Ein neuer Mechanismus der Cholesterolsenkung durch Phytosterole

Phytosterole, die Sterole von Pflanzen, unterscheiden sich von
Cholesterol nur durch eine Alkylsubstitution an C24 und eventuell
eine Doppelbindung in der Sterol-seitenkette. Trotz vergleichbarer
Zufuhr von 200 - 600 mg/d und der großen strukturellen Ähnlichkeit
werden von Phytosterolen nur 0,6 - 7%, von Cholesterol jedoch etwa
60% systemisch absorbiert. Phytosterole senken in hohen Dosen (>
2g/d) die Cholesterolabsorption um etwa 30% und die
LDL-Cholesterol-Spiegel um bis zu 15% und werden deshalb zunehmend
in „funktionellen Lebensmitteln“ vermarktet. Als Mechanismus wurde
lange eine rein luminale, physico-chemische Interferenz mit der
mizellären Emulgierung von Cholesterol postuliert. Spätestens seit
der molekularen Aufklärung der Phytosterolspeicherkrankheit
Sitosterolämie als dysfunktionelle Mutationen der apikalen
Steroltansportproteine ABCG5/G8 stand fest, dass Phytosterole sehr
wohl in Enterozyten aufgenommen, aber durch ABCG5/G8 effektiv ins
Darmlumen resezerniert werden. Da ABCG5/8 auch Cholesterol
transportieren kann, blieb die intestinale Sterol-Selektivität und
-Interaktion weiterhin unklar. In allen Zellen wird ein
Cholesterolüberschuss über bestimmte Oxycholesterole signalisiert,
die den nukleären Transkriptionsfaktor LXRα aktivieren und so u.a.
die Expression des zellulären Cholesterolexporters ABCA1
stimulieren. Dies ließ eine Rolle von Oxycholesterolen oder
analogen regulatorischen Oxyphytosterolen bei der enterozytären
Sterol-Interaktion und -Selektivität vermuten. Deshalb wurde am
humanen Enterozytenmodell Caco-2 das Handling und die
Metabolisierung von Phytosterolen und Cholesterol allein und in
Kombination verglichen. Sitosterol wurde eindeutig, wenn auch
langsamer als Cholesterol, von Enteroyzten akkumuliert, reduzierte
aber bei Kombination die Cholesterolabsorption. Dies war teilweise
durch Hemmung der apikalen Aufnahme, aber überwiegend der
basolateralen Cholesterolsekretion bedingt, unabhängig von der
Mizellenbildung, und nicht durch Sättigung einer limitierten
Transportkapazität erklärbar. Im humanen Enterozyten und
vergleichend in Hepatozyten und Makrophagen wurde deshalb nach
potentiell regulatorischen Oxysterolen gesucht. Aus allen Sterolen
wurden in diesen Zellen nur die 27-Hydroxy- und
27-Carboxy-Metaboliten gebildet, andere LXR-agonistische Oxysterole
waren nicht nachweisbar. Der Umsatz war für Sitosterol und
Campesterol abhängig von der Länge der C24-Alkylsubstitution
deutlich geringer als für Cholesterol. In Ko-Inkubationen hemmten
Phytosterole konzentrations- und C24-alkyl-abhängig die Bildung von
27-OH-Cholesterol. Diese kompetitive Hemmung und die geringe
27-Hydroxylierung von Phytosterolen selbst wurde auch in
Präparationen des katalysierenden Enzyms, der an der inneren
Mitochondrienwand lokalisierten Cytochrom P450 Oxidase CYP27,
direkt gezeigt. Die Bioaktivität der 27-OH-Sterole als
LXRα-Agonisten wurde direkt im LXRE-Transaktivierungs-Assay
nachgewiesen und die stimulierte Expression von CYP27 und des in
Enterozyten nur basolateral lokalisierten Cholesteroltransporters
ABCA1 gezeigt. Dementsprechend steigerte 27-OH-Cholesterol auch
selektiv die basolaterale, systemische Cholesterolsekretion,
während der apikal exprimierte Sterolexporter ABCG8 und die apikale
Sterolresekretion unverändert blieben. Umgekehrt hob in Ko-
Inkubationen mit Phytosterolen die exogene Substitution eines
synthetischen LXRα- Agonisten als Ersatz für das reduzierte
endogene 27-OH-Cholesterol die Hemmung der Cholesterolabsorption
durch Phytosterole komplett auf und überfuhr die
Sterolselektivität. Auch in Tracer-Experimenten mit nanomolaren
Phytosterol- und Cholesterolkonzentrationen, die die Aktivierung
von LXRα nicht beeinflussen können, konnte keine direkte
Sterolselektivität der ABCG5/8 und ABCA1-Transporter nachgewiesen
werden. Neben physico-chemischen mizellären Effekten und der
allenfalls limitierten direkten Cholesterolpräferenz der
Steroltransporter NPC1L1, ABCG5/G8 und ABCA1 wurde für ACAT2, die
apikal einströmendes Cholesterol zu >35% verestert und in die
ApoBabhängige basolaterale Chylomikronensekretion einschleust,
bereits eine relative Sterolselektivität beschrieben. Bei den
eigenen Untersuchungen wurde ein neuer Mechanismus auf der
regulatorischen Ebene der LXRα-Aktivierung im Enterozyten gefunden:
Im Zentrum steht die kompetitive Hemmung des „Cholesterol-Sensors“
CYP27 durch Phytosterole und die nur geringe 27-Hydroxylierung der
Phytosterole selbst. Dadurch wird bei gleichzeitigem Einstrom von
Phytosterolen und Cholesterol in Enterozyten die Bildung des
dominierenden LXRα-Agonisten 27-OH-Cholesterol verhindert.
Normaler-weise vermittelt dies über LXR-Aktivierung und Induktion
von CYP27, LXRα und ABCA1 eine selbstinduzierbare Komponente der
Cholesterolabsorption auf dem ApoA-abhängigen Weg. Der lokale
LXRα-Antagonismus von Phytosterolen blockt diese Selbstbahnung,
lenkt Cholesterol vermehrt um zur luminalen Resekretion durch die
konstitutiv apikal exprimierten ABCG5/8 und trägt auch zur
Sterolselektivität bei. In peripheren Makrophagen könnten
Phytosterole über Hemmung von CYP27, LXRα und ABCA1 durch
Sterol-„Trapping“ die frühe Atherosklerose trotz eher niedriger
Cholesterolspiegel bei Sitosterolämie erklären. Ob auch bei
ABCG5/G8-Gesunden die unter pharmakologischen Phytosteroldosen
erhöhten Plasmaspiegel langfristig zur Phytosterol- und paradoxen
Cholesterol-Akkumulation in peripheren Zellen führen können, ist
gegenwärtig unklar.