дроб

1. Отдел за клетъчна смърт и разпространение, Институт по биомедицински изследвания в Барселона (IIBB), CSIC, Барселона, Испания
2. Чернодробно отделение, Болнична клиника и Провинциал де Барселона, IDIBAPS и CIBERehd, Барселона, Испания
3. Изследователски център за ALPD, Медицинско училище Keck, Университет на Южна Калифорния, Лос Анджелис, Калифорния, САЩ
* Кореспонденция на [email protected]

Авторите не са декларирали конфликт на интереси.

Благодарим на д-р Марк Емануел Дюма за неговия съвет. Тази работа беше подкрепена с безвъзмездни средства SAF-2011-23031, SAF-2012-34831, SAF2014-57674-R и SAF2015-69944-R от гранта Plan Nacional de I + D, Испания, PI11/0325 (META) от Института Салуд Карлос III и с подкрепата на CIBEREHD; грантът на центъра P50-AA-11999 Изследователски център за черния дроб и 2014SGR785. Ние също така признаваме подкрепата от безвъзмездните средства AGAUR 2011BE100599.

Получено: 18.03.16 Прието: 04.05.16 Цитиране

Всяка статия се предоставя при условията на лиценза Creative Commons Attribution-Non Commercial 4.0.

Резюме

Ролята на различните липидни видове като свободни мастни киселини и сфинголипиди при безалкохолната мастна чернодробна болест (NAFLD) е широко проучена през последното десетилетие. Освен това натрупването на свободен холестерол в хепатоцитите играе решаваща роля при прехода от стеатоза към стеатохепатит. Приносът на тези липиди към патологията на NAFLD обаче често се оценява индивидуално. Този преглед се опитва да обхване основните метаболитни и сигнални връзки между липотоксичните липидни видове и как тяхната хомеостаза се нарушава при NAFLD.

ВЪВЕДЕНИЕ

Следователно мастната чернодробна болест има сложна патология, която включва много съпътстващи промени в клетките. 8 При пациентите плазмените серумни и чернодробни биопсии показват различни липидни сигнатури за всеки етап от патологията. 9-12 Тази връзка между липидния състав и тежестта на заболяването подчертава колко е важно допълнително да се характеризира приноса на тези молекули към патологията на NAFLD и как те взаимодействат помежду си, за да се подобрят стратегиите за лечение и превенция.

Целта на този преглед е да опише липидните метаболитни промени, индуцирани от основните липотоксични липиди при NAFLD.

МАСТНИ КИСЕЛИНИ

Мастните киселини (FA) са карбоксилни киселини с неразклонена алифатна верига с различна дължина. При бозайниците FA обикновено съдържа до 28 въглерода в четни числа, но най-разпространената дължина в биологичните тъкани варира от 14-20. В допълнение, наличието на една или повече двойни връзки между въглеродите допълнително увеличава разнообразието на тези молекули. Наситените FA (SFA), без двойни връзки, представляват 30–40% от FA, присъстващ в животинските тъкани, по ред на изобилие: палмитинова киселина (PA) (15–25%), стеаринова киселина (10–20%), миристинова киселина (MA) (0,5–1%) и лауринова киселина (13

Ролята на ФА със средна дълга верига в NAFLD е проучена по-подробно от FA с по-къса верига (14 В наши дни е доказано, че видовете FFA могат да имат противоположни роли в NAFLD, особено когато става въпрос за сравняване на SFA с ненаситени такива. Buettner и др. 15 отбелязват, че диетите с високо съдържание на мазнини с различен състав на мастни киселини предизвикват различни резултати: висок прием на полиненаситени FA намалява експресията на липогенни гени, регулирани от протеин 1, свързващ регулаторен елемент на стерол (SREBP-1c) и повишен рецептор, активиран от пероксизомен пролифератор ( PPAR) -α-регулирани липолитични гени, докато диетите, богати на SFA и мононенаситени FA индуцират чернодробна стеатоза. PA е източникът на синтеза на FA и керамиди в ендоплазмения ретикулум (ER) на клетката и е и най-разпространеният FA в западните диети Въпреки това, вътреклетъчното увеличение на неестерифицираната PA може да бъде фатално, тъй като тази молекула предизвиква митохондриална дисфункция, 16 лизозомна пропускливост, 17 ER стрес и промяна на автофагията. 18 Подобни липотоксични ефекти са наблюдавани и при други SFA като стеаринова киселина. 19,20 От друга страна, много in vitro проучвания съобщават, че ненаситените мазнини като олеинова киселина могат да предпазят клетките срещу PA липотоксичност. 21-23

Линията между „добро“ и „лошо“ се размива, когато се разглежда инсулиновата резистентност в литературата. Buettner et al. 15 установи, че обогатената със зехтин диета води до инсулинова резистентност при плъхове. И обратно, беше показано, че полиненаситената FA олеинова киселина, основният компонент на маслиновото масло, има способността да индуцира PPAR-α, като по този начин насърчава окисляването на FFA, безопасно съхранение в TG и предоставя защита срещу инсулинова резистентност. 24 Трябва да се отбележи, че проучванията, които съобщават за участието на ненаситени мазнини в инсулиновата резистентност, често се извършват с липидни смеси 25, което затруднява изключването на възможна намеса на други липидни видове в патогенния механизъм.

МАСТНИ КИСЕЛИНИ И СФИНГОЛИПИДИ

При сценарий на затлъстяване на черния дроб увеличението на PA поради по-високия му хранителен прием и внос на черен дроб горива синтеза на новоцерамиди. Нещо повече, PA и други SFA могат да действат като агонисти на подобен на рецептор 4, 30 сигнален път, показан да индуцира синтетични ензими на керамиди в макрофаги, 31 но дали това се случва в хепатоцитите все още се обсъжда. 32,33 PA също може косвено да задейства синтеза на керамид чрез неговите липотоксични ефекти. Например, реактивни кислородни видове или цитокини като тумор некротизиращ фактор алфа (TNF-α) водят до бързо натрупване на керамид чрез ASM. 34 Това събитие е от особено значение при липидните салове, мембранните микродомени с висока концентрация на сфинголипиди, холестерол и сигнални молекули. Произведеният керамид е способен спонтанно да се самоагрегира и реорганизира липидните салове, като по този начин ги обединява и създава големи сигнални платформи. Следователно, керамидът играе решаваща роля в клетъчната сигнализация чрез групиране на рецептори заедно. 35

Подобно на PA, натрупването на керамид задейства липотоксични пътища като възпаление, ER стрес, митохондриална дисфункция и проникване, промяна на автофагията и активиране на лизозомния катепсин D, както е подробно разгледано другаде. 25,36-38 Някои от тези пътища могат от своя страна да индуцират керамиди и токсични производни като ганглиозиди, създавайки порочен кръг. От друга страна, съобщено е, че сфингозин-1-фосфат или керамид-1-фосфат са антиапоптотични и митогенни. 29 Наскоро бяха положени усилия да се дешифрира ролята на различните видове керамиди в клетъчната сигнализация. Ceramide C16: 0 е токсичен за макрофаги 39, но обратното се наблюдава при плоскоклетъчни карциноми на главата и шията на човека, където C16: 0 е антиапоптотичен, а C18: 0 проапоптотичен. 40 Следователно ролята на керамидните видове изглежда е специфична за всеки тип клетки и е необходимо допълнително проучване, за да се характеризират техните клетъчни ефекти.

Важно е да се отбележи, че има припокриване на целевите органели и липотоксичните резултати, съобщени с PA и неговия продукт церамид в литературата. Тъй като PA може да се превърне в керамид или да задейства синтеза на керамид по друг начин, се препоръчва особено внимание, преди да се придадат липотоксични роли на PA. В тази връзка наскоро установихме, че ER стресът се влошава от de novo синтезиран церамид след лечение с PA в първични хепатоцити. 41 Важното е, че ние също потвърдихме in vivo потенциалната токсична роля на МА при поглъщане в комбинация с PA чрез продължително производство на керамиди, причинявайки сериозно нарушаване на хомеостазата на липидния метаболизъм, ER стрес, възпаление и стеатохепатит.

МАЗНИ КИСЕЛИНИ И ХОЛЕСТЕРОЛ

Холестеролът е важен стерол за мембраните на животинските клетки. Молекулата се интеркалира между фосфолипидите, позиционирайки хидроксилната група близо до полярните и стероидните пръстени в аполарните зони. Това взаимодействие обездвижва и опакова мембраната, намалявайки нейната течливост и пропускливост, но в същото време предпазва мембраната от фазов преход поради по-голямото разстояние между алифатните вериги. Освен своята структурна функция, холестеролът е много богат в липидни салове, където участва в образуването на кавеоли и е предшественик на стероидни хормони, жлъчни киселини и витамин D.

Синтезът на холестерол се регулира от неговата наличност. Основният механизъм за отрицателна обратна връзка е инхибирането на протеина 2, свързващ регулаторния елемент на стерола (SREBP-2), транскрипционен фактор, който активира биосинтеза на холестерола и поемането на ензими като 3-хидрокси-3-метилглутарил-коензим А (HMG-CoA) редуктаза и липопротеини с ниска плътност (LDL), съответно. По същия начин, холестеролът може също така директно да се свърже с HMG-CoA редуктазата, за да предизвика нейното разграждане от протеазомата. 42 Високият хранителен прием на холестерол следователно намалява неговия ендогенен синтез. Този регламент може да бъде компрометиран в случай на съпътстващо увеличение на други липидни типове, главно TG, които осигуряват източник на FA. FA β-окислението би произвело ацетил-КоА, необходимо за първата стъпка на синтеза на ново холестерол чрез мевалонатния път. Наличието на ацетил-КоА обаче се контролира от различната субклетъчна локализация на тези метаболитни пътища, което означава, че е необходим предишен износ от митохондриите към цитозола, чрез цитратния транспортер. 43

Холеостазата на холестерола също може да се регулира от ядрените рецептори X-рецептор на черния дроб (LXR) и фарнезоиден X-рецептор (FXR). Оксистеролите активират LXR, индуцирайки транскрипцията на гени, участващи в транспорта и изчистването на холестерола, като по този начин го правят потенциална терапевтична цел за атеросклероза. 44 От друга страна, LXR активирането също индуцира липогенни транскрипционни фактори като SREBP-1c, което означава, че холестеролът може косвено да повлияе на стеатозата. Следователно в контекста на чернодробно заболяване с мазнини инхибирането на LXR вместо активиране може да бъде по-полезно. 45

Катаболизмът на холестерола в жлъчни киселини започва с превръщането му в 7-α-хидроксихолестерол чрез холестерол 7-α-монооксигеназа (CYP7A1), ограничаваща скоростта стъпка на пътя. 46 Жлъчните киселини свързват FXR, който потиска CYP7A1, действайки като отрицателна обратна връзка. Освен ролята си за поддържане на баланса между холестерола и жлъчните киселини, FXR също индуцира липолиза чрез активиране на PPAR-α и потискане на SREBP-1c. 47 Съответно, дефицитът на FXR при мишки води до чернодробно и серумно повишаване на холестерола и TG, 48 които са отличителни белези на NAFLD. По този начин FXR активирането от естествени и синтетични агонисти понастоящем се разглежда като една от основните терапевтични стратегии за NAFLD. 49 Въпреки това, клиничните проучвания показват, че лечението с FXR агонисти има някои нежелани странични ефекти като сърбеж или повишен LDL холестерол, 50 така че са необходими допълнителни изследвания за разработване на FXR модулатори с по-висока специфичност за липолитичната активност.

Увеличението на липотоксичната FFA, като PA, в мастния черен дроб стимулира ER стрес, за който е доказано, че активира SREBP-2. 51 Във връзка с това наскоро наблюдаваме, че мишките, хранени с диети с PA или PA плюс MA, имат ER стрес, по-висока експресия на гена на HMG-CoA редуктаза и чернодробен холестерол. 41 Любопитното е, че е установено, че високият прием на МА, който не се счита за липотоксичен сам по себе си, влияе върху серумните липопротеини и нивата на чернодробния холестерол. 52 Авторите приписват тази промяна на отрицателната корелация на МА с рецептора на чистач клас В тип I, липопротеиновия рецептор с висока плътност и катаболните ензими на холестерола, но те не анализират ER маркерите за стрес. Освен това, тъй като авторите са използвали смес от различни мазнини, участието на други липидни типове в този резултат не може да бъде отхвърлено.

И обратно, увеличаването на натоварването с холестерол в мембраната на ER може да наруши запасите от калций в органелите, като по този начин предизвика ER стрес и се включи в порочен кръг. 53 Разгънатият протеинов отговор предизвиква експресия на липогенни гени, засилвайки натрупването на FA, липотоксичност и синтез на други липотоксични липиди като керамиди. Нашата група също съобщава, че натрупването на свободен холестерол може да засегне други органели като митохондрии, като изчерпва митохондриалния глутатион и сенсибилизира хепатоцитите към възпалителни цитокини 54 и лизозоми, като нарушава митофагията и последващото отстраняване на увредените митохондрии. 55

ХОЛЕСТЕРОЛ И СФИНГОЛИПИДИ

Връзката между холестерола и сфинголипидите е по-малко адресирана, но тези два липида изглежда са строго регулирани. Холестеролът се свързва за предпочитане със сфингомиелин в липидните мембрани и съпътстващи промени в нивата им са докладвани в няколко проучвания, подробно разгледани от Ridgway 56 и синтезирани за кратко в следващите редове. Очевидна връзка между холестерола и сфингомиелина е тяхното присъствие и решаваща роля в липидните салове, което предполага, че е необходимо подходящо съотношение за функционирането на тези конкретни мембранни региони. Всъщност намаляването на сфингомиелина в плазмената мембрана чрез лечение с екзогенна сфингомиелиназа понижава SREBP-2 и предизвиква естерификация на холестерола и неговия ретрограден транспорт към ER. Не е ясно обаче дали местното образуване на керамиди от тази хидролиза на сфингомиелин участва в процеса. За разлика от това, намаляването на холестерола може да не означава намаляване на сфингомиелина. Това може да се дължи на необходимостта сфингомиелинът да продължи други важни за клетката функции и да поддържа мембранната структура.

Дисбалансът на тези липиди се наблюдава при редица патологии. Болестите на Niemann-Pick са наследствени нарушения на лизозомното съхранение с тежки метаболитни и в някои случаи неврологични последици. Дефицитът на киселинна сфингомиелиназа и произтичащото от това натрупване на сфингомиелин в лизозомите е причината за Niemann-Pick тип А и В, докато тип С (NPC) се причинява от недостиг на NPC 1 или 2, участващ в изтичането на холестерол от лизозомите. Отличителна черта на всички варианти на Niemann – Pick е мастна чернодробна болест с натрупване на сфингомиелин, холестерол и други липидни типове в лизозомни отделения и други клетъчни локации. 57,58 Поради тясната връзка между холестерола и сфингомиелина и тъй като тези патологии имат общи черти, лечението на пациенти със сфингомиелинази може да бъде ефективна терапия, независимо от техния генетичен дефект. Всъщност пациентите с NPC имат и ниска активност на АСМ поради вторично натрупване на сфингомиелин, а лечението със сфингомиелинази се оказа ефективно срещу натоварването на холестерола в лизозомите на клетките на NPC. 59

И накрая, подобно на SFA, други сфинголипиди като керамид и ганглиозиди могат да предизвикат ER стрес, 60 като по този начин активират SREBP-2 и синтеза на холестерол, както наскоро наблюдаваме in vivo. 41 Нивата на холестерола следователно могат да бъдат повлияни от сфинголипиди или обратно и ще са необходими допълнителни изследвания, за да се разберат съответните им липотоксични роли в NAFLD.

ЛИПИДНА ХОМЕОСТАЗА И ГЕНЕТИЧНИ ПОЛИМОРФИЗМИ

Сравнителни проучвания на кандидат-гени при пациенти с NAFLD са открили някои полиморфизми, свързани с променен липиден метаболизъм. Например, единичен нуклеотиден полиморфизъм (SNP) в микрозомния триглицериден трансферен протеин (MTTP) е идентифициран в неговия промоторен регион. 61 MTTP участва в синтеза и износ на липопротеини с много ниска плътност (VLDL), но пациентите с вариант SNP са предразположени към натрупване на TG в черния дроб и серума поради намалена експресия на MTTP протеин. Въпреки това, може да се наложи експериментален дизайн с по-големи кохорти, за да се потвърдят констатациите в сравнителните проучвания, тъй като други произведения често не съобщават за същите корелации. 62

Проучванията за асоцииране в целия геном също са идентифицирали различни SNP, свързани с NAFLD, както са подробно разгледани от Anstee и Day. 63 Сред тях, SNP rs738409 (Ile148Met) в гена, съдържащ пататин-подобен фосфолипазен домен 3 (PNPLA3), в момента е най-силно свързан с натрупването на TG и биохимичните маркери на NAFLD. PNPLA3 е триацилглицерол липаза, но любопитно е, че присъствието на SNP е свързано не само със стеатоза, но и със стеатохепатит и фиброза. 64 Следователно са необходими допълнителни изследвания, за да се изяснят напълно механизмите, чрез които този алелен вариант насърчава такива патогенни резултати.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Липидите играят решаваща роля в клетъчните сигнални пътища и метаболизма. Изследването на отделни липидни видове е мощен инструмент за търсене на възможни терапевтични стратегии, но също така е важно да се разбере начинът, по който метаболитните и сигналните пътища на тези молекули са взаимосвързани. Фигура 1 обобщава как основните липотоксични видове могат да се повлияят един друг в контекста на затлъстяване на черния дроб, а Фигура 2 показва основните пътища, които нарушават липидната хомеостаза. Изследванията на NAFLD са се превърнали в лов за вредни липиди. Предвид обобщената в този преглед взаимосвързаност, проучванията in vitro и in vivo трябва систематично да извършват подробно количествено определяне на липидните видове и експресията на метаболитни гени, което трябва да се счита за необходимо при оценката на трансаминазите в серума. За тази цел липидомиката стана решаваща при идентифицирането на промените в безброй от тези молекули с висока чувствителност 65, като по този начин предоставя основата за търсене на молекулярни патогенни механизми.

Фигура 1: Свързване между липидните видове при мастна чернодробна болест.
Липотоксичните липидни видове са подчертани в червено, тъмните стрелки представляват ензимни реакции, зелените и червените стрелки се отнасят до промени в стреса или метаболитните пътища.
MUFA: мононенаситени мастни киселини; PUFA: полиненаситени мастни киселини; DAG: диацилгилцерол.

Фигура 2: Пътища, влияещи върху липидната хомеостаза при безалкохолно мастно чернодробно заболяване.
1) Ca2 + смущение, изменение на мембраната на ER; 2) TLR4; 3) Митохондриална дисфункция.
Транскрипционните фактори са подчертани в зелено, а ензимите в лилаво.
TLR4: Toll-подобен рецептор 4; DGAT: диглицерид ацилтрансфераза; MUFA: мононенаситени мастни киселини; PUFA: полиненаситени мастни киселини; ER: ендоплазмен ретикулум; ROS: реактивни кислородни видове; PPAR-α: рецептор, активиран от пероксизомен пролифератор, алфа; SPT: серин палмитоилтрансфераза; SREBP: протеин, свързващ елемент на стерол; SMse: сфингомиелиназа.

По-нататъшна работа трябва да бъде извършена, за да се изясни изцяло сложността на NAFLD 66, но е ясно, че присъщото му липидно натрупване се превръща в дисрегулация на липидната хомеостаза, като много типове липиди са засегнати едновременно и по-важното, много от тях имат специфични биологични функции.