Allium tuberosum Reverses PCSK9-Mediated LDLR Degradation by Inhibition of HNF1α

Accumulation of excess low density lipoprotein (LDL) cholesterol in the blood can initiate and accelerate atherosclerosis. Statins mediate the transactivation of proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9), which in turn limits their cholesterol-lowering effects via LDL receptor (LDLR) degradation. The objective of this study was to investigate whether or not Allium tuberosum (AT) regulates LDLR and PCSK9. Mice were fed a low fat control diet (LD) or Western diet (WD) supplemented with AT (1%, w/w). AT significantly attenuated total and LDL cholesterol levels in mice fed WD (P<0.05). AT also significantly inhibited hepatic PCSK9 gene expression (P<0.05) while AT maintained hepatic LDLR gene expression. To further investigate AT-mediated PCSK9 regulation, HepG2 cells were treated with 10% delipidated serum (DLPS) in the presence or absence of AT. Non-toxic level of AT dose-dependently increased the LDLR protein level, and AT at $400{\mu}g/mL$ markedly inhibited PCSK9 protein expression. Similarly, AT significantly increased LDLR gene expression, whereas it significantly down-regulated PCSK9 gene expression. AT-mediated reduction of PCSK9 gene expression is likely due to decreased hepatic nuclear factor $1{\alpha}$ ($HNF1{\alpha}$) expression, but not SREBP2 in HepG2 cells under lipid-depleted conditions. AT-mediated PCSK9 inhibition contributed to LDLR protein stabilization via protection against LDLR lysosomal degradation in HepG2 cells under lipid-depleted conditions. Further investigation is warranted to determine the active components of AT and whether or not these components are effective in reducing hypercholesterolemia.

부추 추출물의 PCSK9 억제를 통한 LDL 콜레스테롤 저감 효능

본 연구에서는 부추 추출물(Allium tuberosum, AT) 보충식이(1%, w/w)를 12주간 고지방 식이와 함께 마우스에 제공하였다. Western diet(WD)군의 마우스는 low fat diet(LD)군의 마우스보다 유의적으로 높은 총 콜레스테롤 및 LDL 콜레스테롤 수치를 보였으며, 이는 AT 보충식이에 의하여 유의적으로 감소하였다. 또한, 마우스 간 조직 내 PCSK9 유전자가 AT에 의해 유의적으로 감소하였다. 이를 통해 AT의 PCSK9 억제를 통한 LDL 콜레스테롤 저감 가능성을 확인하였다. HepG2 세포주를 지방 부족 환경으로 만들고 AT를 처리하여 PCSK9과 LDLR, 그리고 관련 단백질 및 유전자의 조절 정도를 평가하였다. 그 결과 독성 없는 농도의 AT는 LDLR 단백질 발현을 농도 의존적으로 증가시켰으며, 특히 $400{\mu}g/mL$의 AT는 PCSK9 단백질 발현을 억제하였다. 유사하게 AT는 LDLR 유전자 발현량을 유의적으로 증가시켰고, PCSK9의 발현량은 유의적으로 감소시켰다. PCSK9의 억제는 SREBP2가 아닌 AT에 의해 유의적으로 감소한 $HNF1{\alpha}$ 전사인자 때문이다. AT에 의한 LDLR 유전자의 SREBP2-independent 한 조절은 추후 연구가 필요하다. 다음으로 PCSK9 억제제인 AT의 LDLR 단백질 degradation 및 단백질 합성 조절을 평가하기 위해 지방 제거 상태의 HepG2 세포에 lysosomal degradation inhibitor인 BA1과 단백질 합성 억제제인 CHX를 처리하여 LDLR 단백질 발현 변화를 관찰하였다. AT($400{\mu}g/mL$)는 LDLR 단백질의 합성 억제를 block 하였고, 이는 LDLR의 lysosomal degradation을 막음으로써 이루어짐을 알 수 있었다. PCSK9 억제는 고콜레스테롤 혈증이나 콜레스테롤 저항성 치료 혹은 예방 소재 개발에서 중요한 타깃이 될 수 있으며, 부추와 같은 PCSK9 억제 활성을 지닌 천연물 혹은 식품 소재의 발굴이 기존의 치료와 병행하여 또는 독립적으로도 쓰일 수 있는 안전한 소재로써 제안될 수 있다. 추후 동물 실험에서 부추 추출물 및 활성 성분의 PCSK9 활성 억제 연구 및 나아가 부추의 PCSK9 억제를 통한 콜레스테롤 저감 효능 임상 연구 등이 제안될 수 있겠다.