Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition - Vol. XVI - n° 3 - mars 201280

N o u v e a u x c o n c e p t s

La PCSK9 : un acteur incontournable du métabolisme du cholestérolPCSK9: a master regulator of cholesterolemiaPhilippe Costet*, Bertrand Cariou*

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y » La PCSK9 est une protéine plasmatique qui freine l’action des statines. Sa neutralisation s’avère être une stratégie payante pour abaisser le LDL-cholestérol.

Mots-clés : PCSK9 – Dyslipidémie – LDL – Foie – Recherche trans-lationnelle.

Plasma PCSK9 is a break on the beneficial effect of statins. Its removal seems to be a winning strategy to lower LDL-cholesterol.

Keywords: PCSK9 – Dyslipidemia – LDL – Liver – Translational research.

* Inserm UMR S1087, institut du thorax, Nantes ;

CHU de Nantes.

L a neutralisation de la PCSK9 (Proprotein Convertase Subtilisin Kexin Type 9), une protéine plasmatique, promet d’être une stratégie payante pour abaisser

le LDL-cholestérol (LDL-c), facteur de risque cardiovas-culaire majeur. Une recherche translationnelle intense a permis d’identifier l’effet très protecteur de la défi-cience en PCSK9 vis-à-vis du risque cardiovasculaire, et de comprendre comment cette protéine freine l’effet des statines en s’opposant à l’élimination du LDL-c. Des agents thérapeutiques nouveaux dans le domaine des dyslipidémies visant la neutralisation de la PCSK9 sont en cours d’évaluation clinique.

La PCSK9, une enzyme clivée, sécrétée… et “baillonnée”

La PCSK9 est une protéine exprimée essentiellement dans le foie, le rein et l’intestin (1). Elle constitue le neuvième membre de la famille des proprotéines convertases, qui activent une multitude de substrats (hormones, neuropeptides, etc.) en les clivant et qui sont ainsi impliquées dans de très nombreux processus biologiques. La PCSK9 se clive elle-même dans le réticulum endo-plasmique, progresse dans le golgi et est finalement sécrétée dans le sang (62 kDa) [1] (figure). Le pep-tide libéré par l’autoclivage, correspondant au pro-domaine, reste lié à la PCSK9 et empêche tout accès

au site catalytique. Contrairement aux prodomaines des autres proprotéines convertases qui peuvent être à nouveau clivés à distance du site de synthèse de l’enzyme, libérant ainsi leur activité enzymatique, le prodomaine de la PCSK9 reste intact et demeure lié à la protéine une fois celle-ci sécrétée dans le plasma (1). Alors que son activité autocatalytique est absolument nécessaire au début de son trafic intracelullaire, la PCSK9, une fois sécrétée, est donc une enzyme “bail-lonnée”, même si de petits peptides semblent avoir accès à son site catalytique.

La PCSK9 plasmatique et le récepteur du LDL : le baiser de la mort

La seule activité biologique indubitable de la PCSK9 est d’inhiber la voie du récepteur du LDL (LDLR). En l’absence de PCSK9, la lipoprotéine LDL, riche en chole-stérol, se lie à son récepteur et l’ensemble est endocy-tosé (figure). Alors que la particule de LDL est orientée vers les lysosomes, où ses composants sont métabo-lisés ou recyclés, le LDLR est redirigé vers la surface de l’hépatocyte pour capturer une nouvelle particule de LDL. La PCSK9 circulante interrompt ce cycle en se liant au domaine extracellulaire du LDLR, agissant ainsi comme une protéine chaperon. L’ensemble est endocytosé, mais, au lieu de repartir vers la membrane, le LDLR et la PCSK9 sont détruits dans les lysosomes.

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La PCSK9 : un acteur incontournable du métabolisme du cholestérol

En somme, plus les concentrations plasmatiques de PCSK9 sont élevées, moins l’hépatocyte présente de LDLR à sa surface et plus la cholestérolémie augmente.Des expériences chez la souris montrent que 70 % de la PCSK9 circulante provient du foie (1). Elle a une demi- vie courte (5 mn) et agit très rapidement sur le LDLR (1). La PCSK9 agit comme une véritable hormone et module l’expression du LDLR dans d’autres organes, dont l’intestin, le tissu adipeux, les poumons et les reins (1). Le LDLR des surrénales échappe à l’emprise de la PCSK9, sans que les déterminants moléculaires de cette spécificité soient connus. Il est possible que la PCSK9 dirige le flux de cholestérol vers cet organe pour maintenir la production des hormones stéroïdes.Les preuves de la dégradation d’au moins un autre membre de la famille du LDLR, le VLDLR, s’accumulent. Le VLDLR, peu exprimé dans le foie, est présent dans le tissu adipeux, le muscle squelettique et le cœur. Il permet de délivrer aux organes périphériques les acides gras issus des chylomicrons intestinaux après un repas, ou des VLDL hépatiques toute la journée, via la liaison à leur apolipoprotéine E. La PCSK9 favorise la dégrada-tion du VLDLR du tissu adipeux viscéral chez la souris (mais pas du tissu adipeux sous-cutané), modulant ainsi l’entrée des acides gras et finalement le poids du tissu adipeux chez la souris (2). La pertinence physiologique de ces résultats reste à confirmer chez l’homme, chez qui la concentration plasmatique de PCSK9 est associée positivement à l’IMC (3, 4).

Les mutations de PCSK9 : de l’hypercho lestérolémie familiale à l’hypobêtalipoprotéinémie

L’hypercholestérolémie familiale est une maladie commune affectant 1 personne sur 500 pour les hétérozygotes. Elle se caractérise par une accumu-lation de LDL-c dans le plasma, ce qui conduit à la présence de xanthomes tendineux et d’un arc cor-néen, et surtout à une mortalité précoce due à des complications CV, essentiellement coronariennes. Le diagnostic génétique peut être établi dans 70 % des cas, surtout en présence de xanthomes. Trois gènes ont été identifiés : LDLR, responsable de l’immense majorité des cas (73,9 %) ; son ligand, l’apolipopro-téine B (APOB), qui structure les LDL (6,6 %) ; et PCSK9, dans seulement 0,7 % des cas. Cliniquement, il n’y a pas de différence entre l’hypercholestérolémie familiale autosomale dominante secondaire à des mutations gain de fonction de PCSK9 et celle due à des mutations de LDLR.

L’identification de variants hyper- ou hypocholestéro-lémiants de PCSK9, c’est-à-dire gain ou perte de fonc-tion, a permis non seulement de découvrir le gène, mais aussi de démontrer l’intérêt d’inhiber PCSK9 pour abaisser la cholestérolémie. En 2003, C. Boileau et al. ont identifié PCSK9 (Narc-1) comme le troisième gène associé à l’hypercholestérolémie familiale autosomale dominante, après LDLR et son ligand, APOB (5). Au travers de l’étude d’une famille issue de Vendée, nous avons montré que PCSK9 est aussi un gène de l’hypobêtalipoprotéinémie, mais sans qu’une stéatose sévère affecte ces individus comme c’est le cas pour les mutations de MTTP (Microsomal Triglyceride Transfer Protein) ou d’APOB (6). Le propositus présentait une absence totale de PCSK9 dans le sang, avec une valeur de LDLC extrêmement basse, à 0,16 g/l (6). Il s’agit du troisième cas mondial de déficience totale en PCSK9 circulante.

La PCSK9, le LDL-c et le risque cardiovasculaire

Dès 2006, l’étude de la cohorte ARIC a révélé 2 variants non-sens (7) à l’origine d’une protéine tronquée (Y142X, C679X) affectant 1 Afro-Américain sur 40 et 1 variant faux-sens (R46L) affectant 1 Caucasien sur 30 (la même fréquence a été observée en Angleterre).

Figure. La PCSK9 et le LDLR. La PCSK9 est une proprotéine convertase qui s’autoclive dans le réticulum endoplasmique et est sécrétée. Elle agit comme une protéine chaperon en se liant au LDLR et en empêchant ainsi son recyclage à la membrane. En somme, plus les concentrations circulantes de PCSK9 sont élevées, plus l’élimination du LDL-c est réduite. D’après Costet Ph et al. Trends Biochem Sci 2008;33(9):426-34.

Endosomes

VLDLLDL

Lysosome

ProPCSK9PCSK9ClathrinesPrécurseur du LDLR

LDLR mature

GolgiRéticulum endoplasmique

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Les variants non-sens s’accompagnaient d’une valeur moyenne de LDL-c abaissée de 28 % et d’un risque de maladie coronaire diminué de 88 % sur une période de 15 ans (7). Le variant caucasien abaissait le LDL-c de 15 % et le risque de maladie coronaire de 47 %. Ces résultats stupéfiants sont probablement dus aux concentrations abaissées de LDL-c obtenues dès le plus jeune âge. La baisse des valeurs moyennes de LDL-c de 11 à 15 % chez les porteurs de l’allèle R46L a bien été observée dans d’autres populations, en particulier chez des enfants (Bogalusa Heart Study) ou dès l’âge de 20 ans et jusqu’à plus de 80 ans dans des échan-tillons de la population danoise (1, 8). Pour ceux-ci, la combinaison des 3 populations considérées donnait un chiffre de réduction du risque de maladie coro-naire de 30 % (de 6 à 46 %), bien supérieur à la valeur théorique de 5 % calculée d’après la baisse de LDL-c de 11 à 16 %. Deux interprétations sont possibles : soit l’allèle R46L a un effet protecteur indépendant du LDL-c, soit le génotype de PCSK9, qui “reflète” le taux d’exposition au LDL-c sur toute la vie, donne une meilleure prédiction du risque de maladie CV que le LDL-c mesuré à l’âge adulte (8).Comment ces variants affectent-ils la cholestérolémie ? Dans le cas des individus afro-américains que nous évoquions plus haut (7), la protéine est tronquée et n’est pas sécrétée. Ces patients ont donc des concentra-tions plasmatiques de PCSK9 abaissées. Les variations peuvent aussi modifier l’affinité de la PCSK9 circulante pour le LDLR. Ainsi, le variant gain de fonction D374Y a une affinité supérieure à la normale pour le LDLR (1). Le suivi de 13 patients D374Y hétérozygotes en a révélé les conséquences : une cholestérolémie plus élevée que celle des patients hétérozygotes mutés sur LDLR avant traitement (5,27 ± 1,12 g/l versus 3,72 ± 0,62 g/l) et après traitement avec des statines (1). Les patients D374Y étaient affectés par une athéro-matose coronarienne prématurée, survenant 10 ans plus tôt que chez les patients ayant une hypercho-lestérolémie familiale standard. Le mode d’action du variant hypocholestérolémiant R46L reste à clarifier. Il présente une affinité diminuée pour le LDLR, mais les individus porteurs ont aussi des concentrations de PCSK9 moindres.Il existe d’autres modes d’action des variants, et nous avons par exemple décrit un effet dominant négatif d’une mutation perte de fonction de PCSK9 (6). L’étude de cette famille nous a permis de démontrer à l’aide de cinétiques de lipoprotéines que la déficience en PCSK9 s’accompagne bien d’un catabolisme accéléré des LDL, ultime démonstration chez l’homme de l’inté-rêt d’inhiber PCSK9 (6).

La PCSK9, une protéine sous influence

L’expression de PCSK9 est finement régulée par les concentrations intracellulaires de stérols, tout comme celle de LDLR (1). Un abaissement de la teneur en stérol – notamment en réponse aux statines qui inhibent la synthèse de cholestérol – se traduit par une augmenta-tion de la synthèse de PCSK9… et de LDLR (1). PCSK9 est donc un frein à l’effet des statines, et sa neutralisation devrait amplifier leur effet hypocholestérolémiant. Ce résultat a effectivement été observé chez la souris défi-ciente en PCSK9, et les essais cliniques actuels visent à le vérifier (9). Une autre conséquence de cette voie de régulation par le cholestérol est que les concentrations circulantes de PCSK9 suivent un rythme diurne parallèle à celui de la synthèse du cholestérol (10). Cela engendre des variations d’environ 15 % de la concentration de PCSK9 circulante. Le statut nutritionnel, et notamment la durée du jeûne, peut prendre le dessus sur cette régulation par le cholestérol intracellulaire (10, 11). En dehors de la période de sommeil, il est bien difficile, dans nos sociétés occidentales, d’imaginer un jeûne suffisamment prolongé pour moduler réellement les concentrations de PCSK9. À l’inverse, nous n’avons pas observé de modification majeure des niveaux de PCSK9 après un bolus alimentaire gras (P. Costet, B. Cariou, com-munication personnelle). Ces données sont donc surtout à prendre en compte dans le cadre de la comparaison des dosages de la protéine effectués chez le patient, à jeun ou non, le matin ou l’après-midi.

Apport des dosages plasmatiques de la PCSK9

Les concentrations de PCSK9 sont très fluctuantes d’un individu à l’autre. Il n’existe pas, à l’heure actuelle, de comparaison d’un laboratoire de recherche à l’autre permettant d’estimer la fiabilité des tests, ni même de déterminer un kit Elisa qui fasse référence. L’étude la plus importante (incluant plus de 3 000 individus), amé-ricaine, indique des concentrations variant de 30 ng/ml à 3 μg/ml, avec une moyenne de 487 ng/ml. Nos propres études sur des patients français ou allemands, à jeun ou non, mènent à des chiffres du même ordre de gran-deur (12). Les concentrations de LDL-c étant beaucoup moins fluctuantes que celles de PCSK9, il est dif-ficile d’imaginer que l’ensemble des protéines PCSK9 circulantes soient actives vis-à-vis du LDLR. Il est probable que la PCSK9 forme des multimères (monomères, dimères, trimères, etc.), à l’affinité

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La PCSK9 : un acteur incontournable du métabolisme du cholestérol

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Attention, ceci est un compte-rendu de congrès et/ou un recueil de résumés de com-munications de congrès dont l’objectif est de fournir des informations sur l’état actuel de la recherche ; ainsi, les données présentées sont susceptibles de ne pas être validées

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plus ou moins grande pour le LDLR. Si cela est vrai, il manque donc des tests qui permettent de discri-miner les diverses formes de PCSK9 (multimères), et en particulier la forme la plus active, à la manière de l’adiponectine. Actuellement, les valeurs indivi-duelles des concentrations de PCSK9 ont donc peu de sens pour le clinicien. Le dosage de la PCSK9 n’est pas forcément révélateur d’une mutation, car les concen-trations de PCSK9 résultent à la fois de sa synthèse, de son épuration par le LDLR et de la présence d’un traitement par les statines. Ainsi, alors que les variants D374Y et R46L ont des effets opposés sur le LDL-c, par rapport à une population d’individus sains, les concentrations de PCSK9 étaient abaissées à la fois chez les patients mutés sur le LDLR (FH) et sous statimes, porteurs d’une mutation D374Y, et chez les individus sains R46L (13).L’intérêt du dosage de la PCSK9 appartient donc pour le moment au monde de la recherche. Il permet de mieux comprendre la fonction de PCSK9 et sa relation avec d’autres paramètres que le LDL-c à l’aide d’études de cohortes, à l’image des études génétiques liées au risque CV, ou pour tester la solidité de l’association entre la PCSK9 et la voie du LDLR dans certaines conditions pathologiques, comme par exemple le diabète (14). Les premiers résultats sont très informatifs. La PCSK9 est associée systématiquement au LDL-c, mais aussi à de nombreux autres paramètres métaboliques : triglycé-rides plasmatiques, glycémie, HOMA-IR, IMC, âge, sexe (3, 4). Nous avions montré que la surexpression de la PCSK9 dans le foie de souris entraîne effectivement une hypertriglycéridémie (15). Autant de pistes de recherche sur un rôle de la PCSK9 au-delà du LDLR.

Les inhibiteurs de la PCSK9 : toujours plus bas le LDL-c !

Deux grandes classes d’inhibiteurs de la PCSK9 sont en cours d’évaluation clinique, tous en préparations injec-tables : les anticorps et les oligonucléotides. Les anti-corps monoclonaux, qui ciblent la protéine circulante afin d’empêcher son interaction avec le LDLR, sont à l’heure actuelle en phase clinique II. Les résultats présen-tés au dernier congrès de l’American Heart Association sont prometteurs. L’anticorps d’Amgen (AMG145) et celui de Regeneron Pharmaceuticals (REG727) ont permis un abaissement du LDL-c d’environ 60 % à la dose maximale testée, sans effet indésirable notable (AHA Scientific Sessions 2011). Le REG727 est efficace chez le patient hypercholestérolémique, FH ou non. Il a permis un abaissement supplémentaire du LDL-c en

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F I C H E en pratiquePATHOLOGIe génétique N o u v e a u x c o n c e p t s

combinaison avec l’atorvastatine (jusqu’à − 57 %). Les oligonucléotides (du type small interfering RNA [si-ARN] ou microARN) entraînent une dégradation de l’ARNm de PCSK9 ou de sa traduction, et donc la diminution de la synthèse protéique. Ces molécules sont actuellement évaluées dans des essais de phase I. Il est prématuré de prédire l’efficacité relative des stratégies utilisant des anticorps ou des oligonucléotides. Effectivement, la fonction intracellulaire de la protéine, si elle en a une, est peu décrite. Elle pourrait être révélée par les oligonucléotides. Les phases cliniques évalueront l’effet additif de ces inhibiteurs avec les statines. En dehors des questions de coût et du problème posé par les injections, il reste la question de l’efficacité de ce traitement selon la population choisie. Au-delà des hypercholestérolémies pures, quel sera l’effet des inhi-biteurs dans le cadre des dyslipidémies mixtes (LDL-c et triglycérides élevés) et athérogéniques (LDL-c “normal” mais avec des LDL petites et denses, HDL-c bas) ? Les

patients diabétiques seront-ils de bons répondeurs aux inhibiteurs de la PCSK9 ?

Conclusion

PCSK9 a été propulsée au rang des cibles thérapeu-tiques les plus prometteuses en moins de 10 ans, depuis la découverte du gène, en 2003, jusqu’aux essais cli-niques de phase II en 2011. C’est la parfaite illustration des avantages d’une recherche translationnelle efficace qui réunit cliniciens, généticiens, biologistes fondamen-taux, experts en cristallographie, etc. La neutralisation pharmacologique de PCSK9 inaugure l’utilisation de catégories d’agents pharmacologiques nouveaux dans le domaine des dyslipidémies, dont certains ne sont pas encore utilisés en clinique (oligonucléotides). Plus que toute autre cible, PCSK9 illustre ce basculement dans le XXIe siècle. ■

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