Melanie Modder

Wereldwijd blijft het aantal mensen met overgewicht of ernstig overgewicht (obesitas) toenemen. Op dit moment kan tenminste 5% van de wereldwijde sterfte in verband worden gebracht met een te hoge hoeveelheid lichaamsvet. Dit komt onder andere doordat obesitas het risico op andere ziekten sterk doet toenemen. Voorbeelden daarvan zijn leververvetting, dat uiteindelijk leverkanker kan veroorzaken, type 2 diabetes en hart- en vaatziekten. Gezamenlijk zetten deze ziekten de gezondheidszorg sterk onder druk.

Hoofdstuk 1 dient als een algemene inleiding, waarin wordt beschreven hoe een verstoorde balans tussen voedselinname en energieverbruik leidt tot een toename van lichaamsvet en uiteindelijk tot de ontwikkeling van obesitas en de eerder genoemde verwante ziektebeelden. Een belangrijke manier om overgewicht tegen te gaan is door het verbeteren van de levensstijl, bijvoorbeeld door gezonder te eten en meer te bewegen. Helaas blijkt dat niet altijd even effectief en bovendien lastig vol te houden op de lange termijn. Een belangrijke reden hiervoor is dat obesitas blijvende veranderingen in het lichaam bewerkstelligt, bijvoorbeeld in de hormonale systemen die het gevoel van honger en verzadiging bepalen. Deze problemen kunnen sinds kort met medicijnen aangepakt worden, waardoor het voor steeds meer mensen realistisch wordt om obesitas te behandelen. In hoofdstuk 1 bespreek ik de recente ontwikkeling van deze medicijnen, en beschrijf ik drie strategieën die kunnen helpen om de behandeling van obesitas en verwante ziekten nog effectiever te maken en bijwerkingen te verminderen. Deze drie strategieën zijn als volgt: (1) medicijnen specifiek laten werken in het juiste weefsel, (2) zorgen dat een medicijn het eiwit waarop het aangrijpt op een optimale manier moduleert, en (3) medicijnen ontwikkelen die meerdere eiwitten/genen tegelijk beïnvloeden. In dit proefschrift heb ik nieuwe therapeutische strategieën onderzocht voor het bestrijden van obesitas-gerelateerde ziekten die gebruik maken van de bovengenoemde strategieën.

In de kern van een cel wordt DNA afgelezen en messenger RNA (mRNA) geproduceerd, dat uiteindelijk wordt omgezet tot een eiwit met een specifieke functie. microRNAs kunnen aan mRNA binden, waarna het mRNA afgebroken wordt. Eén microRNA kan op deze manier de aanmaak van tot wel honderd verschillende eiwitten beïnvloeden. Vaak maken die eiwitten onderdeel uit van een gemeenschappelijke proces. In het geval van microRNA 33a-3p (miR-33a-3p) gaat het dan om de beïnvloeding van eiwitten die betrokken zijn bij de opname van vetten en cholesterol uit de bloedbaan. Meer specifiek tonen wij in Hoofdstuk 2 aan dat miR-33a-3p de hoeveelheid LDL receptor in de lever verhoogt. De LDL receptor zorgt voor het opnemen van LDL-cholesterol (ook wel bekend als het ‘slechte’ cholesterol) uit het bloed, en dus hoe meer van deze receptor hoe kleiner het risico op het ontstaan van slagaderverkalking, dat de meest voorkomende onderliggende oorzaak is van hart- en vaatziekten. Wij ontdekten dat miR-33a-3p de activiteit van de LDL receptor verhoogt door te binden aan het mRNA van twee eiwitten die normaal de LDL receptor afbreken. Daarnaast ontdekten wij dat miR-33a-3p kan binden aan het mRNA voor angiopoietin-like 3 (ANGPTL3). Het verminderen van dit eiwit, zoals ook onderzocht in Hoofdstuk 4, zorgt ervoor dat lipoproteïnen (vet-transporterende bolletjes) in de bloedbaan sneller van hun vetten ontdaan worden door het vetsplitsende eiwit lipoproteïne lipase (LPL) en daardoor ook weer sneller via onder andere de LDL receptor uit de bloedbaan verwijderd worden. Het gecombineerde effect van het behandeling met miR-33a-3p was een verlaging in de hoeveelheid cholesterol en vet in het bloed, en een sterke afname in de vorming van slagaderverkalking in muismodellen die gevoelig zijn voor het ontwikkelen van deze ziekte.

In hoofdstuk 2 zagen wij dus dat miR-33a-3p de ontwikkeling van slagaderverkalking remde. Voor verdere ontwikkeling van miR-33a-3p als medicijn voor mensen is het belangrijk om ook te begrijpen hoe dat precies werkt en welke celtypen verantwoordelijk zijn voor deze effecten. Gegevens uit eerdere experimenten wezen erop dat miR-33a-3p naast zijn effecten op levercellen misschien ook ontstekingscellen positief zou kunnen beïnvloeden, die op hun beurt ook veel invloed hebben op het ontwikkelen van slagaderverkalking. In Hoofdstuk 3 onderzochten wij daarom of het verhogen van de hoeveelheid miR-33a-3p in ontstekingscellen op zich al voldoende zou zijn om de ontwikkeling van slagaderverkalking tegen te gaan. Dit deden we door beenmerg -van waaruit ontstekingscellen in het lichaam aangemaakt worden- te transplanteren vanuit muizen waarin miR-33a-3p wel of niet verhoogd tot expressie kwam naar muizen die gevoelig zijn voor het ontwikkelen van slagaderverkalking. In tegenstelling tot onze verwachting, bleek het verhogen van de hoeveelheid miR-33a-3p in ontstekingscellen de ontwikkeling van slagaderverkalking te verergeren. Waarom dit gebeurde begrijpen we nog niet volledig, maar we vonden wel aanwijzingen wanneer we de verschillende soorten ontstekingscellen die in het bloed voorkomen nader onderzochten. De muizen die getransplanteerd waren met het beenmerg waarin miR-33a-3p verhoogd tot expressie komt hadden een relatieve toename in het aantal monocyten in hun bloed. Van dit celtype is bekend dat deze specifiek kan bijdragen aan de ontwikkeling van slagaderverkalking. De resultaten van Hoofdstuk 2 en 3 samengenomen suggereren dat we mogelijk het beste kunnen toewerken naar een medicijn op basis van miR-33a-3p dat specifiek wordt gestuurd naar levercellen.

Hoofdstuk 3 laat ook zien dat het dus van groot belang is om een medicijn op de juiste plek in het lichaam te krijgen. Met deze gedachte in het achterhoofd onderzochten wij in Hoofdstuk 4 of het remmen van het eiwit ANGPTL4 specifiek in de lever een goede strategie is om de hoeveelheid vetten en cholesterol in het bloed te verlagen en zo de ontwikkeling van slagaderverkalking te verminderen. Dit hebben wij vergeleken met het remmen van ANGPTL3 in de lever. Net als het remmen van ANGPTL3, verhoogt remming van ANGPTL4 de activiteit van LPL en zorgt er daarmee voor dat lipoproteïnen -die slagaderverkalking kunnen veroorzaken- sneller van hun vetten ontdaan worden en daardoor ook weer sneller via onder andere de LDL receptor door de lever uit de bloedbaan verwijderd worden. Wat de ontwikkeling van remmers van ANGPTL4 in het bijzonder heeft tegengehouden is dat het remmen van dit eiwit in het gehele lichaam enorme bijwerkingen veroorzaakt. Dit geeft namelijk opzwelling van lymfeklieren en ophoping van vocht in de buikholte, wijzend op mogelijke negatieve effecten op ontstekingscellen. Verrassend genoeg laten we nu in dit hoofdstuk zien dat medicijnen die ANGPTL3 of ANGPTL4 alleen in levercellen remmen een effectieve strategie is om de hoeveelheid vet en cholesterol in het bloed te verlagen en slagaderverkalking tegen te gaan, maar dan zonder bijwerkingen. Tenminste, dit toonden wij aan in APOE*3-Leiden.CETP muizen als model voor onderzoek naar de ontwikkeling van slagaderverkalking. Een experiment in apen met de lever-specifieke Angptl4-remmer liet zien dat het middel naar alle waarschijnlijkheid veilig is voor toepassing in mensen. De eerste klinische tests van het medicijn in gezonde proefpersonen lieten dan ook geen bijwerkingen zien en daarom wordt de effectiviteit van het medicijn op het moment van schrijven geëvalueerd in patiënten met hart- en vaatziekten.

Ons werk toont dus aan dat de lever een centrale rol speelt in het reguleren van de hoeveelheid vet en cholesterol in het bloed, en dat medicijnen die op deze processen in de lever aangrijpen effectief zijn in het tegengaan slagaderverkalking. Naast de lever spelen ook de hersenen een cruciale rol in het behoud van de metabole gezondheid. Met name de communicatie tussen het centrale zenuwstelsel en de rest van het lichaam is essentieel voor het behouden van een gezond lichaamsgewicht. Echter, om de hersenen te beschermen tegen giftige stoffen en ziekteverwekkers, worden de bloedbaan en zenuwcellen gescheiden door de zogenaamde bloed-hersenbarrière. Er zijn slechts een paar plekken in de hersenen waar wél uitwisseling van stoffen plaatsvindt. De eminentia mediana is één van deze locaties en bevindt zich onder aan de hypothalamus, een belangrijk hersengebied voor de regulatie van energiehuishouding. Speciale cellen genaamd tanycyten verzorgen daar de overdracht van stoffen tussen de bloedbaan en de hersencirculatie. Tanycyten brengen een specifiek eiwit, genaamd doublecortin-like (DCL) hoog tot expressie en de functie van dit eiwit in tanycyten was tot voor kort nog niet bekend. In Hoofdstuk 5 onderzochten wij de rol van DCL in het reguleren van lichaamsgewicht en energieverbruik. Wij toonden aan dat uitschakeling van DCL in muizen een toename van het lichaamsgewicht kan voorkomen door de opbouw van lichaamsvet te verminderen. Het algehele energieverbruik van de muizen werd licht verhoogd in de afwezigheid van DCL, mogelijk als gevolg van een verhoogde hoeveelheid circulerend schildklierhormoon. Daarnaast vonden wij dat zonder DCL de opname van vetten uit het bloed door vetweefsel verhoogd was. Dit klinkt tegenstrijdig met de verminderde opbouw van vetmassa, maar wat we vonden was dat het vetweefsel overschakelde van vetopslag naar ververbranding. Al met al tonen wij een belangrijke, zij het subtiele, rol van DCL aan in het reguleren van lichaamsgewicht, waarbij de hersenen mogelijk via schildklierhormoon vetverbranding door vetcellen stimuleert. Meer onderzoek is nog wel nodig om dit werkingsmechanisme te bevestigen en specifieke aangrijpingspunten voor medicijnen te vinden.

De derde en laatste benadering om de effectiviteit van nieuwe therapieën te vergroten die in dit proefschrift werd onderzocht, is het gebruiken van medicijnen die eiwitten op een optimale manier activeren. Wij hebben dat onderzocht in de context van medicijnen die de glucagon-achtige peptide-1 (GLP-1) receptor activeren. Medicijnen die de werking van GLP-1 nabootsen zijn sinds kort erg succesvol voor de behandeling van type 2 diabetes en obesitas. Dit komt doordat activatie van de GLP-1 receptor in de alvleesklier de afgifte van insuline stimuleert en in het centrale zenuwstel de eetlust vermindert. Daardoor zorgen deze medicijnen ervoor dat patiënten niet alleen een lagere bloedsuikerspiegel krijgen, maar ook afvallen. Wij hebben in Hoofdstuk 6 twee zeer vergelijkbare stoffen getest die de GLP-1 receptor activeren, genaamd acyl-ExD3 en acyl-ExF1. Het grote verschil tussen de twee stoffen is echter dat zij, na het binden aan de GLP-1 receptor aan de buitenkant van de cel, ín de cel verschillende eiwitten activeren. Eerder onderzoek toonde aan dat de activatie van de GLP-1 receptor door acyl-ExF1, vergeleken met acyl-ExD3, gunstiger is voor het langdurig verlagen van de bloedsuikerspiegel in muizen met obesitas en dat deze muizen ook sneller afvallen van dit medicijn. In ons onderzoek vergeleken wij de effecten van acyl ExF1 met die van acyl-ExD3 op de verwerking van vetten in APOE*3-Leiden.CETP muizen. Na een behandeling van deze muizen met deze stoffen via dagelijkse injecties zagen wij inderdaad dat acyl-ExF1 een gunstiger effect had op de bloedsuikerspiegel en het lichaamsgewicht. Geen van beide stoffen had echter effect op de hoeveelheid vetten en cholesterol in het bloed. Toediening van zowel acyl-ExD3 als acyl-ExF1 in de hersenen van de muizen zorgde daarentegen voor een sterke verlaging van de vet- en cholesterolniveaus in het bloed, gekoppeld aan verhoogde de opname van vetten door vetweefsel, mogelijk ook weer voor verbranding in plaats van opslag. Vanuit deze studie concluderen wij dat, hoewel acyl-ExD3 en acyl-ExF1 andere eiwitten activeren na binding aan de GLP-1 receptor, deze verschillen niet uitmaken voor de effectiviteit waarmee de medicijnen vet- en cholesterolniveaus in bloed kunnen verlagen.

Ten slotte werden in Hoofdstuk 7 de resultaten van de experimenten die in dit proefschrift zijn beschreven in de context van de huidige wetenschappelijke literatuur geplaatst. De potentie en uitdagingen van de nieuwe therapeutische benaderingen werden besproken. Met het onderzoek dat in dit proefschrift is uitgevoerd, hoop ik nieuwe inzichten te bieden in de manieren waarop kan worden bijgedragen aan een grotere precisie en effectiviteit van medicijnen voor obesitas en daaraan gerelateerde ziekten. Dit heb ik gedaan door onderzoek te doen naar weefselgerichte medicijnen, medicijnen die tegelijkertijd meerdere eiwitten aangrijpen, en medicijnen die eiwitten op een optimale manier activeren. Ik ben benieuwd wat de toekomst verder nog zal brengen met betrekking tot het optimaliseren van behandelstrategieën voor obesitas.