o controle glicêmico rigoroso em doentes clínicos. Além da hiperglicemia, alguns estudos procuraram associar distúrbios no metabolismo de lipoproteínas e pior prognóstico para doentes graves. Também foi descrita a associação de hiperglicemia e quantidades mais baixas de lipoproteínas, sugerindo, possivelmente, o controle glicêmico rigoroso como fator importante para correção dos distúrbios do metabolismo de lipoproteínas. Neste estudo, dosamos LDL, HDL, triglicerídeos, colesterol total, ácidos graxos livres e Ox-LDL em 63 pacientes com diagnóstico de sepse grave ou choque séptico, divididos em dois grupos, sendo um grupo mantendo controle glicêmico rigoroso e outro grupo mantendo um controle glicêmico mais liberal, com internação em unidade de terapia intensiva (UTI) nas primeiras 72 horas de internação. Independentemente do grupo alocado, as concentrações séricas de LDL, HDL, colesterol total estiveram abaixo dos valores considerados normais. De outro modo, as concentrações séricas de ácidos graxos livres, triglicérides e Ox-LDL estiveram acima dos valores considerados normais. Ao longo das 72 horas houve manutenção das concentrações séricas de HDL e de colesterol total e das concentrações séricas elevados de ox-LDL e triglicérides. Houve um aumento progressivo das concentrações séricas de LDL e diminuição das concentrações séricas de ácidos graxos livres mais pronunciada nos doentes submetidos a controle glicêmico rigoroso. Ao longo do período de estudo, os pacientes sobreviventes apresentaram menores necessidades de insulina exógena, porém com concentrações séricas glicêmicas similares. As dosagens de Ox-LDL, LDL, HDL e PCR permaneceram similares entre os sobreviventes e os não sobreviventes / Metabolic disturbances are very frequent among critical care patients. Severe sepsis and septic shock are clinical conditions responsible for a great number of patients admitted to ICU. Severe sepsis and septic shock mortality rates remain high instead of new approaches developed in last decades. Intensive glycemic control appeared to be an important adjuvant therapy, especially among surgical intensive care patients. There are still some controversies about the benefits of intensive glycemic control among clinical intensive care patients. Beyond hyperglycemia, some studies have tried to associate lipid metabolism disturbances to worse prognosis. There are also descriptions of association between hyperglycemia and lower lipoproteins levels, suggesting the possible positive effects of intensive glycemic control and better control of lipid disturbances. In this study, we collected sequential serum LDL, HDL, triglycerides, total cholesterol, free fatty acids and Ox-LDL for 63 patients diagnosed as severe sepsis or septic shock admitted to ICU, in the first 72 hours after beginning of the symptoms. Patients were randomly allocated into two different groups, one for intensive glycemic control and the other maintaining more liberal glycemic levels. Results: Serum levels of LDL, HDL, and total cholesterol were below levels considered normal in both groups. Contrary, serum levels of free fatty acids, triglycerides and Ox-LDL were above normal levels in both groups. Along initial 72 hours we noticed a clear increase in LDL serum levels and decrease in free fatty acids serum levels more pronounced in the intensive glycemic control group. Survivors needed less dosages of exogenous insulin, despite of similar glycemic levels. Serum levels of Ox-LDL, LDL, HDL and CRP were similiar for survivors and non-survivors

Alterações metabólicas são muito frequentes em doentes graves. Sepse grave e choque séptico são condições clínicas muito prevalentes em unidades de terapia intensiva (UTI). A mortalidade da sepse grave e, especialmente do choque séptico, persiste alta, apesar das terapêuticas desenvolvidas nas últimas décadas. Controle rigoroso da glicemia parece ser uma terapia adjuvante muito importante, especialmente em doentes cirúrgicos graves. Ainda há controvérsias sobre o controle glicêmico rigoroso em doentes clínicos. Além da hiperglicemia, alguns estudos procuraram associar distúrbios no metabolismo de lipoproteínas e pior prognóstico para doentes graves. Também foi descrita a associação de hiperglicemia e quantidades mais baixas de lipoproteínas, sugerindo, possivelmente, o controle glicêmico rigoroso como fator importante para correção dos distúrbios do metabolismo de lipoproteínas. Neste estudo, dosamos LDL, HDL, triglicerídeos, colesterol total, ácidos graxos livres e Ox-LDL em 63 pacientes com diagnóstico de sepse grave ou choque séptico, divididos em dois grupos, sendo um grupo mantendo controle glicêmico rigoroso e outro grupo mantendo um controle glicêmico mais liberal, com internação em unidade de terapia intensiva (UTI) nas primeiras 72 horas de internação. Independentemente do grupo alocado, as concentrações séricas de LDL, HDL, colesterol total estiveram abaixo dos valores considerados normais. De outro modo, as concentrações séricas de ácidos graxos livres, triglicérides e Ox-LDL estiveram acima dos valores considerados normais. Ao longo das 72 horas houve manutenção das concentrações séricas de HDL e de colesterol total e das concentrações séricas elevados de ox-LDL e triglicérides. Houve um aumento progressivo das concentrações séricas de LDL e diminuição das concentrações séricas de ácidos graxos livres mais pronunciada nos doentes submetidos a controle glicêmico rigoroso. Ao longo do período de estudo, os pacientes sobreviventes apresentaram menores necessidades de insulina exógena, porém com concentrações séricas glicêmicas similares. As dosagens de Ox-LDL, LDL, HDL e PCR permaneceram similares entre os sobreviventes e os não sobreviventes / Metabolic disturbances are very frequent among critical care patients. Severe sepsis and septic shock are clinical conditions responsible for a great number of patients admitted to ICU. Severe sepsis and septic shock mortality rates remain high instead of new approaches developed in last decades. Intensive glycemic control appeared to be an important adjuvant therapy, especially among surgical intensive care patients. There are still some controversies about the benefits of intensive glycemic control among clinical intensive care patients. Beyond hyperglycemia, some studies have tried to associate lipid metabolism disturbances to worse prognosis. There are also descriptions of association between hyperglycemia and lower lipoproteins levels, suggesting the possible positive effects of intensive glycemic control and better control of lipid disturbances. In this study, we collected sequential serum LDL, HDL, triglycerides, total cholesterol, free fatty acids and Ox-LDL for 63 patients diagnosed as severe sepsis or septic shock admitted to ICU, in the first 72 hours after beginning of the symptoms. Patients were randomly allocated into two different groups, one for intensive glycemic control and the other maintaining more liberal glycemic levels. Results: Serum levels of LDL, HDL, and total cholesterol were below levels considered normal in both groups. Contrary, serum levels of free fatty acids, triglycerides and Ox-LDL were above normal levels in both groups. Along initial 72 hours we noticed a clear increase in LDL serum levels and decrease in free fatty acids serum levels more pronounced in the intensive glycemic control group. Survivors needed less dosages of exogenous insulin, despite of similar glycemic levels. Serum levels of Ox-LDL, LDL, HDL and CRP were similiar for survivors and non-survivors

A relação entre transferência de lipídeos, idade e aterogênese são complexas e ainda não estão claras. É possível que a troca de lipídeos esteja alterada com a avançar da idade e relacionada com a Doença Arterial Coronariana (DAC). O objetivo deste trabalho foi verificar a hipótese se em indivíduos mais jovens a habilidade da HDL de receber lipídeos é diferente de indivíduos mais velhos com e sem a evidência clínica da DAC. Dentro desses aspectos, foram determinados o diâmetro da partícula desta lipoproteína, a atividade da Paraoxonase (PON1) e sua capacidade de receber lipídeos. Para tanto, foram estudados 86 indivíduos divididos em quatro grupos: adulto jovem (25±4), meia-idade (42±8), idosos sem evidência clínica de DAC (75±6) e idosos com DAC (74±5). Uma nanoemulsão artificial rica em colesterol (LDE) marcada com 3H-TG e 14C-CL ou 3H-CE e 14C-FL foi incubada com plasma. Após a precipitação de outras lipoproteínas, o sobrenadante contendo HDL foi separado e em seguida, medida a radioatividade. O diâmetro da HDL foi medido por laser scattering (nm). Foram constatadas diferenças significativas entre as taxas de transferência de 3H-éster de colesterol (CE) entre os grupos: adulto jovem (3.7±1.0%); meia idade (4.1 ±0.7%) e idosos (5.3±1.8%);p= 0.024. Também ocorreu diferença entre as taxas de transferência do 14C-fosfolipídeo (FL): adulto jovem (18.7±4.6%), meia idade (18.3 ±4.0%) e idosos (20.6±5.3); p=0.0368. Com relação ao tamanho das partículas de HDL, foi encontrada diferença entre os grupos: os grupos adulto jovem (8.9± 0.3nm) e meia idade (8.9± 0.3nm) apresentaram menores diâmetros de HDL quando comparados ao do grupo de idosos sem evidência clínica da DAC (9.7± 1.6);p= 0,0444. As transferências de lipídeos foram expressas em % de radioatividade. A idade correlacionou-se positivamente com a taxa de transferência do 3H- éster de colesterol (r=0.3365; p=0.0036), com a concentração de colesterol total (r=0.4965; p=0.0001) e com a concentração de HDL colesterol (r=0.3559; p=0.0023). Também houve correlação positiva com o tamanho de HDL (r=0.3695; p=0.0013). Em princípio, os indivíduos idosos sem evidência clínica da DAC, aparentemente têm alguma proteção contra a mesma. Desse modo, com o intuito de saber se os resultados encontrados no presente trabalho sustentam a afirmação acima, foi realizada a comparação desse grupo com um grupo de idosos que apresentavam a DAC. O grupo com DAC apresentou menor tamanho de partícula de HDL (8,7±0,7). As taxas de transferência de 3H-CE e de 14C-FL também foram menores neste grupo (3H-CE=3,1 ±2,3 e 3H-TG= 5,1 ±1 ,6). Devido ao importante papel antiaterogênico da HDL, esses resultados podem ser relevantes para estabelecer novos mecanismos existentes entre os aspectos qualitativos dessa lipoproteína, o avanço da idade e a presença da DAC. / The relationship between transfer of lipids, age and atherogenesis are complex and yet unclear and is possible that the shift of lipids to HDL may be altered by the aging process and related with coronary artery disease (CAD). We tested the hypothesis whether in younger patients the ability of HDL to receive lipids is different from that of elderly patients with or without CAD. Inside of these aspects, the HDL size, the activity of Paraoxonase (PON1) and its capacity to receive lipids was determined. It was studied, 25 younger, 25 middle age, 36 elderly patients with a coronariography and/or a perfusion scintilography on the last 6 months (11 with CAD, 74±5 yo; and 25 patients without proved CAD, 75±6 yo). An artificial cholesterol-rich nanoemulsion labeled with 3H-TG and 14C-FC or H-CE and 14C-PL was incubated, per 1 hour, with plasma. After chemical precipitation of apoB-containing lipoproteins and the nanoemulsion, the supernatant containing HDL was counted for radioactivity. The HDL diameter was measured by laser-light-scattering. Transfer of CE and PL to HDL was smaller in young patients than in the elderly patients without CAD, but the transfer of the other lipids are equal (CE: young= 3.7±1.0%; middle age= 4.1 ±0.7%; elderly without CAD= 5.3±1.8%; p= 0.024 and PL: young= 18.7±4.6%; middle age= 18.3 ±4.0%; elderly without CAD= 20.6±5.3; p=0.0368). The HDL size was greater in elderly group without CAD (9.7± 1.6nm) than in younger (8.9± 0.3nm) and middle age patients (8.9± 0.3nm); p=0,0444. Transfer of lipids to HDL was expressed as % of total incubated radioactivity. The age positively correlated with the transfer of CE (r=0.3365; p=0.0036), with the total cholesterol concentration (r=0.4965; p=0.0001) and with the HDL concentration cholesterol (r=0.3559; p=0.0023). Also had positive correlation with the size of HDL (; p=0.0013). In principle, the aged patients without CAD, have some protection against the same one. In this aspect, with intention to know if the results found in the present work support the affirmation above, was compared this group with a group of aged that presented the CAD. Comparing elderly patients without CAD with elderly patients with CAD, the transfer of CE and FL as well as HDL size was smaller in the CAD group (CE=3.1±2.3 and TG= 5.1±1.6; 8.7±0.7nm). Due to HDL important antiatherogenic roles, this result can be relevant to establish new mechanisms and risk factors in aging and in CAD.