LEPTIN
ЛЕПТИН

Циркулирующий пептид leptin (лептин), продукт гена ob, передает по петле обратной связи информацию о размерах накопленного жира центральным Ob рецепторам, которые контролируют потребление пищи и гомеостаз веса тела. Известно, что лептин секретируется только адипоцитами и плацентой. Недавно установлено, что мРНК и белок лептин присутствуют в эпителии желудка и что клетки желез слизистой дна желудка являются иммунореактивными по лептину. Физиологическая роль этого лептина пока неизвестна. Однако скармливание и введение ССК (the biologically active carboxyl-terminal end of cholecystokinin) обусловливает быстрое и значительное снижение лептин-иммунореактивности и содержания лептина в дне желудка с соответствующим увеличением концентрации лептина в плазме. Следовательно, лептин из желудка может участвовать в ранних ССК-обусловленных эффектах, активируемых приемом пищи. Концепция циркуляции насыщающих факторов получила подтверждение с открытием рецессивных мутаций obese (ob) и diabetes (db), ведущих к гиперфагии, пониженной энергетической трате и раннему началу ожирения у мышей. В парабиотических экспериментах было установлено, что ob локус необходим для продукции гуморального фактора насыщения, а локус db модирует молекулы, необходимые для ответа на этот фактор. Продукт гена ob был назван leptin (гр. leptos=тонкий), т.к. вызывает заметное снижение потребления пищи, вес тела и отложения жира. Повышение уровня лептина предупреждает ожирение путем понижения апетита и увеличения термогенеза посредством головного мозга.	Ген ob Ген мыши ob кодирует транскрипт в 4.5 т.п.н. с высоко законсервированными последовательностями для 167 аминокислот открытой рамки считывания. Ген ob мыши и человека локализован в 6 и 7q31.3 хромосомах, соотв. Ген состоит из 3 экзонов, разделенных двумя интронами. Кодирующая область для Ob белка расположена в экзоне 2 и 3. Идентифицировано несколько регуляторных элементов в промоторе ob, включая элементы отвечающие на цАМФ и глюкокортикоид, ССАТТ/энхансер и SP-1 связывающий сайт. Сайт, отвечающий за адипозо-специфическую экспрессию и за регулируемую экспрессию в ответ на изменение запаса жира или баланса энергии, не идентифицирован. Продукт ob - секретируемый белок, обнаруживающий высокую гомологию у разных видов. Так лептин человека на 84% идентичен мышиному и на 83% крысиному лептину. Лептин синтезируется в основном, но не исключительно, белой жировой тканью и циркулирует в крови в виде 16-кДа белка. Имеется сторогая позитивная корреляция между лептиновой мРНК и уровнем белка в адипозной ткани и уровнем циркулирующего лептина. Более того лептин содержит внутрицепочечные дисульфидные мостики, которые, по-видимому, необходимы для его биологической активности. Неясно секретируется лептин конституитивно или регулируется, первое более вероятно. Mутации в гене ob обусловливают у мышей ожирение с ранним началом. Замена Цис на Тре вызывает стоп кодон в положении 105 и синтезируюеся укороченный белок, неспособный секретироваться. Экспрессия мРНК ob повышается у C57Bl/6J ob/ob мышей, это согласуется с предположжением, что ген ob находится под регуляцией негативной петли обратной связи. Дефицит лептина ведет к гиперфагии, гопотермии и ожирению и к некоторым метаболическим и нейроэндокринным аномалиям. Мутации ob у человека редки. У пациентов с делецией одиночного гуанина в кодоне 133, происходит сдвиг рамки считывания и синтез укороченного лептина, подвергающегося протеосомной деградации. Описаны члены семьи с миссенс мутацией (Цис -> Тре)в кодоне 105. Лептин у этих пациентов такж неспособне к секреции. Мутации у человека вызывают гмперфагию, morbid ожирение и гипоталямических гипогонадизм. Однако в отличие от ob/ob мышей гиперинсулинемия, гепергликемия, гиперкортицизм и гипотермия не выявлены у лептин-дефицитных людей. Pегуляция экспрессии лептина Экспрессия лептина зависит от состояния накопления энергии в жире.Размеры адипоцитов являются важными детерминантами синтеза лептина, чем больше адипоциты, тем больше содержат лептина. Уровень лептина в крови коррелирует с общим накоплением жира в теле. Уровень лептина увеличивается в течение нескольких часов после приема пищи у грызунов и после нескольких дней обильного питания у человека. Уровень лептина снижается в течение нескольких часов после голодания у обоих видов. Лептин служит как индикатор хранения энергии и как медиатор баланса энергии. Так как уровень лептина не повышается после каждого приема пищи, то вряд ли он служит сигналом насыщения в связи с приемом пищи. Регуляция экспрессии лептина питанием очевидно опосредуется частично инсулином. Экспрессия дектина увеличивается после пика секреции инсулина во время цикла приема пищи. Инсулин стимулирует экспрессиию лептина непосредственно. У человека экспрессия лептина коррелирует с уровнем инсулина, повышается в течение нескольких дней после инфузии инсулина и напротив падение инсулина может способстовать снижению уровня лептина при легком голодании (fasting). Уровень лептина регулируется и др. факторами. Глюкокортикоиды непосредственно стимулируют его синтез в культуре адипоцитов и экспрессия лептина повышается в ответ на хроническое увеличение кортизола у человека. У свободно-живущих животных уровень лептина плазмы и глюкокортикоида находятся в обратном отношении. Пик уровня глюкокортикоида совпадает с самым низким уровнем лептина в начале светового цикла у человека (ночного цикла у грызунов) и самый низкий уровень глюкокортикоида связан с пиком уровня лептина ночью (днем у грызунов). Обратная корреляция между пульсирующей секрецией лептина и кортизола и адренокортикотропина (АСТН) известна у человека. Препубертальное увеличение экспресси лептина предшествует увеличению тестостерона и эстрадиола и, по-видимому, связано с созреванием гонадной оси. Синтез лептина ингибируется тестостероном, но не овариальными половыми стероидами. Синтез лептина стимулируется инфекцией, эндотоксином и цитокинами, напр., TNF, LIF и IL-1. Повышение лептина в результате подъема уровня цитокинов м. вносить вклад в анорексию и потерю веса при таких воспалительных состояниях. Воздействие холодом и катехоламины внижают экспрессию лептина, очевидно путем активации β-адренэргических рецепторов. Эффекты thiazolidinediones и катехоламинов на уровень лептина скорее всего связаны с прямым действием на ген ob, т.к. сайт связывания для соответствующих ядерных транскрипционных факторов присутствует в промоторе ob. Помимо жировой ткани лептин синтезируется также в плаценте, слизистой дна желудка, скелетных мышцах и эпителии молочных желез. Экспрессия лептина в плаценте стимулируется гипоксией, инсулином и глюкокортикоидами. Лептин, синтезируемый эпителием молочных желез, накапливается в colustrum и потребляется новорожденными. Холецистокинин или гастрин снижают синтез лептина в дне желудка и увеличивают плазменный лептин, что м. б. использовано для кратковременной регуляции аппетита. Введение глюкозамина увеличивет экспрессию лептина в жировой ткани и индуцирует синтез лептина de novo в скелетных мышцах крыс. Инфузии глюкозы и липидов оказывают сходное действие на эпкспрессию лептина в этих тканях. Это увеличивает вероятность того, что лептин действует как сенсор nutrient flux в жировой ткани и скелетных мышцах. Ген db Множественные сплайс-варианты Ob-R мРНК кодируют по крайней мере 6 изоформ рецепторов лектина. Они относятся к семейству цитокиновых рецепторов класса 1, куда входят рецепторы интерлекина 6, LIF, GCSF и гликопротеина 130. Изоформы рецепторов лептина имеют идентичный внеклетoчоный лиганд-связвающий домен на N-конце, но отличаются С-концом. 5 изоформ, Ob-Ra, Pb-Rb, Ob-Rc, Ob-Rd и Ob-Rf имеют трансмембранные домены, правда только OB-Rb (длинная изоформа) содержит внутриклеточный мотив, необходимый для активации JAK (Janus kinase)-STAT (signal transdicers and activators of transcription) пути передачи сигналов. (рис. 1). Активация Ob-Rb и в меньшей степени Ob-Ra обеспечивает JAK-зависимый путь передачи сигналов и помимо STAT, такой как МАР киназа. Лептин связывается с высоким сродством (наномаолярный ранг) с Ob-R гомодимером, что ведет к активации JAK2. неизвестно способен ли Ob-Rb давать гетеродимеры. У рецептора Ob-Re отсутсвует трансмембранный и внутриклеточный домен и он циркулирует как растворимый рецептор. Мутации рецептора лептина вызывают у грызунов ожирение с ранним началом. У C57Bl/Ks db/db мышей с укороченный рецептор, замещает Ob-Rb изоформу на Ob-Ra и другие сплайс-варианты, неспособные опосредовать передачу сигналов JAK-STAT. Другие мутации вызывают отсутствие трансмембранного и внутрицитоплазматического доменов. Мутации db вызывают нечувствительность к лептину, гиперфагию, нарушения метаболизма и тучность и нейроэндокриныне нарушения, включая гиперкортицизм и гипоталямический гипогондаизм. Мутации Ob-R у человека крайне редки. Описаны 3 сестры с Г-> А заменой в сплайс донорском сайте экзона 16 и с укороченным рецептором лептина без трансмембранного и внтриклеточного доменов. Мутантные рецепторы циркулируют в высокой концентрации и способны связывать лептин. Наблюдается гиперфагия, раннее ожирение и гипоталямических гипогондаизм У этих паценов нарушены также секреция тиротропина и гормона роста. В отличие от db мутаций у мышей db мутации у человека не сопровождаются гипергликемией, гиперкортицизмом и гипотермией. Транспорт лептина и место действия Лептин частично связывается белками плазмы. Связанная фракция лептина м. достигать 80% у человека при мутациях рецепторов лептина, циркулирующих в крови в бльших количествах. Другой пул лептина связывается с тканью и участвует в поддержании постоянного уровня лептина в плазме. Лептин оказывает влияние на энергетический баланс в основном действуя на головной мозг. Внутривенные инъекции лептина активируют нейроны в arcuate вентромедиальных и дорсомедиальных гипоталямических ядрах и в нейрональных циркуитах ствола мозга, участвующих в регуляции поведения приема пищи и баланса энергии. Ob-Rb форма присутствует в этих гипоталямических регионах и ко-локализуется с STAT3 и нейропептидными медиаторами действия лептинов, такими как нейропептид Y (NPY) и proopiomelanocortin (POMC). Короткие изоформы лептина экспрессируются в хороидном сплетении, сосудистом эндотелии и периферических тканях, таких как почки, печень, легкие и гонады, где они обеспечивают транспорт и/или очищающую (clearance) роль. Интрацеребровентрикулярные инъекции лептина ингибируют прием пищи и снижают ожирение сильнее, чем при применении лептина периферически. Лептин поступает в мозг крыс с помощью механизма насыщающего транспорта, возможно с помощью опосредованнго рецепторами трансцитоза через барьер между кровью и головным мозгом.. Микрососуд оловного мозга экспресируют высокие уровни коротких форм рецепторов лептина Ob-Ra и способны связывать и интернализовать лептин. нейроны лептиновые мишени в фксгфеу, дорсомедиальных, венромедиальных и вентралных premammillary ядрах расположены в тесной близи к медиальным возвышениям. Так как капиляры в медианном возвышении не содержат плотных соединений как в других околовентрикулярных областях, то лептин может достигать нейронов в соседнем вентробазальном гипоталямусе с помощью диффузии. Лептин м.также транспортироватьс в головной мозг посредством спинномозговой жидкости. Предполагается, что Ob-Ra, высоко экспрессируемые в хороидном сплетении, мeсте продукции спинномозговой жидкости, могут способствовать транспорту лептинов из крови в с/м жидкость Показано, что рецепторы лептина необязательны для транспорта лептина в с/м жидкость. Концентрация лептина в с/м жидкости примерно в 100 раз ниже, чем в плазме. Следовательно, маловероятно, что с/м жидкость является основным источником лептина для мишеней головного мозга. Лептин распределяется широко в разлиыных тканях и выводится в основном почками. Лептин фильтруется гломерулами и деградируется с помощью почечных эпителиальных клеток. Высокие уровни коротких форм рецептров лептина присуствуют в почках и лептин связывается кортикомедуллярными соединениями и почечными сосочками. Эти рецепторы могут интернализовать и деградировать лептин. Печень м. участвовать в синтезе лептинов или в очищении от него. Имеются указания, что печень скорее синтезирует лептины, уровень которых повышается при циррозе печени. Действие лептина в головном мозге Нарушения энергетического баланса в результате нарушений в вентробазальной части гипоталямуса напоминают те, что обнаруживаются у ob/ob и db/db мышей. Чувствительные к лептину нейроны в arcuate, вентромедиальном и дорсомедиальном гипоталямических ядрах экспрессируют нейропептиды/нейротрансмиттеры, участвующие в центральной регуляции энергетического баланса. Длинная форма лептиновых рецептров (Ob-Rb) коэкспрессируется с нейропептидом Y (NPY), agouti-related peptide (AgRP), proopoomelanocortin (POMC), ghtlitcndtyybrjv α-melanocyte stimulating hormone (α-MSH) и cocaine-and amphetamine-regulated transcript (CART) в arcuate гипоталямическом ядре (рис. 2) NPY и AgRP экспрессируются в одних и тех же нейронах в медиальном arcuate ядре, тогда как POMC и CART коэкспресируются в латеральном arcuate ядре. Внутримозговые инъекции NPY стимулируют потребление пищи (т.е. щкучшпутшс). α-MSH (продукт POMC) и CART ингибируют потребление пищи (т.е.anorexigenic). α-MSH регулирует потребление пищи посредством меланокортин 4 (МС4) рецепторов в гипоталямусе. AgRP продиводействует действию α-MSH на МС4 рецепторы и является orexigenic. Чувствительные к лептину нейроны в arcuate гипоталямусе могут влиять на прием пищи, регулируя экспрессию других orexigenic пептидов, например, melanin-concentrating hormone (МСН) и возможно orexins/hypocretin в латеральном гипоталямическом ядре (рис. ). Другими медиаторами действия лептина в головном мозге являются corticotropin-relising hormone (CRH), cholecystokinin (CCK)? glucagon-like peptide-1 (GLP-1), urocortin, bombesin и serotonin. Стимулирующий эффект NPY и МСН на прием пищи согласуется с подъемом уровня этих пептидов в гипоталямусе при недомтатке лептина, напр., у ob/ob мышей и голодании, а снижение их экспрессии происходит в ответ на введение лептина. Напротив, экспрессия anorexigenic пептидов POMC и CART снижена у ob/ob мышей и во время голодания и повышена в ответ на введение лептина. Помимо регуляции приема пищи чувствительные к лептину NPY/AgRP и POMC/CART нейроны проецируют аксоны в паравентрикулярные гипоталямические ядра и ,по-видимому, опосредуют эффекты лептина на нейроэндокринную ось и автономную функцию. Падение уровня лептина супрессирует тироидную функцию, частично за счет снижения образования thyrotropin-relesing hormone (TRH) в паравентрикулярных гипоталямических ядрах. Ослабление функции фксгфеу гипоталямического ядра с помощью monododium glutamate предупреждает падение TRH мРНК при голодании. Это указывает на то, что эффект лептина на тиротропную ось обеспечивается, по крайней мере частично, через чувствительные к лептину NPY и РОМС нейроны. Лептин стимулоирует секрецию gonadotropin-releasing hormone (GnRH) в гипоталямических эксплентантах. Однако, эффект м.б. непрямым, т.к. GnRH нейроны не экспрессируют обнаружимых количеств лептиновых рецепторов. Сообщается, что лептин увеличивает высвобождение базального CRH из гипоталямических эксплантантов и ингибирует индуцированное гипогликемией высвобождение CRH. Лептин активирует STAT1, 3 и 5 in vitro, интравенозно он активирует только STAT3 в гипоталямусе мыши. STAT3 белок экспрессируется в NPY и РОМС нейронах в фксгфеу ядре гипоталямуса, т.е. лептин регулирует транскрипцию этих генов по крайней мере частично, через путь передачи сигналов JAK-STAT. Лептин регулирует также экспрессию других STAT3 генов-мишеней в гипоталямусе, включая c-fos, c-jun, tis-11 и SOCS-3 (член семейства супрессоров сигнальных цитокинов). Лептин ингибирует чувствительные к глюкозе нейроны в гипоталямусе и секрецию инсулина панкреатическими β клетками, путем воздействия на на чувствительные к АТФ калиевые каналы. Кроме тго лептин деполяризует паравентрикулярные гипоталямические нейроны, ингибирует высвобождение гипоталямического NPY и регулирует афферентные волокна вагуса в желудке. Механизм этого быстрого электрофизиологического действия лептина неизвестен, но вряд ли он связан с STAT-опосредованной транскрипцией. Было установлено, что имеется дозово-зависимый эффект лептина, так гиперкортицизм и центральный гипогондщизм корректируются низкими дозами лептина. Концентрация лептина выше нормального пищевого уровня необходима для ингибирования потребления пищи и предупреждения прибавки веса. Терморегуляция нуждается ещё в более высоких уровнях лептина. Следовательно, имеются различные пороги лептина для разных функций и что реакции на физиологические отклонения лептина м.б. опосредованы разными субнаборами нейронов. Рис. Роль лептина в адаптации к голоданию. Падение лептина во время голодания вызывает увеличение уровня нейропептида Y (NPY) и agouti-related peptide (AGRP) в arcuate гипоталямическом ядре. NPY, POMC, AGRP и CART нейроны непосредственно реагируют на лептин. NPY и AGRP стимулируя прием пищи (orexigenic), тоогда как α-melanocyte stimulating hormone ( продукт РОМС) и CART ингибируют прием пищи (anorexigenic). Эти нейроны дают проекции также в латеральный гипоталямус и регулируют экспрессию melanin-concentrating hormone (MCH), основного стимулятора приема пищи. Кроме того лептиновые мишени в arcuate гипоталямическом ядре отвечают на низкие уровни лептина с помощью регуляции нейроэндокринной оси и снижения выхода симпатических нейронов. Падение лептина ведет также к супрессии иммунной функции. Метаболическая и нейроэндокринная адаптации к голоданию опосредуемые лептином имеют большое значение для выживания грызунов, т.к. даже кратковременное голодание имеет тяжелые последствия. CRH (corticotropin-releasing hormone), TRH (thyrothopin-releasing hormone), GHRH (growth hormone-releasiong hormone), SS (somatostatin), GnRH (gonadotropin-releasing hormone), GH (growth hormone) ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЛЕПТИНА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ГОМЕОСТАЗЕ Лептин как противо-тучный гормон Введение лептина грызунам снижает потребление пищи и увеличивает энергетические траты. В противоположность голоданию, потеря веса после периферического или центрального применения лептина ограничивется жировой тканью, без потери lean mass. Лептин активирует окисление липидос, по крайней мере частично, за счет индукции экспрессии энзимов окисляющих липиды. У крыс лептин стимулирует также апоптоз адипоцитов. Тем не менее лептин не является противо-тучным гормоном. Высокие уровни эндогенного лептина у человека и животных не препятствуют ожирению Гиперлептинемия указывает на резистентность к лептину, который может играть роль в развитии тучности. Резистентность к лептину м.б. связана с дизрегуляцией синтеза лептина и,или секреции. с аномалиями транспорта лептина в головной мозг и аномалиями рецептров лептина и/или пострецепторной передачи сигналов. CSF лептиновый транспорт м.б. ограничен при ожирении. Резистентность к лептину м.б. свзязана с SOCS-3, c SH2-containing tyrosine phosphate (SHP-2). Роль лептина в регуляции веса тела м.б. связана с взаимодействиями с другими метаболическими сигналами, с инсулином и глюкокортикоидами. Эти гормоны регулируют экспрессию сходных нейропептидов в областях головного мозга, участвующих в контроле за потреблением пищи и регуляции веса тела. Глюкокортикоиды оказывают пермиссивный эффект на ожирение, на это указывает способность адреналэктомии улучшать ожирение. Лептин как сигнал для адаптации к fasting (голоданию) Голодание запускает комплекс нейральных, метаболических, гормональных и поведенческих адаптаций с цель предоставления энергетического субстрата для использования головным мозгом, защиты lean mass и обеспечения выживания. Основной аспект адаптации - способность переключаться с углеводного на жировой метаболизм при голодании. Другие эффекты лептина Лептин, по-видимому , необходим для созревания репродуктивной оси, на это указывает его способность восстанавливать половц зрелость и плодовитость у ob/ob мышей и усиливать репродуктивное поведение у грызунов. Мутации щи т ви вызывают гипоталямический гипогонадизм у человека, а низкий уровень лептина и отсуствие diurnal лептинового ритма происходит при учуксшыу-индуцированной аменоррее. Лептин стимулирует высвобождение гонадотропина и ингибирует инсулин-подобное ростовым фактором обусловленное высвобождение эстрадиола фолликулярными клетками оварий. Эти результаты указывают на то, что лептиновые сигналы задают адекватное хранение энергии для репродукции путем взаимодействия с различнми органами-мишенями гипоталямическо-питуитарно-гонадной оси. У грызунов лептин способне регулировать гипоталямичеко-питуитрано-адреналовую ось независимо от своей роль в адаптации к голоданию. Лептин оказывает влияние на метаболизм независимо от его роли в регуляции веса тела. Напр., лептин остро снижает уровень глюкозы и инсулина у ob/ob мышей перед обнаружимой потерей веса и стимулирует глюконеогенез и глюкозный метаболизм у грызунов дикого типа. Лептин стимулирует липолиз, нарушает расщепление липидов в скелетных мышцах и способен усиливать синтез жирных кислот в печени. Локальная экспрессия лептина в желудке регулирует насыщаемость. Длинная форма лептиновых рецепторов (Ob-Rb) экспрессируется в эпителии тощей кишки и отвечает на в/в введение лептина индукцией STAT3 и 5 и непосредственно ранних генов. Прямая передача синалов лептина в кишечник м.б. связана с регуляцией абсорбции пищи и подвижностью кишечника. Лептин усиливает также активность симпатических нервов в коричневой жировой ткани, надпочечниках, почках и скелетных мышцах задних конечностей. Лептин м. также участвовать в регуляции сердечно-сосудистой и почечной функции через ЦНС. Это м. проявляться в осложнениях этих систем при ожирении. Лептин м. играть важную роль в развитии. Показано его участие в формировании плаценты. Он и его рецепторы широко экспрессируются в плодных тканях и стимулируют гематопоэз и ангиогенез. Лептин также участвует в развитии мозга.

Ген ob

Ген мыши ob кодирует транскрипт в 4.5 т.п.н. с высоко законсервированными последовательностями для 167 аминокислот открытой рамки считывания. Ген ob мыши и человека локализован в 6 и 7q31.3 хромосомах, соотв. Ген состоит из 3 экзонов, разделенных двумя интронами. Кодирующая область для Ob белка расположена в экзоне 2 и 3. Идентифицировано несколько регуляторных элементов в промоторе ob, включая элементы отвечающие на цАМФ и глюкокортикоид, ССАТТ/энхансер и SP-1 связывающий сайт. Сайт, отвечающий за адипозо-специфическую экспрессию и за регулируемую экспрессию в ответ на изменение запаса жира или баланса энергии, не идентифицирован. Продукт ob - секретируемый белок, обнаруживающий высокую гомологию у разных видов. Так лептин человека на 84% идентичен мышиному и на 83% крысиному лептину. Лептин синтезируется в основном, но не исключительно, белой жировой тканью и циркулирует в крови в виде 16-кДа белка. Имеется сторогая позитивная корреляция между лептиновой мРНК и уровнем белка в адипозной ткани и уровнем циркулирующего лептина. Более того лептин содержит внутрицепочечные дисульфидные мостики, которые, по-видимому, необходимы для его биологической активности. Неясно секретируется лептин конституитивно или регулируется, первое более вероятно.

Mутации в гене ob обусловливают у мышей ожирение с ранним началом. Замена Цис на Тре вызывает стоп кодон в положении 105 и синтезируюеся укороченный белок, неспособный секретироваться. Экспрессия мРНК ob повышается у C57Bl/6J ob/ob мышей, это согласуется с предположжением, что ген ob находится под регуляцией негативной петли обратной связи. Дефицит лептина ведет к гиперфагии, гопотермии и ожирению и к некоторым метаболическим и нейроэндокринным аномалиям.

Мутации ob у человека редки. У пациентов с делецией одиночного гуанина в кодоне 133, происходит сдвиг рамки считывания и синтез укороченного лептина, подвергающегося протеосомной деградации. Описаны члены семьи с миссенс мутацией (Цис -> Тре)в кодоне 105. Лептин у этих пациентов такж неспособне к секреции. Мутации у человека вызывают гмперфагию, morbid ожирение и гипоталямических гипогонадизм. Однако в отличие от ob/ob мышей гиперинсулинемия, гепергликемия, гиперкортицизм и гипотермия не выявлены у лептин-дефицитных людей.

Pегуляция экспрессии лептина

Экспрессия лептина зависит от состояния накопления энергии в жире.Размеры адипоцитов являются важными детерминантами синтеза лептина, чем больше адипоциты, тем больше содержат лептина. Уровень лептина в крови коррелирует с общим накоплением жира в теле. Уровень лептина увеличивается в течение нескольких часов после приема пищи у грызунов и после нескольких дней обильного питания у человека. Уровень лептина снижается в течение нескольких часов после голодания у обоих видов. Лептин служит как индикатор хранения энергии и как медиатор баланса энергии. Так как уровень лептина не повышается после каждого приема пищи, то вряд ли он служит сигналом насыщения в связи с приемом пищи. Регуляция экспрессии лептина питанием очевидно опосредуется частично инсулином. Экспрессия дектина увеличивается после пика секреции инсулина во время цикла приема пищи. Инсулин стимулирует экспрессиию лептина непосредственно. У человека экспрессия лептина коррелирует с уровнем инсулина, повышается в течение нескольких дней после инфузии инсулина и напротив падение инсулина может способстовать снижению уровня лептина при легком голодании (fasting).

Уровень лептина регулируется и др. факторами. Глюкокортикоиды непосредственно стимулируют его синтез в культуре адипоцитов и экспрессия лептина повышается в ответ на хроническое увеличение кортизола у человека. У свободно-живущих животных уровень лептина плазмы и глюкокортикоида находятся в обратном отношении. Пик уровня глюкокортикоида совпадает с самым низким уровнем лептина в начале светового цикла у человека (ночного цикла у грызунов) и самый низкий уровень глюкокортикоида связан с пиком уровня лептина ночью (днем у грызунов). Обратная корреляция между пульсирующей секрецией лептина и кортизола и адренокортикотропина (АСТН) известна у человека. Препубертальное увеличение экспресси лептина предшествует увеличению тестостерона и эстрадиола и, по-видимому, связано с созреванием гонадной оси. Синтез лептина ингибируется тестостероном, но не овариальными половыми стероидами.

Синтез лептина стимулируется инфекцией, эндотоксином и цитокинами, напр., TNF, LIF и IL-1. Повышение лептина в результате подъема уровня цитокинов м. вносить вклад в анорексию и потерю веса при таких воспалительных состояниях. Воздействие холодом и катехоламины внижают экспрессию лептина, очевидно путем активации β-адренэргических рецепторов. Эффекты thiazolidinediones и катехоламинов на уровень лептина скорее всего связаны с прямым действием на ген ob, т.к. сайт связывания для соответствующих ядерных транскрипционных факторов присутствует в промоторе ob.

Помимо жировой ткани лептин синтезируется также в плаценте, слизистой дна желудка, скелетных мышцах и эпителии молочных желез. Экспрессия лептина в плаценте стимулируется гипоксией, инсулином и глюкокортикоидами. Лептин, синтезируемый эпителием молочных желез, накапливается в colustrum и потребляется новорожденными. Холецистокинин или гастрин снижают синтез лептина в дне желудка и увеличивают плазменный лептин, что м. б. использовано для кратковременной регуляции аппетита. Введение глюкозамина увеличивет экспрессию лептина в жировой ткани и индуцирует синтез лептина de novo в скелетных мышцах крыс. Инфузии глюкозы и липидов оказывают сходное действие на эпкспрессию лептина в этих тканях. Это увеличивает вероятность того, что лептин действует как сенсор nutrient flux в жировой ткани и скелетных мышцах.

Ген db

Множественные сплайс-варианты Ob-R мРНК кодируют по крайней мере 6 изоформ рецепторов лектина. Они относятся к семейству цитокиновых рецепторов класса 1, куда входят рецепторы интерлекина 6, LIF, GCSF и гликопротеина 130. Изоформы рецепторов лептина имеют идентичный внеклетoчоный лиганд-связвающий домен на N-конце, но отличаются С-концом. 5 изоформ, Ob-Ra, Pb-Rb, Ob-Rc, Ob-Rd и Ob-Rf имеют трансмембранные домены, правда только OB-Rb (длинная изоформа) содержит внутриклеточный мотив, необходимый для активации JAK (Janus kinase)-STAT (signal transdicers and activators of transcription) пути передачи сигналов. (рис. 1). Активация Ob-Rb и в меньшей степени Ob-Ra обеспечивает JAK-зависимый путь передачи сигналов и помимо STAT, такой как МАР киназа. Лептин связывается с высоким сродством (наномаолярный ранг) с Ob-R гомодимером, что ведет к активации JAK2. неизвестно способен ли Ob-Rb давать гетеродимеры. У рецептора Ob-Re отсутсвует трансмембранный и внутриклеточный домен и он циркулирует как растворимый рецептор.

Мутации рецептора лептина вызывают у грызунов ожирение с ранним началом. У C57Bl/Ks db/db мышей с укороченный рецептор, замещает Ob-Rb изоформу на Ob-Ra и другие сплайс-варианты, неспособные опосредовать передачу сигналов JAK-STAT. Другие мутации вызывают отсутствие трансмембранного и внутрицитоплазматического доменов. Мутации db вызывают нечувствительность к лептину, гиперфагию, нарушения метаболизма и тучность и нейроэндокриныне нарушения, включая гиперкортицизм и гипоталямический гипогондаизм.

Мутации Ob-R у человека крайне редки. Описаны 3 сестры с Г-> А заменой в сплайс донорском сайте экзона 16 и с укороченным рецептором лептина без трансмембранного и внтриклеточного доменов. Мутантные рецепторы циркулируют в высокой концентрации и способны связывать лептин. Наблюдается гиперфагия, раннее ожирение и гипоталямических гипогондаизм У этих паценов нарушены также секреция тиротропина и гормона роста. В отличие от db мутаций у мышей db мутации у человека не сопровождаются гипергликемией, гиперкортицизмом и гипотермией.

Транспорт лептина и место действия

Лептин частично связывается белками плазмы. Связанная фракция лептина м. достигать 80% у человека при мутациях рецепторов лептина, циркулирующих в крови в бльших количествах. Другой пул лептина связывается с тканью и участвует в поддержании постоянного уровня лептина в плазме. Лептин оказывает влияние на энергетический баланс в основном действуя на головной мозг. Внутривенные инъекции лептина активируют нейроны в arcuate вентромедиальных и дорсомедиальных гипоталямических ядрах и в нейрональных циркуитах ствола мозга, участвующих в регуляции поведения приема пищи и баланса энергии. Ob-Rb форма присутствует в этих гипоталямических регионах и ко-локализуется с STAT3 и нейропептидными медиаторами действия лептинов, такими как нейропептид Y (NPY) и proopiomelanocortin (POMC). Короткие изоформы лептина экспрессируются в хороидном сплетении, сосудистом эндотелии и периферических тканях, таких как почки, печень, легкие и гонады, где они обеспечивают транспорт и/или очищающую (clearance) роль. Интрацеребровентрикулярные инъекции лептина ингибируют прием пищи и снижают ожирение сильнее, чем при применении лептина периферически.

Лептин поступает в мозг крыс с помощью механизма насыщающего транспорта, возможно с помощью опосредованнго рецепторами трансцитоза через барьер между кровью и головным мозгом.. Микрососуд оловного мозга экспресируют высокие уровни коротких форм рецепторов лептина Ob-Ra и способны связывать и интернализовать лептин. нейроны лептиновые мишени в фксгфеу, дорсомедиальных, венромедиальных и вентралных premammillary ядрах расположены в тесной близи к медиальным возвышениям. Так как капиляры в медианном возвышении не содержат плотных соединений как в других околовентрикулярных областях, то лептин может достигать нейронов в соседнем вентробазальном гипоталямусе с помощью диффузии. Лептин м.также транспортироватьс в головной мозг посредством спинномозговой жидкости. Предполагается, что Ob-Ra, высоко экспрессируемые в хороидном сплетении, мeсте продукции спинномозговой жидкости, могут способствовать транспорту лептинов из крови в с/м жидкость Показано, что рецепторы лептина необязательны для транспорта лептина в с/м жидкость. Концентрация лептина в с/м жидкости примерно в 100 раз ниже, чем в плазме. Следовательно, маловероятно, что с/м жидкость является основным источником лептина для мишеней головного мозга.

Лептин распределяется широко в разлиыных тканях и выводится в основном почками. Лептин фильтруется гломерулами и деградируется с помощью почечных эпителиальных клеток. Высокие уровни коротких форм рецептров лептина присуствуют в почках и лептин связывается кортикомедуллярными соединениями и почечными сосочками. Эти рецепторы могут интернализовать и деградировать лептин. Печень м. участвовать в синтезе лептинов или в очищении от него. Имеются указания, что печень скорее синтезирует лептины, уровень которых повышается при циррозе печени.

Действие лептина в головном мозге

Нарушения энергетического баланса в результате нарушений в вентробазальной части гипоталямуса напоминают те, что обнаруживаются у ob/ob и db/db мышей. Чувствительные к лептину нейроны в arcuate, вентромедиальном и дорсомедиальном гипоталямических ядрах экспрессируют нейропептиды/нейротрансмиттеры, участвующие в центральной регуляции энергетического баланса. Длинная форма лептиновых рецептров (Ob-Rb) коэкспрессируется с нейропептидом Y (NPY), agouti-related peptide (AgRP), proopoomelanocortin (POMC), ghtlitcndtyybrjv α-melanocyte stimulating hormone (α-MSH) и cocaine-and amphetamine-regulated transcript (CART) в arcuate гипоталямическом ядре (рис. 2) NPY и AgRP экспрессируются в одних и тех же нейронах в медиальном arcuate ядре, тогда как POMC и CART коэкспресируются в латеральном arcuate ядре. Внутримозговые инъекции NPY стимулируют потребление пищи (т.е. щкучшпутшс). α-MSH (продукт POMC) и CART ингибируют потребление пищи (т.е.anorexigenic). α-MSH регулирует потребление пищи посредством меланокортин 4 (МС4) рецепторов в гипоталямусе. AgRP продиводействует действию α-MSH на МС4 рецепторы и является orexigenic.

Чувствительные к лептину нейроны в arcuate гипоталямусе могут влиять на прием пищи, регулируя экспрессию других orexigenic пептидов, например, melanin-concentrating hormone (МСН) и возможно orexins/hypocretin в латеральном гипоталямическом ядре (рис. ).

Другими медиаторами действия лептина в головном мозге являются corticotropin-relising hormone (CRH), cholecystokinin (CCK)? glucagon-like peptide-1 (GLP-1), urocortin, bombesin и serotonin. Стимулирующий эффект NPY и МСН на прием пищи согласуется с подъемом уровня этих пептидов в гипоталямусе при недомтатке лептина, напр., у ob/ob мышей и голодании, а снижение их экспрессии происходит в ответ на введение лептина. Напротив, экспрессия anorexigenic пептидов POMC и CART снижена у ob/ob мышей и во время голодания и повышена в ответ на введение лептина.

Помимо регуляции приема пищи чувствительные к лептину NPY/AgRP и POMC/CART нейроны проецируют аксоны в паравентрикулярные гипоталямические ядра и ,по-видимому, опосредуют эффекты лептина на нейроэндокринную ось и автономную функцию. Падение уровня лептина супрессирует тироидную функцию, частично за счет снижения образования thyrotropin-relesing hormone (TRH) в паравентрикулярных гипоталямических ядрах. Ослабление функции фксгфеу гипоталямического ядра с помощью monododium glutamate предупреждает падение TRH мРНК при голодании. Это указывает на то, что эффект лептина на тиротропную ось обеспечивается, по крайней мере частично, через чувствительные к лептину NPY и РОМС нейроны. Лептин стимулоирует секрецию gonadotropin-releasing hormone (GnRH) в гипоталямических эксплентантах. Однако, эффект м.б. непрямым, т.к. GnRH нейроны не экспрессируют обнаружимых количеств лептиновых рецепторов. Сообщается, что лептин увеличивает высвобождение базального CRH из гипоталямических эксплантантов и ингибирует индуцированное гипогликемией высвобождение CRH.

Лептин активирует STAT1, 3 и 5 in vitro, интравенозно он активирует только STAT3 в гипоталямусе мыши. STAT3 белок экспрессируется в NPY и РОМС нейронах в фксгфеу ядре гипоталямуса, т.е. лептин регулирует транскрипцию этих генов по крайней мере частично, через путь передачи сигналов JAK-STAT. Лептин регулирует также экспрессию других STAT3 генов-мишеней в гипоталямусе, включая c-fos, c-jun, tis-11 и SOCS-3 (член семейства супрессоров сигнальных цитокинов). Лептин ингибирует чувствительные к глюкозе нейроны в гипоталямусе и секрецию инсулина панкреатическими β клетками, путем воздействия на на чувствительные к АТФ калиевые каналы. Кроме тго лептин деполяризует паравентрикулярные гипоталямические нейроны, ингибирует высвобождение гипоталямического NPY и регулирует афферентные волокна вагуса в желудке. Механизм этого быстрого электрофизиологического действия лептина неизвестен, но вряд ли он связан с STAT-опосредованной транскрипцией.

Было установлено, что имеется дозово-зависимый эффект лептина, так гиперкортицизм и центральный гипогондщизм корректируются низкими дозами лептина. Концентрация лептина выше нормального пищевого уровня необходима для ингибирования потребления пищи и предупреждения прибавки веса. Терморегуляция нуждается ещё в более высоких уровнях лептина. Следовательно, имеются различные пороги лептина для разных функций и что реакции на физиологические отклонения лептина м.б. опосредованы разными субнаборами нейронов.

Рис. Роль лептина в адаптации к голоданию. Падение лептина во время голодания вызывает увеличение уровня нейропептида Y (NPY) и agouti-related peptide (AGRP) в arcuate гипоталямическом ядре. NPY, POMC, AGRP и CART нейроны непосредственно реагируют на лептин. NPY и AGRP стимулируя прием пищи (orexigenic), тоогда как α-melanocyte stimulating hormone ( продукт РОМС) и CART ингибируют прием пищи (anorexigenic). Эти нейроны дают проекции также в латеральный гипоталямус и регулируют экспрессию melanin-concentrating hormone (MCH), основного стимулятора приема пищи. Кроме того лептиновые мишени в arcuate гипоталямическом ядре отвечают на низкие уровни лептина с помощью регуляции нейроэндокринной оси и снижения выхода симпатических нейронов. Падение лептина ведет также к супрессии иммунной функции. Метаболическая и нейроэндокринная адаптации к голоданию опосредуемые лептином имеют большое значение для выживания грызунов, т.к. даже кратковременное голодание имеет тяжелые последствия. CRH (corticotropin-releasing hormone), TRH (thyrothopin-releasing hormone), GHRH (growth hormone-releasiong hormone), SS (somatostatin), GnRH (gonadotropin-releasing hormone), GH (growth hormone)

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЛЕПТИНА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ГОМЕОСТАЗЕ

Лептин как противо-тучный гормон

Введение лептина грызунам снижает потребление пищи и увеличивает энергетические траты. В противоположность голоданию, потеря веса после периферического или центрального применения лептина ограничивется жировой тканью, без потери lean mass. Лептин активирует окисление липидос, по крайней мере частично, за счет индукции экспрессии энзимов окисляющих липиды. У крыс лептин стимулирует также апоптоз адипоцитов. Тем не менее лептин не является противо-тучным гормоном. Высокие уровни эндогенного лептина у человека и животных не препятствуют ожирению Гиперлептинемия указывает на резистентность к лептину, который может играть роль в развитии тучности. Резистентность к лептину м.б. связана с дизрегуляцией синтеза лептина и,или секреции. с аномалиями транспорта лептина в головной мозг и аномалиями рецептров лептина и/или пострецепторной передачи сигналов.

CSF лептиновый транспорт м.б. ограничен при ожирении. Резистентность к лептину м.б. свзязана с SOCS-3, c SH2-containing tyrosine phosphate (SHP-2).

Роль лептина в регуляции веса тела м.б. связана с взаимодействиями с другими метаболическими сигналами, с инсулином и глюкокортикоидами. Эти гормоны регулируют экспрессию сходных нейропептидов в областях головного мозга, участвующих в контроле за потреблением пищи и регуляции веса тела. Глюкокортикоиды оказывают пермиссивный эффект на ожирение, на это указывает способность адреналэктомии улучшать ожирение.

Лептин как сигнал для адаптации к fasting (голоданию)

Голодание запускает комплекс нейральных, метаболических, гормональных и поведенческих адаптаций с цель предоставления энергетического субстрата для использования головным мозгом, защиты lean mass и обеспечения выживания. Основной аспект адаптации - способность переключаться с углеводного на жировой метаболизм при голодании.

Другие эффекты лептина

Лептин, по-видимому , необходим для созревания репродуктивной оси, на это указывает его способность восстанавливать половц зрелость и плодовитость у ob/ob мышей и усиливать репродуктивное поведение у грызунов. Мутации щи т ви вызывают гипоталямический гипогонадизм у человека, а низкий уровень лептина и отсуствие diurnal лептинового ритма происходит при учуксшыу-индуцированной аменоррее. Лептин стимулирует высвобождение гонадотропина и ингибирует инсулин-подобное ростовым фактором обусловленное высвобождение эстрадиола фолликулярными клетками оварий. Эти результаты указывают на то, что лептиновые сигналы задают адекватное хранение энергии для репродукции путем взаимодействия с различнми органами-мишенями гипоталямическо-питуитарно-гонадной оси.

У грызунов лептин способне регулировать гипоталямичеко-питуитрано-адреналовую ось независимо от своей роль в адаптации к голоданию.

Лептин оказывает влияние на метаболизм независимо от его роли в регуляции веса тела. Напр., лептин остро снижает уровень глюкозы и инсулина у ob/ob мышей перед обнаружимой потерей веса и стимулирует глюконеогенез и глюкозный метаболизм у грызунов дикого типа. Лептин стимулирует липолиз, нарушает расщепление липидов в скелетных мышцах и способен усиливать синтез жирных кислот в печени. Локальная экспрессия лептина в желудке регулирует насыщаемость. Длинная форма лептиновых рецепторов (Ob-Rb) экспрессируется в эпителии тощей кишки и отвечает на в/в введение лептина индукцией STAT3 и 5 и непосредственно ранних генов. Прямая передача синалов лептина в кишечник м.б. связана с регуляцией абсорбции пищи и подвижностью кишечника. Лептин усиливает также активность симпатических нервов в коричневой жировой ткани, надпочечниках, почках и скелетных мышцах задних конечностей. Лептин м. также участвовать в регуляции сердечно-сосудистой и почечной функции через ЦНС. Это м. проявляться в осложнениях этих систем при ожирении.

Лептин м. играть важную роль в развитии. Показано его участие в формировании плаценты. Он и его рецепторы широко экспрессируются в плодных тканях и стимулируют гематопоэз и ангиогенез. Лептин также участвует в развитии мозга.

ЛЕПТИН