Proteasome inhibition decreases triglycerides in hepatic and adipose tissues via sphingolipid modulation

Abstract

The therapeutic potential of bortezomib, a proteasome inhibitor approved by the U.S. Food and Drug Administration for treatment of multiple myeloma and man-tle cell lymphoma, is currently being re-appraised for use in broader applications. Eight-week-old male C57BL/6 mice were fed either a high-fat diet or chow for 12 weeks. Intraperitoneal injections of bortezomib (0.5 mg/kg) were administered once weekly, starting 5 weeks after the high-fat diet was in progress. Triglycerides in hepatic and adipose tissues were reduced in bortezomib-treated mice fed either high-fat diet or chow. As master regulators of lipid homeostasis, transcriptional and translational levels of sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs) and peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) were examined. Borte-zomib administration significantly decreased levels of PPAR-γ and its down-stream targets, cluster of differentiation 36/fatty acid translocase (CD36/FAT) and fat specific protein 27, in hepatic and adipose tissues by downregulating ceramide synthase (CerS) 6. Other proteasome inhibitors (MG132, epoxomicin, and carfil-zomib) similarly reduced CerS6 protein and elevated CerS5 protein levels in vitro. Increase in CerS5 protein by bortezomib treatment lowered hepatic levels of SREBP-1 and the stearoyl-CoA desaturase-1 enzyme downstream. Bortezomib administration also increased hepatic neutral sphingomyelinase (N-SMase) activity, triggering reductions in SREBP-2 and HMG-CoA reductase. Bortezomib shows inhibitory effects on CerS6 and increases CerS5 and N-SMase2 expression levels, thus regulating PPAR-γ and SREBP1/2 pathways. Therefore, treatment including bortezomib may constitute a reasonable therapeu-tic strategy for obesity and fatty liver disease.;미국 식품 의약국(FDA)으로부터 승인 받은 프로테아좀 억제제(proteasome inhibitor)인 Bortezomib은 다발성 골수종과 외투세포림프종의 치료제로서 임상에서 현재 사용 중이며, 다양한 질환에 대한 치료 가능성이 재평가되고 있다. 본 연구에서 저자는 Bortezomib의 지방간 및 비만 개선 효능을 평가하기 위해 8주된 C57BL/6 생쥐에 12주 동안 일반식과 고지방식을 공급하였다. 고지방식을 공급한 5주 후부터 Bortezomib (0.5 mg/kg)을 일주일에 한번 복강 내에 주사하였다. 일반식과 고지방식을 섭취한 생쥐 그룹 모두, 간 및 지방조직에서 Bortezomib을 투여한 후 중성지방이 감소되었다. 지질 항상성 조절에 중요한 역할을 하는 스테롤 조절 요소 결합 단백질(sterol regulatory element binding proteins, SREBPs)과 퍼옥시좀 증식체 활성화 수용체(peroxisome proliferator-activated recep-tors, PPARs)의 전사와 번역 수준을 조사한 결과, Bortezomib을 투여한 생쥐 간의 지방조직에서 세라마이드 합성효소 6(ceramide synthase 6, CerS6)의 하향 조절을 통해 퍼옥시좀 증식체 활성화 수용체 감마(peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPAR-γ), 분화 클러스터/지방산 트랜스로케이스(cluster of differentiation36/Fatty acid translocase, CD36/FAT), 지방 특이적 단백질27(fat-specific protein, FSP27)이 통계적으로 유의하게 감소되는 것을 확인하였다. 이와 비슷하게, 다양한 세포에 프로테아좀 억제제(MG132, epoxomicin, calfilzomib)를 처리하자, CerS6가 감소되고 체외에서 CerS5는 증가되었다. Bortezomib 처리에 의한 CerS5 단백질 증가는 SREBP-1과 stearoyl-CoA desaturase-1(SCD-1) 효소를 하향 조절하였다. 또한, Bortezomib은 간의 중성 스핑고마이엘린 분해 효소(neutral sphin-goyelinase, N-SMase) 활성을 증가시키고, 이는 SREBP-2와 HMG-reductase 감소를 유발시켰다. 요약하면, Bortezomib은 CerS6를 억제하며, CerS5와 N-SMase2 발현 수준을 증가시킴으로서 PPAR-γ와 SREBP1/2 경로를 조절하였다. 따라서, Bortezomib을 포함하는 proteasome inhibitor를 이용한 치료는 비만과 지방간에 대한 적절한 치료 전략으로 응용될 수 있을 것이다.