Лабораторна діагностика окремих компонентів метаболічного синдрому (частина 2)

 Жирова тканина є основним енергетичним депо в організмі. З усієї енергії, що надходить в організм з їжею, близько 75% витрачається на підтримання основного обміну, близько 10–15% використовується на різні види фізичної активності, і 10–15% – на підтримку постійного термогенезу. Протягом тривалого періоду вважали, що жирова тканина є лише інертним енергетичним депо. Після виявлення ендокринної функції жирової тканини і особливо після відкриття гіпоталамо-ліпоцитарної нейроендокринної осі ліпоцентрична теорія патогенезу МС трансформувалася в ліпокінову теорію, за якою основні складові МС формує не стільки субстратно-енергетична роль продуктів ліпоцитів, скільки інформаційний вплив на організм адипоцитарних сигнальних молекул [20].

На сьогодні жирова тканина — активний ендокринний орган, який виконує ряд ендокринних, паракринних і аутокринних функцій і в якій синтезується значна кількість гормонів і біологічно активних пептидів, до яких відносяться: лептин, пантофізин, резистин, фактор некрозу пухлин-альфа (TNF-a), адипонектин, вісфатин, внутрішньо-адипоцитарні альтернативні білки (адипсин, С3, В), внутрішньо-адипоцитарний білок 30 kD (ACRP30), білок, що стимулює ацетилювання (ASP), ЛПЛ, білок, що переносить ефіри холестерину (CETP), аполіпопротеїн Е (Apo E), ретинолзв'язувальний протеїн-4 (RBP-4), судинний ендотеліальний фактор росту (VEGF), інтерлейкін-6, ангіотензиноген, інгібітор 1 типу активатора плазміногену (PAI-1), трансформуючий фактор росту-бета (TGF-b), фактор росту гепатоцитів, інсуліноподібний фактор росту-1 (IGF-1), монобутирин, білки 1, 2 і 3 типу, що роз'єднують окисне фосфорилювання, простациклін (PgI2), білки гострої фази (гаптоглобін, альфа1-кислий глікопротеїн), білки позаклітинного матриксу (колаген 1, 3, 4 і 6 типу, фібронектин; остеонектин; ламінін; матриксні металлопротеїнази 2 і 9 типу), естрогени (р450-ароматаза конвертує андростендіон в естрон), 17-бета-гідроксистероїдна оксидоредуктаза, аgouti сигнальний білок та інші [37].

Лептин – відкритий у 1995 р. J. M. Friedman гормон білкової природи з молекулярною масою 16 кДа, який секретується в основному в адипоцитах і в невеликій кількості в м’язах та плаценті. Назва походить від грецького слова leptos, що в перекладі означає «тонкий» [38].

Фізіологічна функція лептину полягає у попередженні розвитку ожиріння в умовах надлишкового надходження їжі в організм. Зниження секреції лептину при голодуванні активує катаболізм та стимулює апетит. При надмірному надходженні їжі в організм лептин посилює термогенез шляхом активування енергоутворення в бурій жировій тканині за допомогою індукції експресії генів, відповідальних за синтез мітохондріальних білків 1, 2 і 3 типу, що роз’єднують окисне фосфорилювання і регулюють швидкість термогенезу в організмі [37].

Рецептор лептину (Ob-R) був вперше ідентифікований Tartaglia et al. в 1995 р.[39]. Виділяють декілька сплайсингових варіантів OB-R: OB-Rа, OB-Rb, OB-Rc, OB-Rd, OB-Re і OB-Rf. Для всіх варіантів є спільним позаклітинний домен, до складу якого входить понад 800 амінокислот, трансмембранний домен з 34 амінокислот і варіабельний внутрішньоклітинний домен. Залежно від довжини внутрішньоклітинного домену ізоформи рецептора також поділяються на три класи: короткі, довгі та секретовані. До коротких відносять OB-Rа, OB-Rc, OB-d і OB-Rf, цитоплазматичний домен яких містить 30–40 амінокислотних залишків [40]. Однак, лише довга ізоформа OB-Rb розглядається як функціональний рецептор, з величиною внутрішньоклітинного домену в 300 амінокислотних залишків, що містить всі мотиви, необхідні для активації різних сигнальних шляхів. У OB-Re відсутній внутрішньоклітинний домен. Він являє собою розчинну форму рецептора, яка є альтернативним сплайсинговим варіантом або продуктом протеолітичної деградації мембранозв’язаних OB-R [41].

Лептинові рецептори розташовані в аркуатному та вентромедіальному ядрах гіпоталамуса, де локалізуються центри голоду, насичення і терморегуляції. В аркуатному ядрі ідентифіковано два типи клітин, один з яких відповідальний за утворення нейропептида Y (NРY) і AgRP, які є пептидами, що стимулюють прийом їжі. Лептин знижує експресію генів зазначених білків. В клітинах другого типу лептин викликає підвищення експресії генів проопіомеланокортину (POMC) та амфетамін-регульованих транскриптів (CART), які кодують відповідні анорексигенні протеїни [37].

У людини вроджена недостатність лептину супроводжується ожирінням, гіперфагією і гіпогонадотропним гіпогонадизмом. Застосування екзогенного лептину зумовлює значне зниження апетиту, надлишкової маси тіла та ініціює розвиток пубертату.

Припущення про те, що недостатність секреції лептину у людини супроводжується ожирінням, не знаходить клінічного підтвердження. Рівень лептину в сироватці крові підвищується зі збільшенням ожиріння і маси тіла, тоді як доведена недостатність секреції лептину зустрічається вкрай рідко. Ці дані дозволяють вважати, що при ожирінні має місце резистентність до лептину. До етіологічних чинників лептинорезистентності (ЛР) відносять: порушення синтезу білка, який зв’язує лептин у сироватці крові, патологія лептинових рецепторів, секреція адипоцитами біологічно неактивних форм лептину, порушення транспорту лептину через гематоенцефалічний бар’єр, порушення на пострецепторному рівні передачі сигналу та гіперекспресія факторів, які забезпечують негативний зворотний зв’язок.

Встановлено, що лептин стимулює окислення ЖК, тим самим проявляючи протективний ефект проти ліпотоксичності. Проте тривалий час механізми, які забезпечують протидію проявам ліпотоксичності, не були відомі. Ситуація прояснилася після відкриття ролі лептину в селективному активуванні каталітичної a2-субодиниці AMPK у скелетних м'язах. Активація AMPK підвищує b-окислення жирних кислот шляхом блокування ефекту ацетил-КоА карбоксилази (ACC). Після введення лептину експериментальним тваринам спостерігається підвищення рівня АМФ і активація AMPK вже через 15 хв. Така швидка відповідь обумовлена зв’язуванням лептину з Ob-Rb. Лептин також здатний викликати більш пізнє підвищення рівня АМФ шляхом активації a-адренергічної системи в гіпоталамусі. Активацією AMPK принаймні частково можна пояснити вплив лептину на підвищене засвоювання глюкози [42, 43].

Інсулінозалежний ефект лептину характеризується дією на процеси глікогенолізу та глюконеогенезу та обумовлений активацією сигнального шляху PI3K, який регулюється широким спектром лігандів. Проте основним з них є інсулін. PI3K активує сигнальні каскади протеїнкінази В (Akt/PKB) і протеїнкінази С (PKC). Лептин діє через деякі компоненти сигнального каскаду інсуліну.

Фізіологічна концентрація лептину сироватки крові пригнічує другу фазу інсулінової секреції та експресію мРНК препроінсуліну. Ці ефекти оцінюють як один із проявів інгібіторної дії жирової тканини для уникнення надмірної стимуляції експресії препроінсулінового гена у відповідь на інкретини (глюкагоноподібний пептид-1) та глюкозу для запобігання розвитку гіперінсулінемії [44].

Лептин вважається прозапальним цитокіном та має подібну структуру до інших прозапальних цитокінів – інтерлейкіну 6 (ІЛ-6), ІЛ-12 і гранулоцитарного колонієстимулюючого фактора. У мишей з мутацією в гені, що кодує лептин (ob/ob) або у гені, що кодує рецептор лептину (db/db), які використовуються в багатьох дослідженнях як експериментальні моделі ожиріння, спостерігаються різного роду дефекти клітинного та гуморального імунітету [45].

У моноцитах і макрофагах лептин стимулює синтез прозапальних цитокінів – TNF-a, ІЛ-6 і ІЛ-12. Індукована лептином продукція TNF-a в мишачих перитонеальних макрофагах пригнічується глобулярним адипонектином через блокування фосфорилювання кіназ родини мітоген активованих протеїнкіназ (MAPK – ERK1)[46]. В клітинах Купфера стимульованих ліпополісахаридом лептин посилює продукцію TNF-a, активуючи р38 і JNK/МАРК сигнальні шляхи [47].

Lord та співавт., вивчаючи Т-клітинну проліферацію на мишах, продемонстрували, що лептин підвищує продукцію цитокінів Т-хелперами 1 типу (TH1) – ІЛ-2 та інтерферону (IFNg), і пригнічує T-хелперами 2 типу (TН2) – ІЛ-4, що відіграє важливу роль в патогенезі аутоімунних захворювань [45]. Дефіцит лептину має протекторну дію, зменшуючи продукцію прозапальних цитокінів TH1 і переключаючи фенотип імунної відповіді на TН2 [48]. Продемонстровано, що миші лінії ob/ob резистентні до експериментально індукованого аутоімунного енцефаломієліту [49].

Використання лептину в якості терапевтичного агента обмежене через виражену лептинорезистентність у більшості осіб, що страждають на ожиріння. На сьогодні терапія лептином успішно використовується лише у хворих з генетичним дефіцитом лептина або ліподистрофією [50].

Враховуючи значення лептину у регуляції енергетичного обміну та харчової поведінки, актуальним є дослідження його молекулярних механізмів дії для створення ефективних терапевтичних засобів лікування ожиріння та супутніх захворювань [51].

Адипонектин – колагеноподібний білковий гормон масою 30 кДа, який експресується головним чином у жировій тканині, бере участь у регуляції катаболізму жирних кислот, чутливості до інсуліну, рівня глюкози в крові та інших процесів.

Повна молекула адипонектину представлена у вигляді трьох олігомерних комплексів: тримерів – LMW-форма (low molecular weight), гексамерів – MMW-форма (medium molecular weight), а також 12- та 18-мерів – HMW-форма (high molecular weight) [52]. Мономерів адипонектину в крові не виявлено, що говорить про те, що полімеризація білка відбувається всередині адипоцитів.

Рівень адипонектину в плазмі достовірно знижений при вісцеральному ожирінні та патологічних станах, для яких характерна ІР – ЦД2, МС, НАЖХП, атеросклероз [53, 54]. Всі олігомерні форми адипонекину присутні в крові. Групою вчених висловлено припущення, що співвідношення (а не абсолютна кількість) HMW/LMW форм адипонектину в сироватці крові має вирішальне значення у визначенні чутливості до інсуліну периферичних тканин [55]. Помірна втрата ваги призводить до відносного збільшення співвідношення HMW/MMW та зниження абсолютної кількості LMW-форми адипонектина в сироватці крові [56].

Існують два типи рецепторів, які специфічно взаємодіють з адипонектином: AdipoR1 і AdipoR2. AdipoR1 (375 амінокислот, молекулярна вага 43 кДa) має високу афінність до глобулярного адипонектину і низьку – до олігомерних форм гормону. Рецептор у великій кількості експресується в скелетних м'язах, менше – в мозку, серці, нирках, печінці, плаценті, легенях, селезінці, лейкоцитах [57].

AdipoR2 (386 амінокислот, 44 кДа) має середню афінність до обох форм адипонектину. Амінокислотна послідовність AdipoR2 на 66,7% аналогічна послідовності AdipoR1 [58]. AdipoR2 у великій кількості експресується в скелетних м'язах, печінці та плаценті, слабо в мозку, серці, селезінці, нирках, лейкоцитах і легенів.

 Адипонектин кодується геном АPM1, який розташований в 3q27 хромосомному регіоні. Даний регіон ідентифікований як локус, що асоційований з розвитком ЦД2 та МС, а ген АPM1 виступає в ролі гена-кандидата. Декілька SNP (Single  nucleotide polymorphisms) в промоторі гена АPM1 асоційовані з ризиком розвитку ЦД2 в японській популяції та у європейців з Франції і Скандинавії [60–62].

Дві групи вчених незалежно один від одного досліджували наслідки делеції гена APM1 на чутливість до інсуліну [63]. Групи Kadowaki та Matsuzawa виявили, що у мишей з нокаутованим геном адипонектину спостерігається ІР, хоча були деякі незначні відмінності по ходу експерименту у двох груп.  Kadowaki показав, що у мишей з генотипом адпонектин +/- розвивається ІР та порушення толерантності до глюкози (ПТГ) на стандартній дієті, які прогресують у мишей адпонектин -/- дозозалежним чином [64]. Група Matsuzawa спостерігала виражену ІР в поєднанні з дефектами в пострецепторній передачі інсулінового сигналу лише після вигодовування мишей з нокаутованим геном адипонектину (-/-) дієтою з високим вмістом жирів [65].

Scherer вивів лінію трансгенних мишей з трикратним підвищенням рівня адипонектину в сироватці крові. Для даної моделі гіперадипонектинемії характерне підвищення чутливості периферичних тканин до інсуліну за рахунок покращення вуглеводного та ліпідного метаболізму, пов'язаного з підвищенням активації AMPK в печінці і експресії PPAR-g в вісцеральній жировій тканині. Дані тварини стійкі до розвитку ІР, індукованої дієтою з високим вмістом жирів [66].

AMPK є сенсором енергетичного статусу клітини і відіграє ключову роль у забезпеченні системного енергетичного балансу за рахунок регулювання прийому їжі, маси тіла, метаболізму глюкози та ліпідів (мал. 2). Олігомерні форми адипонектину стимулюють фосфорилювання та активацію AMPK в печінці, у той час як глобулярний адипонектин проявляє даний ефект як у скелетних м'язах, так і у тканині печінки. Адипонектин знижує рівень глюкози в крові за рахунок активації АМРК і інгібування ACC. АМРК збільшує продукцію енергії (споживання глюкози і жирних кислот) та інгібує енерговитратні реакції (глюконеогенез і синтез жирних кислот) [67].

Адипонектин стимулює синтез важливих прозапальних цитокінів, таких як IL-10 та IL-1RA (ІЛ-1 антагоніст рецептора) в моноцитах, макрофагах, дендритних клітинах, а також пригнічує утворення інтерферону-g (IFNg) в ЛПС-стимульованих макрофагах [68]. HMW, але не LMW і MMW олігомерні форми адипонектину захищають клітини ендотелію судин від апоптозу. При цьому вплив адипонектина на моноцити і макрофаги двоякий. Тример адипонектина пригнічує секрецію IL-6 та IFNg, що виділяються макрофагами, і стимулює виділення протизапальних цитокінів IL-10 і IL-1RA. На противагу цьому, HMW- адипонектин збільшує виділення ІЛ-10 з моноцитів [69].

 Продовження у наступному номері.