Резюме

  • GLP, глюкагоноподобен пептид
  • JAK, janus киназа
  • KATP канал, зависим от ATP K + канал
  • ObR, лептинов рецептор
  • ObRa, къса изоформа на ObR
  • ObRb, дълга изоформа на ObR
  • PI, фосфатидилинозитол
  • PP-1, протеинова фосфатаза 1
  • SOCS, супресор на цитокиновата сигнализация
  • STAT, преобразувател на сигнал и активатор на транскрипция

Ob генът беше идентифициран чрез позиционно клониране през 1994 г. и беше демонстрирано, че мутациите в ob гена на ob/ob мишки предотвратяват синтеза на функционален лептинов протеин (1). Откритието, че протеинът, кодиран от ob ген лептин, е от съществено значение за хомеостазата на телесното тегло (2) и свързаната с него метаболитна регулация, е вдъхновило цялата област на метаболитната физиология. Лептинът е идентифициран като едно от първите хормонални вещества, синтезирани и секретирани от мастната тъкан. Това постави началото на схващането, че мастната тъкан представлява ендокринен орган, който регулира множество физиологични и патофизиологични състояния, като ситост, разход на енергия, инсулинова чувствителност, имунни реакции, възпаление, костен обмен и глюкозна хомеостаза, чрез секрецията. на хормонални вещества, действащи на отдалечени места в организма.

върху

Този доклад се фокусира върху специфичните ефекти на лептина върху произвеждащите инсулин β-клетки на панкреаса и въздействието върху патогенезата на диабет тип 2 при пациенти с наднормено тегло, страдащи от характеристики на метаболитния синдром.

ЕКСПРЕСИЯ НА ЛЕПТИНОВИ РЕЦЕПТОРИ НА ПАНКРЕАТИЧНИ β-КЛЕТКИ

Идеята, че лептинът може директно да действа върху β-клетките на панкреаса, за да контролира секрецията на инсулин, е получена от наблюдения при генетично дефицитни на лептин ob/ob мишки и мишки с дефект на лептин рецептор db/db мишки. Първо, беше отбелязано, че дефектната лептинова сигнализация в тези щамове на мишки води до първоначална хиперинсулинемия при млади животни, дори преди развитието на фенотип със затлъстяване и диабет (13–15). Второ, тази хиперинсулинемия беше подобрена чрез лечение на ob/ob мишките с рекомбинантен лептин (2), което предполага директно инхибиторно действие на лептина върху секрецията на инсулин от β-клетките на панкреаса.

Още на този етап се постулира идеята, че лептинът може да представлява една част от двупосочна верига за обратна връзка между мастната тъкан и β-клетката на панкреаса, като другата част се състои от инсулин, секретиран от панкреаса и стимулиращ на свой ред биосинтеза и секрецията на лептин от мастна тъкан. Адипогенните действия на инсулина са добре известни и стимулиращите ефекти на инсулина върху производството на лептин в адипоцитите са убедително демонстрирани (16,17).

Въпреки че късата изоформа на рецептора (ObRa) е способна да сигнализира, понастоящем се смята, че дългата изоформа (ObRb) предава повечето от физиологичните действия на лептина. Като първа стъпка в подкрепа на хипотезата за директното действие на лептина върху β-клетките на панкреаса беше показано присъствието на ObRb върху клетките, произвеждащи инсулин. Messenger РНК за ObRb е открит с голямо количество в миши панкреатични островчета, но не е открит в екзокринния панкреас (18). ИРНК на лептинов рецептор се открива в островчета на плъхове, дори в по-голямо изобилие от това, открито в целия мозък, и също така се открива в панкреатичната β-клетъчна линия βTC3 чрез RT-PCR. Наличието на функционални лептинови рецептори, включително ObRb, в клетки, произвеждащи инсулин, оттогава е потвърдено в други проучвания и може да бъде демонстрирано и в β-клетки, получени от човешки панкреатични островчета (19).

ЕФЕКТИ НА ЛЕПТИНА ВЪРХУ ПАНКРЕАТИЧНАТА ФУНКЦИЯ НА β-КЛЕТКИ

Основната функция на β-клетката на панкреаса е биосинтезата и адекватната секреция на инсулин за контрол на нивата на глюкоза в кръвта. Тази функция е строго регулирана както от хранителни вещества, така и от хормонални модулатори, като ентероендокринни хормони (глюкозозависим инсулинотропен полипептид и глюкагон-подобен пептид [GLP] -1).

ЕФЕКТИ НА ЛЕПТИНА ВЪРХУ ПАНКРЕАТИЧНАТА ЕКСПРЕСИЯ НА β-КЛЕТКИ ГЕН

Първата стъпка на биосинтеза на инсулин е експресията на проинсулинов ген. Доказано е, че стъпката, ограничаваща скоростта, определяща нивата на mRNA на проинсулин в стационарно състояние, се осъществява чрез транскрипционна регулация на промотора на проинсулиновия ген (45).

Ефектът на лептина върху транскрипционната активност на промотора на инсулиновия ген е изследван в последователен етап. Доза от 6.25 nmol/l лептин инхибира репортерния вектор, експресиращ луциферазния ген под контрола на 410 bp от промотора на гена на инсулин I от плъх в INS-1 клетки при стимулиращи концентрации на глюкоза от 25 mmol/l, но не и при 5.6 mmol/l глюкоза (38). За разлика от това, индуцирането на транскрипционна активност на инсулиновия промотор чрез допълнителни стимулиращи концентрации от 10 nmol/l GLP-1 при 11,1 mmol/l глюкоза също се инхибира от лептина. Тези открития показват, че стимулираната активност на инсулиновия промотор чрез GLP-1 или висока глюкоза (25 mmol/l) представлява предпоставка за инхибиторните действия на лептина върху активността на инсулиновия промотор (38).

Лептиновото сигнализиране чрез ObR е вътреклетъчно свързано с път на янус киназа (JAK) - сигнален преобразувател и активатор на транскрипция (STAT). Свързването на лептин с рецептора (ObR) активира свързаната с рецептора киназа JAK2 чрез трансфосфорилиране и фосфорилира остатъците на тирозин върху ObRb. Последователно транскрипционните фактори от семейството STAT се набират към рецептора и също се фосфорилират. Фосфорилираните STAT се димеризират и транслокират в ядрото, за да регулират генната транскрипция. Също така в β-клетките на панкреаса, ние открихме, че потискането на активността на инсулиновия промотор от лептин е свързано с променено свързване на изоформата STAT5b със специфични ДНК последователности в промотора (38). Доказано е, че STAT най-вече транскрипционно подобряват генната експресия. За разлика от това, ние демонстрирахме, че сигнализирането за лептин, което активира няколко STAT в други тъкани като хипоталамуса (46,47), инхибира биосинтеза на инсулин чрез транскрипционна репресия на проинсулиновия проинсулинов ген (19,38). В последващо проучване ние се опитахме да характеризираме това очевидно противоречие на молекулярно ниво.

Взети заедно, лептинът упражнява генно-регулаторни ефекти върху множество гени в β-клетките на панкреаса, произвеждащи инсулин. Съвременните познания обаче предполагат, че всички генетични регулаторни ефекти едновременно достигат кулминация до физиологично намаляване на секрецията на инсулин и биосинтезата.

МНОГОМОЛЕКУЛАРНИ ЕФЕКТИ НА ЛЕПТИНА ПРИ ПАНКРЕАТИЧНИ β-КЛЕТКИ

Инхибиторните ефекти на лептина върху експресията на препроинсулинов ген обаче изглежда са независими от активирането на KATP каналите. Диазоксидът за отваряне на канали на KATP не повлиява както потискането на лептин на нивата на препроинсулин мРНК, така и инхибирането на активността на инсулиновия промотор в INS-1 клетки (38), което показва, че генните регулаторни ефекти на лептина използват сигнални пътища за трансдукция, различни от тези, които медиират ефекта върху инсулина секреция.

Различните функционални, молекулярни и генни регулаторни ефекти на лептина, включващи секреция на инсулин (8,18–28,30,31,33–40,42–44,51–61), експресия на β-клетъчни гени на панкреаса (19,20, 31,38,62,63) и предаването на сигнала (21,22,27,38,51,54,64) са обобщени в Таблица 1.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Натрупва се все повече доказателства, които показват, че хормонът лептин, получен от мастна тъкан, действа директно върху β-клетките на панкреаса, в допълнение към своите ефекти в хипоталамуса, за да намали приема на храна и да увеличи енергийните разходи. На клетъчно ниво са демонстрирани инхибиторни ефекти на лептина както върху секрецията на инсулин, така и върху биосинтезата на инсулин, представени главно чрез инхибиране на експресията на препроинсулинов ген. В този контекст лептинът влияе на различни пътища за предаване на сигнали и молекулни цели.

Взети заедно, всички ефекти на лептина в β-клетките на панкреаса, които са известни до момента, действат едновременно, за да упражняват физиологичен дългосрочен контрол на секрецията на инсулин от β-клетката на панкреаса, който адаптира количеството секреция на инсулин към количеството телесни мазнини магазини. Важно е да се отбележи, че това тонизиращо ограничаване на секрецията на инсулин от лептин като цяло изглежда не пречи на краткосрочните стимулиращи действия на хранителни вещества и хормони, като зависима от глюкоза и инкретин секреция на инсулин.

Адипо-островната ос може обаче да играе важна роля по време на развитието на диабет тип 2 при пациенти със затлъстяване. По време на развитието на това заболяване се смята, че първоначалната хиперинсулинемия представлява прост компенсаторен отговор на β-клетката на панкреаса към инсулинова резистентност (66,67), а хипергликемията е следствие от β-клетъчна недостатъчност на панкреаса. В последните проучвания обаче стана очевидно, че хиперинсулинемията често предшества развитието на инсулинова резистентност, аргументирайки се поне отчасти за съществуването на ранен функционален дефект в секрецията на инсулин и срещу индуцирана от затлъстяване инсулинова резистентност, напълно обясняваща развитието на диабет тип 2.

По този начин, идентифицирането на молекулярните детерминанти на адипо-инсуларната ос и особено резистентността към лептин в β-клетките на панкреаса може да осигури нови цели за разработване на терапевтични стратегии. Този процес може да предотврати ранните стъпки в патогенезата на диабет тип 2 и в крайна сметка проявата на болестта при чувствителни пациенти с наднормено тегло.

Лептинова сигнализация и генна регулация в β-клетките на панкреаса. При стимулация с лептин, свързаната с ObR JAK2 тирозин киназа се активира чрез трансфосфорилиране и фосфорилира тирозиновите остатъци на лептиновия рецептор. STAT3 и STAT5b вече се набират към лептиновия рецептор и последователно се тирозин-фосфорилират чрез JAK2. Фосфорилираните STAT се димеризират и транслокират в ядрото, за да регулират генната транскрипция. STAT5b трансактивира проинсулиновия проинсулинов ген, докато STAT3 може диференцирано да активира промотора на SOCS3. SOCS3 от своя страна инхибира сигналния път JAK-STAT чрез свързване към тирозин-фосфорилирания лептинов рецептор, като по този начин предотвратява набирането на STAT към лептиновия рецептор. По този начин SOCS3 медиира репресията на сигнализирането за лептинов рецептор чрез отрицателна обратна връзка.

Лептиново инхибиране на експресията и активността на PP-1 в β-клетките на панкреаса. При стимулация с лептин, свързаната с ObR JAK2 тирозин киназа се активира чрез трансфосфорилиране и фосфорилира тирозиновите остатъци на ObR. Фосфорилираните STAT се димеризират и транслокират в ядрото, за да регулират генната транскрипция. Експресията на каталитичната субединица Ppp1ca на PP-1 се инхибира транскрипционно чрез сигнализиране на лептин. Това води до намалена ензимна активност на PP-1 и последователно намаляване на вътреклетъчните концентрации на калций. Последователно секрецията на инсулин се инхибира от намаления вътреклетъчен калций в β-клетките на панкреаса.

Дисрегулация на адипо-инсуларната ос и патогенеза на диабет тип 2. О: При чувствителни към лептин индивиди секрецията на лептин от мастната тъкан ограничава секрецията на инсулин от β-клетките на панкреаса, за да адаптира глюкозната хомеостаза към запасите от телесни мазнини. Б: При резистентни на лептин индивиди с наднормено тегло намалената сигнализация на лептин в β-клетките на панкреаса води до хронична хиперсекреция на инсулин (хиперинсулинемия). Повишените нива на инсулин насърчават както инсулиновата резистентност, така и повишената биосинтеза и секреция на лептин от мастната тъкан, което може допълнително да десенсибилизира сигнала за лептин в ендокринната панкреаса и да увеличи резистентността към лептин. Хроничната хиперсекреция на инсулин от β-клетката на панкреаса поради липса на тонизиращо инхибиране от лептина може да допринесе за крайна недостатъчност на β-клетките на панкреаса и евентуална проява на диабет тип 2 при пациенти с наднормено тегло.