Lipoproteiny

Metabolismus látek v těle je spojen s jejich transportem mezi tkáněmi a orgány. Co se týká lipidů, vzhledem k jejich relativní nerozpustnosti ve vodném prostředí tvoří tyto látky komplexy se specifickými proteiny – apolipoproteiny nebo též apoproteiny, za vzniku částic, nazývaných lipoproteiny. Lipoproteiny hrají nezbytnou roli v transportu lipidů krevním řečištěm. V krvi by se jinak volné hydrofobní triacylglyceroly integrovaly do kapének, působících tukovou embolii. Naopak amfifilní lipidy by se uložily do membrán krvinek a rozpustily by je.

Lipoproteiny se skládají z jádra tvořeného nepolárními lipidy, obaleného jednovrstevným obalem z amfipatických lipidů. Obal poskytuje povrchu částic polární vlastnosti a tím brání v agregaci na větší částice (Obr. 1). Příkladem lipoproteinu jsou např. částice uvedené v předchozí kapitole – chylomikra.

Obr. 1. Schéma struktury lipoproteinu (upraveno z Murray et al. 2003)

Původně byly lipoproteiny považovány za velké molekuly, teprve později byly analyzovány jako komplexy lipidů s proteiny. Postupně byly rozlišeny, identifikovány a izolovány různé frakce. Starší metody separace a identifikace jednotlivých frakcí lipoproteinů byly založeny na klasické elektroforéze, založené především na pohybu proteinové složky částic v elektrickém poli. Analogicky byly jednotlivé frakce označeny podle toho, jak putovaly v elektrickém poli spolu s ostatními plasmatickými bílkovinami. Vedle frakce „sedící“ z důvodu malého celkového náboje při elektroforéze na startu (označované někdy „origo“, „start“) a odpovídající chylomikrům tak byly rozlišeny α-lipopoteiny, β-lipoproteiny a pre‑β‑lipoproteiny (Obr. 2).

Obr. 2. Elektroforéza lipoproteinů plasmy (upraveno z Anonymní autor 2016)

Elektroforetické dělení lipoproteinů je pouze semikvantitativní a v dnešní laboratorní diagnostice poruch lipidového metabolismu nestačí.

Po zdokonalení metod ultracentrifugace převládlo v laboratořích dělení a identifikace lipoproteinových frakcí pomocí ultracentrifugace, založené především na podílu a složení lipidové složky lipoproteinů. Lipid má menší hustotu než voda, takže s růstem podílu lipidu v lipoproteinech vůči proteinům klesá hustota částice. Při ultracentrifugaci jednotlivé lipoproteinové frakce postupují na základě různé hustoty roztokem NaCl o standardně zvolené koncentraci směrem ke dnu zkumavky různou rychlostí a řadí se ve zkumavce od nejnižší hustoty (při povrchu) po částice s vyšší hustotou blíže ke dnu.

Na základě současného postupu separace lipoproteinů v klinickobiochemické laboratoři pomocí ultracentrifugace lze rozlišit pět tříd lipoproteinů:

1. Chylomikra – odpovídají frakci lipoproteinů, která při elekroforéze zůstává na startu
2. VLDL – lipoproteiny o velmi nízké hustotě (very low density lipoproteins), odpovídající elektroforetické frakci pre-β-lipoproteinů
3. IDL – lipoproteiny o střední hustotě (intermediate density lipoproteins); tuto frakci klasická elektroforéza nerozlišila
4. LDL – lipoproteiny o nízké hustotě (low density lipoproteins), odpovídající elektroforetické frakci β-lipoproteinů
5. HDL – lipoproteiny o vysoké hustotě (high density lipoproteins), odpovídající α‑lipopoteinům při elektroforéze.

Porovnání obou přístupů k separaci lipoproteinových frakcí je uvedeno v Obr. 3 a Tabulce 1.

Obr. 3. Klasické postupy dělení lipoproteinových frakcí (upraveno z Thielmann a Till 1985)

Tabulka 1. Porovnání klasického postupu dělení lipoproteinů pomocí elektroforézy a ultracentrifugace

Jednotlivé lipoproteinové frakce se liší svým složením, hustotou, původem a funkcí. Přehled jednotlivých typů lipoproteinů je uveden v Tab. 2 a v Tab. 3 jsou podrobnější údaje o zastoupení jednotlivých typů komponent v lipoproteinových frakcích.

Tabulka 2. Původ a rychlost přeměny lipoproteinových částic plasmy (upraveno z Murray et al. 2003)

Tabulka 3. Složení jednotlivých frakcí lipoproteinů (Šarboch 2016)

Apolipoproteiny (apoproteiny lipoproteinových frakcí)

V jednotlivých frakcích lipoproteinů byly postupně identifikovány jednotlivé apolipoproteiny a postupně byly zjišťovány jejich funkce.  Apoproteiny určují vlastnosti jednotlivých lipoproteinových frakcí, fungují jako vazebná místa, regulátory a kofaktory enzymů v metabolismu jednotlivých lipoproteinových frakcí (Tab. 4).

Tabulka 4. Přehled apolipoproteinů a jejich funkcí (upraveno z Murray et al. 2001)

Některé apoproteiny jsou součástí příslušného lipoproteinu po celou dobu existence částice (integrální apoproteiny). Jiné se k lipoproteinu přidružují nebo se uvolňují během jeho postupu krevním řečištěm (periferní apoproteiny).

Podle ABC klasifikace je hlavní apoprotein HDL (α-lipoprotein) označován jako apoA, hlavní apoprotein LDL (β-lipoprotein) jako apoB a apoproteiny apoC jsou menší polypeptidy, které se mohou mezi jednotlivými frakcemi volně přenášet.

Apolipoproteiny B

Existují dva apoproteiny typu B, které vznikají expresí jediného společného genu (Obr. 4). Zatímco apoprotein B-48 se tvoří expresí necelé poloviny genu (48 %, odtud jeho název) v enterocytech a je integrálním apoproteinem chylomiker, apoprotein B-100 představuje expresi celého genu a je integrální součástí lipoproteinů VLDL, IDL a LDL (viz dále).

Obr. 4. Syntéza apoproteinů B-100 a B-48 (upraveno z Peet et al. 2013)

Apoprotein E (apoE)

Jedná se o polymorfní protein, který má 299 aminokyselin a vyskytuje se ve třech hlavních izoformách: apoE3, apoE4 a apoE2. Jednotlivé isoformy se od sebe liší v jedné nebo dvou aminokyselinách. Tato malá změna ve struktuře představuje i změnu funkce s významnými fyziologickými konsekvencemi:

• ApoE3 je „neutrální“ apoE genotyp, frekvence výskytu je asi 79 %.
• ApoE2 se váže omezeně na povrchové LDL-receptory. Tím vázne clearance remnantů chylomiker a IDL. Tato varianta souvisí s aterosklerózou a hyperlipoproteinemií typu III (viz dále). Frekvence tohoto fenotypu v populaci je asi 7 %. 
• ApoE4 rovněž souvisí s aterosklerózou. Ukazuje se však, že souvisí také s Alzheimerovou nemocí (viz kapitola 13). Frekvence výskytu v populaci je asi 14 %.