Background.
Among risk factors such as smoking, hypertension and LDL cholesterol, oxidized LDL (ox-LDL) has emerged as a new and interesting factor. Scavenger receptors are a group of cell-surface receptors located on various cell types within the vessel wall with special affinity for ox-LDL. Of all the scavenger receptors involved in coronary heart disease, the lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor (LOX-1) is probably the most important.
Material and methods.
This article provides a general overview of the scavenger receptors, with special emphasis on LOX-1 and its role in hypertension, heart failure, atherosclerotic heart disease and diabetes mellitus, based on the literature and our own published data.
Results and interpretation.
LOX-1 is located in various cell types within atherosclerotic plaque, in humans as well in animals, and it accumulates during the progression of the plaque. The receptor is highly expressed in hypertension, hyperhomocysteinaemia and diabetes mellitus. Data indicate that there is a complex interaction between LOX-1 and a number of different processes, such as inflammation, lipid accumulation and oxidative stress. In addition, LOX-1 seems to have therapeutic potential, and a prospective treatment aiming to reduce the level of LOX-1 may be important in the development of atherosclerotic disease, such as coronary heart disease.
I denne artikkelen gis det en generell oversikt over scavenger-reseptorer med spesiell vekt på LOX-1 og dens betydning ved hypertensjon, hjertesvikt, aterosklerotisk hjerte- og karsykdom og diabetes mellitus. Artikkelen er basert på egne studier og ikke-systematisk gjennomgang av litteratur ved bruk av PubMed (søkeord LOX-1).
Scavenger-reseptorer
Den opprinnelige definisjonen av betegnelsen «scavenger receptor» er reseptorer som medierer opptak av modifiserte proteiner ved hjelp av endocytose. Scavenger-reseptorer er høyt konserverte proteiner som karakteriserer en superfamilie bestående av løselige eller membranbundne reseptorer. Det finnes mange medlemmer av scavenger-reseptorfamilien, og de har vist seg å uttrykke bred ligandspesifisitet (e-tab 1) (1). Reseptorene kan gjenkjenne modifiserte former for LDL, slik som oksidert LDL (oks-LDL), acetylert-LDL og malenylert-LDL, i tillegg til polysakkarider og fosfolipider.
Tabell 1
Medlemmer av scavenger-reseptorfamilien og deres ligander (1). γ
Ubetydelige mengder |
||
Klasse |
Medlemmer |
Ligander |
SR-A |
I, II, III, MARCO |
Ac-LDL, oks-LDL, AGE |
SR-B |
CD36, SR-BI |
Ac-LDL (±)¹, oks-LDL, LDL, HDL, AGE |
SR-E |
LOX-1 |
Ac-LDL (±)¹, oks-LDL, AGE |
Andre: SR-C, SR-D, SR-F |
dSR-1, makrosialin (CD68), SREC-I |
Ac-LDL, oks-LDL |
[i] |
[i] 1 Ubetydelige mengder
LOX-1 reseptoren
Sawamura og medarbeidere klonet i 1977 en ny scavenger- reseptor for oks-LDL fra vaskulære bovine endotelceller (2). Reseptoren er et membranprotein som strukturelt tilhører C-type lektin-familien. Derfor betegnes reseptoren som lektinlik oksidert LDL-reseptor, LOX-1. Reseptoren uttrykkes i stor grad i intima i aorta, placenta, lunger, beinmarg, sentralnervesystemet, testis, nyrer og lever.
LOX-1 fungerer primært som reseptor for oks-LDL, som bindes, internaliseres og som deretter gjennomgår en proteolytisk degradering. I tillegg binder den også delipidisert oks-LDL, noe som betyr at reseptoren gjenkjenner proteindelen av oks-LDL.
Binding av oks-LDL til denne reseptoren induserer mange andre hendelser i cellen, som aktivering av NF-κB, oppregulering av monocytt kjemoattraktant protein-1, og en reduksjon av NO. I tillegg til oks-LDL, inkluderes også andre ligander for LOX-1; poly-anione komplekser, aldrende/apoptotiske celler, aktiverte plater, bakterier og AGE-proteiner (1).
Inflammatoriske cytokiner, så vel som forbolester, angiotensin II (ang-II), oks-LDL og dens aterogene fettinnhold, samt skjærekrefter, kan oppregulere uttrykket av reseptoren. Oks-LDL-opptak via denne reseptoren, kan være involvert i aktivering av endotelet og dermed bidra til en dysfunksjon i aterogenesen (e-tab 2).
Tabell 2
Regulering av LOX-1
Indusere |
Regulatorer |
Referanser |
Inflammatoriske cytokiner |
TNF-α, interleukin-1β, interferon-γ, transformerende vekstfaktor-β1, IL-4, forbol-12-myristat-13-acetat, lipopolysakkarider, skjærekrefter, angiotensin-II, endotelin-1 |
13, 15 |
Oksidativt stress |
Superoksid anion, homocystein, 8-isoprostan, oks-LDL, lysofosfatidyl-kolin, AGE¹-produkter |
9, 11, 12, 26 |
Patologiske tilstander |
Hypertensjon, hyperlipidemi, hyper-homocysteinemi, aterosklerose, diabetes mellitus |
4, 6, 7 |
Inhibitorer |
ACE-hemmere, statiner, superoksid dismutase, PPAR-γ-aktivatorer, acetylsalisylsyre |
23, 25, 26 |
[i] |
[i] ¹ Glykosylerte endeprodukter (advanced glycation end products)
Patofysiologisk betydning av LOX-1
LOX-1 er uttrykt på endotelceller som dekker tidlige aterosklerotiske lesjoner og på makrofager og glatte muskelceller som har hopet seg opp i intima i avanserte aterosklerotiske plakk. Dette indikerer reseptorens viktige rolle både som en initiator og som en akselerator for danning av aterosklerotiske lesjoner.
Hypertensjon
Hypertensjon har lenge vært kjent som en risikofaktor for utvikling av aterosklerose, men sykdomsmekanismen er ennå ikke kartlagt. Det et allment kjent at hypertensjon skyldes en endotelial dysfunksjon hvor endotelial vasodilatasjon – vasokontraksjon er i ubalanse (3). Uttrykket av LOX-1 er sterkt korrelert til sykdommer assosiert med hypertensjon (4). Det er funnet økt uttrykk av LOX-1 i blodkar fra hypertensive dyr og mennesker, noe som tyder på en kobling mellom denne reseptoren og hypertensjon (5). Angiotensiner, og spesielt ang-II, er sammen med oks-LDL involvert i ateroskleroseutvikling (6). Det er vist at pasienter med forhøyede serumverdier av ang-II, og som samtidig har autoantistoffer mot oks-LDL, har økt risiko for akutt hjerteinfarkt (7). I tillegg er det rapportert at høye verdier av serum-lipider, spesielt LDL, øker angiotensin-1 (AT1)-reseptoren, og en aktivering av AT1 er forbundet med utvikling av aterosklerose i karveggen. Blokkering av AT1-reseptoren er dokumentert å redusere risiko for akutt hjerteinfarkt.
Oksidativt stress – LOX-1-syklus
LOX-1-stimulering (oks-LDL) har vist å generere frie radikaler (8). Homocystein er en aterogen substans hos mennesker. Man mener den kan virke gjennom oksidativt stress, og den er funnet positivt korrelert med forekomst av prematur kardiovaskulær sykdom (9). I pasienter med hyperhomocysteinemi fant vi nylig signifikant høyere uttrykk av LOX-1 i perifere mononukleære celler fra blod (PBMC) sammenliknet med matchede kontroller (10). Nagase og medarbeidere viste også iendotelceller in vitro en konsentrasjonsavhengig økning av LOX-1-uttrykket etter homocysteinstimulering (5).
Data tyder på at LOX-1 oppreguleres av stimuli assosiert med oksidativt stress (11, 12). Oksidativt stress er ofte en bakenforliggende årsak til – og en pådriver av – en rekke ulike patologiske prosesser. En «oksidativt stress-syklus» er foreslått når det gjelder LOX-1; oksidativt stress øker LOX-1-nivået og en stimulering av LOX-1-reseptoren resulterer i et ytterligere økt oksidativt stress. Dette vil igjen forårsake en progrediering av sykdom i eksempelvis karvegg. Denne type syklus underbygges av immunfarging av aterosklerotisk plakk som viser en betydelig kolokalisering av LOX-1-reseptoren og dens lipoproteinderiverte ligander. Videre har Cominacini og medarbeidere blant annet vist at ved binding av oks-LDL til LOX-1 reseptoren, blir transkripsjonsfaktoren NF-κB aktivert samtidig som intracellulære reaktive oksygenforbindelser (ROS) øker (9).
Inflammasjon
CD40/40L-signalering spiller en sentral rolle i ateroskleroseutviklingen ved at den aktiverer ulike proinflammatoriske veier. Nylig ble det vist at oks-LDL via LOX-1 gav en oppregulering av CD40/CD40L-signalering i endotelcellekulturer. Denne LOX-1-medierte effekten på CD40/40L ble videre funnet å være avhengig av proteinkinase-Cα (PKCα). Det er også klare data som viser at TNF-α øker nivået av LOX-1 (13). TNF-α er en inflammatorisk signalsubstans som er underlagt den redoks-sensitive transkripsjonsfaktoren NF-κB på gennivå og er i tillegg selv en aktivator av NF-κB (14). Med andre ord, vil en inflammasjon muliggjøre en potensering av LOX-1-uttrykket i karveggen. I tråd med dette viser immunhistokjemiske analyser av aterosklerotisk materiale at TNF-α og LOX-1-uttrykkene korresponderer (15).
Vi har nylig vist at oksidativt stress-markøren, 8-isoprostan, gav en kraftig utskilling av det proinflammatoriske kjemokin IL-8 og en økt MMP-aktivitet i makrofager, uten at LOX-1- gen- eller proteinuttrykket ble endret (16, 17). I motsetning, har vi i en annen cellemodell funnet at 8-isoprostan både øker genuttrykket og aktiviteten av LOX-1-reseptoren, trolig via en mekanisme som involverer NF-κB signalveien (12). Anti-inflammatoriske signalstoffer er kjent for å dempe virkningen av proinflammatoriske stimuli. LOX-1 synes derimot ikke å bli påvirket av antiinflammatoriske cytokiner slik som IL-10 etter oks-LDL-stimulering av humane makrofager (18).
Nye studier viser også at LOX-1 er et adhesjonsmolekyl som binder opp leukocytter i sirkulasjon. En slik egenskap kan tyde på at LOX-1 også er involvert i leukocyttrekruttering i blant annet karvegg ved tidlig inflammasjon. LOX-1 kan dermed være en viktig initiator i en aterosklerotisk prosess.
Aterosklerose
Aterosklerose er en multifaktoriell prosess hvor lipider og inflammasjon spiller en vesentlig rolle. Ett av de første tidlige trinn i en slik utvikling, ved siden av inflammatorisk reaksjon i karveggen, er lipiddeponering i karvegg og en transformasjon av makrofager til såkalte skumceller. Reseptorer involvert i et slikt lipidopptak er scavenger-reseptorer, som inkluderer LOX-1. Immunfarging fra aterosklerotisk materiale, både fra dyr og mennesker, viser at LOX-1 uttrykkes i et karakteristisk mønster. I tidlige lesjoner viser endotelet en betydelig farging, noe som kan tolkes som at LOX-1 er en viktig faktor tidlig i en patologisk transformasjon av karveggen. Samtidig viser modne plakk en opphopning av reseptoren i ulike celletyper (glatte muskelceller, makrofager, skumceller). Dette kan tyde på at LOX-1 kan være innblandet i aterosklerotiske komplikasjoner slik som plakkruptur og trombose. Videre finner man sterkest uttrykk av LOX-1 i deler av arterier som utsettes for betydelige skjærekrefter, slik som i arterielle forgreninger. Sammen med data som viser at ang-II øker LOX-1-uttrykket, tyder dette på at LOX-1 klart er underlagt en hemodynamisk kobling (4).
Diabetes mellitus
Diabetes mellitus er karakterisert som en tilstand av oksidativt stress, endotelial dysfunksjon og oppregulering av adhesjonsmolekyler i inflammatoriske celler (13). Tilstanden er en betydelig risikofaktor for utvikling av aterosklerose, og kardiovaskulær sykdom er den største komplikasjonen og den viktigste årsaken til død av diabetes. Chen og medarbeidere fant at oks-LDL binder seg til, og deretter induserer LOX-1-uttrykket, i endotelcellekulturer (19). Dette tyder på en autoregulering av LOX-1-uttrykket via positive feedbackmekanismer. I diabetiske rotter øker både sirkulerende oks-LDL og uttrykket av LOX-1 i endotelceller, sammenliknet med normale rotter. Dermed kan den autoregulatoriske mekanismen bidra til oppregulering av LOX-1 også in vivo. En økt samhandling mellom LOX-1 og dens ligand kan være involvert i oppreguleringen av reseptoruttrykket ved diabetes, og likedan ved hyperlipidemisk aterosklerose.
Postprandial plasma-glukose er blitt foreslått som en uavhengig risikofaktor for kardiovaskulær sykdom. I dyrkede endotelceller fra aorta inkubert med AGE-produkter, viser det seg at LOX-1-utrykket ble indusert (13). Li og medarbeidere fant at ved å tilsette økende konsentrasjoner av glukose til humane endotelceller fra aorta, øker både LOX-1 genutrykket og proteinet på en doseavhengig måte (20). I tillegg viste forfatterne at inkubering med høy glukosekonsentrasjon øker monocyttadhesjon til endolet via en LOX-1-avhengig signalmekanisme. Ovenstående data tyder altså på at LOX-1 og dens ligander er involvert i vaskulære komplikasjoner som forekommer ved diabetes.
Medikamentell virkning
Hittil er mye av forskningen rundt LOX-1 utført i eksperimentelle systemer, slik som cellekulturer og dyremodeller. Ut ifra disse studiene kan det synes at LOX-1 har moduleringspotensial også in vivo. Blant annet er innholdet av løselig LOX-1 funnet økt i plasma hos pasienter med koronar hjertesykdom, og spesielt hos pasienter med akutt koronarsyndrom (21). Foreløpig er det uklart om løselig LOX-1 er en prediktiv markør for utstabil hjerte- og karsykdom.
Statiner
Statiner er rapportert å ha gunstige effekt også på LOX-1-uttrykket, men den eksakte mekanismen kjenner man foreløpig ikke (22). Data tyder imidlertid på at statiner reduser aktiviteten av den redoks-sensitive transkripsjonsfaktoren NF-κB som igjen påvirker genreguleringen av LOX-1. Men statiner angriper også en annen side av LOX-1-reseptoren, nemlig dens ligand. Det er vel dokumentert at statiner reduserer nivået av oks-LDL in vivo (23). Videre er det også vist at statiner hemmer oks-LDL-indusert oppregulering av ACE (angiotensin converting enzyme). Alle disse egenskapene gjør at statiner er et lovende behandlingsalternativ i en mulig fremtidig modulering av LOX-1 in vivo.
ACE-hemmere
Data viser at ang-II oppreguler uttrykket av LOX-1 på vaskulære glatte muskelceller og endolceller (24). Studier med bruk av ACE-hemmere viser en blokkering av ang-II-mediert effekt på LOX-1 i endotelcellekulturer (24). Videre er det funnet i hyperkolesterolemiske kaniner en markant nedregulering av LOX-1 etter administrering av ACE-hemmere. Disse dataene tyder på at ACE-hemmere, i tillegg til en positiv effekt på blodtrykk, har en gunstig effekt på LOX-1, som også kan ha betydning hos mennesker.
Acetylsalisylsyre
Studier viser at denne syklooksygenase (COX)-hemmeren har flere ulike funksjoner som platehemmer og vasobeskyttende egenskaper (bedre vasodilatasjon). Det er rapportert at acetylsalisylsyre, også på en doseavhengig måte, reduserer LOX-1-uttrykket i endotelcellekulturer parallelt med en reduksjon i MMP-1-nivået. Samtidig ble det i samme arbeid vist at acetylsalisylsyre reduserer fosforyleringen av viktige intracellulære signaler (p38 MAPK) og endotelderivert generering av frie radikaler (superoksider). Disse dataene tyder på at acetylsalisylsyre er multifunksjonell med flere gunstige effekter på karveggen (25), og flere av disse effektene kan være mulige angrepspunkter i fremtidig behandling av LOX-1 in vivo.
PPAR gamma (γ)-agonister
PPARγ-agonistene, tiazolidiner, er i dag et preparat som benyttes i behandling ved bl.a. metabolsk syndrom. Tiazolidiner er vist å redusere TNF-α-indusert uttrykk av LOX-1 i endotelcellekulturer. Videre er også en annen PPARγ-antagonist, 15d-PGJ2, funnet å inhibere IL-1β-indusert oppregulering av LOX-1 i vaskulære glatte muskelceller (15), og tiazolidiner er rapportert å hindre både oks-LDL-, ang-II- og TNF-α-mediert oppregulering av LOX-1 i vaskulære endotelcellekulturer (26). Derfor kan PPARγ-agonister være en potensiell interessant behandlingsstrategi med tanke på regulering av LOX-1 også in vivo.
TNF-blokade
TNF-blokade er en type behandling som i dag er i klinisk bruk, men som også har vært mye omdiskutert (27). Den aterosklerotiske prosessen er karakterisert ved en kronisk inflammatorisk respons i karveggen og blir ofte fulgt av økte verdier av inflammatoriske cytokiner i sirkulasjon, for eksempel TNF-α. En helt sentral transkripsjonsfaktor i kronisk inflammatorisk sykdom er NF-κB (14). Data tyder på at LOX-1 oppreguleres transkripsjonelt av en rekke proinflammatoriske signalmolekyler (IL-1β, TGF-β), inkludert TNF-α. Hvorvidt en direkte TNF-blokade er hensiktsmessig i fremtidig terapi, eller en indirekte modulering av for eksempel transkripsjonsfaktoren NF-κB, er ennå usikkert.
Konklusjon
LOX-1 er en scavenger-reseptor som synes å være involvert i ulike prosesser assosiert med hjerte- og karsykdommer (fig 1). Data tyder på at LOX-1, via opptak av oks-LDL, er involvert i lipidakkumulering, inflammasjon og oksidativt stress. Dette er prosesser som er med på å drive en aterosklerotisk sykdomsutvikling fremover. Reguleringen av LOX-1 er underlagt en selvforsterkende «oksidativt stress-LOX-1»-syklus. LOX-1 er dessuten en reseptor som kan påvirkes av medikamentell behandling, og de hittil mest lovende behandlingsalternativene er trolig statiner og tiazolidiner. Selv om mye forskning gjenstår for helt å forstå ulike reguleringsmekanismer av LOX-1 i en patofysiologisk sammenheng, er allikevel denne reseptoren svært interessant og vil kunne få klinisk betydning innenfor behandling og forebygging av aterosklerotiske hjerte- og karsykdommer i fremtiden.

Manuskriptet ble godkjent 20.1. 2006.
Oppgitte interessekonflikter: Ingen
- 1.
Horiuchi S, Sakamoto Y, Sakai M. Scavenger receptors for oxidized and glycated proteins. Amino Acids 2003; 25: 283 – 92.
- 2.
Sawamura T, Kume N, Aoyama T et al. An endothelial receptor for oxidized low-density lipoprotein. Nature 1997; 386: 73 – 7.
- 3.
Smith CJ, Sun D, Hoegler C et al. Reduced gene expression of vascular endothelial NO synthase and cyclooxygenase-1 in heart failure. Circ Res 1996; 78: 58 – 64.
- 4.
Chen M, Masaki T, Sawamura T. LOX-1, the receptor for oxidized low-density lipoprotein identified from endothelial cells: implications in endothelial dysfunction and atherosclerosis. Pharmacol Ther 2002; 95: 89 – 100.
- 5.
Nagase M, Ando K, Nagase T et al. Redox-sensitive regulation of lox-1 gene expression in vascular endothelium. Biochem Biophys Res Commun 2001; 281: 720 – 5.
- 6.
Mehta JL. The role of LOX-1, a novel lectin-like receptor for oxidized low density lipoprotein, in atherosclerosis. Can J Cardiol 2004; 20 (suppl B): 32B-36B.
- 7.
Singh BM, Mehta JL. Interactions between the renin-angiotensin system and dyslipidemia: relevance in the therapy of hypertension and coronary heart disease. Arch Intern Med 2003; 163: 1296 – 304.
- 8.
Wu R, Nityanand S, Berglund L et al. Antibodies against cardiolipin and oxidatively modified LDL in 50-year-old men predict myocardial infarction. Arterioscler Thromb Vasc Biol 1997; 17: 3159 – 63.
- 9.
Cominacini L, Pasini AF, Garbin U et al. Oxidized low density lipoprotein (ox-LDL) binding to ox-LDL receptor-1 in endothelial cells induces the activation of NF-kB through an increased production of intracellular reactive oxygen species. J Biol Chem 2000; 275: 12633 – 8.
- 10.
Holven KB, Scholz H, Halvorsen B et al. Hyperhomocysteinemic subjects have enhanced expression of lectin-like oxidized LDL receptor-1 in mononuclear cells. J Nutr 2003; 133: 3588 – 91.
- 11.
Weiss N. Mechanisms of increased vascular oxidant stress in hyperhomocys-teinemia and its impact on endothelial function. Curr Drug Metab 2005; 6: 27 – 36.
- 12.
Halvorsen B, Staff AC, Henriksen T et al. 8-iso-prostaglandin F(2alpha) increases expression of LOX-1 in JAR cells. Hypertension 2001; 37: 1184 – 90.
- 13.
Mehta JL, Li D. Identification, regulation and function of a novel lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor. J Am Coll Cardiol 2002; 39: 1429 – 35.
- 14.
Barnes PJ, Karin M. Nuclear factor-kB: a pivotal transcription factor in chronic inflammatory diseases. N Engl J Med 1997; 336: 1066 – 71.
- 15.
Hofnagel O, Luechtenborg B, Stolle K et al. Proinflammatory cytokines regulate LOX-1 expression in vascular smooth muscle cells. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2004; 24: 1789 – 95.
- 16.
Scholz H, Yndestad A, Damas JK et al. 8-isoprostane increases expression of interleukin-8 in human macrophages through activation of mitogen-activated protein kinases. Cardiovasc Res 2003; 59: 945 – 54.
- 17.
Scholz H, Aukrust P, Damas JK et al. 8-isoprostane increases scavenger receptor A and matrix metalloproteinase activity in THP-1 macrophages, resulting in long-lived foam cells. Eur J Clin Invest 2004; 34: 451 – 8.
- 18.
Halvorsen B, Waehre T, Scholz H et al. Interleukin-10 enhances the oxidized LDL-induced foam cell formation of macrophages by antiapoptotic mechanisms. J Lipid Res 2005; 46: 211 – 9.
- 19.
Chen M, Nagase M, Fujita T et al. Diabetes enhances lectin-like oxidized LDL receptor-1 (LOX-1) expression in the vascular endothelium: possible role of LOX-1 ligand and AGE. Biochem. Biophys Res Commun 2001; 287: 962 – 8.
- 20.
Li L, Sawamura T, Renier G. Glucose enhances endothelial LOX-1 expression: role for LOX-1 in glucose-induced human monocyte adhesion to endothelium. Diabetes 2003; 52: 1843 – 50.
- 21.
Kume N, Kita T. Apoptosis of vascular cells by oxidized LDL: involvement of caspases and LOX-1 and its implication in atherosclerotic plaque rupture. Circ Res 2004; 94: 269 – 70.
- 22.
Rosenson RS, Brown AS. Statin use in acute coronary syndromes: cellular mechanisms and clinical evidence. Curr Opin Lipidol 2002; 13: 625 – 30.
- 23.
Schonbeck U, Libby P. Inflammation, immunity, and HMG-CoA reductase inhibitors: statins as antiinflammatory agents? Circulation 2004; 109: II18-II26.
- 24.
Morawietz H, Rueckschloss U, Niemann B et al. Angiotensin II induces LOX-1, the human endothelial receptor for oxidized low-density lipoprotein. Circulation 1999; 100: 899 – 902.
- 25.
Mehta JL. Aspirin for the primary prevention of coronary events. N Engl J Med 2002; 347: 948.
- 26.
Mehta JL, Hu B, Chen J et al. Pioglitazone inhibits LOX-1 expression in human coronary artery endothelial cells by reducing intracellular superoxide radical generation. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2003; 23: 2203 – 8.
- 27.
Khanna D, McMahon M, Furst DE. Anti-tumor necrosis factor alpha therapy and heart failure: what have we learned and where do we go from here? Arthritis Rheum 2004; 50: 1040 – 50.