Prevention of Cardiometabolic Disease in Familial Hypercholesterolemia

Abstract

L’hypercholestérolémie familiale (FH) est un désordre lipidique associé aux maladies cardiovasculaires les plus fréquentes. La FH est causée par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Toutefois, chez 20% des patients souffrant de FH, aucune mutation dans ces gènes n'a été détectée et ceci suggère que d’autres gènes seraient à l’origine de la FH. Actuellement, le seul traitement de la FH est une thérapie aux statines. En général les statines sont bien tolérées, cependant, une monothérapie ne permet pas d’atteindre des niveaux thérapeutiques acceptables et dans bien des cas, une thérapie combinée devient nécessaire. De plus, l’intolérance aux statines est présente dans environ 12% des patients. Dans les trois dernières décennies, la survie des patients avec la FH a augmentée de façon notoire mais on observe aussi l’apparition d’une calcification vasculaire sévère chez certains d’entre eux. Il est donc primordial de développer des nouvelles approches thérapeutiques afin de prévenir ces complications tardives.

Dans cette thèse doctorat, nous présentons l’étude d’une famille avec un phénotype de FH sévère non causé par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Par des études biochimiques et par séquençage d’ADN utilisant les technologies de nouvelle génération (NextGenSeq), nous avons découvert une mutation dans le gène de l’APOE (Leu167del). Ceci nous permet de proposer le gène codant pour l’APOE comme le 4e locus responsable de la FH (FH4). Par la suite, nous avons effectué deux études de cohortes chez les patients atteints de FH. Premièrement, dans l’étude JUPITER, nous avons démontré que la rosuvastatin augmente les niveaux sanguins de la protéine PCSK9 et ceci limiterait l’efficacité du traitement aux statines. Nous avons aussi étudié l’influence du mutant naturel R46L (perte de fonction de la PCSK9) dans la réponse aux statines. Deuxièmement, nous avons examiné les effets de la perte de fonction de la PCSK9 sur le profil cardiométabolique au sein d’une population pédiatrique. Nous avons déterminé que le génotype de l’APOE est déterminant dans ce profil cardiométabolique. Enfin, nous avons étudié la calcification vasculaire chez les patients atteints de FH. Cette calcification vasculaire progresse de façon indépendante des niveaux de cholestérol sérique et n’est pas associée aux anomalies de l’homéostasie du calcium. En utilisant des modèles murins, nous avons démontré que les souris Ldlr-/- et Tg(Pcsk9) développent des calcifications vasculaires semblables à celles observées chez l’homme. De plus, nous avons confirmé l’implication de la voie de signalisation LRP5/Wnt dans la pathophysiologie de la calcification artérielle. Avec une étude interventionnelle, nous avons trouvé que l’inhibition de l’interleukine 1β (IL-1β) diminue fortement l’apparition de calcifications vasculaire dans notre modèle murin.

En conclusion, nos études ont permis l’identification d’un nouveau gène impliqué dans la FH, ont démontré aussi que les statines augmentent les niveaux sériques de PCSK9 et que la perte de fonction de la PCSK9 altère le profil cardiométabolique. Enfin, nous avons établi que la calcification vasculaire représente une complication tardive chez les patients atteints de FH et que, dans notre modèle murin, la calcification vasculaire peut être retardée par l’inhibition d’IL-1β. Ces découvertes peuvent avoir d’importantes répercussions cliniques chez l’humain.

Familial Hypercholesterolemia (FH) is the most common lipoprotein disorder associated with premature cardiovascular disease. Mutations in the LDLR, APOB and PCSK9 genes cause the FH phenotype, but in 20% of FH patients, no mutations in these genes are identified, suggesting that mutations in other genes cause FH. Treatment with statins has been the cornerstone of therapy. While statins are generally well tolerated, statin intolerance is found in approximately 12% of patients. Furthermore, statin use may not allow reaching LDL-C goals and combination therapy is often required. Nevertheless, survival of FH patients over the past 3 decades has improved significantly. As FH patients live longer, severe vascular calcifications have been described as a late complication in these patients. Given the increased survival rate and late complications, novel approaches and therapies are needed.

In the present thesis we examined a kindred with a severe FH phenotype, where sequencing of candidate genes failed to identify a causal mutation. Through biochemical analysis and next-generation exome sequencing we report a mutation (Leu167del) within the APOE gene that identifies the 4th locus causing FH (FH4). Next, we performed two cohort-based studies. Firstly, in the JUPITER trial we report that 20mg rosuvastatin treatment increases PCSK9 levels by 30%, thereby possibly limiting the efficacy of statin therapy. Then we show the effect of a loss-of-function (LOF) mutation of PCSK9, p.R46L, on the response to rosuvastatin. Secondly, we report that two PCSK9 gene variants, p.R46L and insLEU, were more frequent in French Canadian individuals. We also report that the APOE genotype determine the metabolic risk profile in these mutations. Finally, we studied vascular calcifications in FH individuals. These calcifications appear to progress independently of cholesterol levels and are not associated with disturbances in calcium homeostasis. Using mouse models, we show that Ldlr-/- and Tg(Pcsk9) mice develop aortic calcifications similar to that observed in humans. Furthermore, the involvement of the LRP5/Wnt pathway in the pathogenesis of calcification is illustrated. In a proof-of-concept experiment, inhibiting the upstream pro-inflammatory cytokine IL-1β attenuates calcification in mice.

In conclusion, we have contributed to the identification of a novel locus responsible for FH, reported the increase in PCSK9 levels with a statins treatment and the associated altered cardiometabolic profile in PCSK9 LOF. Finally, we demonstrated that vascular calcifications represent a severe complication of FH that can be prevented by inhibiting IL-1β in a mouse model. The latter novel approach may have an important translational application in human.