Лабораторна діагностика окремих компонентів метаболічного синдрому (частина 3)

Вісфатин – поліпептид з молекулярною масою 52 кДа, який складається з 491 амінокислотного залишку. У 2005 р. Fukuhara et al. [70] відкрив вісфатін – новий адипоцитокін, який експресується переважно в вісцеральній жировій тканині. Даний гормон володіє інсуліноміметичною дією зв'язуючись з рецепторами інсуліну в місцях, що відрізняються від сайтів зв’язування інсуліну і, як наслідок, покращує толерантність до глюкози та відіграє роль в патогенезі ожиріння, ІР та ЦД2 [71]. Проте у 2007р. група Fukuhara et al. зазначила, що описаний ними адипоцитокін був ідентифікований раніше іншими лабораторіями як PBEF (pre-B-cell colony enhancing factor) – цитокін, який експресується в лімфоцитах, та Nampt (нікотинамід фосфорибозилтрансфераза) – ключовий фермент біосинтезу нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД) в організмі ссавців [70].

Вісфатин зв'язується з рецептором інсуліну і стимулює фосфорилювання субстратів IRS-1 і IRS-2 з подальшою активацією PI3K, Akt/PKB, МАРК сигнальних шляхів.

Вперше потенційна роль вісфатину як інсуліноміметика, була продемонстрована Fukuhara et al. і ними ж проведена детальна характеристика даного адипоцитокіна. У мишей лінії C57BL/6J та KK-Aу (експериментальна модель ЦД2) у відповідь на введення рекомбінантного вісфатину спостерігався дозозалежний цукрознижувальний ефект. Хронічна експресія гормону за допомогою аденовірусного вектора у мишей C57BL/6J і KK-Aу призводила до значного зниження концентрації глюкози в плазмі. В дослідженні in vitro інсуліноміметичний ефект спостерігався при концентрації в 10 разів нижчій в порівнянні з інсуліном [71].

 У мишей з нокаутованим геном вісфатину -/- спостерігалась летальність під час ембріогенезу в зв’язку із порушенням біосинтезу НАД. У мишей з гетерозиготним генотипом (вісфатин +/-) спостерігається на 33% нижча концентрація адипоцитокіну в порівнянні з мишами дикого типу та помірне підвищення рівня глюкози у плазмі крові натще та в постпрандіальний період, а також значно вищий рівень глікемії під час тесту толерантності до глюкози в порівнянні з контрольною групою. В порівнянні з інсуліном вісфатин проявляє аналогічну афінність до інсулінового рецептора. Вивчаючи конкурентне зв’язування інсуліну та вісфатин/PBEF/Nampt з інсуліновим рецептором, вчені виявили, що адипоцитокін зв’язується з іншими від інсуліну сайтами рецептора і стимулює його відмінним від інсуліну шляхом [71].

Вісфатин бере участь в регуляції запальних процесів та виступає в ролі імуномодулятора. Nampt вперше була ідентифікована у людей в лімфоцитах периферичної крові і отримала назву PBEF (pre-B-cell colony enhancing factor) [72]. Ведення рекомбінантного вісфатину стимулює продукцію прозапальних – ІЛ-1b, TNF-a та ІЛ-6, і протизапальних цитокінів – ІЛ-10, ІЛ-1RA моноцитами, а також підвищує експресію поверхневих костимуляційних молекул CD54, CD40 і CD80, необхідних для активації Т-лімфоцитів [73].

Berndt et al. на популяції зі 189 чоловік показали, що концентрація вісфатину у плазмі крові та експресія його мРНК у вісцеральній жировій тканині позитивно корелює з ІМТ і процентним вмістом жиру в тілі [74].

Dogru et al. рандомізували 22 пацієнти з ЦД 2 типу без попереднього лікування, 18 пацієнтів з порушеною толерантністю до глюкози і 40 чоловік сформували контрольну групу.

У даному досліджені не спостерігалось кореляції між концентрацією вісфатину та ІМТ, АТ, адипонектином, С-реактивним протеїном, інсуліном, глюкозою, ліпідами та HOMA-IR. Проте в групі з ЦД2 відзначався значно вищий рівень гормону у порівняні з контрольною групою. В пацієнтів з ПТГ та ЦД2 суттєвих відмінностей в концентрації вісфатина не спостерігалось [75].

ФНП-a, прозапальний цитокін з молекулярною масою 17 кДа, синтезується моноцитами/макрофагами, нейтрофілами, Т-лімфоцитами, а також клітинами ендотелію та жирової тканини. У печінці ФНП-a продукується клітинами Купфера і в значно меншій кількості гепатоцитами [76, 77]. Його дія опосередковується двома типами рецепторів: TNFR1 (р55) та TNFR2 (р75). На моделі генетично детермінованого ожиріння (ob/ob) вчені продемонстрували протекторний ефект від виключення генів рецепторів ФНП-a (р55 -/- р75 -/-) на розвиток ІР порівняно з тваринами з функціонуючими рецепторами (р55 +/+ р75 +/+). У подальшому при селективному виключенні окремих генів виявилось, що ключова роль належить гену TNFR1 [78].

Hotamisligil et. al. вперше продемонстрував взаємозв'язок між експресією ФНП-a та інсулінорезистентністю у жінок з ожирінням та НАСГ. Вчені виявили, що жирова тканина у хворих з ожирінням є важливим джерелом прозапальних цитокінів, зокрема ФНП-a, який індукує запалення та ІР [79].

На моделях експериментального ожиріння індукованого висококалорійною дієтою (5286 ккал/кг-1) та дієтою з підвищеним вмістом жирів (50% жирів від загального калоражу) у мишей з ФНП-a +/+ та нокаутованим геном ФНП-a (ФНП-a -/-) спостерігалась надмірна маса тіла у порівнянні з контролем, проте вірогідної різниці між двома експериментальними групами не відмічалось. Проте, незважаючи на аналогічну динаміку набирання маси тіла, у мишей з виключеним геном ФНП-a спостерігалась підвищена чутливість периферичних тканин до інсуліну [80].

Одну з ключових ролей у розвитку ФНП-a індукованої ІР відіграє активація JNK1 (c-Junamino-terminalkinase). Hirosumi et al. вперше продемонстрували на експериментальних моделях, індукованого дієтою, та генетично детермінованого (ob/ob) ожиріння підвищення активності JNK1 в печінці, м’язовій та жировій тканинах.

Блокада гена JNK1 призводила до зменшення ожиріння, зниження рівня глікемії, резистину та ІР, підвищення сироваткового рівня адипонектину на обох експериментальних моделях ожиріння.

Обробка культури гепатоцитів ФНП-a призводила до розвитку в них ІР, яка нівелювалась після введення інгібітора JNK1. JNK1 індукує ІР шляхом підвищеного фосфорилювання залишку серину в 307 положенні в субстраті інсулінового рецептора – IRS1, тим самим блокуючи його біологічну активність [81].

Іншим посередником в ФНП-a, індукованій ІР є IKK-b [82], яка є структурною субодиницею IkB кінази (ІКК), ферменту, який каталізує фосфорилювання інгібіторних протеїнів kB. Ядерний фактор kB (NF-kB) в неактивному стані, локалізований в цитоплазмі, перебуває в комплексі з інгібіторними протеїнами kB (IkB), переважно IkBa. При фосфорилювані IkBa фактор транскрипції NF-kB вивільняється із зв'язку з IkB, мігрує в ядро клітини і стимулює транскрипцію багатьох прозапальних генів, що кодують синтез адипокінів та цитокінів (ІЛ-6, ФНП-a) [83] та порушує трансдукцію інсулінового сигналу шляхом фосфорилювання залишків серину в IRS-1 [84]. На трансгенних мишачих моделях безперервна експресія IKK-b на низькому рівні в гепатоцитах призводила до активації NF-kB з подальшим розвитком помірно вираженої ІР [85]. У хворих на ЦД типу 2 блокування високими дозами аспірину (7г) IKK-b призводило до покращення чутливості до інсуліну периферичними тканинами [86].

Ожиріння характеризуються підвищеною експресією в жировій тканині цитокінів сімейства ІЛ-1, серед яких частина володіє вираженою прозапальною активністю – ІЛ-1a, ІЛ-1b та ІЛ-18, а інші є протизапальними медіаторами – антагоніст рецептора IЛ-1 (IL-1Ra) та ІЛ-37 [87]. На експериментальних моделях генетично-детермінованого та індукованого дієтою з високим вмістом жирів ожиріння продемонстровано підвищення активності ІЛ-1b у піддослідних тварин. На думку Moschen et al., за умови патологічного ожиріння, саме жирова тканина є основним джерелом ІЛ-1b, оскільки його експресія значно вища в підшкірній/вісцеральній жировій тканині в порівнянні з печінкою [88].

Цитокіни – члени сімейства ІЛ-1 беруть участь в метаболізмі глюкози та в розвитку ІР [89]. Надмірне виділення ІЛ-1b жировою тканиною у мишей з генетично детермінованим ожирінням та ІР контролює чутливість гепатоцитів до інсуліну [90]. ІЛ-1b на транскрипційному рівні зменшує експресію субстрату інсулінового рецептора IRS-1 через ERK-залежні та незалежні механізми, тим самим провокуючи розвиток ІР [91]. Введення мишам з дієт-індукованим ожирінням нейтралізуючих анти- ІЛ-1b антитіл XOMA 052 призводило до підвищення чутливості периферичних тканин до інсуліну і покращення b-клітинної функції [92]. Лікування хворих на ЦД2 рекомбінантним людським IL-1Ra покращує глікемічний контроль [93].

Резистин був ідентифікований в 2001 році, як гормон жирової тканини експресія якого пригнічується після введення агоністів PPAR-g [94]. В організмі тварин адипоцитокін переважно синтезується преадипоцитами та складається з 114 амінокислотних залишків. У той час як в мишей експресія резистину відбувається виключно в білій жировій тканині, в людини резистин в основному секретується циркулюючими моноцитами [95] і тільки на 64% гомологічний резистину мишей [96].

У експериментальних тварин з генетично-детермінованим ожирінням і діабетом (моделі ob/ob і db/db) спостерігається підвищення концентрації резистину в сироватці. Введення резистину мишам призводить до розвитку ПТГ, а у мишей з дієт-індукованим ожирінням на фоні інєкцій моноклональних антитіл до резистину відзначалось зменшення ІР та зниження гіперглікемії [97–99]. Інфузія резистину в умовах нормоглікемії і гіперінсулінемії індукує печінкову, але не периферичну резистентність до інсуліну у щурів і, таким чином, відповідальна за підвищення швидкості утворення глюкози печінкою [97]. У мишей з нокаутованим геном резистину спостерігається покращення гомеостазу глюкози, що обумовлено підвищенням активності AMPK і зниженням експресії генів основних ферментів глюконеогенезу в печінці [100]. Крім того, резистин індукує експресію SOCS-3, транскрипційного фактора, який є негативний регулятором передачі інсулінового сигналу [101].

Всі ці дані свідчать про те, що збільшення секреції резистину у тварин призводить до ожиріння і ІР, що може бути сполучною ланкою між ожирінням і ЦД. Роль резистину в організмі людини є менш визначеною. За даними епідеміологічних досліджень, не вдалось виявити кореляційних взаємозвязків між вмістом резистину в крові і розвитком ожиріння та ІР [102, 103].

ІЛ-6 – прозапальний цитокін, синтезується активованими моноцитами, менше фібробластами, ендотелієм при запаленні, гіпоксії, дії бактеріальних ендотоксинів [104]. До30% циркулюючого ІЛ-6 синтезується адипоцитами [105], при чому в вісцеральній жировій тканині в порівнянні із підшкірною – у 2–3 рази вище [106].

Відомо, що ожиріння, МС, ЦД2 супроводжуються запаленням жирової тканини. При даних патологічних станах секреція ІЛ-6 підвищується і його концентрація в крові зростає, досягаючи значень 100 пг/мл [107, 108] в порівнянні з референтним значенням в 1–2 пг/мл у здорових добровольців. Ступінь підвищення рівня ІЛ-6 незалежно асоційований з вираженістю ІР [109] та є індикатором збільшення маси жирової тканини в організмі [110].

На культурі адипоцитів продемонстровано, що тривала експозиція з ІЛ-6 веде до пригнічення експресії генів IRS-1 та GLUT-4, що проявляється зменшенням інсулін-залежного засвоєння глюкози [111]. Крім того, за даних умов ІЛ-6 зменшує експресію гену адипонектину та активує експресію ряду цитокінів, у тому числі ФНП-a [111, 112].

У гепатоцитах ІЛ-6 сприяє вивільненню глюкози, стимулює глікогеноліз за рахунок активації глікогенфосфорилази і гальмування інсулін-залежного синтезу глікогену [113]. Молекулярний механізм інгібуючого впливу ІЛ-6 на дію інсуліну в печінці полягає в синтезі SOSC-3, який, зв'язуючись із IRS-1, блокує передачу інсулінового сигналу від його рецептора [114].

У мишей генетичним нокаутом гену ІЛ-6 -/- спостерігається ожиріння, збільшення на 50–60% кількості жирової тканини, гіперглікемія, та порушується засвоєння глюкози, що свідчить про розвиток ІР на системному рівні. Також такі експериментальні тварини не здатні до тривалих фізичних навантажень, а засвоєння кисню під час тренування у них нижче, ніж у контролі [115].

Суперечливі результати отримані також при вивченні дії ІЛ-6 на чутливість тканин до інсуліну на системному рівні. При введенні ІЛ-6 людині або гризунам знайдено як поліпшення, так і відсутність ефекту або ж погіршення дії інсуліну на рівні цілого організму [113, 116, 117]. Однією з причин протилежних результатів дії ІЛ-6 на інсуліновий сигнальний шлях можуть бути особливості ефектів цитокіну в м'язовій тканині. Якщо в печінкових і жирових клітинах ІЛ-6 сприяє розвитку ІР, то в м'язових він, навпаки, посилює ефекти інсуліну [118]. Причини дуалістичних ефектів ІЛ-6 на дію інсуліну в різних тканинах організму до кінця не з’ясовані. Проте, на думку Шварца, певне значення може мати часова характеристика: підвищується секреція ІЛ-6 транзиторно, як при фізичній активності, або перманентно, як при хронічній системній запальній відповіді, що типово для ожиріння, МС, ЦД2. Короткочасне підвищення концентрації ІЛ-6 в крові і тканинах служить сигналом енергетичного дефіциту і посилює дію інсуліну в м'язових клітинах і пригнічує його в тканинах, що постачають енергетичні субстанції: печінці та жировій тканині. Мабуть, в цьому полягають причини різних, часом протилежних, ефектів ІЛ-6 на обмінні процеси, особливо на дію інсуліну в тканинах [119].