Lipoproteinmetabolism

Lipoproteinmetabolismen är ett integrerat transportsystem där tarm- och leverproducerade partiklar kontinuerligt byggs om av apolipoproteiner, lipaser, transferproteiner och cellulära receptorer. Balansen mellan partikelproduktion, triglyceridlipolys, remnant- och LDL-clearance samt kolesterolefflux avgör både vävnadernas lipidtillgång och risken för ateroskleros eller hypertriglyceridemiutlöst pankreatit.

Lipoproteinsystemets uppgift och övergripande flöden

Triglycerider, kolesterol, kolesterolestrar och fettlösliga vitaminer är otillräckligt vattenlösliga för fri transport i plasma. De paketeras därför tillsammans med fosfolipider och apolipoproteiner i lipoproteinpartiklar. Systemet förser muskel med fettsyror för oxidation, fettväv med substrat för energilagring och samtliga celler med kolesterol för membranbildning. Det transporterar dessutom kolesterol till steroidogena vävnader och återför överskott till levern för återanvändning eller utsöndring via gallan.

Tre huvudflöden samverkar. I den exogena vägen transporterar tarmproducerade kylomikroner födans triglycerider, kolesterol och fettlösliga vitaminer. I den endogena vägen utsöndrar levern triglyceridrika VLDL-partiklar med apoB-100; dessa omvandlas genom lipolys till IDL och vidare till LDL. Den tredje vägen är den HDL-medierade omvända kolesteroltransporten, där perifert kolesterol överförs till apoA-I-innehållande partiklar och förs direkt eller indirekt till levern.

Flödena är inte isolerade. HDL fungerar som reservoar för utbytbara apolipoproteiner, bland annat apoC-II och apoE, medan CETP och PLTP överför lipider mellan partikelklasserna. Lipoproteinlipas, hepatisk lipas och endotellipas ändrar partiklarnas storlek och sammansättning, och LDL-receptorn samt andra leverreceptorer avslutar cirkulationen genom receptorförmedlat upptag.

Partikelarkitektur och fysikalisk-kemiska principer

En mogen lipoproteinpartikel har en hydrofob kärna av triglycerider och kolesterolestrar. Kärnan omges av ett amfipatiskt ytskikt av fosfolipider, oesterifierat kolesterol och apolipoproteiner. Fosfolipidernas polära huvudgrupper är riktade mot plasma, medan fettsyrasvansarna orienteras mot partikelns hydrofoba inre. Fritt kolesterol ligger i ytan med hydroxylgruppen vänd mot vattenfasen.

Ytan är ett monolager, inte ett bilager som i ett cellmembran. Orsaken är att partikelns inre består av neutrala lipider snarare än en vattenfas. Det finns därför inget behov av ett andra hydrofilt gränsskikt på kärnans insida. Apolipoproteinernas amfipatiska strukturer stabiliserar ytan, motverkar fusion och ger partikeln ligander och igenkänningssignaler för receptorer, enzymer och transferproteiner.

Mogna kylomikroner, VLDL, IDL, LDL och HDL är huvudsakligen sfäriska. Nascent HDL är däremot discoidalt och består initialt av ett fosfolipidrikare skikt som stabiliseras av apoA-I. När LCAT bildar hydrofoba kolesterolestrar flyttas dessa in i kärnan, och HDL antar sfärisk form.

Partikeldiametern sträcker sig från omkring 5 nm för de minsta HDL-partiklarna till upp mot 1 200 nm för stora kylomikroner. Hög andel triglycerider och kolesterolestrar ger stor volym men låg densitet. Protein är tätare än lipid; därför ökar den hydratiserade densiteten när lipid/protein-kvoten sjunker. Kylomikroner är följaktligen störst och minst täta, medan HDL är minst och mest proteinrika.

Klassifikation, sammansättning och partikelheterogenitet

Klassisk indelning bygger på hydratiserad densitet vid ultracentrifugering. Gränserna är operationella: de beror på separationsmetod och innebär inte att alla partiklar inom en klass är identiska.

HDL delas bland annat i större, mindre tätt HDL2 och mindre, tätare HDL3. LDL omfattar stora mer triglyceridfattiga partiklar och små täta LDL. Små täta LDL ses ofta vid hypertriglyceridemi, insulinresistens och metabolt syndrom, där CETP-medierad triglyceridberikning följd av lipashydrolys krymper partiklarna.

Kolesterolkoncentration är inte liktydig med partikelantal. En stor LDL-partikel kan innehålla mer kolesterol än en liten, men båda innehåller en apoB-100-molekyl. Två personer med samma LDL-kolesterol kan därför ha olika antal aterogena partiklar. ApoB speglar detta antal bättre än LDL-kolesterol när partiklarnas kolesterolinnehåll varierar.

Apolipoproteiner: struktur, ligander och enzymreglering

Apolipoproteinerna har strukturella och regulatoriska funktioner. ApoB är icke-utbytbart och följer partikeln under hela dess livstid. ApoB-48 utgör den obligatoriska stommen i kylomikroner och deras remnants. ApoB-100 finns i en kopia i varje VLDL-, IDL-, LDL- och Lp(a)-partikel och fungerar dessutom som ligand för LDL-receptorn.

ApoA-I är amfipatiskt och kan cirkulera i lipidfattig form eller ingå i HDL. Det binder lipider från ABCA1 och stimulerar LCAT. ApoE har hög affinitet till flera leverreceptorer och är särskilt viktigt när kylomikronremnants och IDL avlägsnas. ApoC-II aktiverar LPL, medan apoC-III motverkar både hydrolys och clearance.

ApoA-I, apoC-proteiner och apoE är utbytbara och kan förflyttas mellan HDL och triglyceridrika partiklar. Detta gör HDL till en cirkulerande reservoar för regulatoriska apolipoproteiner. ApoB är däremot så starkt integrerat i partikelns lipidyta att det inte överförs mellan partiklar.

Bildning av apoB-innehållande lipoproteiner

ApoB syntetiseras på ribosomer bundna till endoplasmatiskt retikel. Under translationen överför mikrosomalt triglyceridtransferprotein, MTP, triglycerider och kolesterolestrar till den växande apoB-kedjan. Denna kotranslationella lipidisering förhindrar att apoB felveckas och degraderas. Ytterligare lipider tillförs i ER och Golgi innan partikeln blir sekretionskompetent.

Partikelproduktionen regleras till stor del genom tillgången på lipider. ApoB syntetiseras relativt kontinuerligt, men otillräckligt lipidiserat apoB sorteras till intracellulär degradation. Ökad tillgång på triglycerider och fettsyror gör att fler apoB-molekyler stabiliseras och utsöndras som VLDL eller kylomikroner.

I enterocyten redigeras APOB-mRNA så att ett prematurt stoppkodon uppstår. Resultatet blir apoB-48, som motsvarar ungefär den N-terminala 48-procentiga delen av apoB-100. Hepatocyten saknar denna redigering och producerar fullängds apoB-100, vilket innehåller LDL-receptorbindande struktur.

Biallelisk MTP-brist orsakar abetalipoproteinemi med utebliven bildning av apoB-innehållande lipoproteiner. Följden blir fettmalabsorption, steatorré och brist på framför allt vitamin E men även andra fettlösliga vitaminer, med risk för neurologiska, okulära och hematologiska manifestationer. APOB-defekter kan ge hypobetalipoproteinemi med varierande grad av lågt apoB, fettmalabsorption och hepatisk steatos.

Den exogena vägen: från tarmlumen till kylomikronremnant

Gallsalter emulgerar kostfett och bildar tillsammans med lipolysprodukter blandade miceller. Pankreaslipas hydrolyserar triglycerider huvudsakligen till fria fettsyror och 2-monoacylglycerol. Micellerna transporterar dessa ämnen, kolesterol och fettlösliga vitaminer genom det vattenhaltiga skiktet till enterocytens apikala membran. Kolesterolupptaget sker delvis via NPC1L1.

I enterocyten re-esterifieras monoacylglycerol och fettsyror genom MGAT och DGAT till triglycerider. ACAT2 esterifierar kolesterol så att det kan införlivas i partikelns hydrofoba kärna. MTP lipidiserar apoB-48, varefter partikeln mognar i ER och Golgi till en kylomikron.

Kylomikroner är för stora för direkt passage till portablodet. De utsöndras till tarmvilliens lymfkärl, passerar lymfsystemet och når systemcirkulationen genom ductus thoracicus. I plasma tar de upp apoC-II, apoC-III och apoE från HDL. Postprandiella triglyceridrika partiklar kulminerar vanligen omkring 3–6 timmar efter en fettrik måltid.

Endotelbundet LPL hydrolyserar triglyceriderna. Fettsyrorna tas upp i hjärta och skelettmuskel för oxidation eller i fettväv för re-esterifiering och lagring; glycerol transporteras huvudsakligen till levern. När triglyceridkärnan minskar avges ytlipider och utbytbara apolipoproteiner till HDL.

Kvar blir en mindre, kolesterol- och apoE-rik kylomikronremnant. Den avlägsnas snabbt av levern genom samverkan mellan LDLR, LRP1 och heparansulfatproteoglykaner. ApoE är den centrala liganden, medan apoB-48 inte kan binda LDLR på samma sätt som apoB-100.

Lipoproteinlipas och vävnadsstyrd fettsyradistribution

LPL syntetiseras i parenkymceller, framför allt adipocyter, myocyter och kardiomyocyter. Enzymet transporteras till kapillärendotelet och fångas av GPIHBP1, som för LPL till den luminala ytan och stabiliserar det. Där kan enzymet komma i direkt kontakt med cirkulerande kylomikroner och VLDL.

LPL hydrolyserar triglyceridernas esterbindningar och frigör fria fettsyror och glycerol. ApoC-II krävs som kofaktor, och apoA-V underlättar effektiv interaktion mellan triglyceridrik partikel och lipolyssystem. ApoC-III hämmar däremot LPL-medierad hydrolys och fördröjer även hepatisk remnantclearance.

ANGPTL3, ANGPTL4 och ANGPTL8 reglerar vävnadsfördelningen genom att hämma LPL i olika metabola situationer. Efter måltid styr insulin nettoflödet mot fettväv genom ökad adipös LPL-aktivitet och minskad frisättning av fettsyror från adipocyterna. Under fasta gynnas i stället triglyceridhydrolys och fettsyraoxidation i hjärta och skelettmuskel, medan fettvävens lagringsfunktion minskar.

Vid uttalad LPL-brist eller GPIHBP1-brist kan kylomikroner inte lipolyseras normalt. Resultatet blir persisterande kylomikronemi, mycket höga triglycerider, eruptiva xantom, lipemia retinalis och återkommande buksmärta eller pankreatit. Eftersom defekten gäller clearance har enbart minskad hepatisk VLDL-produktion begränsad effekt om kostens fettbelastning kvarstår.

Den endogena vägen: VLDL, IDL och LDL

Levern använder fettsyror från adipös lipolys, kylomikronremnants och de novo-lipogenes för triglyceridsyntes. När triglyceridtillgången är hög kan fler apoB-100-molekyler lipidiseras och utsöndras som VLDL. Insulinresistens ökar ofta flödet av fria fettsyror från fettväv och stimulerar samtidigt hepatisk lipogenes, vilket bidrar till VLDL-överproduktion.

I plasma tar VLDL upp utbytbara apolipoproteiner och genomgår LPL-medierad triglyceridhydrolys. Partikeln krymper, ytlipider överförs till HDL och den relativa halten kolesterolestrar stiger. VLDL övergår successivt i IDL, det vill säga VLDL-remnants med apoB-100 och apoE.

En del IDL tas snabbt upp i levern genom apoE-bindning till LDLR och andra remnantreceptorer. Återstående IDL förlorar ytterligare triglycerider och fosfolipider genom hepatisk lipas och omvandlas till LDL. Under denna process förloras apoE och apoC, medan apoB-100 stannar kvar som LDL-partikelns strukturella protein.

Vid hypertriglyceridemi kan CETP överföra mycket triglycerider till LDL i utbyte mot kolesterolestrar. Hepatisk lipas hydrolyserar därefter LDL-triglycerider och skapar mindre, tätare partiklar. Lång cirkulationstid ökar dessutom exponeringen för oxidation, glykering och andra modifieringar. Små täta LDL är därför en markör för en metabol miljö med högt partikelantal och långvarig remnantexponering, men samtliga apoB-partiklar är potentiellt aterogena.

LDL-receptorn och intracellulär kolesterolhomeostas

LDLR på hepatocyter och perifera celler binder apoB-100 på LDL. Receptor–partikelkomplexet koncentreras i klatrinklädda gropar och internaliseras. När endosomen försuras dissocierar LDL från receptorn; LDLR återförs normalt till cellytan, medan LDL transporteras till lysosomen.

Lysosomala enzymer hydrolyserar LDL:s kolesterolestrar till fritt kolesterol och fettsyror. Kolesterolet används i membran eller steroidsyntes. Överskott esterifieras av ACAT och lagras som kolesterolestrar i lipiddroppar, vilket begränsar mängden biologiskt aktivt fritt kolesterol.

Stigande intracellulärt kolesterol hämmar aktivering av SREBP2. Därmed minskar transkriptionen av både LDLR och HMG-CoA-reduktas, vilket reducerar LDL-upptag respektive endogen kolesterolsyntes. Statiner hämmar HMG-CoA-reduktas, sänker hepatocytens kolesterolhalt och ökar som kompensation LDLR-uttrycket.

PCSK9 binder LDLR och leder receptorn till lysosomal degradation i stället för återvinning. PCSK9-hämmande antikroppar och PCSK9-riktad siRNA ökar därför mängden återcirkulerande LDLR. IDOL är en intracellulär ubiquitinligas som också kan styra LDLR mot degradation.

Familjär hyperkolesterolemi orsakas vanligen av nedsatt funktion i LDLR men kan även bero på defekt apoB-100-bindning eller aktiverande PCSK9-varianter. Gemensamt är minskad LDL-clearance, förlängd cirkulationstid och kraftigt ökad kumulativ exponering för aterogena partiklar.

HDL-bildning, remodellering och omvänd kolesteroltransport

Levern och tarmen utsöndrar lipidfattigt apoA-I. Genom ABCA1 överför celler fosfolipider och fritt kolesterol till apoA-I, vilket bildar discoidalt pre-β-HDL. Makrofagers ABCA1-medierade efflux är särskilt viktig för att motverka intracellulär kolesterolansamling.

LCAT, aktiverat av apoA-I, överför en fettsyra från fosfatidylkolin till fritt kolesterol. Den nybildade kolesterolestern flyttas till partikelns kärna, varpå HDL blir sfäriskt. ABCG1 kan därefter överföra ytterligare kolesterol till moget HDL.

Kolesterolestrar når levern på två sätt. Vid direkt transport tar SR-BI selektivt upp kolesterolestrar utan att hela HDL-partikeln behöver endocyteras. Vid indirekt transport byter CETP HDL-kolesterolestrar mot triglycerider i VLDL, IDL och LDL, varefter apoB-partiklarna tas upp i levern.

Hepatisk lipas och endotellipas hydrolyserar triglycerider respektive fosfolipider och påverkar HDL:s storlek. PLTP överför fosfolipider och bidrar till fusion, ombyggnad och regenerering av lipidfattigt apoA-I. Systemet är dynamiskt och omfattar många HDL-subpopulationer med olika proteom och funktion.

HDL-kolesterol anger mängden kolesterol i HDL-fraktionen vid provtagningen. Det mäter inte direkt ABCA1/ABCG1-medierad efflux, HDL-partiklarnas antioxidativa egenskaper eller flödet av kolesterol till feces. Ett högt HDL-kolesterol ska därför inte utan vidare tolkas som kausal ateroprotektion, och farmakologisk höjning av koncentrationen behöver inte innebära förbättrad HDL-funktion.

Lipoprotein(a), remnants och andra särskilt aterogena partiklar

Lp(a) består av en LDL-lik partikel med apoB-100 som är kovalent bunden till apo(a) genom en disulfidbindning. Apo(a) innehåller kringle-domäner med strukturell likhet med plasminogen. Koncentrationen bestäms till cirka 70–90 procent genetiskt av LPA-lokus och påverkas starkt av antalet kringle IV typ 2-repetitioner.

Lp(a) kan, liksom LDL, passera in i artärintiman och bindas till extracellulära proteoglykaner. Partikeln transporterar dessutom oxiderade fosfolipider, vilka kan främja endoteldysfunktion, inflammation och förkalkning. Förhöjd Lp(a) är kopplad till aterosklerotisk hjärt-kärlsjukdom och kalcifierad aortastenos.

Begreppet remnantkolesterol avser kolesterolet i triglyceridrika apoB-partiklar och deras kvarvarande remnantpartiklar, huvudsakligen VLDL, IDL och i postprandial plasma kylomikronremnants. Remnants är mindre än nascenta kylomikroner och kan lättare nå kärlväggen. De innehåller ofta mycket kolesterol per partikel och är därför aterogena.

LDL, Lp(a), IDL och tillräckligt små remnants delar den avgörande egenskapen att de innehåller apoB och kan retineras i artärväggen. ApoB-koncentrationen sammanfattar antalet sådana cirkulerande partiklar men skiljer inte mellan deras respektive typer.

Faste–postprandial variation och fysiologisk reglering

Under fasta dominerar leverproducerat VLDL bland de triglyceridrika partiklarna. Adipös lipolys förser lever och muskulatur med fria fettsyror, och LPL-systemet riktar relativt mer fettsyror mot hjärta och skelettmuskel för oxidation. Kylomikroner ska normalt inte kvarstå efter en tillräckligt lång fasta.

Efter en måltid utsöndras kylomikroner samtidigt som VLDL finns kvar i cirkulationen. De konkurrerar om en mättnadsbar LPL-medierad lipolyskapacitet. Om VLDL-produktionen redan är hög, exempelvis vid insulinresistens, kan postprandial clearance därför bli långsam och remnantbelastningen öka. Insulin dämpar normalt adipös lipolys och styr fettsyror mot lagring i fettväv.

Kostens fettmängd bestämmer framför allt kylomikronbelastningen, medan högt energi- och kolhydratöverskott kan öka de novo-lipogenes och VLDL-sekretion. Alkohol kan både öka hepatisk triglyceridsyntes och hämma fettsyraoxidation. Fysisk aktivitet förbättrar vanligen triglyceridclearance genom ökad muskulär oxidationskapacitet och påverkan på LPL.

Triglycerider och partikelstorlek påverkas även av dygnsrytm, graviditet, ålder och könshormoner. Östrogen kan öka VLDL-produktionen men är samtidigt associerat med högre HDL-kolesterol. Under inflammatorisk akutfasreaktion sjunker ofta apoA-I och HDL-kolesterol, medan serumamyloid A anrikas i HDL och dess sammansättning förändras.

Patofysiologi: från metabol defekt till ateroskleros eller pankreatit

Aterogenesen inleds när apoB-innehållande partiklar passerar endotelet och retineras av proteoglykaner i artärintiman. Där kan de oxideras, aggregera eller modifieras enzymatiskt. Modifierade partiklar aktiverar endotel och medfödda immunsystem, vilket främjar adhesionsmolekyler, monocytmigration och lokal cytokinproduktion.

Makrofager tar upp modifierat LDL genom scavengerreceptorer som inte nedregleras effektivt av intracellulärt kolesterol. Kolesterolestrar ansamlas och cellerna blir skumceller. Fortsatt lipidretention och inflammation driver glattmuskelcellsförändringar, nekrotisk kärna och fibrös kapsel. Kapselruptur eller erosion kan exponera trombogent material och utlösa akut koronart syndrom, ischemisk stroke eller annan aterotrombos.

Risken följer framför allt den kumulativa exponeringen för apoB-partiklar: partikelkoncentration multiplicerad med exponeringstid. Därför ger medfödd LDL-stegring stor livstidsrisk, även om korttidsrisken hos en ung individ förefaller låg.

Svår hypertriglyceridemi har en annan akut komplikation. Vid kylomikronansamling kan pankreatisk mikrocirkulation belastas, och lokal lipolys frisätter höga koncentrationer av fettsyror som skadar acinära celler och kapillärendotel. Detta kan initiera akut pankreatit. Risken är särskilt uttalad vid mycket höga triglyceridnivåer och förstärks av alkohol, dåligt kontrollerad diabetes och andra sekundära faktorer.

Laboratoriebedömning, referensnivåer och analytiska felkällor

Basal lipidbedömning omfattar totalkolesterol, triglycerider, HDL-kolesterol och LDL-kolesterol. Non-HDL-kolesterol beräknas som totalkolesterol minus HDL-kolesterol och inkluderar kolesterolet i samtliga apoB-innehållande partiklar. ApoB mäter i stället deras sammanlagda partikelantal. Lp(a) bör analyseras separat eftersom koncentrationen huvudsakligen är genetiskt bestämd och inte kan härledas ur rutinlipidprofilen.

Icke-fastande prov är tillräckligt för de flesta rutinmässiga riskbedömningar och speglar vardagens postprandiala exponering. Fasteprov eller omprov är lämpligt vid oväntat höga triglycerider, misstänkt svår hypertriglyceridemi, bedömning av möjlig kylomikronemi eller när ett beräknat LDL-värde blir osäkert. Alkoholintag, nyligen genomgången måltid, akut sjukdom och dålig glykemisk kontroll måste vägas in.

Friedewaldformeln i mmol/l är:

LDL-kolesterol = totalkolesterol − HDL-kolesterol − triglycerider/2,2

Formeln uppskattar VLDL-kolesterol från triglyceridkoncentrationen och förutsätter ett relativt stabilt förhållande mellan dessa. Den blir opålitlig vid höga triglycerider och kan ge betydande fel vid mycket lågt LDL-kolesterol. Vid uttalad hypertriglyceridemi används därför inte klassisk Friedewaldberäkning; direkt LDL-mätning eller alternativa beräkningsmetoder kan behövas. Även direkta metoder är metodberoende och kan påverkas av avvikande lipoproteinsammansättning.

Diskordans mellan LDL-kolesterol och apoB är kliniskt viktig. Vid diabetes, metabolt syndrom och hypertriglyceridemi är LDL-partiklarna ofta små och kolesterolfattiga. LDL-kolesterol kan då framstå som måttligt trots ett högt antal aterogena partiklar, vilket avslöjas av förhöjt apoB eller non-HDL-kolesterol. Omvänt kan kolesterolrika, större partiklar ge relativt högt LDL-kolesterol vid lägre partikelantal.

Lp(a) rapporteras i nmol/l, som avser partikelkoncentration, eller mg/dl, som avser massa. Apo(a)-isoformernas storlek varierar med antalet kringle IV typ 2-repetitioner. Någon universell konstant omräkningsfaktor mellan mg/dl och nmol/l finns därför inte, och resultat bör tolkas i den enhet laboratoriets isoformoberoende analys är kalibrerad för.

Slutligen bör lipidprofilen bedömas tillsammans med möjliga sekundära orsaker. TSH, glukos eller HbA1c, leverprover, kreatinin och urinprotein är ofta relevanta. Pågående inflammation, graviditet, alkoholöverkonsumtion och läkemedel kan förändra triglycerider och HDL. Vid mycket högt LDL-kolesterol, tidig aterosklerotisk sjukdom eller familjeanamnes bör familjär hyperkolesterolemi övervägas oberoende av laboratoriets markerade referensgränser.

Källor

• Lipoprotein
• Lipoprotein
• Lipoprotein
• Bild: File:Lipoprotein metabolism.png — Npatchett, CC BY-SA 3.0
• Bild: File:Structure of a Lipoprotein.png — AntiSense, CC BY-SA 3.0