异常的脂质循环和存储是导致心血管疾病和代谢性疾病的风险因素。富含TG(triglycerides,甘油三酯)的脂蛋白(如VLDL,乳糜微粒)在脂蛋白脂肪酶(LPL)的作用下将TG水解成为自由脂肪酸(FFA),进而被不同组织摄取和利用。因此,LPL对于TG代谢和脂肪分布具有重要作用,而LPL的活性受ANGPTL3, 4, 8的调节[1]。
ANGPTL(Angiopoietin-like proteins,血管生成素样蛋白)家族包括8个成员,是分泌型糖蛋白,具有3个保守的结构域,即N端的信号肽、coiled-coil结构域(CCD)和C端fibrinogen-like结构域(FLD);只有ANGPTL8例外,它没有C端的FLD。对于ANGPTL3, 4, 8来说,它们都具有LPL和内皮脂肪酶(EL)的抑制结构域(specific epitope1, SE1)。
图1. ANGPTL家族蛋白结构域[2]
ANGPTL3主要在肝脏中表达,可抑制LPL和EL的酶活性,从而抑制TG水解,也就是抑制VLDL/乳糜微粒向TG含量低的脂蛋白(LDL, HDL)的转换,于是血浆中VLDL水平升高,可引发动脉粥样硬化斑块的产生。另一方面,ANGPTL3的FLD可与α5β3整合素结合,引发斑块新生血管、内膜增厚和炎症等。目前为止,三类ANGPTL3抑制剂药物在开发中,分别是单抗,反义寡核苷酸(ASO)和CRISPR/Cas9基因编辑,它们可促进VLDL的水解。已有的PCSK9抑制剂可促进LDL受体循环,增强肝脏摄取LDL并抑制肝脏分泌VLDL。由于ANGPTL3抑制剂与PCSK9抑制剂的作用机制不同,二者可能具有协同治疗冠心病(CHD)的作用。
图2. ANGPTL3的生物学功能及其抑制剂药物的工作机制[3]
ANGPTL3的活性依赖ANGPTL8的活化,但相对稳定,不受营养状况的影响。而ANGPTL4和ANGPTL8的水平受进食状况的影响,且呈相反的关系。
禁食或运动状态下,ANGPTL4表达上调(ANGPTL8下调),使WAT中LPL的活性减弱。于是,循环中的TG就进入外周组织(如心脏和肌肉)被利用。
ANGPTL3/8复合物分泌入血,可抑制循环系统、以及氧化组织(如心脏、肌肉)中的LPL活性。喂食状态下,ANGPTL8上调(ANGPTL4下调),使得心脏和肌肉中的LPL活性受ANGPTL3/8抑制,进而使得循环中的TG进入白色脂肪组织(WAT)存储起来。
总的来说,ANGPTLs可调节LPL活性,在禁食条件下促进TG被外周组织的利用,并在进食状态下促进脂质存储[4]。
图3. ANGPTL3, 4, 8在不同营养状况下调节血脂的工作机制[1]
ANGPTL3,4,8相关药物
ANGPTL3是一个值得期待的心血管疾病靶点。2021年2月,FDA批准再生元的依维库单抗(evinacumab, anti-hANGPTL3 antibody)治疗家族性高胆固醇血症,这是此类药物中首个被批准上市的(first-in-class)。依维库单抗可降低甘油三酯,用于治疗纯合子家族性高胆固醇血症(HoFH)患者,增加循环中含apoB的脂蛋白的清除率来降低LDL。另外,还有一些开发靶向ANGPTL3的创新疗法的药物,其中比较领先的是辉瑞从Akcea 和 Ionis处获得全球独家许可的Vupanorsen。Vupanorsen作为ANGPTL3的反义寡核苷酸,能够通过抑制ANGPTL3合成,提高脂蛋白脂肪酶(LPL)的活性,从而降低富含TG脂蛋白(TRL)水平。国内也已开始对ANGPTL靶点进行药物研发,如苏州瑞博生物正在开发靶向ANGPTL3的siRNA抑制剂。
活跃在研的ANGPTL8药物只有一款礼来公司的LY-3475766,处于临床I期。这是一款单克隆抗体药物,靶向ANGPTL3/8复合物,可显著降低血脂异常病人血浆中的TG和残存胆固醇含量。靶向ANGPTL4的药物主要有再生元开发的单克隆抗体REGN-1001和Lexicon医药开发的14D12单抗,均用于降血脂。
为助力调控脂质代谢的药物开发,百奥动物自主研发了ANGPTL3, 4, 8的人源化小鼠。
B-hANGPTL3 mice
品系名称:C57BL/6-Angptl3tm1(ANGPTL3)/Bcgen
背景:C57BL/6
产品编号:112224
蛋白表达分析
用ELISA分析杂合B-hANGPTL3小鼠中ANGPTL3蛋白的种属特异性表达。取野生型C57BL/6小鼠和杂合B-hANGPTL3小鼠的血浆进行分析。mANGPTL3的表达在两种鼠中均可检测到,而hANGPTL3的表达只在杂合B-hANGPTL3小鼠中检测到,野生型小鼠中检测不到。
B-hANGPTL3 mice plus
品系名称:C57BL/6-Angptl3tm4(ANGPTL3)/Bcgen
背景:C57BL/6
产品编号:112523
B-hANGPTL3 mice plus小鼠中的mANGPTL3基因(包括3'UTR)被替换为hANGPTL3基因(包括3'UTR),拟用于针对3'UTR设计的核酸药物评估。
蛋白表达分析
用ELISA分析纯合B-hANGPTL3 mice plus小鼠中ANGPTL3蛋白的种属特异性表达。取野生型C57BL/6小鼠和纯合B-hANGPTL3 mice plus小鼠的血浆进行分析。mANGPTL3的表达在野生型小鼠中可检测到。hANGPTL3的表达只在纯合B-hANGPTL3 mice plus小鼠中检测到,野生型小鼠中检测不到。
B-hANGPTL4 mice
品系名称:C57BL/6N-Angptl4tm1(ANGPTL4)/Bcgen
背景:C57BL/6N
产品编号:111085
mRNA表达分析
用RT-PCR分析纯合B-hANGPTL4小鼠中ANGPTL4基因的种属特异性表达。mANGPTL4 mRNA的表达仅在野生型小鼠的脂肪组织中检测到,而hANGPTL4 mRNA的表达只在纯合B-hANGPTL4小鼠中检测到,野生型小鼠中检测不到。
蛋白表达分析
用western blot分析纯合B-hANGPTL4小鼠中ANGPTL4蛋白的种属特异性表达。取野生型小鼠和纯合B-hANGPTL4小鼠的脂肪组织进行western blot分析。ANGPTL4的表达在两种鼠中均可检测到,因为ANGPTL4可种属交叉识别。并且,对于两种鼠来说,ANGPTL4的表达量在禁食状态下更高。
B-hANGPTL8 mice
品系名称:C57BL/6N-Angptl8tm1(ANGPTL8)/Bcgen
背景:C57BL/6N
产品编号:111230
mRNA表达分析
用RT-PCR分析纯合B-hANGPTL8小鼠中ANGPTL8基因的种属特异性表达。mANGPTL8 mRNA的表达仅在野生型小鼠中检测到,而hANGPTL8 mRNA的表达只在纯合B-hANGPTL8小鼠中检测到,野生型小鼠中检测不到。
蛋白表达分析
用ELISA分析纯合B-hANGPTL8小鼠中ANGPTL8蛋白的种属特异性表达。取野生型C57BL/6小鼠和纯合B-hANGPTL8小鼠的血浆进行ELISA分析。ANGPTL8的表达在两种鼠中均可检测到,因为抗体可种属交叉识别。
参考文献
1. Sylvers-Davie KL, Davies BSJ. Regulation of lipoprotein metabolism by ANGPTL3, ANGPTL4, and ANGPTL8. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2021;321(4):E493-E508. doi:10.1152/ajpendo.00195.2021
2. Carbone C, Piro G, Merz V, et al. Angiopoietin-Like Proteins in Angiogenesis, Inflammation and Cancer. Int J Mol Sci. 2018;19(2):431. Published 2018 Feb 1. doi:10.3390/ijms19020431
3. Rhee JW, Wu JC. Dyslipidaemia: In vivo genome editing of ANGPTL3: a therapy for atherosclerosis?. Nat Rev Cardiol. 2018;15(5):259-260. doi:10.1038/nrcardio.2018.38
4. Aryal, Binod et al. “ANGPTL4 in Metabolic and Cardiovascular Disease.” Trends in molecular medicine vol. 25,8 (2019): 723-734. doi:10.1016/j.molmed.2019.05.010