Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Занятие 26-е.
Виды нарушения липидного обмена
Атеросклероз – вариабельная комбинация изменений в интиме артерий, которые характеризуются очаговым отложением липидов, холестерина, кальция, сложных углеводов крови, фибрина, который затрагивает медию.
Атеросклероз – это хроническое повреждение артерий, характеризующееся отложением в интиме липидов, холестерина, фибрина, кальция, сложных углеводов крови, кровяных веществ, затрагивающий медию.
С точки зрения патофизиолгии - атеросклероз - это нарушение обмена холестерина.
Роль холестерина в организме:
Источники холестерина:
Катаболизируется холестерин в 3 тканях – надпочечники, гонады, печень.
Регуляция уровня холестерина в клетке осуществляется через регуляцию его транспорта.
Основные классы липопротеинов:
Строение липопротеидных частиц:
Кругооборот липопротеидов в организме
Схема обмена холестерина
Обмен холестерина может быть между ЛПОНП и ЛПВП, в норме в составе ЛПВП должно быть холестерина не более 39 мг%.
Индекс атерогенности по Климову:
ИА = ХСобщ.- ХС ЛПВП, в норме не более 3.
ХС ЛПВП
Индекс атерогенности по Фридлянду:
ИА = ХСобщ.- ХС ЛПВП - ТАГ
5
Индекс атерогенности по Фридлянду составляет 3.
Механизм формирования атеросклероза.
Рис 1.Стадии атеросклероза: А - жировая полос ка; Б - фиброзная бляшка; В - осложненное пораже ние
Морфогенез атеросклероза. В формировании атеросклеротической бляшки - морфологической основы атеросклероза - важную роль играют как нарушения липидного обмена (дислипопротеидемии), так и состояние сосудистой стенки. Бляшки могут расти вдоль сосуда, тогда они развиваются медленно, длительно и менее опас ны, но могут располагаться и поперек сосуда -такие бляшки часто называют «летальными», поскольку даже единичные образования подоб ного типа могут привести к сосудистой катаст рофе.
Предшественниками бляшки часто являются зоны липидной инфильтрации интимы, так на зываемые липидные полоски, через которые в сосудистую стенку проникают моноциты. В со судистой стенке моноциты трансформируются в макрофаги, имеющие рецепторы к ЛПНП. В
процессе переполнения этих клеток фагоцити рованными липопротеидами они превращаются в пенистые клетки. Имеются данные, что пени стыми клетками могут становиться и перепол ненные липидами гладкомышечные клетки. Скопления пенистых клеток и составляют осно ву липидных полосок. Пенистые клетки могут разрушаться, высвобождая биологически актив ные вещества, стимулирующие пролиферацию ГМК и привлекающие их в субэндотелиальный слой из глубжележащих участков сосудистой стенки. В результате скопления ГМК наблюда ется образование небольших выпячиваний эн дотелия в просвет сосуда.
В процессе дальнейшего развития бляшек в них появляются соединительнотканные элемен ты: коллагеновые и эластические волокна, при водящие к уплотнению - склерозу. Этот процесс поддерживается за счет выделения из макрофа гов медиаторов клеточного иммунитета и росто вых факторов, стимулирующих аутоиммунные реакции в интиме и пролиферацию фиброблас-тов. В результате образуется плотная фиброз ная бляшка.
Конечным этапом формирования бляшек яв ляется образование их «осложненных» форм (рис.1). Выступающая в просвет сосуда ате-росклеротическая бляшка насыщается солями кальция и нарушает ламинарный поток крови, который в этом месте становится турбулентным. Такая бляшка пропитывается липидами и ста новится рыхлой. Очевидно, что плотная фиброз ная бляшка является потенциально менее опас ной, чем ее рыхлая «осложненная» форма, ко торая вследствие слущивания покрывающего ее эндотелия, кальцификации и происходящего в ней клеточного распада таит угрозу образования пристеночного тромба или разрыва сосуда с кро воизлиянием.
Дислипопротеидемии, виды.
Увеличение общих липидов в сыворотке крови (свыше 2 ммоль/л) носит название гиперлипемии {ГЛ). ГЛ может быть алиментарной, транс портной и ретенционной.
Алиментарная гиперлипемия начинает выявляться через 2—3 ч пос ле употребления в пищу жира, достигая максимума через 4—6 ч, через 9 ч уровень жира в крови возвращается к норме. Это физиологическое явление. При алиментарной ГЛ плазма (сыворотка) крови имеет молоч ный цвет и слегка опалесцирует, что обусловлено повышенным содержа нием в крови ХМ (хилоз).
В артериальной крови ХМ взаимодействуют с ЛПВП: ХМ отдают апо-белки А-1, А-2, А-4, а в обмен получают эфиры холестерина, холестерин, апобелки Е и С-2. Апобелок С-2 служит кофактором ЛПЛ, облегчает свя зывание ХМ и ЛПОНП с ЛПЛ, а апобелок Е способствует захвату ХМ гепатоцитами через специальные рецепторы. Нарушение этого физиологи ческого процесса при функциональных нарушениях печени, блокаде ретикулоэндотелиальной системы и спленэктомии, а также недостаточ ности ЛПЛ (I тип гиперлипопротеинемии) сопровождается более выра женной алиментарной ГЛ.
Транспортная гиперлипемия наблюдается при активации расщеп ления жировой ткани, усиленной мобилизации жирных кислот из депо и переносе липидов из депо в печень. Действие соматотропного гормона (СТГ), тиреотропного гормона (ТТГ), тироксина, адреналина, глюкагона способствует развитию транспортной ГЛ. Так, при стрессе повышается тонус симпатической нервной системы, что вызывает увеличение секре ции адреналина мозговым слоем надпочечников. Адреналин и норадреналин через (3-адренорецепторы, воздействуя на жировую ткань, вызывают ряд последовательных изменений. Происходит активация аде-нилатциклазы -> повышение уровня цАМФ в клетке -> активация «гормон-чувствительной» липазы ТГ -> стимуляция липолиза -> повышение уров ня НЭЖК и глицерина в крови -> в печени повышается синтез ЛПОНП -> развивается вторичная гипертриглицеридемия. При возбуждении сс-ад-ренорецепторов ингибируется инсулин, оказывающий антилиполити-ческий эффект. При диабете дефицит инсулина приводит к снижению утилизации глюкозы, резкому снижению липогенеза в жировых депо и усиленной мобилизации жирных кислот из депо. Значительное опустошение жировых депо вызывает липемию. В печени из НЭЖК синтези руются ЛПОНП, в результате может возникнуть вторичная гипертриглицеридемия.
При длительном действии СТГ развивается инсулинорезистентность и усиливается синтез белка, что повышает чувствительность адипоцитов ктоническим липолитическим стимулам. В результате усиления мобили зации жира из депо и увеличенного переноса липидов в печень появляет ся вторичная гипертриглицеридемия.
При голодании снижается уровень глюкозы в крови, что приводит к усилению мобилизации жирных кислот из депо в печень, в результате чего больше синтезируется ЛПОНП и наблюдается вторичная гипертриглице ридемия. При этом часто развивается жировая инфильтрация печени.
Ретенционная гиперлипемия возникает при задержке перехода ней тральных жиров из крови в ткани. Уменьшение содержания в крови аль буминов (например, при нефрозе), которые транспортируют НЭЖК, атак-же снижение активности ЛПЛ способствуют развитию ретенционной ГЛ. Активность ЛПЛ зависит от соотношения концентрации инсулина и глю кагона. Инсулин стимулирует ЛПЛ, а его антагонисты (глюкагон и СТГ) подавляют секрецию ЛПЛ. При сахарном диабете, сопровождающемся подавлением синтеза ТГ в жировой ткани и увеличенным липолизом в печени, а также дефицитом липокаина, который активирует поступление в кровь ЛПЛ, наблюдается выраженная ГЛ. При механической желтухе, когда большие количества желчных кислот попадают в кровь и ингибируют ЛПЛ, развивается ГЛ. NaCI является ингибитором ЛПЛ, поэтому при избыточном поступлении поваренной соли в организм или задержке вы ведения NaCI возникает ретенционная ГЛ. Гепарин, выделяющийся при дегрануляции тучных клеток, стимулирует образование ЛПЛ и активиру ет ее. При атеросклерозе нарушается высвобождение гепарина, что спо собствует развитию ГЛ. При ретенционной ГЛ наблюдается $-липопро-теинемия.
Увеличение содержания в плазме крови липопротеинов одного или нескольких классов носит название гиперлипопротеинемии. Различают 5 типов гиперлипопротеинемии [по Фредриксону, 1967].
Тип I — гиперхиломикронемия, или индуцированная жирами липемия, обусловленная недостаточностью ЛПЛ, обычно наследуемая поаутосомно-рецессивному типу. Заболевание редкое (1 случай на миллион) и проявляется в детском возрасте, характеризуется повышенным содер жанием в плазме холестерина, ХМ и ТГ (выраженный хилоз плазмы), вне клеточным отложением преимущественно ТГ в коже в виде эруптивных ксантом, гепатоспленомегалией (много жира в соединительной ткани печени и селезенки), абдоминальными коликами (микроэмболия в сосу дах), выраженной липемией в сосудах сетчатки при офтальмоскопии. При ограничении потребления длинноцепочечных жирных кислот в составе ТГ до 60 г в день прогноз благоприятный, но обнаружено предрасположе ние к острому панкреатиту. Атеросклероз не развивается, поскольку ХМ не обладают атерогенностью.
Тип II — гипер-β-липопротеинемия, или семейная гиперхолестеринемия (множественная бугорчатая ксантома), наследуется по аутосомно-доминантному типу. У больных обнаружен дефект ЛПНП-рецепторов, что ведет к накоплению ЛПНП в плазме практически с рождения. Уровень общего холестерина в 2—4 раза выше нормального. Встреча ются два варианта: первый характеризуется повышенным содержани ем ЛПНП и холестерина при нормальном количестве ЛПОНП и ТГ; вто рой — повышенным содержанием ЛПНП, ЛПОНП, ТГ и холестерина.
Гипер-(3-липопротеинемия может обусловить атеросклероз, коро нарную болезнь, вплоть до развития инфаркта миокарда у детей.
Тип III — семейнаядис-Р-липопротеинемия, или индуцированная уг леводами гиперлипемия, или «флотирующая» 3-гиперлипемия, повиди мому, наследуется по рецессивному типу. Обнаружены ЛПОНП с высоким содержанием холестерина и высокой электрофоретической подвиж ностью, т.е. «патологические» ЛПОНП. Уровень холестерина плазмы и ТГ повышен. Отличительной особенностью этого расстройства является на копление в плазме таких лиц ремнантов ХМ и ЛППП, катаболизм которых, протекающий обычно в печени по рецептор-опосредованному пути, на рушен из-за наследования дефектной аллели апобелка Е и невозможно стью Связывания частиц с рецептором (апобелки В, Е). Характерны липоидная дуга роговицы, ксантелазмы, локтевые и коленные ксантомы, желтовато-коричневые отложения липидов в коже ладонных линий и в местах давления колец. Атеросклероз коронарных артерий, перифери ческих сосудов и сосудов мозга отражает атерогенные свойства патоло гических ЛПОНП, интенсивно захватываемых макрофагами. У таких лиц отмечаются непереносимость глюкозы, гиперурикемия, ожирение, сахар ный диабет, гипотиреоз, иногда острый панкреатит.
Тип IV— гиперпре-Р-липопротеинемия, или индуцированная угле водами липемия, или семейная эссенциальная гиперлипемия, наследу ется по аутосомно-доминантному типу. Природа генетического дефекта остается пока не ясной. Характерен избыток ЛПОНП, размер которых пре вышает нормальный; отмечается также более высокое значение соотно шения ТГ/апо В, при нормальном (или слегка увеличенном) содержании сывороточного холестерина. Клинически обнаруживаются повышенный уровень инсулина, общее ожирение, ожирение печени, сахарный диабет, хронические заболевания почек, органные ангиопатии, явления переме жающейся хромоты, жировые отложения в сетчатке.
Тип V — сочетание гиперпре-(3-липопротеинемии и гиперхиломик ронемии, или комбинированная липемия, вызванная нарушением обме на как жиров, так и углеводов, наследуется полигенно. В крови повышено содержание ЛПОНП, ХМ, ТГ и холестерина плазмы. Клинически (как пра вило, у лиц старше 20 лет) отмечаются симптомы, сходные с I и IV типами гиперлипопротеинемии. Возможны острый панкреатит, эруптивные ксан томы, непереносимость глюкозы, гиперурикемия, нейропатия, парес тезии рук и ног, сосудистые осложнения.
В особый тип выделяют гипер-а-липопротеинемию. У практичес ки здоровых людей определяется повышенное содержание в крови ЛПВП и а-липопротеинного холестерина при нормальном или снижен ном уровне других фракций липопротеинов. Этот признак наследуется по аутосомно-доминантному типу, его носителей отличают более высо кая продолжительность жизни и меньшая частота возникновения коро нарной болезни сердца. Клинические проявления отсутствуют. Меха низм данного синдрома не известен.
Алипопротеинемии. А-а-липопротеинемия (гипо-а-липопротеинемия, болезнь Тэнжи) наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Характерно снижение уровня ЛПВП, количества фосфолипидов, до 50 % снижается содержание в плазме холестерина, но увеличено количество (3-липопротеиновых фракций, так как нормальные р-липопротеины пере гружены ТГ. Резорбция β -липопротеинов и ХМ не нарушена. В основе де фекта лежит нарушение синтеза белкового компонента. У гомозиготных представителей признака отсутствует нормальный ос-липопротеин, а вы является только измененный а-липопротеин — Тэнжи-липопротеин. Пато генетический механизм основывается на недостаточной эвакуации эфиров холестерина. Клинические проявления: увеличенные миндалины ярко-желто-оранжевого цвета, гепатоспленомегалия (накопление эфиров холестерина в клетках системы мононуклеарных фагоцитов), гипер плазия лимфатических узлов, понос, ретинит и помутнение роговицы, мышечная слабость в конечностях, потеря чувствительности и ослабле ние рефлексов, рано развиваются атеросклероз и ишемическая болезнь сердца.
А- β -липопротеинемия (гипо-В-липопротеинемия, болезнь Бассена—Корнцвейга, акантоцитоз) наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Характерно отсутствие в крови ЛПОНП, ЛПНП и ХМ; уменьшено ко личество общих липидов, ТГ, фосфолипидов и холестерина; а-липопротеины изменены в своем составе. При этом заболевании в печени нару шен синтез активного апопротеина или синтезируется только неактивный апопротеин В. Гипо- β -липопротеинемия может развиться на фоне ауто иммунных процессов, при заболеваниях печени, желудочно-кишечного тракта (нарушается образование липопротеинов), щитовидной железы (увеличение расщепления липопротеинов). В стенке кишечника у таких пациентов обнаруживаются скопления жира, нарушается всасывание пи щевых жиров, отмечаются обильные испражнения с признаками стеатореи, прогрессирующая дистрофия. Во многих системах организма нару шается структура клеточных мембран. На поверхности эритроцитов наблюдаются шиловидные выбухания (акантоциты), развивается анемия с ретикулоцитозом и гиперплазией костного мозга. Поражение миелиновых оболочек ведет к расстройствам периферических нервов и ЦНС (пи рамидный тракт и мозжечок).
Ожирение, понятие, виды.
НЕЙРОЭНДОКРИННЫЕ ФУНКЦИИ ЖИРОВОЙ ТКАНИ
ЛЕПТИН
Представления об эндокринной функции жировой ткани впервые были сформулированы в 1953 г. Кеннеди (цитируется по Акмаеву И.Г., Сергееву В.Г., 2002), который обобщил их в виде липостатической теории. В соответствие с ней постулировалось существование некого насыщающего фактора, секретируемого в циркуляцию жировой тканью, который, воздействуя на определенные участки ЦНС, снижает аппетит и потребление пищи. Экспериментальное обоснование этой теории стало возможным после получения линий мышей с рециссивными мутациями гена ожирения (ob) и гена, ответственного за манифестацию диабета (db). Гомозиготные особи таких животных (ob/ob и db/db) характеризуются одинаковым фенотипом в виде увеличения массы тела (на 300%) по сравнению с таковой у нормальных мышей. Исходя из липостатической теории представлялось очевидным, что безудержное потребление пищи и, как следствие этого – развитие ожирения у этих мышей принципиально могло быть обусловлено двумя механизмами: отсутствием секреции насыщающего фактора и (или) утратой к нему чувствительности, например, в связи с генетической дефектностью рецепторов к этому фактору. Выяснение конкретного характера «полома» осуществлено с помощью парабиоза мышей – гомозигот ob/ob и db/db между собой, а также с нормальными мышами. Во всех случаях между двумя партнерами устанавливалось общее кровообращение за счет сшивания мышц и брюшины. Это обусловливало возможность влияния молекул, продуцируемых одним животным, на клетки-мишени не только в организме продуцента данных молекул, но и в организме второго парабионта при наличии у последнего чувствительных к этим молекулам рецепторов. Существенным условием для реализации перекрестного действия подобных молекул являлось их длительное присутствие в циркуляции, поскольку интенсивность кровотока между животными при данной экспериментальной модели была невысока (рис.1).
А В С
Рис. 1. Последствия парабиоза мышей-гомозигот db/db и ob/ob между собой и с
нормальными мышами
Было установлено, что при парабиозе db/db с нормальными мышами фенотип db/db-особи не менялся, однако наблюдалась потеря веса и смерть от истощения нормальных мышей (А). При парабиозе ob/ob с нормальными мышами изменения в фенотипе обоих парабионтов не наблюдалось (В). Наконец, при парабиозе db/db и ob/ob, последние начинали отказываться от пищи и погибали от истощения (С), тогда как db/db-мыши сохраняли свой фенотип.
Результаты этих экспериментов позволили придти к заключению, что генетический дефект мышей db/db фенотипически проявляется несостоятельностью рецепторов к насыщающему фактору при сохранении способности к продукции (и даже увеличению продукции) самого фактора. Именно при этом условии оказывается возможным вариант «А», когда секретируемый мышами db/db фактор насыщения угнетает пищевую активность у нормальных мышей, у которых имеется к нему чувствительный рецепторный аппарат. В противоположность этому генетический дефект у мышей ob/ob фенотипически проявляется неспособностью этих животных к продукции фактора насыщения при сохранном к нему рецепторном аппарате. Именно при этом условии был возможен вариант «В», когда отсутствие данного фактора стимулировало пищевую активность у животных ob/ob, но никак не могло повлиять на пищевое поведение нормальных мышей, находящихся под регуляторным воздействием собственного фактора насыщения. Такое сочетание: дефектность рецепторов к насыщающему фактору у db/db и отсутствие самого фактора у ob/ob определяло и вариант «С». В этом случае, продуцируемый фактор насыщения мышами-парабионтами db/db угнетал пищевую активность ob/ob, имеющих к нему нормальные рецепторы, но не действовал на самих db/db, у которых рецепторы утратили способность к взаимодействию с данным лигандом.
Последующие исследования гена ожирения (ob) позволили охарактеризовать и контролируемый им продукт пептидной природы, получивший название лептин (от греческого leptos – тонкий), или белка ob. Лептин представляет собой линейный пептид из 167 аминокислот, для которого характерна высокая эволюционная консервативность структуры. Его аминокислотная последовательность у человека на 84% идентична таковой в молекуле лептина мыши. По механизму биологического действия лептин является гормоном, родственным и - интерферонам, гормону роста и пролактину. Все эти гормоны являются -спиральными белками и связываются с рецепторами, имеющими сходную химическую структуру (Панков Ю.А., 1999; 2003).
Изучены структура кодирующей лептин ДНК. Показано, что у мышей ген ob локализован в проксимальной части хромосомы 6 и экспрессируется, в основном, в адипоцитах белой жировой ткани, которые секретируют синтезируемый ими гормон в кровь. У человека имеется только один ген лептина (ген ob) протяженностью 20 тыс. пар оснований и локализован он на хромосоме 7q 31.3 (Панков Ю.А., 2003). Содержит 3 экзона и 2 интрона. 5 - фланкирующая энхансерная область гена состоит из 172 пар оснований и содержит последовательность, подобную ТАТА боксу (ТАТАGА), несколько cis – регуляторных элементов, включающих в себя три последовательности GC – типа (GGGCGG), место связывания транскрипционного фактора АР-2 и ССААТ – последовательность – место связывания белка – энхансера (Панков Ю.А., 1998; 2003). Ген лептина имеет области, способные связываться с факторами, регулирующими процесс конститутивной секреции и транскрипции, например, с глюкокортикоидами и цАМФ-реактивными элементами (Акмаев И.Г, Сергеев В.Г., 2002).
Помимо экспрессии в белой жировой ткани, ген ожирения (ob) экспрессируется также в желудке, плаценте и, возможно, в молочной железе (Мantzoros Ch.S., 1999). Сегодня на основе рекомбинантных ДНК созданы биотехнологические системы для синтеза активного белка ob в дрожжах и E. coli, что позволяет нарабатывать синтезируемый в кровь белок в количестве достаточном для изучения его биологических свойств, получения к нему антисывороток и разработки методов его количественного определения в плазме (Панков Ю.А., 2003).
Ген рецептора лептина у человека локализован на хромосоме 1 и включает в себя 20 экзонов. Рецептор к лептину обнаруживает гомологию с семейством гематопоэтических рецепторов, включающим рецепторы к гормону роста, пролактину, цитокинам, некоторым ростовым факторам: гранулоцитарному колониестимулирующему фактору (Г-КСФ), гранулоцитарно-макрофагальному колониестимулирующему фактору (ГМ-КСФ), эритропоэтину. Рецепторы этого семейства связывают белки-лиганды, обогащенные -спиральными структурами (helix bundle peptide – HBP). Общей характеристикой таких рецепторов является наличие 4 пар остатков цистеина и последовательности: Тrp-Ser - x - Тrp-Ser, которые необходимы для формирования кармана, связывающего лиганд. Вблизи трансмембранного домена рецептора располагается богатый пролинами участок, который необходим для проведения сигналов всех исследованных лигандов (Панков Ю.А., 2000).
Идентифицированы 3 различных варианта сплайсинга про-мРНК рецептора лептина мыши, в результате которого синтезируются 3 типа рецептора (Панков Ю.А., 1998): 1) растворимый рецептор лептина; 2) связанный с мембраной рецептор лептина, который имеет короткий внутриклеточный домен и не способен осуществлять трансдукцию гормонального сигнала; 3) связанный с мембраной рецептор, имеющий длинный внутриклеточный домен и способный трансдуцировать гормональный сигнал.
«Короткоцепочечная» изоформа лептинового рецептора ответственна за связывание – «буферизацию» гормона в циркуляции (лептин-связывающий белок), а также за его перенос в паренхиму мозга через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ).
Рецептор лептина с длинным цитоплазматическим доменом (Ob-Rb) содержит последовательности, которые определяют взаимодействие цитоплазматического домена с киназой Януса (Janus kinase – Jak), являющейся цитоплазматической тирозинкиназой. Фосфорилирование Jak вызывает ее активацию и, в свою очередь, индуцирует фосфорилирование других белков, в частности, белков – трансдукторов сигнала и активаторов транскрипции – STAT (signal transducers and activators of transcription): STAT-1; STAT-2; STAT-3. После фосфорилирования белки STAT димеризуются и переносятся в ядро, где связываются со специфическими сайтами ДНК и активируют транскрипцию генов. Рецептор лептина в опытах in vitro стимулирует фосфорилирование STAT-1, 2 и 3, а in vivo (после связывания с гормоном в гипоталамусе) активирует фосфорилирование только белка STAT-3. Такой механизм с участием Jak впервые был описан для рецепторов и -интерферонов. В проведении сигналов «спиральных» гормонов через рецепторы наряду с белками STAT принимают участие также каскад МАР-киназ, PRAR, рецепторы глюкокортикоидов и другие белки цитоплазмы (Панков Ю.А., 2003).
Специфические лептиновые рецепторы располагаются в различных областях мозга, включая гипоталамус, мозжечок, кору, гиппокамп, таламус, сосудистые сплетения и эндотелий мозговых капилляров. Экспрессия лептиновых рецепторов выявляется также в периферических тканях, включая легкие, почки, печень, поджелудочную железу, надпочечники, яичники, стволовые клетки гемопоэза и скелетные мышцы. Столь широкая распространенность этих рецепторов в организме может свидетельствовать о широком диапазоне влияний лептина, который пока еще изучен недостаточно. Предполагается, (Мantzoros Ch.S., 1999) что короткая изоформа лептинового рецептора, присутствующая в почках, регулирует клиренс лептина, а изоформы рецептора лептина, находящиеся в эндотелии капилляров и в сосудистых сплетениях головного мозга, обеспечивают транспорт лептина из крови в интерстициальную ткань головного мозга и в спинномозговую жидкость через гематоэнцефалический барьер – ГЭБ (насыщаемую систему с ограниченной пропускной способностью).
Одиночная мутация в гене рецептора приводит к ненормальному сплайсингу и блокирует экспрессию длинной формы рецептора лептина (у мышей db/db), что вызывает нарушение проведения гормонального сигнала и избыточное накопление лептина в крови (Панков Ю.А., 1999).
Лептин циркулирует в крови в свободной и связанной со специфическими белками формах (Мantzoros Ch.S., 1999).
Содержание лептина в циркулирующей крови людей четко коррелирует с массой тела и с массой жировой ткани. Эта зависимость носит экспонентный характер. Редукция запасов жира приводит к быстрому и непропорциональному падению уровня лептина в плазме, тогда как восстановление запасов жира в условиях искусственного питания сопровождается запаздывающим по времени восстановлением уровня гормона. Вместе с тем, уровень лептина отражает не только количественное накопление жира, но также нарушения энергетического обмена: при голодании он значительно снижается, при переедании - повышается. На содержание лептина в крови оказывает влияние состав потребляемой пищи, особенно содержание в ней макро- и микроэлементов (например, цинка). Оно зависит также от различных гормональных факторов. Так, длительная перфузия инсулина или повышение его содержания выше физиологического, сопровождаются существенным возрастанием уровня лептина. На содержание лептина в крови могут оказывать влияние и гормоны щитовидной железы, регулирующие экспрессию иРНК и секрецию лептина жировыми клетками. Вероятно, это взаимодействие настроено на реакцию лептиновой продукции в условиях пониженного содержания йодтиронинов, поскольку, при повышении функции щитовидной железы у человека уровень лептина в крови практически не изменяется. В противоположность этому при гипотиреозе он снижается параллельно с расходом энергии, однако физиологический смысл данного явления не определен. В экспериментах in vitro показано, что глюкокортикоиды повышают продукцию лептина, а у здоровых обследуемых их введение приводит к возрастанию его уровня в крови. Вместе с тем, при обследовании больных с синдромом Иценко-Кушинга результаты не были столь однозначными.
Подавляют экспрессию иРНК и снижают уровень циркулирующего в крови лептина β3-агонисты. Курение, сопровождающееся развитием гиперадренэргического состояния, также способствует редукции данного показателя.
В ряде исследований, выполненных на животных и человеке, показано ингибирующее влияние на продукцию лептина некоторых цитокинов (ФНОα, ИЛ-1, ИЛ-6).
Повышение уровня лептина в крови регистрируется при терминальной почечной недостаточности, хотя его роль в развитии кахексии, характерной для данного состояния, не определена.
Положительная корреляция содержания лептина отмечается также и с уровнем триацилглицеридов, с принадлежностью к женскому полу, с уровнем прогестерона. С некоторыми другими показателями связь носит отрицательный характер, а в отношении ряда из них - корреляция отсутствует (табл.1).
Таблица 1.
Корреляция уровня лептина в крови с другими биохимическими показателями и некоторыми фенотипическими особенностями организма (по Ch.S. Мantzoros, 1999; И.В. Терещенко, 2001)
|
Корреляция |
||
|
Положительная |
Отрицательная |
Отсутствует |
|
С уровнем ТАГ С массой тела С количеством жировой ткани С принадлежностью к женскому полу: - во всех возрастных группах здоровых людей уровень лептина в крови у девочек и женщин выше, чем у мальчиков и у мужчин;
С прогестероном (во время менструаль-ного цикла) |
С ЛПВП С чувствительностью к инсулину С уровнем глобулина, связывающего половые гормоны С возрастом (разделяется не всеми) |
С уровнем ФСГ С уровнем ЛГ С базальным уровнем общего и свободного тестостерона, эстрадиола, дигидроэпиандростенолона С уровнем ПТГ С уровнем 2-микроглобулина С уровнем креатинина С остаточной функцией почек у больных ХПН С риском развития ИБС |
Некоторые факторы, способные оказать влияние на секрецию лептина, как в сторону его повышения, так и ослабления представлены в табл. 2.
Таким образом, секреция и содержание лептина в циркуляции зависят от многочисленных факторов, что затрудняет оценку изменений этих показателей при различных физиологических состояниях и патологических процессах. Тем более, что молекулярные механизмы, регулирующие продукцию лептина, до конца не изучены. В частности, хотя установлено, что факторы транскрипции, которые играют важную роль в дифференциации жировых клеток, стимулируют промотор гена лептина, не ясно, почему продукция гормона в подкожной жировой клетчатке выше, чем в висцеральных жировых депо. Остается неизвестным,
Факторы, влияющие на секрецию лептина (Ch.S. Мantzoros 1999; И.В. Терещенко, 2001)
|
Повышают |
Ослабляют |
Индифферентные |
|
7. Снижение уровня тиреоидных гормонов |
|
каким образом вышеперечисленные факторы влияют на периодические (суточные или более редкие) колебания уровня лептина, отчетливое повышение которого отмечается ночью. Каков механизм этих колебаний и в чем их физиологическое значение? Каким образом регулируется одновременная секреция лептина в различных участках жировой ткани, распределенной по всему организму? Существует ли единый модулятор этого процесса или сам лептин играет роль сигнального гормона, управляющего нейроэндокринной функцией?
Биологическое действие лептина
Биологическое действие лептина распространяется на различные системы. В частности, в течение короткого времени он может действовать как диуретический фактор, способствуя выведению натрия и задержке калия в организме. При длительном воздействии лептин стимулирует метаболизм норадреналина и повышает тонус симпатической нервной системы (Мantzoros Ch.S. 1999). Установлено влияние лептина и на систему иммуногенеза. Вместе с тем, главные и наиболее изученные биологические эффекты лептина определяются его влиянием на механизмы нейроэндокринной регуляции, контролирующие пищевое поведение, энергетический обмен, отложение жировой ткани, рост, половое созревание и некоторые другие физиологические функции (рис. 2).
Основным органом-мишенью лептина, через воздействие на который он оказывает разнообразное биологическое действие, является центральная нервная система.
Большая часть эффектов лептина проявляется через его воздействие на мозг, куда он проникает через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Содержание лептина в цереброспинальной жидкости составляет примерно 2-4% от его концентрации в плазме крови, что позволяет предполагать существование специального механизма переноса гормона из крови в ЦНС, который имеет ограниченные возможности. Прохождение лептина через ГЭБ, по всей вероятности, является активным процессом, в котором происходит специфическое связывание лептина с растворимой формой рецептора, выполняющей роль транспортера гормона, и последующим переносом образовавшегося комплекса в мозг (Панков Ю.А., 1998). После такого транспорта через ГЭБ лептин становится доступным для связывания с «длинноцепочечными» рецепторами, наиболее активно экспрессируемыми в гипоталамусе и в меньшей степени – в других структурах мозга.
Клонирование рецептора к лептину и обнаружение его изоформ в мозге сделали «очевидным факт открытия новой физиологической системы регуляции массы тела, в которой лептин играет роль афферентного метаболического сигнала» (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002).
Влияние лептина на пищевое поведение, массу тела и массу жировой ткани опосредуется взаимодействием гормона с нейропептидами и нейромедиаторами, участвующими в регуляции энергетического обмена и продуцируемыми определенными нейронами гипоталамуса, в частности, аркуатного и вентромедиального ядер. Одним из таких нейропептидов является -меланоцитстимулирующий гормон (-МСГ), который через меланокортинэргические нейроны ЦНС вызывает снижение аппетита, уменьшение потребления пищи и повышенное использование жиров в энергетическом обмене.
-МСГ образуется из белкового предшественника – прогормона проопиомеланокортина (ПОМК) в результате его ферментативного расщепления (процессинга). Синтез ПОМК осуществляется в нейронах аркуатного ядра, где установлена экспрессия его гена. В тех же ядрах экспрессируется и ген рецептора лептина. Т.е. эти нейроны несут на своей поверхности рецепторы к лептину, связываясь с которыми, он оказывает на них свое регуляторное влияние. В данном случае это влияние выражается в том, что лептин повышает выраженность экспрессии гена ПОМК, стимулируя тем самым синтез этого прогормона, а через него – и образование -МСГ (рис. 9.1.4.1).
Еще одним гипоталамическим нейропептидом, с которым взаимодействует лептин, является нейропептид Y. В противоположность -МСГ он обусловливает повышение аппетита и увеличение потребления пищи. Как следует из рисунка, в отношении данного нейропептида (НPY) лептин проявляет двойной эффект: с одной стороны, тормозит экспрессию гена HPY, снижая тем самым его продукцию, с другой – блокирует физиологические эффекты HPY, предотвращая (или ослабляя) стимулирующее влияние последнего на чувство голода.
Таким образом, лептин реализует свои эффекты на энергетический обмен, проявляющиеся в снижении аппетита, уменьшении потребления пищи, увеличении физической активности и стимуляции сгорания жира в организме. Синергистом лептина в указанных эффектах является инсулин мозговой ткани, который, как и лептин, подавляет экспрессию гена HPY и усиливает секрецию ПОМК. В последнем случае инсулин мозга реализует свое влияние через стимуляцию кортикотропин-рилизинг-гормона (КРГ). Впрочем, такой путь не исключается и для самого лептина, хотя на сегодняшний день он не считается убедительно доказанным.
Лептиновый путь регуляции энергетического гомеостаза не зависит от серотонинового пути, который активируется при приеме таких лекарственных препаратов, как фенфлурамин и дексфенфлурамин (Мantzoros Ch.S., 1999). Таким образом, в организме человека сис –
Рис. 3 Взаимодействие лептина и нейропептидов гипоталамуса, регулирующих пищевое поведение и энергетический обмен (по Ю.А. Панкову, 1999; 2003).
тема, регулирующая энергетический гомеостаз включает дублирующие друг друга механизмы.
Важно отметить, что в реализации влияния лептина на пищевое поведение существенная роль принадлежит не только (а возможно, не столько) абсолютному содержанию гормона в крови, сколько эффективности его проникновения через ГЭБ. Об этом, в частности, свидетельствуют данные о том, что при анорексии, булимии, неспецифических расстройствах аппетита и депрессии, уровень лептина не отличается от такового у здоровых людей с аналогичной массой тела. Вместе с тем показано, что при нервной анорексии транспорт лептина через ГЭБ находится в обратном соотношении с его концентрацией в крови и наиболее выражен при низком содержании гормонов. Эти данные позволяют объяснить участие лептина в патогенезе нарушений аппетита при нервной анорексии даже в условиях снижения его уровня в циркуляции (Мantzoros Ch.S., 1999).
О наличии связи между лептином и гипоталамо-гипофизарной осью, контролирующей секреции гормона роста (СТГ) свидетельствуют (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002): а) данные о низких уровнях СТГ в плазме крови у людей и грызунов с мутациями лептинового гена, или гена соответствующего рецептора; б) выраженное снижение СТГ в плазме крови крыс при нейтрализации действия лептина на структуры мозга с помощью антилептиновых антител или при их внутрижелудочковом введении; в) падение уровней лептина и СТГ при пищевой депривации и восстановление нормальной секреции СТГ при введении лептина в желудочки мозга.
Участие лептина в регуляции роста и в увеличении массы тела, по-видимому опосредуется его влиянием на нейроны, синтезирующие рилизинг-гормон гормона роста (РГГР), приводящему к увеличению продукции этого рилизин-гормона. Последующее воздействие РГГР на переднюю долю гипофиза обеспечивает усиление секреции гормона роста и, соответственно, стимуляцию роста тела. Нарушение этого процесса, напротив, вызывает задержку роста (рис.4).
Рис. 4 Центральный эффект лептина, обусловливающий его влияние на рост и массу тела
(Ю.А. Панков, 1999).
Правомерность такого механизма подтверждается данными о наличии рецепторов к лептину в паравентрикулярных и аркуатных ядрах гипоталамуса, где локализованы нейроны, синтезирующие РГГР и соматостатин, а также сведениями об отмене стимулирующего влияния лептина на секрецию СТГ в условиях блокады РГГР специфическими к РГГР антителами.
Вопрос о возможном непосредственном влиянии лептина на активность соматотропоцитов гипофиза остается открытым и требует дальнейшего изучения.
Аналогично представляется и центральный механизм влияния лептина на поддержание нормальной продукции тиреотропного и тиреоидных гормонов (рис. 5).
Рис. 5 Центральный эффект лептина, обусловливающий его влияние на продукцию тиреотропного и тиреоидных гормонов (Ю.А. Панков, 1999).
Известно, что пищевая депривация, сопровождаемая падением секреции лептина, характеризуется низкими уровнями Т3 и Т4 в крови, равно как и снижением синтеза тиреотропин-рилизинг-гормона (ТРГ) и тиреотропного гормона. Введение лептина голодающим крысам восстанавливает до нормальных значений сниженные показатели синтеза мРНК про-ТРГ в нейронах паравентрикулярных ядер. Такие параллели позволяют предполагать, что падение уровня лептина во время голодания служит сигналом для снижения синтеза тиреоидных гормонов щитовидной железой.
Остается невыясненным вопрос о способности лептина непосредственно регулировать активность щитовидной железы.
Приводятся данные о наличии механизма взаимодействия лептина и пролактина. Возможно, что пролактин стимулирует секрецию лептина, поскольку овариоэктомированные крысы после введения пролактина обнаруживают повышение мРНК лептина и уровня этого гормона в циркуляции. Однако такой стимулирующий эффект зависит от метаболического статуса организма и не наблюдается у животных в условиях пищевой депривации.
Влияние лептина на активность гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы (ГГАКС) носит репрессивный характер. Одной из примечательных особенностей генетически ожиривающих мышей и крыс является гиперкортикостеронемия, которая корректируется введением лептина. Лептин нивелирует повышения АКТГ и (или) кортикостерона, вызываемые голодом или стрессом. Поскольку лептин не меняет секрецию АКТГ in vitro, складывается впечатление, что он оказывает свое действие путем торможения секреции кортикотропин-рилизинг-гормона (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002). В пользу этого предположения приводятся данные о присутствии лептиновых рецепторов в кортикотропин-рилизинг-содержащих нейронах мелкоклеточной части паравентрикулярных ядер.
Наряду с центральным регулирующим действием лептина на активность ГГАКС не исключена вероятность его влияния и на периферические звенья системы. Об этом свидетельствует наличие в коре надпочечников «длинноцепочечной» формы рецептора к лептину, что может обусловить непосредственное действие гормона на эндокринные клетки этого органа. Возможно, что при участии данных рецепторов происходит торможение лептином in vitro АКТГ-стимулируемой секреции кортизола в культуре клеток надпочечников человека и крыс. Однако такой ингибирующий эффект на секрецию кортизола со стороны лептина наблюдается лишь в случае его продолжительных инфузий. Это обстоятельство служит основанием в пользу представления о том, что быстрые изменения активности ГГАКС в ответ на изменения уровня лептина реализуются через центральные механизмы (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002).
Таким образом, в организме реализуется сложная система взаимодействия лептина с различными нейроэндокринными механизмами, функционирование которой обеспечивается при участии как положительных, так и отрицательных обратных связей (рис.6). Он ак -
Рис. 6 Лептин и механизмы нейроэндокринной регуляции: прямые и обратные связи (Ch.S., Мantzoros 1999).
тивирует специфические лептиновые рецепторы в гипоталамусе и изменяет экспрессию нейропептидов, что приводит к снижению аппетита, повышению расхода энергии за счет изменения тонуса симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, а также нейроэндокринной функции. При повышении уровня лептина стимулируется выработка гормонов щитовидной железы, соматотропного и половых гормонов, подавляется активность гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы. За счет прямого или непрямого (опосредованного через другие гормоны и нейропептиды) действия лептин влияет на гемопоэз, иммунитет, оптимизирует метаболизм глюкозы и жиров. В свою очередь, изменение продукции различных гормонов и цитокинов и их содержания в крови стимулирует или подавляет выработку лептина жировыми клетками.
Роль лептина в развитии ожирения у человека
Оценка роли лептина в регуляции энергетического обмена позволила сформулировать принципиально новую концепцию патогенеза ожирения у человека (Ю.А. Панков, 1998-2000). Ее центральное положение заключается в том, что «ожирение развивается всегда, когда нарушается эндокринная функция жировой ткани» (рис. 7).
Традиционная концепция Новая концепция
Рис. 7. Традиционная и современная концепции патогенеза ожирения
(по Ю.А. Панкову, 1998; 2000; 2003)
Нарушение этой функции может быть обусловлено либо неспособностью жировой ткани к продукции лептина – абсолютная недостаточность (мутация гена ob), либо при сохраняющейся способности к секреции гормона – недостаточностью его биологического действия - относительная недостаточность. Оценивая возможность формирования абсолютной и относительной недостаточности лептина, следует отметить, что согласно современным данным у людей, страдающих ожирением, снижение синтеза и секреции лептина – довольно редкое явление. Ситуация характеризуется как раз отсутствием рецепрокности между этими показателями, а содержание лептина в циркуляции четко коррелирует с массой жировой ткани. Это означает, что в подавляющем большинстве случаев центральным звеном патогенеза ожирения выступает несостоятельность биологического действия лептина, т.е. его относительная недостаточность. Последняя может определяться разными механизмами, включая: а) мутации гена рецептора лептина; б) мутации гена рецептора а-МСГ (МК 4-Р); в) снижение транспорта лептина через ГЭБ (например, вследствие нарушения сплайсинга про-мРНК-рецепторов к лептину с ограничением к синтезу растворимой формы рецептора; г) дефектностью пострецепторной трансдукции лептинового сигнала.
В качестве механизма, определяющего резистентность к лептину на уровне ЦНС, детально рассматривается нарушение его транспорта через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Имея ограниченную пропускную способность, эта транспортная система может служить препятствием для реализации эффектов лептина. Зачастую одни и те же дозы гормона, не оказывающие никакого воздействия при периферическом введении, эффективно снижают аппетит при центральном введении (Мantzoros Ch.S., 1999). Еще одним доказательством в пользу возможного участия транспортного механизма в формировании резистентности к лептину служат сведения о том, что при ожирении наблюдается падение соотношения концентраций лептина в спинномозговой жидкости и в сыворотке крови. Причем, не только за счет возрастания уровня гормона в циркуляции, но и снижение его в ликворе. В этом аспекте представляется весьма важным то обстоятельство, что при достижении определенной концентрации лептина в сыворотке крови (25-30 нг/мл) дальнейшее ее повышение в циркуляции не сопровождается параллельным увеличением концентрации гормона в ткани мозга и спинномозговой жидкости (Мantzoros Ch.S., 1999).
В последнее время получены данные (Benks W.A. et al., 2004), свидетельствующие о том, что блокировка транспорта лептина через ГЭБ опосредована триацилглицеридами (ТАГ). Индукция их повышенного уровня (при голодании, ожирении или при использовании молока, содержащего 98% ТАГ) немедленно ограничивало этот транспорт, также как и в случае прямого внутривенного введения ТАГ. Применение инфиброзила – препарата, специфически редуцирующего уровень ТАГ, отменяло данный эффект. И хотя конкретный механизм такого влияния ТАГ остается невыясненным, представленные сведения показывают, что триацилглицериды являются важным фактором в формировании лептиновой резистентности. С другой стороны, они демонстрируют возможность усиления аноректического эффекта лептина путем повышения его транспорта через ГЭБ в условиях снижения уровня ТАГ.
Еще один вероятный механизм, определяющий резистентность к лептину – нарушение его взаимодействия с рецептором в ЦНС, может иметь в своей основе не только мутацию гена рецептора db, распространенность которой в общей популяции неизвестна, хотя должна быть очень низкой, но и действие некоторых периферических сигнальных гормонов, в частности, глюкокортикоидов (Мantzoros Ch.S., 1999).
Что касается участия в развитии резистентности к лептину таких факторов как снижение его транспорта в крови в результате нарушения связывания со специфическими белками или усиление катаболизма, то их вклад, по-видимому, не существенен, поскольку показатели времени полувыведения и биологической активности циркулирующего в крови лептина у полных и худых людей одинаковы. Более того, применение антилептиновых антител и лептинсвязывающих белков не приводит к инактивации лептина у лиц с ожирением (Мantzoros Ch.S., 1999).
Абсолютный и (или) относительный дефицит лептина включают в организме специфические (пока не идентифицированные) регуляторные механизмы, нацеленные на исправление сниженной эндокринной функции жировой ткани (Панков Ю.А., 2000). Они вызывают ее компенсаторное разрастание с тем, чтобы увеличить секрецию лептина и повысить его содержание в крови вследствие возросшей потребности организма в гормоне, что и приводит в конечном итоге к развитию ожирения. Т.е. происходит гипертрофия жировой ткани аналогично тому, как происходит разрастание щитовидной железы при утрате ее способности секретировать тиреоидные гормоны или при нарушении нормального функционирования таких гормонов (рис. 8).
Подобная гипертрофия жировой ткани, по всей вероятности, происходит при любом нарушении эндокринной функции адипоцитов и вызывает в конечном итоге увеличение веса тела в результате повышенного отложения жира в жировых депо. В том случае, если основу нарушения эндокринной функции жировой ткани составляет неспособность к продукции лептина (абсолютная недостаточность), ее гипертрофия не приводит к устранению дефицита гормона, что проявляется сохраняющейся а(гипо)-лептинемией. При относительной недостаточности гипертрофия жировой ткани сопровождается гиперлептинемией, что и наблюдается в большинстве случаев у лиц, страдающих ожирением. Однако эта гиперлептинемия не компенсирует полностью функциональную несостоятельность лептина и, соответственно, не устраняет механизм патогенеза заболевания.
Фенотип, формирующийся в условиях лептиновой недостаточности, характеризуется рядом негативных проявлений, в том числе повышенным аппетитом и сниженной утилизацией жира в качестве энергетического субстрата. Подобные нарушения способствуют нарастанию гипертрофии жировой ткани, но уже не в качестве компенсаторного механизма, а как проявление нарушенного энергетического обмена.
Таким образом, в соответствие с данной «дефицитной» концепцией пусковым звеном патогенеза ожирения является лептиновая недостаточность, а само ожирение вначале представляет собой компенсаторную реакцию жировой ткани, направленную на ее устранение. Роль повышенного потребления пищевых веществ – вторична и она является следствием нарушенного регуляторного действия лептина.
Рис. 8. Патогенез ожирения как результата дефицита эндокринной функции жировой ткани (по Ю.А. Панкову).
Иная точка зрения основывается на представлении о первичной роли повышенного потребления энергоемких, легкоусвояемых продуктов питания в развитии неэффективности (недостаточности) регуляторного действия лептина (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002). В этих условиях на фоне низкой физической активности происходит увеличение массы жировой ткани, сопровождаемое гиперсекрецией гормона. Такая хроническая гиперлептинемия нарушает центральные механизмы интеграции лептиновой сигнализации (толерантность к лептину?). Соответственно, проявляются синдромы лептиновой недостаточности, включая изменения пищевого поведения и энергетического обмена. Формируется порочный круг, усугубляющий развитие патологии (рис. 9).
Вместе с тем, эта схема патогенеза не исключает и компенсаторную гипертрофию жировой ткани, направленную на преодоление формирующейся недостаточности биологической активности гормона.
Таким образом, данная концепция в качестве первичного механизма развития ожирения рассматривает избыточное поступление пищевых веществ, обусловливающее срыв липостатической регуляции в виде резистентности ее центральных звеньев к действию лептина. Очевидно, что в этих условиях снижается роль лептина как афферент –
Рис. 9 Патогенез ожирения как следствие функционального срыва центральных механизмов липостатической регуляции при избыточном поступлении нутриентов (по И.Г. Акмаеву, В.Г. Сергееву, 2002).
ного метаболического сигнала жировой ткани (нарушение эндокринной функции жировой ткани), что определяет развитие патологических синдромов и может служить стимулом для ее компенсаторной гипертрофии.
Вероятность подобного развития событий связывается с низкой адаптационной способностью центральных механизмов регуляции обмена веществ к условиям длительного поступления избытка энергии в организм, поскольку в ходе эволюционного развития система гомеостаза формировалась для обеспечения процесса жизнедеятельности в условиях характерной для живой природы нехватки пищевых ресурсов. Поэтому с эволюционной точки зрения переедание является новой ситуацией, для которой не сформированы достаточно надежные механизмы адекватного реагирования (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002).
Таким образом, накопленные данные показывают, что подкожная жировая клетчатка активно участвует в нейроэндокринной регуляции и, тем самым, в реализации различных физиологических функций. Нарушение синтеза лептина адипоцитами или неспособность гормона проявлять биологическое действие (по разным причинам) приводит к разрастанию жировой ткани. Размеры этой ткани можно уменьшить с помощью искусственных подходов, однако в том случае, когда причины, вызвавшие патологию не устраняются, ее гипертрофия, как правило, возобновляется, если после проведенного лечения эндокринная функция жировой ткани не компенсируется заместительной гормональной терапией (Панков Ю.А., 2003).
ФАКТОР НЕКРОЗА ОПУХОЛЕЙ АЛЬФА
Природа и спектр биологической активности
Фактор некроза опухоли альфа (ФНОα) входит в состав семейства факторов некроза опухолей, куда помимо его включены ФНОβ (лифотоксин альфа) и лимфотоксин бета, представленный, в основном, мембранной формой. ФНОα и лимфотоксины представляют собой гликопротеины с М.м, соответственно, 17000 и 20000-25000 кДа.
Гены ФНОα и ФНОβ (генетическое обозначение TNF) локализованы на хромосоме 6 р 21.3 в регионе главного комплекса гистосовместимости (ГКГС) класса III между генами, кодирующими молекулы класса II (HLA-DP, DQ и DR) и класса I (HLA A, B, C). В локусе TNF идентифицированы 5 микросателлитных маркеров (TNFα, TNFβ, TNFc, TNFd и TNFe) каждый из которых имеет 14, 7, 2, 7 и 3 аллеля соответственно. Изучение полиморфизма генов TNF и их связи с генами HLA важно для понимания иммунопатогенеза многих тяжелых заболеваний воспалительной и аутоиммунной природы (Ковальчук Л.В. с соавт., 2001).
Молекулы ФНО гомологичны Fas-лиганду, мембранным молекулам CD 30 и CD 40, фактору роста нервов и образуют единое семейство белков. Их объединение обусловливает общность рецепторов. Известно 2 типа таких рецепторов: gp 55 и gp 75 (М.м 55 и 75 кДа), относящихся к семейству рецепторов фактора роста нервов. В это же семейство входит также Fas-рецептор – мембранная молекула, принимающая сигнал к апоптозу. Это свойство обусловлено присутствием «домена смерти» в цитоплазматической части молекулы данного рецептора. Такой же домен имеется в цитоплазматической части рецептора gp 55, но не gp 75. Соответственно первый, но не второй тип рецептора способный передавать летальный сигнал ФНО внутрь клетки.
Оба типа рецепторов могут высвобождаться с клеточной поверхности в результате протеолитического расщепления и циркулировать в растворимой форме. Уровни циркулирующих рецепторов повышаются при сепсисе, злокачественных опухолях, аутоиммунных заболеваниях, лихорадке, лейкемии, ожирении. Не исключено, что циркулирующие рецепторы могут связывать системный ФНО, представляя таким образом, функциональную буферную систему для этого цитокина (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002).
Наиболее радикально ФНОα и ФНОβ различаются по клеточному происхождению. ФНОα является продуктом моноцитов/макрофагов (в некоторых случаях – активированных Т-лимфоцитов), эндотелиальных, тучных и миелоидных клеток, ЛАК-клеток, клеток нейроглии. Основными продуцентами ФНОβ являются активированные Т-лимфоциты: CD 4+ и CD 8+.
В настоящее время установлено, что ФНОα синтезируется и в адипоцитах. Этот синтез происходит из трансмембранного гормона (26 кДа), который после протеолитического расщепления дает начало растворимой молекуле 17 кДа. «Неожиданная на первый взгляд способность адипоцитов секретировать ФНОα тем не менее согласуется с современными представлениями о существовании единой иммунонейроэндокринной системы регуляции гомеостаза организма, функционирующей на основе общности лигандов и рецепторов, используемых в своей деятельности различными подсистемами» (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002).
Биологическая активность ФНОα включает цитостатическое и флогогенное действие, регуляцию иммунного ответа, гемопоэза и клеточного метаболизма, а также модуляциию нейроэндокринной регуляции (рис. 10).
ФНОα и липидный обмен
Способность адипоцитов к секреции ФНОα, а также его повышенные уровни при ожирении определили интерес к оценке физиологической значимости этого цитокина в метаболизме липидов в организме.
Системное действие ФНОα демонстрирует индукцию им метаболических изменений, известных как кахексия, т.е. состояния при котором наблюдается истощение мышц и
Рис. 10 Спектр биологической активности ФНО
(по данным А.А. Ярилина, 1999; Л.В. Ковальчука с соавт., 2001; И.Г. Акмаева, В.Г. Сергеева, 2002)
жировых клеток. Механизмы развития этого истощения разнообразны, но в целом они реализуются в трех направлениях: а) через усиление катаболизма триацилглицеридов (ТАГ) в тканях; б) через подавление эндогенного синтеза триацилглицеридов; в) через снижение поступления в организм нутриентов и обусловленный этим дефицит энергии.
Усиление катаболизма ТАГ, наиболее характерным признаком которого является гиперлипемия, под влиянием ФНОα определяется стимулирующим действием цитокина на ключевые ферменты липолиза (тканевую липазу) через их транскрипционную регуляцию. Вместе с тем, усиливая липолиз в тканях, ФНОα тормозит расщепление ТАГ в составе циркулирующих в крови липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП) и промежуточной плотности (ЛППП). Это обстоятельство обусловлено его ингибирующим влиянием на липопротеидлипазу, иммобилизованную в стенке сосудов и ответственную за данный процесс. Конкретный механизм такого ингибирующего влияния может быть различным (нарушение синтеза самого фермента, инсулинрезистентность), но в любом случае оно лимитирует возможность использования адипоцитами в жировом обмене транспортных форм липидов, а также способствует дислипопротеидемии и гипертриацилглицеридемии.
Подавление эндогенного синтеза ТАГ под влиянием ФНОα обеспечивается несколькими путями (рис. 11). Во-первых, через угнетение поступления жирных кислот (ЖК) в адипоциты, что связано не только с невозможностью использования ЖК в составе ЛПОНП и ЛППП, но и со снижением экспрессии в адипоцитах транспортеров жирных кислот (FAT и FATP), осуществляющих их перенос через плазматическую мембрану жировых клеток. Во-вторых, через редукцию экспрессии ключевых энзимов липогенеза, в частности, ацетил-коэнзим А-редуктазы и синтетазы жирных кислот, необходимых для их восстановительного синтеза. Этот синтез, в свою очередь, требует значительного расхода энергии, который должен восполняться поступлением в организм энергоемких нутриентов. Однако такая возможность в условиях системного действия ФНОα представляется ограниченной, в связи с подавлением им чувства голода.
Влияние ФНОα на пищевое поведение, выражающееся подавлением аппетита может опосредоваться его способностью усиливать (как и лептин) экспрессию генов ПОМК в гипоталамусе. Снижение пищевой активности обусловливает дефицит энергетических субстратов, что с одной стороны стимулирует активность катаболических процессов, а с другой - существенно уменьшает эффективность процессов биосинтеза, включая биосинтез ТАГ.
В совокупности представленные метаболические нарушения и составляют основу для снижения массы жировой и мышечной ткани, т.е. для развития кахексии.
ФНОα и резистентность к инсулину при ожирении
Ожирение характеризуется преобладанием процессов депонирования ТАГ в жировой ткани и инсулиновой резистентностью тканей организма. В настоящее время получены доказательства того, что в процессы развития инсулиновой резистентности активно вовлечены цитокины и пептиды, синтезируемые адипоцитами. Среди них особое место отводится ФНОα.
Участие ФНОα в формировании инсулинрезистентности, вероятно определяется несколькими механизмами, среди которых могут быть выделены (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002): а) снижение сигнальной способности инсулиновых рецепторов; б) экранирование рецепторов на клеточных мембранах избытком жирных кислот; в) подавление экспрессии гена Glut 4 и тем самым – снижение инсулинстимулируемого транспорта глюкозы в клетки. Помимо адипоцитов ФНОα - индуцированная инсулиновая резистентность обнаруживается в фибробластах, миелоидных клетках и мышечных клетках крыс. ФНОα придается важное значение в развитии инсулинрезистентности у больных диабетом 2 типа, у которых уровни его экспрессии обнаруживают строгую корреляцию с уровнем гиперинсулинемии и снижением чувствительности ткани к инсулину.
В процессы модуляции активности инсулиновых рецепторов под влиянием ФНОα может быть вовлечен и лептин. Оба они демонстрируют параллели в своей биологии: корре-
Рис. 11. Патогенез развития кахексии при системном действии ФНО (по данным Л.В. Ковальчука с соавт., 2001; И.Г. Акмаева, В.Г. Сергеева, 2002).
лируют с процентным содержанием жира в организме, могут модулировать чувствительность к инсулину, снижают пищевую активность и регулируют другие аспекты энергетического метаболизма (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002). Предполагается, что ФНОα может вовлекать лептин в развитие инсулиновой резистености посредством аутокринного или паракринного воздействия.
Прямая зависимость между возрастанием уровня ФНОα и резистентностью к инсулину прослеживается не только при ожирении, но выявляется и при таких болезнях как рак и сепсис, для которых характерно развитие кахексии. В связи с этим представляется обоснованным предположение о том, что в качестве еще одного механизма развития данного состояния (кахексии) при указанных заболеваниях может выступать снижение утилизации тканями глюкозы, усугубляющее энергетический дефицит и лимитирующее возможность использования продуктов углеводного обмена в метаболизме ТАГ и протеинов.
РЕЗИСТИН
Еще одним гормоном белой жировой ткани является резистин, который как и ФНОα рассматривается в качестве сигнала, способного служить связующим звеном между ожирением и инсулиновой резистентностью (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002). Экспрессия специфических генов, контролирующих продукцию этого пептидного гормона в адипоцитах, регулируется активностью ядерных рецепторов (PRAR-γ-рецепторы). Их особенностью является высокая аффинность к тиазоладенедиону (ТЗД) - антидиабетическому препарату, восстанавливающему чувствительность тканей к инсулину in vivo. Считается, что этот эффект ТЗД реализуется после его связывания с PRAR-γ-рецепторами и последующей репрессии соответствующих генов, кодирующих синтез резистина.
Вовлечение резистина в развитие инсулиновой резистентности подтверждено данными о его способности снижать инсулин-стимулированный захват глюкозы и об отмене этого эффекта при нейтрализации антителами. Такая нейтрализация резистина способна редуцировать гипергликемию и у инсулин-резистентных мышей с ожирением. Т.е. резистин является уникальным гормоном, чье влияние на гомеостаз глюкозы антагонистично таковому инсулину.
Хотя эффекты резистина прослежены пока лишь на адипоцитах жировой ткани, допускается, что он может оказывать свое воздействие на печеночную, мышечную и нервную ткани, контролируя одну или множество стадий инсулиновой сигнализации.
ob/ob N
db/db ob/ob
db/db N
ob/ob N
db/db ob/ob
db/db N
Рис. 2 Биологические эффекты лептина (Ch.S. Мantzoros, 1999).
Гипоталамус
Лимбическая система
Ствол мозга
секреция лептина
Белая жировая ткань
потребление пищи
расход
энергии
нейроэндокринная функция
метаболизм глюкозы
метаболизм жиров
Экспрессия гена и секреция кортикотропин – рилизинг – гормона (КРГ)
(?)
+
+
+
Инсулин мозга
-
Экспрессия гена ПОМК в нейронах аркуатного ядра гипоталамуса, несущих также ген рецептора лептина
Экспрессия гена гипоталамического нейропептида Y(НР Y)
-
+
Биосинтез (НР Y)
Биосинтез ПОМК
ЛЕПТИН
Процессинг ПОМК
Образование -МСГ
Физиологическое действие -МСГ на меланокортинэргические нейроны, опосредованное МК 4-Р рецепторами:
Физиологическое действие
(НР Y)
Увеличение секреции гормона роста и стимуляция роста тела; нарушение этого процесса вызывает задержку роста
Р
РГГР
РГГР
ЛР
Нейроны, синтезирующие рилизинг-гормон гормона роста
Передняя доля
гипофиза
ЛЕПТИН
Увеличение секреции гипофизом тиреотропного гормона и щитовидной железой тиреоидных
гормонов
Р
ЛР
ТРГ
ТРГ
Передняя доля
гипофиза
Нейроны, синтезирующие тиреотропин-рилизинг-
гормон
ЛЕПТИН
ГОЛОВНОЙ МОЗГ
Аппетит
Нейропептиды
Половые
железы
Надпочечники
Гемопоэз
Иммунитет
Щитовидная железа
Тонус симпатической
и парасимпатической нервной системы
β-клетки
pancreas
Система ИФР
Инсулин
ИЛ
ФНОα
ГК
Катехоламины
Андрогены
Эстрогены
Ген
лептина
-
+
-
+/-
+
-
-
Жировая ткань - эндокринный орган, продуцирующий лептин. Снижение продукции лептина или проявления его биологического действия приводит к ряду негативных последствий в виде подавления репродуктивной функции, бесплодия, задержки роста и полового развития, развития инсулинрезистентности, повышенной секреции инсулина и др.
Жировая ткань - инертное депо, в котором сохраняются запасы биологической энергии, необходимой для поддержания жизни. 1г жира содержит значительно больше энергии, чем белки и углеводы. Поэтому жиры - наиболее удобные продукты для накопления энергии в организме.
Ожирение - результат избыточного накопления энергетического субстрата вследствие нарушения действия на жировую ткань гормонов, секретируемых эндокринными органами (снижение действия жиромобилизующих гормонов и усиление действия анаболических гормонов)
Ожирение - результат нарушенной эндокринной функции самой жировой ткани и представляет собой ее гипертрофию, направленную на увеличение секреции лептина, призванную компенсировать дефицит гормона либо его пониженную биологическую активность
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ ЛЕПТИНА
АБСОЛЮТНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ ЛЕПТИНА
Несостоятельность биологического действия лептина
Дефицит лептина
Сохраняющаяся а (гипо) лептинемия
Гиперлептинемия, не компенсирующая пониженную биологическую активность
гормона
Компенсаторная гипертрофия жировой ткани, направленная на восполнение дефицита гормона или устранение его пониженной биологической активности
Гипертрофия жировой ткани, как результат повышенного потребления энергоемких субстратов и нарушенного метаболизма липидов
Нарушение пищевого поведения и энергетического обмена в виде повышенного потребления пищи и снижения утилизации жира в качестве энергетического субстрата
Толерантность к инсулину; гиперинсулинизм; задержка роста; нарушение репродуктивной функции
Избыточное поступление в организм энергоемких, легко усвояемых продуктов питания на фоне низкой физической активности
Депонирование запасов биологической энергии: увеличение массы жировой ткани
Хроническая гиперсекреция лептина (гиперлептинемия)
Нарушение центральных механизмов лептиновой сигнализации (толерантность к лептину?)
Повышение аппетита; увеличение потребления пищи; снижение использования жиров в энергетическом обмене
Компенсаторная гипертрофия жировой ткани, направленная на устранение пониженной биологической активности лептина
ФНО
Регуляция гемопоэза
-угнетение эритро-, миело-, и лимфопоэза у нормальных животных;
-радиопротекторный эффект при подавленном кроветворении
Регуляция иммунного ответа
-стимуляция пролиферации Т- и В- лимфоцитов;
-усиление антителообразования на Т-зависимые антигены;
-подавление ГЗТ;
-препятствие формированию иммунологической толерантности;
-увеличение экспрессии молекул главного комплекса гистосовместимости на клетках, инфицированных внутриклеточными паразитами
Флогогенное действие
-усиление экспрессии на эндотелии молекул адгезии;
-стимуляция ангиогенеза;
-усиление секреции Рg;
-хемотаксический фактор;
-стимуляция синтеза белков острой фазы;
-индукция лихорадки;
-активация нейтрофилов, эозинофилов, моноцитов;
-стимуляция продукции ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО мононуклеарами и другими типами клеток
Цитостатическое действие
-генерация активных форм кислорода и индукция апоптоза
Регуляция
метаболизма
-жирового обмена;
-инсулинрезистентности
Модуляция нейроэндокринной регуляции
-усиление экспрессии гена ПОМК
ФНО
Активация липолиза в тканях за счет транскрипционной регуляции его ключевых ферментов
Ингибирование липопротеидлипазы сосудистой стенки (инсулинзависимой)
Снижение экспрессии транспортеров ЖК в адипоцитах (FAT и FATP)
Редукция экспрессии ключевых энзимов липогенеза: Ац–КоА-редуктазы и синтетазы ЖК
Подавление
аппетита
Угнетение захвата ЖК адипоцитами из циркуляции
Снижение поступления нутриентов
Подавление эндогенного синтеза ЖК
Нарушение гидролиза ТАГ в ЛПОНП и ЛППП
Высвобождение ЖК и их поступление в циркуляцию
+
-
Дислипопротеидемия
Гиперлипемия
+
III. Дефицит
энергии
II. Подавление эндогенного синтеза ТАГ
I. Усиление
катаболизма ТАГ
Истощение мышц и жировых клеток (кахексия)