ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Ο ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΩΣ ΕΝΔΟΚΡΙΝΕΣ ΟΡΓΑΝΟ Λιποκύτταρο και μεταβολικό σύνδρομο ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σοφία Σπύρογλου ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Καθηγητής Ιωάννης Βαράκης Αν. Καθηγήτρια Ελένη Παπαδάκη Πέτρου Επ. Καθηγήτρια Μάρθα Ασημακοπούλου ΠΑΤΡΑ 2007

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ 5 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ 5 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΕΝΤΟΠΙΣΗ 6 ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ 7 o Ιστολογική περιγραφή 7 o Αιμάτωση του λιπώδους ιστού 10 o Νεύρωση του λιπώδους ιστού 11 ΛΙΠΟΚΥΤΤΑΡΟ: ΑΝΑΤΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ 12 o Λιποσταγόνα: Σύνθεση και ρόλος 14 o Φυσιολογικός ρόλος των λιποκυττάρων 16 Λευκά λιποκύτταρα 16 Μεταβολισμός λιπιδίων 16 Μεταβολισμός γλυκόζης 22 Ενδοκρινής λειτουργία 23 Φαιά λιποκύτταρα 24 Θερμογένεση 25 ΛΙΠΟΓΕΝΕΣΗ ADIPOGENESIS 31 ΟΡΙΣΜΟΙ 31 ADIPOGENESIS: ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΟΡΙΑΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ 31 o Διαδικασία μοντέλα adipogenesis 31 Κυτταρικός πολλαπλασιασμός 34 Καθορισμός Διαφοροποίηση 34 Από τα πρόδρομα κύτταρα στα ώριμα λιποκύτταρα 36 o Εξέλιξη adipogenesis 38 Εναρκτήρια σήματα 38 Καθοριστικοί μεταγραφικοί παράγοντες και ενδοκυττάρια σηματοδοτικά μονοπάτια 40 o Έλεγχος adipogenesis 55 1

3 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ 64 ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ 64 o Λευκός λιπώδης ιστός 64 o Φαιός λιπώδης ιστός 65 Ο ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΩΣ ΕΝΔΟΚΡΙΝΕΣ ΟΡΓΑΝΟ 66 ΕΚΚΡΙΤΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ 68 ΦΛΕΓΜΟΝΩΔΕΙΣ ΚΥΤΤΑΡΟΚΙΝΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΟΚΙΝΕΣ 69 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΗΣ ΟΔΟΥ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΟΣ 73 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΗΞΗΣ ΙΝΟΔΩΛΥΣΗΣ 74 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΠΟΥ ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΝ ΣΤΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΑΡΤΗΡΙΑΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 76 RETINOL BINDING PROTEIN 4 77 ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ 80 ΛΕΠΤΙΝΗ 81 o Βιολογία 81 o Υποδοχέας Σηματοδότηση 82 o Λειτουργίες 85 o Ρύθμιση 93 RESISTIN 94 o Βιολογία 94 o Λειτουργία 95 o Ρύθμιση 99 ADIPONECTIN 100 o Βιολογία 100 o Υποδοχείς Σηματοδότηση 101 o Λειτουργίες 103 o Ρύθμιση 107 VISFATIN 108 o Βιολογία 108 o Υποδοχέας Μονοπάτι 109 o Λειτουργίες 110 2

4 o Ρύθμιση 113 APELIN 113 o Βιολογία 113 o Υποδοχέας 116 o Λειτουργίες 116 o Ρύθμιση 119 ΑΛΛΕΣ ΛΙΠΟΚΙΝΕΣ 119 ΑΛΛΑ ΕΚΚΡΙΤΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ 122 ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΚΑΙ ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ 125 ΟΡΙΣΜΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ 125 ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΤΗΝ ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ 125 o Μεταβολές εκτός λιπώδους ιστού 126 o Μακροσκοπικές αλλαγές του λιπώδους ιστού 126 o Ιστολογικές αλλαγές του λιπώδους ιστού 126 o Λειτουργικές μεταβολές στη νεύρωση του λιπώδους ιστού 128 o Λειτουργικές μεταβολές στην αιμάτωση του λιπώδους ιστού 129 o Μεταβολές στην αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας 129 o Μεταβολές στην έκκριση παραγόντων με παρακρινή και ενδοκρινή δράση 130 o Τοπική ετερογένεια 133 o Ανωμαλία φυσιολογικής ρύθμισης λιπώδους ιστού 133 ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟ ΣΥΝΔΡΟΜΟ 135 ΟΡΙΣΜΟΙ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ 135 ΕΠΙΔΗΜΙΟΛΟΓΙΑ 137 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ: Η ΒΑΣΙΚΗ ΣΥΝΙΣΤΩΣΑ 139 o Φυσιολογικές δράσεις της ινσουλίνης 139 o Αντίσταση στην ινσουλίνη 139 ΠΑΘΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ 140 o Ο ρόλος του TNF α στην ανάπτυξη αντίστασης στην ινσουλίνη 140 3

5 o Ο ρόλος των ελεύθερων λιπαρών οξέων στην ανάπτυξη ινσουλινοαντίστασης 143 o Κεντρική παχυσαρκία και αντίσταση στην ινσουλίνη 144 o Adiponectin και σχετιζόμενη με την παχυσαρκία αντίσταση στην ινσουλίνη o Άλλες λιποκίνες και σχετιζόμενη με την παχυσαρκία αντίσταση στην ινσουλίνη ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ 149 o Υπεργλυκαιμία 149 o Αρτηριακή υπέρταση 150 o Δυσλιπιδαιμία 153 ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟ ΣΥΝΔΡΟΜΟ ΚΑΙ ΚΙΝΔΥΝΟΣ ΚΑΡΔΙΑΓΓΕΙΑΚΗΣ ΝΟΣΟΥ 155 o Αθηρογόνος δυσλιπιδαιμία 156 o TNF α και αθηρωματική αγγειακή νόσος 157 o Υπερινσουλιναιμία και αθηρωματική αγγειακή νόσος 158 o Adiponectin και αθηρωματική αγγειακή νόσος 159 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ 162 Ο ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΩΣ ΕΝΔΟΚΡΙΝΗΣ ΑΔΕΝΑΣ 162 ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟ ΣΥΝΔΡΟΜΟ 166 ΛΙΠΟΚΙΝΕΣ ΚΑΙ ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ 169 ΕΠΙΛΟΓΟΣ 176 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 178 4

6 ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ Ο λιπώδης ιστός αποτελεί ειδικό τύπο συνδετικού ιστού στον οποίο επικρατούν τα λιπώδη κύτταρα (λιποκύτταρα). Τα λιποκύτταρα απαντούν μεμονωμένα, σε μικρές ομάδες και ως επί το πλείστον σε μεγάλες συσσωρεύσεις που περιβάλλονται από δοκίδες ινώδους συνδετικού ιστού, συγκροτώντας ένα όργανο με πολλές διαφορετικές αποθήκες, το λιπώδη ιστό (Εικόνα 1). Εικόνα 1. Μικροσκοπική εικόνα και σχηματική απεικόνιση του λιπώδους ιστού Είναι αξιοσημείωτο ότι μόνο το 1/3 του λιπώδους ιστού περιέχει ώριμα λιποκύτταρα. Τα υπόλοιπα 2/3 αποτελούνται από πρόδρομα λιπώδη κύτταρα, γνωστά ως προλιποκύτταρα, από κύτταρα του στρώματος (stromal vascular fraction SVF) του λιπώδους ιστού, όπως ενδοθηλιακά κύτταρα, λεία μυικά κύτταρα των μικρών αγγείων, ινοβλάστες και μακροφάγα, αλλά και από νευρικό ιστό (Εικόνα 2). Τα ώριμα λιποκύτταρα απαντούν σε δύο τύπους, τα λευκά και τα φαιά λιποκύτταρα. Οι δύο κυτταρικοί τύποι διακρίνονται τόσο ως προς το 5

7 χρώμα, όσο και ως προς τη λειτουργία. Ο λευκός λιπώδης ιστός, που έχει υποκίτρινη χροιά, περιέχει κυρίως λευκά λιποκύτταρα, ενώ ο φαιός, που εμφανίζεται ως καστανόχρους, περιέχει κυρίως φαιά λιποκύτταρα (Cinti S 2002, Anghel SI 2007). Εικόνα 2. Σχηματική απεικόνιση των κυτταρικών στοιχείων και της εξωκυττάριας ουσίας του λιπώδους ιστού ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΕΝΤΟΠΙΣΗ Θεμελιώδης είναι η διάκριση του λιπώδους ιστού σε σπλαχνικό και υποδόριο. Τόσο ο υποδόριος όσο και ο σπλαχνικός λιπώδης ιστός αποτελούνται από μικρότερες διακριτές αποθήκες λίπους, καθεμιά από τις οποίες έχει συγκεκριμένες λειτουργίες. Ο υποδόριος λιπώδης ιστός διακρίνεται σε επιπολής και εν τω βάθει στιβάδα. Στο γυναικείο φύλο, η κατανομή του λιπώδους ιστού στις υποδόριες στιβάδες είναι 49% στην επιπολής και 51% στην εν τω βάθει, ενώ στο ανδρικό τα αντίστοιχα ποσοστά είναι 34% και 66%. Ο σπλαχνικός λιπώδης ιστός υποδιαιρείται βασικά σε οπισθοπεριτοναϊκό και ενδοπεριτοναϊκό, που με τη σειρά του αποτελείται από τον επιπλοϊκό και το μεσεντέριο λιπώδη ιστό. Το 6

8 ενδοπεριτοναϊκό και το οπισθοπεριτοναϊκό διαμέρισμα οριοθετούνται από την πρόσθια επιφάνεια του νεφρού και την οπίσθια επιφάνεια του εντέρου. Στον άνθρωπο, το οπισθοπεριτοναϊκό λίπος αντιπροσωπεύει περίπου το 25% του συνολικού λιπώδους ιστού του σπλαχνικού διαμερίσματος (Anghel SI 2007). Τμήμα αυτών των διαμερισμάτων αποτελείται κυρίως από λευκά λιποκύτταρα και αποτελεί το λευκό λιπώδη ιστό. Ορισμένα διαμερίσματα, που είναι κυρίως φαιά, λόγω της αυξημένης άρδευσης και του μεγάλου αριθμού των μιτοχονδρίων, αντιπροσωπεύουν το φαιό λιπώδη ιστό. Το σπλαχνικό και υποδόριο λίπος αποτελούνται κυρίως από λευκό λιπώδη ιστό, ο οποίος επιπρόσθετα απαντά και σε μικρότερα διαμερίσματα, που περιβάλλουν άλλα όργανα, όπως η καρδιά, οι γεννητικοί αδένες και οι νεφροί. Ο φαιός λιπώδης ιστός στο νεογέννητο αποτελεί το 1% του βάρους σώματος και απαντά σε διάφορες περιοχές, όπως στη μεσοπλάτια χώρα, στη μασχαλιαία χώρα, γύρω από αιμοφόρα αγγεία, κατά μήκος των μεγάλων αγγείων, της τραχείας, του οισοφάγου και του θωρακικού στομίου, αλλά και γύρω από την κοιλιακή αορτή, το πάγκρεας, τα επινεφρίδια και τους νεφρούς (Cinti S 2005, Fukuchi K 2003). ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ Ιστολογική περιγραφή Η μορφολογία των φαιών και των λευκών λιποκυττάρων παρουσιάζει σημαντικές διαφορές. Μακροσκοπικά, ο λευκός λιπώδης ιστός εμφανίζει χρώμα από λευκό έως υποκίτρινο, σε αντίθεση με το φαιό, ο οποίος έχει καστανό χρώμα, λόγω των πολυάριθμων 7

9 τριχοειδών και του μεγάλου αριθμού χρωματισμένων εξαιτίας του κυτοχρώματος μιτοχονδρίων. Τα λευκά λιποκύτταρα είναι σφαιρικά και επομένως καταλαμβάνουν το μέγιστο δυνατό όγκο στο μικρότερο δυνατό χώρο. Η διάμετρός τους ποικίλει σημαντικά, από 30 70μm, ανάλογα με το διαμέρισμα στο οποίο βρίσκονται. Τα λευκά λιποκύτταρα περιέχουν στο κυτταρόπλασμα μία μεγάλη μονόχωρη κεντρική λιποσταγόνα, το μέγεθος της οποίας μπορεί να υπερβαίνει και τα 50μm. Η λιπιδική σταγόνα καταλαμβάνει την πλειονότητα του ενδοκυττάριου χώρου, συμπιέζοντας τον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα στην περιφέρεια, όπου σχηματίζουν δομή ομοιάζουσα με «δακτύλιο» (Εικόνα 3). Εικόνα 3. Ιστολογική εικόνα λευκού λιπώδους ιστού Ως συνέπεια αυτής της διαδικασιας, τα κύτταρα παρουσιάζονται με έκκεντρο αποπλατυσμένο πυρήνα. Το παχύτερο τμήμα του κυτταροπλάσματος περιέχει σύμπλεγμα Golgi, μιτοχόνδρια, μόλις αναπτυγμένες δεξαμενές αδρού ενδοπλασματικού δικτύου και ελεύθερα ριβοσωμάτια. Ο κυτταροπλασματικός κρίκος που περιβάλλει τα σταγονίδια λίπους περιέχει κυστίδια λείου ενδοπλασματικού 8

10 Ο ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΩΣ ΕΝΔ ΔΟΚΡΙΝΕΣ ΟΡΓ ΓΑΝΟ δικτύου, ενδεχομέένως μικροσωλη ηνίσκους και πολυάριθ θμα πιννοκυτταρικκά κυστίδια. Τα φαιά λιποκύττταρα είναι μικρότερ ρα από τα α λευκά λλιποκύττα αρα, που κυμα αίνεται μετταξύ 20 κκαι 40μm και έχουνν πολυγωννικό με μέγεθος π ήμα. Ο πυρήνας π ε είναι σφα αιρικός κα αι κατέχεει κεντρικκή θέση στο σχή λιπ ποκύτταρο ο. Το κυτταρόπλασμ μα περιέχχει μεγάλο ο αριθμό σταγονιδ δίων λίπ πους διαφορετικού μεγέθουςς. Χαρακτηριστικό ττης ιστολο ογικής δομής τωνν φαιών λιποκυττά λ άρων είναι τα πολυ υάριθμα μιτοχόνδρ μ ια με πολλλές μακκριές ακρ ρολοφίες στο κυττταρόπλασ σμα, ενώ ώ το ενδοπλασματτικό δίκτυο δεν είίναι ιδιαίττερα αναπ πτυγμένο (Εικόνα 4)(Avram AS 20005, Cinti S 20055). Εικό όνα 4. Ιστολογγική δομή το ου φαιού λιπ πώδους ιστού ύ σε φωτονικκό μικροσκόπ πιο (αριστερά ά) και δομή ή φαιού λιπο οκυττάρου (δ δεξιά Α) και μιτοχονδρίου σε μεγέθυ υνση (δεξιά Β Β) σε ηλεκτρο ονικό μικρ ροσκόπιο διέλλευσης. CAP: τριχοειδές αγγείο, Go: συσκευή Golgi, L: λιποστταγόνα, SER: λείο ενδο οπλασματικό δίκτυο 9

11 Η μορφολογία των λιποκυττάρων και μόνο δεν αρκεί για τη διάκριση των φαιών από τα λευκά λιποκύτταρα. Αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι τα φαιά λιποκύτταρα μπορεί να εμφανίζονται μονόχωρα όταν δεν είναι διεγερμένα. Αντίστοιχα, η μορφολογία των λευκών λιποκυττάρων δύναται να μεταβληθεί κατά τη διάρκεια νηστείας. Τα λευκά λιποκύτταρα όταν το λιπιδικό τους περιεχόμενο ελαττωθεί χάνουν το σφαιρικό σχήμα και μπορεί να εμφανίζονται ως πολύχωρα κύτταρα. Μάλιστα, η συγκεκριμένη εμφάνιση ενδέχεται να αφορά σε περιορισμένο αριθμό κυττάρων ενός διαμερίσματος, ενώ τα υπόλοιπα να διατηρούν το σφαιρικό σχήμα (Cinti S 2002, Himms Hagen J 2001). Αιμάτωση του λιπώδους ιστού Τα διαμερίσματα του λευκού και του φαιού λιπώδους ιστού διαθέτουν πλούσια αγγειακή παροχή. Ομάδες λευκών λιποκυττάρων συγκροτούν λόβια, καθένα από τα οποία αρδεύεται από ένα αρτηρίδιο και περιβάλλεται από διάφραγμα συνδετικού ιστού. Κάθε λιποκύτταρο αιματώνεται από ένα παρακείμενο τριχοειδές και παράλληλα βρίσκεται σε επαφή με ένα γλυκοπρωτεϊνικό στρώμα, όπως και με δικτυωτές ίνες, ινοβλάστες, μαστοκύτταρα και μακροφάγα (Εικόνα 5). Εικόνα 5. Αιμάτωση του λευκού λιπώδους ιστού 10

12 Συγκριτικά με το λευκό λιπώδη ιστό, ο φαιός διαθέτει πλουσιότερο αγγειακό δίκτυο, αρκετά πυκνό και με πολλαπλά τριχοειδή. Θεωρείται πως κάθε λιποκύτταρο του φαιού ιστού βρίσκεται σε επαφή με 2 έως 5 τριχοειδή και πως το 1/3 περίπου της επιφάνειάς του γειτνιάζει με αγγεία (Εικόνα 6). Η εκτεταμένη αγγείωση αυτού του ιστού, σε συνδυασμό με τα πυκνά συμπιεσμένα μιτοχόνδρια σε επίπεδο υποκυτταρικής δομής, ευθύνονται για το καστανό χρώμα του φαιού λιπώδους ιστού (Rossi ABR 2000, Cinti S 2005). Εικόνα 6. Η πυκνή αγγείωση του φαιού λιπώδους ιστού Νεύρωση του λιπώδους ιστού Τόσο ο λευκός όσο και ο φαιός λιπώδης ιστός νευρώνονται κυρίως από νοραδρενεργικές ίνες του συμπαθητικού νευρικού συστήματος (Εικόνα 7), ενώ υπάρχουν αναφορές και για παρασυμπαθητική νεύρωση του λιπώδους ιστού. Οι νοραδρενεργικές ίνες του λευκού λιπώδους ιστού περιορίζονται στο τοίχωμα των τριχοειδών, ενώ στο φαιό λιπώδη ιστό, όπου η νεύρωση είναι πυκνότερη, οι νευρικές ίνες αλληλεπιδρούν επιπλέον και με την κυτταρική μεμβράνη των φαιών λιποκυττάρων μέσω «τυχαίων» συνάψεων ( incidental synapses). 11

13 Μάλιστα θεωρείται πως κάθε φαιό λιποκύτταρο δέχεται μία ή περισσότερες νευρικές απολήξεις. Εικόνα 7. Δράση του συμπαθητικού νευρικού συστήματος στο λευκό και φαιό λιπώδη ιστό Παρόλο που ο κύριος νευροδιαβιβαστής στις νευρικές απολήξεις του λιπώδους ιστού είναι η νορεπινεφρίνη, στο φαιό λιπώδη ιστό έχουν εντοπισθεί νευρικές ίνες που περιέχουν ως νευροδιαβιβαστή νευροπεπτίδιο Y, ουσία P και calcitonin gene regulated peptide. Πρέπει επίσης να σημειωθεί η παρουσία αισθητικής νεύρωσης στο φαιό και πιθανότατα και στο λευκό λιπώδη ιστό, με πιθανό ρόλο στη ρύθμιση (Penicaud L 2000, Romijn JA 2005, Avram AS της ενεργειακής ισορροπίας του σώματος 2005). ΛΙΠΟΚΥΤΤΑΡΟ: ΑΝΑΤΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ Οι μορφολογικές διαφορές που παρατηρούνται μεταξύ φαιών και λευκών λιποκυττάρων σχετίζονται άμεσα με τις λειτουργίες που επιτελούν τα κύτταρα αυτά. Όπως προαναφέρθηκε, το λευκό λιποκύτταρο αποτελείται από μία μεγάλη, κεντρική, μονόχωρη 12

14 λιποσταγόνα που απωθεί τον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα στην περιφέρεια. Τα λευκά λιποκύτταρα συμμετέχουν ενεργά στο μεταβολισμό της γλυκόζης και των λιπιδίων, με τη λιποσταγόνα να εξυπηρετεί τη μακροχρόνια αποθήκευση πλούσιων σε ενέργεια ουδέτερων λιπιδίων, κυρίως τριακυλογλυκερολών (τριγλυκεριδίων) και εστέρων χοληστερόλης. Τα λευκά λιποκύτταρα εμφανίζουν επίσης ενδοκρινή λειτουργία, συνθέτοντας και εκκρίνοντας ποικιλία βιοδραστικών μορίων. Αντίθετα, τα φαιά λιποκύτταρα αποτελούνται από πολυάριθμες, μικρές λιποσταγόνες και επομένως εμφανίζονται ως πολύχωρα κύτταρα, με κεντρικό πυρήνα και πολυάριθμα μιτοχόνδρια (Εικόνα 8). Κύρια λειτουργία των φαιών λιποκυττάρων αποτελεί η θερμογένεση. Είναι δεδομένη η παρουσία στο φαιό και λευκό λιπώδη ιστό παρόμοιων βιοχημικών μηχανισμών που ευθύνονται για τη σύνθεση και υδρόλυση λιπιδίων, καθώς και για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Όμως, ο φαιός λιπώδης ιστός εξυπηρετεί κυρίως την παραγωγή θερμότητας μέσω υδρόλυσης του περιεχομένου των λιποσταγονιδίων. Εικόνα 8. Σχηματική απεικόνιση λευκού και φαιού λιποκυττάρου 13

15 Λιποσταγόνα: Σύνθεση και ρόλος Η λιποσταγόνα αποτελεί σημαντική δομή του λιποκυττάρου, αφού καταλαμβάνει το μεγαλύτερο τμήμα (περίπου 95%) του συνολικού του όγκου. Ο πυρήνας της αποτελείται από ουδέτερα λιπίδια που συντίθενται στο ενδοπλασματικό δίκτυο των λιποκυττάρων και περιβάλλονται από μονή στιβάδα φωσφολιπιδίων, προσανατολισμένων με το υδρόφοβο τμήμα προς το λιπιδικό πυρήνα και το υδρόφιλο προς την επιφάνεια του σταγονιδίου. Ο μηχανισμός με τον οποίο τα λιπίδια καταλήγουν στη λιποσταγόνα αποτέλεσε αντικείμενο έρευνας των τελευταίων ετών. Η έρευνα οδήγησε στην ανακάλυψη μιας σημαντικής οικογένειας πρωτεϊνών που συμμετέχουν στη διαδικασία και είναι η οικογένεια των PAT (perilipin adipophilin TIP47) πρωτεϊνών. Εικόνα 9. Απεικόνιση με ανοσοφθορισμό της κατανομής των PAT πρωτεϊνών σε μία λιποσταγόνα Η οικογένεια των PAT πρωτεϊνών χαρακτηρίζεται από δομική ομοιότητα των μελών της. Ακόμα, οι πρωτεΐνες PAT έχουν την ικανότητα σύνδεσης με τα λιπίδια των λιποσταγονιδίων. Οι πρωτεΐνες S3 12 και OXPAT/MLDP αποτελούν δύο επιπλέον μόρια με ομοιότητες στην αλληλουχία και στις ιδιότητες με τις PAT πρωτεΐνες. Η perilipin και η adipophilin, που αναφέρονται ως συστηματικά εκφραζόμενες PAT 14

16 πρωτεΐνες (constitutively TAG associated PAT proteins CPATs), καλύπτουν την εξωτερική επιφάνεια της λιποσταγόνας και βρίσκονται σε επαφή με το κυτταρόπλασμα (Εικόνα 9). Επιπλέον, έχει βρεθεί πως η adipophilin καλύπτει την εξωτερική επιφάνεια των σταγονιδίων λίπους και σε άλλα κύτταρα, πλην των λιπωδών. Η perilipin κατέχει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του λιποκυττάρου, καθώς προστατεύει τα περιεχόμενα στη λιποσταγόνα λιπίδια από την υδρολυτική δράση των κυτταροπλασματικών λιπασών, σε περιόδους που υπάρχει επάρκεια ενέργειας. Επίσης η perilipin, μετά από φωσφορυλίωση από την PKA, συμμετέχει στη ρύθμιση της λιπόλυσης που επάγεται από ορμόνες ή από αδρενεργική διέγερση (Εικόνα 10). Εικόνα 10. Η φωσφορυλίωση της perilipin και της ορμονοευαίσθητης λιπάσης αποτελούν ρυθμιστικά βήματα στη διαδικασία της λιπόλυσης Η adipophilin φαίνεται πως προστατεύει τα λιπίδια σε μη λιπώδη κύτταρα από υδρόλυση, ενώ δεν εμφανίζει παρόμοιο ρόλο με τη perilipin στη λιπόλυση. Τα υπόλοιπα μέλη της οικογένειας των PAT πρωτεϊνών TIP47, S3 12 και OXPAT είναι πρωτεΐνες του κυτταροπλάσματος. Όταν συντίθενται νέα σταγονίδια λίπους, αυτές οι 15

17 πρωτεΐνες αναλαμβάνουν την κάλυψή τους για την έξοδο από το ενδοπλασματικό δίκτυο και τη μεταφορά στην κεντρική λιποσταγόνα (Εικόνα 11). Για το λόγο αυτό αναφέρονται και ως ανταλλάξιμες PATs (exchangeable PATs EPATs) (Brasaemle DL 2007, Wolins NE 2006, Brown DA 2001). Εικόνα 11. Μοντέλο σχηματισμού κυστιδίου που περιέχει τριακυλογλυκερόλες (TAGs). (α) Οι πρωτείνες EPAT συγκεντρώνουν τις TAGs σε ένα φακοειδή σχηματισμό. (β) Οι EPATs με πιθανή συμβολή και άλλων πρωτεϊνών του κυτταροπλάσματος οδηγούν στην εκβλάστηση των κυστιδίων που περιέχουν TAGs Φυσιολογικός ρόλος των λιποκυττάρων ΛΕΥΚΑ ΛΙΠΟΚΥΤΤΑΡΑ Οι τρεις βασικότερες λειτουργίες των λευκών λιποκυττάρων αφορούν στο μεταβολισμό των λιπιδίων, στο μεταβολισμό της γλυκόζης και στην παραγωγή και έκκριση πεπτιδίων με ποικίλες βιολογικές δράσεις. Μεταβολισμός λιπιδίων Μετά από γεύμα, τα λιποκύτταρα αποθηκεύουν προσωρινά τα προϊόντα της πέψης με τη μορφή τριακυλογλυκερολών (3 μόρια 16

18 λιπαρών οξέων συνδεμένα με εστερικό δεσμό με ένα μόριο γλυκερόλης). Η φύση των υδρόφοβων λιπαρών οξέων και η υψηλή θερμιδική τους αξία καθιστά τα μόρια κατάλληλα για αποθήκευση σε μεγάλη πυκνότητα στα λιποκύτταρα. Το λιποκύτταρο είναι ικανό να αποθηκεύσει μεγάλα ποσά τριγλυκεριδίων στα ενδοκυττάρια αποθηκευτικά σταγονίδια, που μπορούν να υπερβούν τα 50μm σε διάμετρο. Αντίθετα, σε περίοδο νηστείας, το λιποκύτταρο διαθέτει βιοχημικούς μηχανισμούς υδρόλυσης των τριγλυκεριδίων σε ελεύθερα λιπαρά οξέα και γλυκερόλη. Στη συνέχεια, αποδίδει τα προϊόντα της υδρόλυσης στην κυκλοφορία (Εικόνα 12). Εικόνα 12. Η απελευθέρωση λιπαρών οξέων από τα λιποκύτταρα στην κυκλοφορία και η παραγωγή ATP από τα ελεύθερα λιπαρά οξέα μέσω β οξείδωσης Τα ελεύθερα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται από τους ιστούς, κυρίως μέσω β οξείδωσης, για την παραγωγή ενέργειας (ATP), ενώ η γλυκερόλη επαναχρησιμοποιείται από το ήπαρ για τη σύνθεση 17

19 τριακυλογλυκερολών (Εικόνα 13). Τα τριγλυκερίδια διαθέτουν τη μοναδική ικανότητα αποθήκευσης πολύ μεγαλύτερων ποσών ενέργειας από το γλυκογόνο, γεγονός που καθιστά πολύτιμη τη σύνθεση, αλλά και τον ελεγχόμενο καταβολισμό τους για τη συνεχή παροχή ενέργειας στον οργανισμό, ακόμα και σε περιόδους παρατεταμένης νηστείας. Εικόνα 13. Η τύχη των ελεύθερων λιπαρών οξέων και της γλυκερόλης μετά τη λιπόλυση Η ρύθμιση του μεταβολισμού των λιπιδίων ελέγχεται από τρεις βασικές κυτταρικές λειτουργίες: την πρόσληψη λιπαρών οξέων, τη λιπογένεση (σύνθεση λιπαρών οξέων και τριγλυκεριδίων) και τη λιπόλυση (υδρόλυση τριγλυκεριδίων). Καθεμιά από τις μεταβολικές αυτές διαδικασίες μεταβάλλεται ανταποκρινόμενη σε εξωκυττάρια ερεθίσματα, όπως η ινσουλίνη, η κορτιζόλη, οι κατεχολαμίνες, η αυξητική ορμόνη, η τεστοστερόνη, τα ελεύθερα λιπαρά οξέα και οι κυτταροκίνες (Εικόνα 14). 18

20 Τα λιπαρά οξέα που χρησιμοποιούνται από τα λιποκύτταρα προέρχονται κυρίως από τα ελεύθερα λιπαρά οξέα του πλάσματος και λιγότερο από τη de novo σύνθεση στο κυτταρόπλασμα. Το σύνολο των κυκλοφορούντων λιπαρών οξέων συμπεριλαμβάνει αυτά που προσλαμβάνονται με την τροφή και αυτά που απελευθερώνονται από τα λιποκύτταρα με τη λιπόλυση. Η πρόσληψη των λιπαρών οξέων διευκολύνεται με την εξωκυττάρια δράση της λιποπρωτεϊνικής λιπάσης, που επηρεάζεται από τη θρεπτική και ενδοκρινική κατάσταση του οργανισμού. Εικόνα 14. Σύνοψη των διαδικασιών πρόσληψης λιπαρών οξέων και λιπογένεσης (αριστερά) και λιπόλυσης (δεξιά). AC: αδενυλική κυκλάση, ACS: συνθετάση του ακυλο συνενζύμου Α, ap2: λιποκυτταρική πρωτεΐνη συνδέουσα τα λιπαρά οξέα, α 2 AR: α 2 αδρενεργικός υποδοχέας, β AR: β αδρενεργικός υποδοχέας, FATP: μεταφορική πρωτεΐνη των λιπαρών οξέων, FFA: ελεύθερα λιπαρά οξέα, GI: ανασταλτική G πρωτεΐνη, GS: διεγερτική G πρωτεΐνη, Glut4: ινσουλινοευαίσθητος μεταφορέας γλυκόζης, IR: υποδοχέας ινσουλίνης, HSL: ορμονοευαίσθητη λιπάση, LPL: λιποπρωτεϊνική λιπάση, PDE3B: φωσφοδιεστεράση 3Β του κυκλικού AMP, PKA: πρωτεϊνική κινάση A. Η διαδικασία της λιπόλυσης περιλαμβάνει τη σταδιακή υδρόλυση των τριγλυκεριδίων σε διγλυκερίδια, μονογλυκερίδια και τελικά 19

21 γλυκερόλη και λιπαρά οξέα. Συνήθως η λιπόλυση είναι πλήρης, με προϊόντα 3 μόρια ελεύθερων λιπαρών οξέων και ένα μόριο γλυκερόλης. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί πως η απελευθέρωση στο αίμα των προϊόντων της λιπόλυσης από το λευκό λιποκύτταρο δεν γίνεται σε αυτή την αναλογία. Επίσης, στο λευκό λιπώδη ιστό σε αντίθεση με το φαιό τα λιπαρά οξέα ελάχιστα χρησιμοποιούνται για β οξείδωση, αλλά χρησιμεύουν ως πρώτη ύλη για την επανασύνθεση τριγλυκεριδίων. Επομένως, τα λιπαρά οξέα απελευθερώνονται σε μικρότερο βαθμό από ότι παράγονται. Από την άλλη πλευρά, η γλυκερόλη εκκρίνεται σχεδόν αυτούσια στο αίμα, λόγω της περιορισμένης παρουσίας κινάσης της γλυκερόλης στα λιποκύτταρα, γεγονός που μειώνει το μεταβολισμό της ουσίας από αυτά. Η λιπόλυση καταλύεται από τρία ένζυμα, τη λιπάση των μονογλυκεριδίων (monoglyceride lipase MGL), που καταλύει την υδρόλυση των μονογλυκεριδίων σε γλυκερόλη και λιπαρά οξέα, την ορμονοευαίσθητη λιπάση (hormone sensitive lipase HSL), που καταλύει την υδρόλυση των τριγλυκεριδίων σε διγλυκερίδια και την υδρόλυση των διγλυκεριδίων σε μονογλυκερίδια, και την ειδική για το λιπώδη ιστό λιπάση των τριγλυκεριδίων (adipose tissue specific triglyceride lipase ATGL), που καταλύει την υδρόλυση των τριγλυκεριδίων σε διγλυκερίδια και λιπαρά οξέα. Σημαντικότερο για τη διαδικασία ένζυμο είναι η ορμονοευαίσθητη λιπάση, γιατί είναι το μόνο ένζυμο που υφίσταται ορμονικό έλεγχο. Η διαδικασία της λιπόλυσης υπόκειται σε αυστηρή ρύθμιση (Εικόνα 15). Παρατηρείται σημαντική ημερήσια διακύμανση στα επίπεδα των κυκλοφορούντων στο αίμα λιπαρών οξέων και γλυκερόλης, γεγονός που υποδεικνύει την επίδραση ορμονικών και άλλων ρυθμιστικών 20

22 μηχανισμών. Στον άνθρωπο, οι κατεχολαμίνες ασκούν άμεσο έλεγχο στη λιπόλυση. Μέσω των β υποδοχέων διεγείρουν τη διαδικασία, ενώ μέσω των α υποδοχέων την αναστέλλουν. Υπάρχει λεπτή ισορροπία μεταξύ των δύο δράσεων, με τη λιπολυτική να επικρατεί στις περισσότερες περιπτώσεις. Εικόνα 15. Ρύθμιση της λιπόλυσης στα ανθρώπινα λιποκύτταρα. β 1,2,3 : β 1,2,3 αδρενεργικοί υποδοχείς, α2α: α 2 Α αδρενεργικός υποδοχέας, G i,s : ανασταλτική (i) και διεγερτική (s) G πρωτεΐνη, AC: αδενυλική κυκλάση, NPRA: Α υποδοχέας νατριουρητικού πεπτιδίου, GC: γουανυλική κυκλάση, PKG: εξαρτώμενη από το c GMP πρωτεϊνική κινάση, PKA: πρωτεϊνική κινάση A, p44/42 και JNK: μονοπάτι MAPKs, TNFR 1: υποδοχέας 1 του TNF α, ATGL: ειδική για το λιπώδη ιστό λιπάση των τριγλυκεριδίων, HSL: ορμονοευαίσθητη λιπάση, MGL: λιπάση των μονογλυκεριδίων, TG: τριγλυκερίδια, DG: διγλυκερίδια, MG: μονογλυκερίδια, FA: λιπαρά οξέα, IR: υποδοχέας ινσουλίνης, IRS 1,2: υποστρώματα 1 και 2 του υποδοχέα ινσουλίνης, PI3K: κινάση της φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης 3, PDE 3: φωσφοδιεστεράση 3. Επίσης, τα νατριουρητικά πεπτίδια είναι ισχυροί επαγωγείς της λιπόλυσης, ενώ η ινσουλίνη την αναστέλλει. Ακόμη, μακροχρόνια δράση της GH ενισχύει τη λιπόλυση. Από την άλλη πλευρά, η ρύθμιση της διαδικασίας γίνεται και με παρακρινή τρόπο, όπου συμμετέχουν ουσίες εκκρινόμενες από τα λιποκύτταρα και τα κύτταρα του 21

23 στρώματος του λιπώδους ιστού, όπως είναι η αδενοσίνη, οι προσταγλανδίνες και οι κυτταροκίνες, ειδικά ο TNF α. Επιπρόσθετοι παράγοντες που επιδρούν στη διαδικασία της λιπόλυσης είναι το φύλο, η ηλικία, η φυσική δραστηριότητα, η διατροφή, η γενετική ποικιλομορφία, καθώς και η ετερογένεια των αποθηκών λίπους (Arner P 2005, Large V 2004, Arner P 2007). Μεταβολισμός γλυκόζης Η συμμετοχή στο μεταβολισμό της γλυκόζης αποτελεί μία επιπλέον σημαντική μεταβολική λειτουργία των λιποκυττάρων (Εικόνα 16). Τα λιποκύτταρα, τα σκελετικά και τα καρδιακά μυικά κύτταρα, είναι τα μόνα γνωστά κύτταρα που εκφράζουν τον ινσουλινοεξαρτώμενο μεταφορέα γλυκόζης GLUT4, ο οποίος μεσολαβεί στη μεταγευματική μεταφορά της γλυκόζης από το αίμα στο εσωτερικό των κυττάρων, για χρησιμοποίηση και αποθήκευση. Στα λιποκύτταρα η γλυκόζη, μέσω της γλυκόλυσης, παρέχει το υπόστρωμα για τη de novo σύνθεση γλυκερόλης και λιπαρών οξέων. Εικόνα 16. Η πρόσληψη και ο μεταβολισμός της γλυκόζης από τους ιστούς και η επίδραση της ινσουλίνης στη ρύθμιση των επιπέδων γλυκόζης πλάσματος. 22

24 Η μεταβολική δράση των λιποκυττάρων επηρεάζει το μεταβολισμό της γλυκόζης και σε άλλους ιστούς. Η αυξημένη λιπόλυση των τριγλυκεριδίων στα λιποκύτταρα αυξάνει τα επίπεδα των κυκλοφορούντων λιπαρών οξέων. Η αύξηση αυτή επιδρά αρνητικά στην ηπατική κάθαρση της ινσουλίνης, και στην επαγόμενη από την ινσουλίνη καταστολή της ηπατικής παραγωγής γλυκόζης. Αντίθετα, τα ελεύθερα λιπαρά οξέα αυξάνουν το ρυθμό ηπατικής γλυκονεογένεσης. Συνολικά, το αποτέλεσμα των υψηλών επιπέδων ελεύθερων λιπαρών οξέων είναι η υπεργλυκαιμία. Παράλληλα, τα λιπαρά οξέα αυξάνουν την αντίσταση των σκελετικών μυών στην ινσουλίνη και σε συνδυασμό με την αντισταθμιστική αύξηση της επαγόμενης από τη γλυκόζη έκκριση ινσουλίνης και την ελαττωμένη απομάκρυνση της τελευταίας από το (Ducluzeau PH 2002, ήπαρ ενισχύουν την περιφερική υπερινσουλιναιμία Wajchenberg BL 2000). Ενδοκρινής λειτουργία Το λιποκύτταρο αποτελεί σημαντική βιοσυνθετική μηχανή. Είναι πηγή πολλών βιοδραστικών πεπτιδίων και έτσι επηρεάζει τη λειτουργία πολλών οργάνων και ιστών, συμπεριλαμβανομένου και του ίδιου του λιπώδους ιστού, με αυτοκρινή, παρακρινή και ενδοκρινή τρόπο. Παρόλο που οι περισσότεροι παράγοντες που εκκρίνονται από τα λιποκύτταρα ρυθμίζουν το μεταβολισμό αυτών με αυτοκρινή ή παρακρινή τρόπο, σημαντικός αριθμός προϊόντων των λιποκυττάρων εισέρχονται στην κυκλοφορία και έχουν ενδοκρινή δράση. Αφενός η παραγωγή μεγάλου αριθμού κυτταροκινών από το λιπώδη ιστό και αφετέρου η δομική ομοιότητα ορισμένων από τα πρωτεϊνικά προϊόντα του με τις κυτταροκίνες οδήγησαν στην επικράτηση του όρου 23

25 «λιποκίνες» για τα πεπτιδικά προϊόντα του λιπώδους ιστού (Εικόνα 17). Οι λιποκίνες και η ενδοκρινής λειτουργία του λιπώδους ιστού αναλύονται στο αντίστοιχο κεφάλαιο (Tray hurn P 2001). Εικόνα 17. Η ενδοκρινής λειτουργία του λιποκυττάρου ΦΑΙΑ ΛΙΠΟΚΥΤΤΑΡΑ Τα φαιά λιποκύτταρα εκφράζουν πολλά κοινά και ειδικά για το λιπώδη ιστό γονίδια με τα λευκά λιποκύτταρα, κυρίως αυτά που αφορούν στη σύνθεση και στην υδρόλυση των λιπιδίων. Ακόμη, εκκρίνουν ορμόνες που ρυθμίζουν την ενεργειακή ομοιόσταση, όπως η λεπτίνη. Παρόλα αυτά, τα φαιά λιποκύτταρα εκφράζουν ειδικά πρωτεΐνες που προσδίδουν διαφορετικό ρόλο, ανεξάρτητο από αυτόν του λευκού λιποκυττάρου. Η μιτοχονδριακή πρωτεΐνη UCP 1 (θερμογενίνη), ειδική για το φαιό λιπώδη ιστό, ευθύνεται για τη βασική λειτουργία των φαιών λιποκυττάρων, δηλαδή τη μετατροπή της ενέργειας που προσλαμβάνεται από την τροφή σε θερμότητα (Εικόνα 24

26 18). Η δραστηριότητα της UCP 1 πυροδοτείται από αδρενεργική διέγερση μέσω του συμπαθητικού νευρικού συστήματος. Στον άνθρωπο είναι αυξημένη στη νεογνική ηλικία, όπου απαιτείται παραγωγή θερμότητας, αλλά και στην έκθεση στο κρύο ή σε εμπύρετη κατάσταση. Από φυσιολογική άποψη, η θερμότητα που παράγεται από το φαιό λιπώδη ιστό και η επακόλουθη ελάττωση της απόδοσης του μεταβολισμού έχει σημαντικές επιπτώσεις. Με τον τρόπο αυτό ο φαιός λιπώδης ιστός εκτός από την παροχή ενός σημαντικού μηχανισμού προσαρμογής με την άμεση ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος λειτουργεί και προστατευτικά ενάντια στην ανάπτυξη παχυσαρκίας. Εικόνα 18. Θερμογενίνη (UCP 1) και παραγωγή θερμότητας Θερμογένεση Η θερμογένεση διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε όλες τις μεταβολικές διαδικασίες και διακρίνεται σε δύο βασικές κατηγορίες, την υποχρεωτική και τη δυνητική. Η υποχρεωτική θερμογένεση αποτελεί αναγκαία για τη ζωή διαδικασία και επιτελείται διαρκώς, ενώ η δυνητική θερμογένεση αντιπροσωπεύει την παραγωγή θερμότητας 25

27 που μπορεί να ενεργοποιηθεί και να διακοπεί ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες. Η δυνητική θερμογένεση περιλαμβάνει διάφορες υποκατηγορίες: την εκούσια δραστηριότητα (άσκηση), την ακούσια (νευρική) δραστηριότητα, την επαγόμενη από τη δίαιτα θερμογένεση, τον επαγόμενο από το κρύο τρόμο και τη θερμογένεση χωρίς τρόμο. Η θερμορυθμιστική θερμογένεση, που ενεργοποιείται για τη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος ως απάντηση στην αυξημένη απώλεια θερμότητας, παρατηρείται στο φαιό λιπώδη ιστό και στους μύες σε ποικίλο βαθμό, ανάλογα με τον προηγούμενο εγκλιματισμό στο περιβάλλον. Η απότομη έκθεση στο κρύο επάγει τη θερμογένεση με τρόμο, διαδικασία που δύναται να αυξήσει το μεταβολικό ρυθμό έως και 4 φορές. Η παρατεινόμενη έκθεση στο κρύο επάγει τη διαδικασία εγκλιματισμού με θερμογένεση χωρίς τρόμο στο φαιό λιπώδη ιστό, μια διαδικασία που περιλαμβάνει υπερπλαστική και υπερτροφική ανάπτυξη του ιστού, εκσεσημασμένη μιτοχονδριογένεση και εκλεκτική αύξηση του περιεχομένου των φαιών λιποκυττάρων σε UCP 1. Επιπλέον παραγωγή θερμότητας από τα φαιά λιποκύτταρα παρατηρείται και σε καταστάσεις που απαιτείται περισσότερη θερμότητα, όπως κατά τη διάρκεια φυσιολογικού stress μεταγεννητικά ή σε εμπύρετη κατάσταση. Η παραγωγή θερμότητας από το φαιό λιπώδη ιστό πραγματοποιείται με τη βοήθεια της UCP 1 κατά τη διάρκεια της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης (Εικόνα 19). Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη είναι απαραίτητη για τη θερμογένεση χωρίς τρόμο και εντοπίζεται στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Οι ανηγμένοι μεταφορείς 26

28 ηλεκτρονίωνν NADH και FADH 2 που παράγονται από την οξείδωση των λιπαρών οξέων και το μεταβολισμό της γλυκόζης επανοξειδώνονται από ενζυμικά συμπλέγματα της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων (αναπνευστική αλυσίδα), που βρίσκονται στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Εικόνα 19. Η θέση της UCP 1 στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη σε γειτνίαση με τα ένζυμα της αναπνευστικής αλυσίδας επιτρέπει τη μετατροπή της ενέργειας από την οξείδωση λιπαρών οξέων σε θερμότητα Καθώς τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από τα NADH και FADH 2 μετακινούνται στην αναπνευστική αλυσίδα, πρωτόνια αντλούνται από το στρώμα των μιτοχονδρίων και μετακινούνται στο διαμεμβρανικό χώρο, παράγοντας μια ηλεκτροχη μική βαθμίδωση κατά μήκος της εσωτερικής μεμβράνης. Στους περισσότερους ιστούς, η ενέργεια από την κινητήρια δύναμη των πρωτονίων χρησιμοποιείταιι για τη μετατροπή ADP σε ATP, από την ATPάση, ένα ενζυμικό σύμπλεγμα που διαταράσσει την ηλεκτροχημική βαθμίδωση αντλώντας τα πρωτόνια πίσω στο μιτοχονδριακό στρώμα. Στα φαιά λιποκύτταρα, η UCP 1 παρέχει εναλλακτικό τρόπο επανόδου των πρωτονίων στο 27

29 μιτοχονδριακό στρώμα, αποσυνδέοντας (uncoupling) την οξείδωση των υποστρωμάτων από τη σύνθεση ATP. Η αυξημένη οξείδωση υποστρωμάτων, που επιταχύνεται χωρίς τον περιορισμό της ATPάσης, σε συνδυασμό με την αυξημένη διαρροή πρωτονίων κατά μήκος της εσωτερικής μεμβράνης που μεσολαβείται από τη UCP 1, οδηγεί σε απώλεια ενέργειας με τη μορφή θερμότητας (Εικόνα 20). Εικόνα 20. (Α) Η UCP 1 εντοπίζεται στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη, όπου αποσυνδέει την οξείδωση των υποστρωμάτων από τη σύνθεση ATP, με αποτέλεσμα την απώλεια ενέργειας με μορφή θερμότητας. (Β) Η κατανάλωση ενέργειας μέσω θερμογένεσης στο φαιό λιπώδη ιστό ρυθμίζεται από το συμπαθητικό νευρικό σύστημα (SNS) με απελευθέρωση νοραδρεναλίνης (NA). Η αυξημένη δραστηριότητα του συμπαθητικού οδηγεί σε ενεργοποίηση του β 3 AR (αδρενεργικού υποδοχέα), αυξημένη παραγωγή camp και ενεργοποίηση της PKA. Επιπλέον, η λιποπρωτεϊνική λιπάση (LPL) διεγείρεται για να αυξήσει την πρόσληψη λιπαρών οξέων από το κύτταρο. Η ενεργοποίηση της PKA έχει άμεση δράση στη λιπόλυση και αυξάνει τη διαθεσιμότητα υποστρωμάτων για θερμογένεση. Η επίδραση της χρόνιας ενεργοποίησης της PKA περιλαμβάνει βιογένεση μιτοχονδρίων, διαφοροποίηση των φαιών λιποκυττάρων και αυξημένη έκφραση UCP 1. 28

30 Ο ρυθμός της θερμογένεσης που μεσολαβείται από τη UCP 1 ελέγχεται από το συμπαθητικό νευρικό σύστημα, η δραστηριότητα του οποίου ρυθμίζεται από τον υποθάλαμο. Το σήμα για τη θερμογένεση μεταδίδεται μέσω της νοραδρεναλίνης που απελευθερώνεται από νευρικές απολήξεις σε τυχαίες ( incidental ) συνάψεις παρακείμενες σε φαιά λιποκύτταρα. Η νοραδρεναλίνη διεγείρει α και β αδρενεργικούς υποδοχείς, πυροδοτώντας πολλές κυτταρικές λειτουργίες, όπως τη λιπόλυση, τον πολλαπλασιασμό των φαιών λιποκυττάρων, τη μιτοχονδριογένεση και την αυξημένη έκφραση και ενεργοποίηση της UCP 1. Εικόνα 21. Η ενεργοποίηση των UCP πρωτεϊνών προκαλέι αυξημένη θερμογένεση, που οδηγεί σε μειωμένη αποθήκευση λίπους Ενδιαφέρον παρουσιάζει ο β 3 AR (αδρενεργικός υποδοχέας) που εκφράζεται σε μεγάλο βαθμό στα φαιά λιποκύτταρα και καθοδηγεί την 29

31 αλυσίδα γεγονότων απαραίτητων για την παραγωγή θερμότητας. Ο β 3 AR ενεργοποιεί τη λιπόλυση, οπότε απελευθερώνονται λιπαρά οξέα από τις ενδοκυττάριες αποθήκες λιπιδίων. Τα λιπαρά οξέα μετατρέπονται σε acyl CoA, υφίστανται β οξείδωση και παράγουν την ηλεκτροχημική βαθμίδωση κατά μήκος της μιτοχονδριακής μεμβράνης. Παράλληλα, τα λιπαρά οξέα εμπλέκονται στη φυσιολογική ενεργοποίηση της UCP 1. Άλλοι πιθανοί ρυθμιστές της ενεργοποίησης της UCP 1 είναι το ρετινοϊκό οξύ και η τριιωδοθυρονίνη, η δράση των οποίων αυξάνει τόσο την ενεργοποίηση της UCP 1 όσο και τη μεταγραφή του γονιδίου της. Τέλος, η ανακάλυψη 4 ακόμη ισομορφών uncoupling proteins (UCP 2, 3, 4, 5) πιθανόν να αναδείξει το ρόλο των τελευταίων στη ρύθμιση της ενεργειακής ισορροπίας και του σωματικού βάρους (Εικόνα 21) (Sell H 2004, Mostyn A 2004, Jezek P 2004). 30

32 ΛΙΠΟΓΕΝΕΣΗ ADIPOGENESIS ΟΡΙΣΜΟΙ Ο όρος λιπογένεση αναφέρεται στη βιοσύνθεση των λιπιδίων. Η de novo λιπογένεση αφορά στη σύνθεση λιπαρών οξέων από ποικίλα, μη λιπιδικά, πρόδρομα μόρια, όπως γλυκόζη, αμινοξέα και αιθανόλη. Πρώτη ύλη αποτελούν υποστρώματα που κατά τον καταβολισμό τους παράγουν ακέτυλο συνένζυμο Α (acetyl CoA) και επομένως είναι επιρρεπή σε μετατροπή προς λιπαρά οξέα κατά το μεταβολισμό (Schutz Y 2004). Ο όρος adipogenesis αναφέρεται στη δυναμική διαδικασία κατά τη διαφοροποίηση των λιποκυττάρων και την ανάπτυξη του λιπώδους ιστού που οδηγεί στο φαινότυπο του ώριμου λιποκυττάρου. Η adipogenesis είναι αποτέλεσμα της στρατολόγησης νέων λιποκυττάρων από πρόδρομα κύτταρα του λιπώδους ιστού και περιλαμβάνει τόσο τον πολλαπλασιασμό, όσο και τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων (Feve B 2005, Hausman DB 2001). ADIPOGENESIS: ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΟΡΙΑΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ Διαδικασία μοντέλα adipogenesis Ο σχηματισμός των λιποκυττάρων από το μέσο βλαστικό δέρμα αρχίζει στα μέσα της κύησης, ενώ η ανάπτυξη του λευκού λιπώδους ιστού ολοκληρώνεται μετά τη γέννηση, ως αποτέλεσμα του αυξημένου μεγέθους των υπαρχόντων λιποκυτάρων και του πολλαπλασιασμού των πρόδρομων προλιποκυττάρων (Feve B 2005, Hausman DB 2001). Τελικά, ο λιπώδης ιστός απαρτίζεται από ώριμα λιποκύτταρα, ενδοθηλιακά κύτταρα, 31

33 ινοβλάστες και προλιποκύτταρα σε διαφορετικά στάδια διαφοροποίησης (Grimaldi PA 2001). Οι σημαντικότερες διαδικασίες που εμπλέκονται στην adipogenesis είναι αρχικά η στρατολόγηση και ο πολλαπλασιασμός των βλαστικών κυττάρων και στη συνέχεια η διαφοροποίηση αυτών είτε προς λιποκύτταρα είτε προς κύτταρα των αγγείων. Ο πολλαπλασιασμός των προλιποκυττάρων οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των κυττάρων του λιπώδους ιστού, ενώ κατά τη διαφοροποίηση αδιαφοροποίητα, πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα με εμφάνιση παρόμοια με τις ινοβλάστες εξέρχονται από τον κυτταρικό κύκλο και διαφοροποιούνται σε μορφολογικά αναγνωρίσιμα και (Avram MM 2007, Hausman DB 2001, Feve λειτουργικά ώριμα λιποκύτταρα (Εικόνα 22) B 2005). Εικόνα 22. Απεικόνιση ώριμων λιποκυττάρων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης Η ανάπτυξη του λιπώδους ιστού παρουσιάζει ιδιαιτερότητες, λόγω της de novo έναρξης της διαδικασίας σε πολλές ταυτόχρονα, ανατομικά διακριτές περιοχές. Επίσης, η adipogenesis μπορεί να λάβει χώρα σε όλη τη διάρκεια ζωής ενός οργανισμού, ως απάντηση στην ανάγκη 32

34 φυσιολογικής αντικατάστασης των κυττάρων, αλλά και στην ανάγκη περαιτέρω αύξησης των αποθεμάτων λίπους, όταν η πρόσληψη (Rosen ED 2002, Prins JB 1997, θερμίδων υπερβαίνει τις διατροφικές απαιτήσεις Entenmann G 1996). Η κατανόηση των μοριακών μηχανισμών της adipogenesis και η αναγνώριση των σημαντικότερων σηματοδοτικών μονοπατιών που εμπλέκονται σε αυτή κατέστησαν εφικτές, μετά από μελέτες διαφοροποίησης σε κυτταρικές σειρές προλιποκυττάρων και διαγονιδιακά ποντίκια. Οι συχνότερα χρησιμοποιούμενες κυτταρικές σειρές είναι αυτές των 3T3 L1 (Εικόνα 23) και 3T3 F442A λευκών προλιποκυττάρων και των HIB 1B και HB2 φαιών λιποκυττάρων, που προέρχονται από αθανατοποιημένα προλιποκύτταρα ποντικών (Feve B 2005,Hansen JB 2006). Εικόνα 23. Σχηματική απεικόνιση του 3T3 L1 λιποκυττάρου μετά τη διαφοροποίηση Παρότι τα κύτταρα των συγκεκριμένων σειρών in vitro εμφανίζουν διαφορές στο προφίλ γονιδιακής έκφρασης σε σχέση με τα λευκά λιποκύτταρα in vivo (Soukas A 2001), εντούτοις σήμερα αποτελούν το καλύτερα μελετημένο μοντέλο adipogenesis και την κύρια πηγή 33

35 πληροφοριών σχετικά με αυτή. Μελέτες διαφοροποίησης πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων πιθανόν μελλοντικά να αποτελέσουν χρήσιμο εργαλείο στην περαιτέρω κατανόηση των (Rodriguez AM 2004, μοριακών μηχανισμών της ανάπτυξης του λιπώδους ιστού 2005). ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ Η αύξηση των λιποκυττάρων σε αριθμό επιτυγχάνεται με τον πολλαπλασιασμό των πρόδρομων κυττάρων τους, των προλιποκυττάρων. Τα τελευταία είναι κύτταρα που διατηρούν την ικανότητα να διαιρούνται και απαντούν στο λιπώδη ιστό καθ όλη τη διάρκεια της ζωής. Η ικανότητα της διαίρεσης διατηρείται σε κάποιο βαθμό και στα μερικώς διαφοροποιημένα προλιποκύτταρα, ενώ θεωρείται αμφίβολη στα ώριμα λιποκύτταρα (Hausman DB 2001). Κατά τη διαδικασία της adipogenesis λαμβάνουν χώρα δύο φάσεις κυτταρικού πολλαπλασιασμού. Η πρώτη συμβαίνει πριν από τον καθορισμό των μεσεγχυματικών κυττάρων και η δεύτερη μετά τον καθορισμό και πριν από τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων (Εικόνα 24) (Avram MM 2007). ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ Ο λιπώδης ιστός αποτελεί πηγή πολυδύναμων μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων. Κατά την ανάπτυξη του λιπώδους ιστού, η φάση του πολλαπλασιασμού των πολυδύναμων μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων ακολουθείται από αυτή του καθορισμού ορισμένων εξ αυτών προς κύτταρα της λιπώδους σειράς. Ο καθορισμός έχει ως αποτέλεσμα τη μετατροπή του βλαστικού κυττάρου σε προλιποκύτταρο, που αφενός 34

36 εμφανίζει μηδαμινές μορφολογικές διαφορές από το πρόδρομο κύτταρο, αφετέρου έχει χάσει την ικανότητα διαφοροποίησης προς άλλους τύπους κυττάρων (Rosen ED 2006a, Gomillion CT 2006). Εικόνα 24. Πολλαπλασιασμός και διαφοροποίηση στην adipogenesis Η απόσυρση των προλιποκυττάρων από τον κυτταρικό κύκλο σηματοδοτεί το σημαντικότερο βήμα στη διαδικασία της διαφοροποίησης. Κατά την τελική διαφοροποίηση, το προλιποκύτταρο αποκτά πλήρως τους χαρακτήρες του ώριμου λιποκυττάρου. Η μετάβαση από τον πολλαπλασιασμό των προλιποκυττάρων στη διαφοροποίηση σε ώριμα λιποκύτταρα είναι μία διαδικασία που υπόκειται σε έλεγχο από πολλά ρυθμιστικά μόρια και προϋποθέτει την επικοινωνία μεταξύ μεσολαβητών λειτουργιών του κυτταρικού κύκλου και παραγόντων που σχετίζονται με τη διαφοροποίηση (Fajas L 2003). Η 35

37 μοριακή ρύθμιση της τελικής διαφοροποίησης είναι καλύτερα μελετημένη, λόγω της φύσης των ήδη καθορισμένων κυτταρικών (Rosen ED σειρών που κυρίως χρησιμοποιούνται στην έρευνα (Εικόνα 25) 2006a). Εικόνα 25. Από το ζυγωτό στο ώριμο λιποκύτταρο ΑΠΟ ΤΑ ΠΡΟΔΡΟΜΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΣΤΑ ΩΡΙΜΑ ΛΙΠΟΚΥΤΤΑΡΑ Η μετάβαση από πολυδύναμο μεσεγχυματικό βλαστικό κύτταρο (multipotent mesenchymal stem cell) σε προλιποκύτταρο δεν χαρακτηρίζεται από σημαντικές μορφολογικές μεταβολές. Αντίθετα, η διαφοροποίηση και ωρίμανση των προλιποκυττάρων σε λιποκύτταρα περιλαμβάνει μια σειρά σημαντικών αλλαγών στη μορφολογία, αλλά και στη βιοσυνθετική ικανότητα των ώριμων λιποκυττάρων. Κατά τη διαφοροποίηση, τα αστεροειδούς σχήματος προλιποκύτταρα μετατρέπονται σε σφαιρικά και αποκτούν την ικανότητα αποθήκευσης λιπιδίων. Επιπρόσθετα, αναπτύσσουν τους απαραίτητους μηχανισμούς 36

38 για τη μεταφορά και σύνθεση λιπιδίων, για την ευαισθησία στην ινσουλίνη, καθώς και για την έκκριση πρωτεϊνών χαρακτηριστικών των λιποκυττάρων. Στο αρχικό στάδιο των άωρων πολύχωρων (multilocular) λιποκυττάρων, τα λιπίδια αποθηκεύονται σχηματίζοντας μικρά σταγονίδια λίπους (Εικόνα 26). Εικόνα 26. Η σταδιακή συσσώρευση λιποσταγονιδίων κατά τη διαφοροποίηση του λιποκυττάρου Σε μετέπειτα στάδια της διαφοροποίησης τα λιποσταγονίδια συντήκονται, σχηματίζοντας μία μεγάλη λιπιδική σταγόνα, που συμπιέζει τον πυρήνα του ώριμου μονόχωρου (unilocular) λιποκυττάρου στην περιφέρεια (Εικόνα 27). Εικόνα 27. Απεικόνιση της εξέλιξης του σχηματισμού της κεντρικής μονόχωρης λιποσταγόνας 37

39 Μετά την ολοκλήρωση της διαφοροποίησης, τα λιποκύτταρα συνεχίζουν να αυξάνουν σε μέγεθος, καθώς η περαιτέρω άθροιση (Avram MM λιπιδίων οδηγεί σε υπερτροφία των λιποκυττάρων (Εικόνα 28) 2007, Otto TC 2005). Εικόνα 28. Οι σημαντικότερες φάσεις της ανάπτυξης των λιποκυττάρων από πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα. Ο καθορισμός των πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων στη λιπώδη σειρά και ο σχηματισμός των προλιποκυττάρων πραγματοποιείται υπό την επίδραση της BMP4. Έκθεση των προλιποκυττάρων στους κατάλληλους επαγωγείς της διαφοροποίησης πυροδοτεί δύο κύκλους μιτωτικής κλωνικής επέκτασης, αυξάνοντας περίπου στο τετραπλάσιο τον αριθμό των κυττάρων. Μετά την κλωνική επέκταση λαμβάνει χώρα η τελική διαφοροποίηση, στην οποία ενεργοποιείται μεταγραφικά μία μεγάλη οικογένεια λιποκυτταρικών γονιδίων. Εξέλιξη adipogenesis ΕΝΑΡΚΤΗΡΙΑ ΣΗΜΑΤΑ Το σήμα καθορισμού των πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων προς προλιποκύτταρα δεν έχει αποσαφηνιστεί, αλλά φαίνεται πως σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η BMP4 (Bone Morphogenetic Protein 4), η οποία in vitro οδηγεί σε φωσφορυλίωση του Smad1 και καθορισμό των 10T1/2 βλαστικών κυττάρων σε προλιποκύτταρα (Tang QQ 2004). Σημαντικό ρόλο στον καθορισμό των μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων προς συγκεκριμένες κυτταρικές σειρές διαδραματίζουν το σχήμα και η 38

40 πυκνότητά τους (McBeath R 2004). Έτσι, τα μεσεγχυματικά κύτταρα τείνουν να μετατραπούν σε λιποκύτταρα όταν σε καλλιέργεια η πυκνότητά τους είναι σχετικά μεγάλη και το σχήμα μη αποπεπλατυσμένο, ενώ αναπτυσσόμενα σε μικρή πυκνότητα και ελεύθερα προς εξάπλωση, αποκτούν χαρακτήρες οστεοβλαστών. Μεσολαβητικό ρόλο στον καθορισμό με βάση το σχήμα των κυττάρων πιθανόν να κατέχει και η RhoA GTPάση (McBeath R 2004). Η μιτωτική κλωνική επέκταση και η αναστολή της αύξησης εξ επαφής οδηγούν τα προλιποκύτταρα σε απόσυρση από τον κυτταρικό κύκλο στη φάση G 0 /G 1. Το γεγονός αυτό είναι προαπαιτούμενο για την τελική διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων (Tang QQ 2003). Μετά την ολοκλήρωση της κλωνικής επέκτασης, τα κύτταρα εισέρχονται σε μία φάση του κυτταρικού κύκλου, τη G D, στην οποία έχει ανασταλεί η ανάπτυξη, αλλά επιτρέπεται η διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων. Στα 3T3 L1 προλιποκύτταρα η φάση αυτή χαρακτηρίζεται από μεταβολές στην έκφραση των αναστολέων των εξαρτώμενων από τις κυκλίνες κινασών (Cdk inhibitors) p18, p21 και p27 (Morrison RF 1999). Η είσοδος στη φάση G D καθιστά πλέον τα προλιποκύτταρα καθορισμένα προς την τελική διαφοροποίηση. Η τελική διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων χαρακτηρίζεται από σημαντική αύξηση της έκφρασης των μεταγραφικών παραγόντων PPARγ και C/EBPα, οι οποίοι ενεργοποιούν την μεταγραφή γονιδίων που ευθύνονται για το φαινότυπο των ώριμων λιποκυττάρων (Otto TC 2005). Για την επαγωγή της έκφρασης αυτών των παραγόντων, απαραίτητη είναι η προηγούμενη αύξηση του camp και η ενεργοποίηση του μεταγραφικού παράγοντα CREB (camp response element binding 39

41 protein), που με τη σειρά του αυξάνει την έκφραση του C/EBPβ (Zhang JW 2004, Yeh WC 1995). Ο C/EBPβ και ο C/EBPδ αποτελούν μέλη της οικογένειας των CCAAT/Enhancer Binding Proteins, δηλαδή πρωτεϊνών που συνδέονται σε περιοχές που ενισχύουν την έκφραση γονιδίων. Τόσο ο C/EBPβ όσο και ο C/EBPδ εκφράζονται πρώιμα κατά την τελική διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων και φαίνεται πως αποτελούν (Zhang JW ειδικά ο πρώτος σημαντικά εναρκτήρια σήματα της διαδικασίας 2004, Yeh WC 1995). ΚΑΘΟΡΙΣΤΙΚΟΙ ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΚΑΙ ΕΝΔΟΚΥΤΤΑΡΙΑ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ Η διαδικασία της adipogenesis προϋποθέτει έναν πολύπλοκο γενετικό επαναπρογραμματισμό των κυττάρων, ο οποίος υπόκειται σε αυστηρό έλεγχο από ορμόνες, κυτταροκίνες, θρεπτικά συστατικά και σηματοδοτικά μόρια. Τα τελευταία με τη σειρά τους μεταβάλλουν την έκφραση ή την ενεργότητα μιας ποικιλίας μεταγραφικών παραγόντων, που ρυθμίζουν τις διεργασίες ανάπτυξης του λιπώδους ιστού. Έχει αναγνωριστεί μια ευρεία ποικιλία μεταγραφικών παραγόντων που προάγουν ή αναστέλλουν την adipogenesis. Oι περισσότερες έρευνες αποδεικνύουν πως οι παράγοντες δρουν σε συνδυασμό και διαδοχικά (Hansen JB για να ασκήσουν έλεγχο στα διάφορα στάδια της διαδικασίας 2006, Otto TC 2005, Rosen ED 2005). Διάφορες οικογένειες μεταγραφικών παραγόντων, με διαφορετικές λειτουργίες, φαίνεται πως είναι σημαντικοί ρυθμιστές της διαδικασίας της adipogenesis. Αυτές περιλαμβάνουν τις CCAAT enhancer binding proteins (C/EBP α, β και δ), τους peroxisome proliferator activated 40

42 receptors (PPAR γ και β/ δ) και τις helix loop helix (SREBP 1c) (Εικόνα 29). Εικόνα 29. Σημαντικά μοριακά γεγονότα στον καθορισμό και τη διαφοροποίηση των λιποκυττάρων Οι C/EBPs αποτελούν οικογένεια μεταγραφικών παραγόντων που προσδένονται σε CCAAT ενισχυτές και ανήκουν στην κατηγορία μεταγραφικών παραγόντων που σχηματίζουν φερμουάρ λευκίνης (leucine zipper), αφού περιέχουν μια βασική καρβοξυτελική περιοχή (bzip) πλούσια σε λευκίνη. Στη διαδικασία της adipogenesis φαίνεται να εμπλέκονται τέσσερις ισομορφές αυτών: οι C/EBP α, β, δ και η CHOP 10 (Rosen ED 2006a, Feve B 2005). Οι C/EBP β και C/EBP δ διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο ως πρώιμοι ρυθμιστές της διαφοροποίησης των προλιποκυττάρων (Εικόνα 30) και της ανάπτυξης του λιπώδους ιστού, καθώς επάγονται πολύ νωρίς μετά την έναρξη της διαφοροποίησης. Προάγουν την adipogenesis και 41

43 επιπλέον επηρεάζουν τον αριθμό των λιποκυττάρων του λιπώδους ιστού (Tang QQ 1999). Εικόνα 30. Ο C/EBP β αποτελεί μεταγραφικό παράγοντα που εκφράζεται πρώιμα κατά τη διαφοροποίηση τόσο των λευκών όσο και των φαιών λιποκυττάρων. Ο C/EBP α είναι πλειοτροπικός μεταγραφικός παράγοντας, που ενεργοποιεί πολλά γονίδια ειδικά των λιποκυττάρων (Otto TC 2005). Προάγει την adipogenesis σε μεταγενέστερο στάδιο από τους β και δ, από τους οποίους επάγεται και ο ίδιος. Το τελευταίο πιθανόν συμβαίνει για να προστατευθούν τα πολλαπλασιαζόμενα κατά την κλωνική επέκταση προλιποκύτταρα από την αντιμιτωτική δράση του C/EBP α (Tang QQ 1999). Επιπλέον, ο C/EBP α έχει την ικανότητα να κατευθύνει και άλλες μεσεγχυματογενείς κυτταρικές σειρές, όπως η ινοβλαστική NIH 3T3, προς μετατροπή σε λιποκύτταρα (Feve B 2005). Τέλος, η CHOP 10 (C/EBP Homologous Protein 10) περιλαμβάνει υπολείματα προλίνης και γλυκίνης στην περιοχή σύνδεσης με το DNA, με αποτέλεσμα να επηρεάζεται η ικανότητα σύνδεσής της σε αυτό. Έτσι, σχηματίζοντας ετεροδιμερή με τον C/EBP β δεν επιτρέπει την πρόσδεση του τελευταίου στο DNA και την εκδήλωση της δράσης του. Αποτελεί, λοιπόν, έναν αρνητικό ρυθμιστικό παράγοντα στη διαδικασία της adipogenesis (Otto TC 2005). 42

44 Οι PPARs (Peroxisome Proliferator Activated Receptors) ανήκουν σε μια οικογένεια πυρηνικών υποδοχέων ορμονών που περιλαμβάνει τους υποδοχείς ρετινοϊκού οξέος, τους υποδοχείς θυρεοειδικών ορμονών και (Aranda A τους υποδοχείς της βιταμίνης D 2001) 3. Ως πυρηνικοί υποδοχείς ορμονών, ενεργοποιούνται από τα προσδέματά τους για να ελέγξουν την έκφραση γονιδίων. Το πρώτο μέλος της οικογένειας (PPARα) πράγματι επάγει τον πολλαπλασιασμό των υπεροξεισωμάτων, ενώ τα νεότερα μέλη, PPARγ και PPARδ (ή PPARβ) δεν εκδηλώνουν τέτοια δράση (Francis GA 2003). Οι τρεις ισότυποι αποτελούνται α) από μια ελάχιστα συντηρημένη αμινοτελική περιοχή που επιτελεί μια ανεξάρτητη από το πρόσδεμα λειτουργία trans ενεργοποίησης, β) από μια κεντρική, υψηλά συντηρημένη, περιοχή με ικανότητα σύνδεσης του DNA και γ) από μια καρβοξυτελική περιοχή με λειτουργία trans ενεργοποίησης εξαρτώμενη από το πρόσδεμα. Οι PPARs σχηματίζουν ετεροδιμερή με τους RXRs (cisretinoid X receptors) και το μεταγραφικό σύμπλεγμα προσδένεται σε PPRE (PPAR response element) αλληλουχία του DNA (Εικόνα 31). Εικόνα 31. Η αλληλεπίδραση PPARs RXRs στη ρύθμιση της μεταγραφής γονιδίων 43

45 Το αποτέλεσμα είναι η επαγωγή της μεταγραφής γονιδίων στόχων, που περιλαμβάνουν και γονίδια του μεταβολισμού των λιπιδίων, όπως του μεταφορέα των λιπαρών οξέων, της Acyl CoA συνθετάσης και οξειδάσης (Michalik L 1999). Οι PPARγ και PPARδ εκφράζονται στο λευκό και φαιό λιπώδη ιστό και μάλιστα η έκφρασή τους αυξάνει με διαφορετική χρονικά έναρξη. Ο PPARδ εκφράζεται κατά την κλωνική επέκταση των προλιποκυττάρων και εμφανίζει τη μέγιστη έκφραση μετά την αναστολή εξ επαφής, ενώ ο PPARγ επάγεται προς το τέλος της κλωνικής επέκτασης και εμφανίζει το (Grimaldi PA μέγιστο της έκφρασής του σε τελικά διαφοροποιημένα κύτταρα 2001). Ο PPARγ αποτελεί τον κύριο ρυθμιστή της ανάπτυξης του λιπώδους ιστού τόσο in vitro όσο και in vivo, όντας ικανός και αναγκαίος (Rosen ED 2002, μεταγραφικός παράγοντας προαγωγής της adipogenesis Rangwala SM 2000). Η ικανότητα αυτή δεν περιορίζεται μόνο στην προαγωγή της διαφοροποίησης των προλιποκυττάρων του λιπώδους ιστού, αλλά και στην κινητοποίηση κυκλοφορούντων πρόδρομων κυττάρων μυελικής προέλευσης στο λιπώδη ιστό και διαφοροποίηση αυτών προς τη λιπώδη σειρά (Crossno JT 2006, Hausman GJ 2006). Ο PPARγ απαντά σε δύο ισομορφές, τις PPARγ1 και PPARγ2, οι οποίες προκύπτουν από χρήση διαφορετικού προαγωγέα και εναλλακτική συρραφή. Σημαντικότερος για την πρόοδο της adipogenesis είναι ο ρόλος του PPARγ2, ο οποίος (Escher P 2001, Ren D εκφράζεται πιο ειδικά στο λιπώδη ιστό από τον PPARγ1 2002). Η κομβική θέση που κατέχει ο PPARγ στο σταυροδρόμι πολλών σηματοδοτικών μονοπατιών που προάγουν την adipogenesis 44

46 καταδεικνύει τη σπουδαιότητα του μορίου στη διαδικασία (Εικόνα 32). Οι C/EBPs και συγκεκριμένα οι β και δ που αυξάνουν στην έναρξη της adipogenesis επάγουν την έκφραση τόσο του C/EBPα όσο και του PPARγ, που αμφότεροι οδηγούν στην ολοκλήρωση της διαδικασίας. Πολλά ρυθμιστικά σήματα για την adipogenesis, όπως τα γλυκοκορτικοειδή και η GH φαίνεται πως ασκούν τη δράση τους μέσω επαγωγής των C/EBPs και επακόλουθης αύξησης της έκφρασης του PPARγ (Shi XM 2000). Ο PPARδ, που επάγεται από λιπαρά οξέα μακράς αλύσου (Long Chain Fatty Acids), διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της τελικής διαφοροποίησης των προλιποκυττάρων, μέσω της επαγωγής της έκφρασης του γονιδίου του PPARγ. Με βάση το τελευταίο εξηγείται η επίδραση της υψηλής σε λιπαρά οξέα δίαιτας στην υπερτροφική ανάπτυξη του λιπώδους ιστού (Hansen JB 2001, Bastie C 2000). Εικόνα 32. Η τύχη των κυττάρων μεσεγχυματικής προέλευσης καθορίζεται από πλειάδα εξωκυττάριων σημάτων και ενδοκυττάριων σηματοδοτικών μονοπατιών. Στην adipogenesis (a) καθοριστικός είναι ο ρόλος του μεταγραφικού παράγοντα PPARγ. 45

47 Επιπλέον, ο PPARγ, όπως και ο C/EBPα, εμφανίζει σημαντική αντιμιτωτική δράση, ενώ ο PPARδ επιδρά ευνοϊκά στον πολλαπλασιασμό των προλιποκυττάρων. Έτσι, η διαδοχική δράση των PPAR δ και γ, όπως και των C/EBPs εξασφαλίζει αρχικά την κλωνική επέκταση των προλιποκυττάρων και στη συνέχεια την αναστολή του πολλαπλασιασμού και την τελική διαφοροποίηση (Grimaldi PA 2001). Ακόμη, παρατηρείται θετική και αμφίδρομη αλληλεπίδραση στην έκφραση μεταξύ των PPARγ και C/EBPα (Otto TC 2005). Τέλος, ο μεταγραφικός παράγοντας ADD 1 επηρεάζει θετικά τόσο την έκφραση, όσο και την ενεργοποίηση του PPARγ από ενδογενή προσδέματα και έτσι προάγει την adipogenesis μετά από επίδραση εξωκυττάριων σημάτων, όπως η ινσουλίνη. Ο ADD 1 ή αλλιώς SREBP 1c ανήκει στην οικογένεια μεταγραφικών παραγόντων Sterol Regulatory Elements Binding Proteins (SREBPs), που αποτελείται από βασικούς μεταγραφικούς παράγοντες έλικας βρόχουέλικας φερμουάρ λευκίνης. Οι SREBPs σχετίζονται με τη ρύθμιση της μεταγραφής γονιδίων σημαντικών για το μεταβολισμό της χοληστερόλης και των λιπαρών οξέων (Horton JD 2002). Ο ADD 1 (adipocyte determination and differentiation dependent factor 1) εμπλέκεται στη μεταγραφική ρύθμιση γονιδίων της λιπογένεσης που κωδικοποιούν ένζυμα της σύνθεσης, αναγωγής και οξείδωσης των λιπαρών οξέων, καθώς και της σύνθεσης των τριακυλογλυκερολών. Η αύξηση των επιπέδων του mrna του ADD 1 παρατηρείται στα πρώιμα στάδια της διαφοροποίησης, καταδεικνύοντας το σημαντικό του ρόλο στην adipogenesis. Επιπλέον, ο ADD 1 ευνοεί την έκφραση γονιδίων που επάγονται από τον PPARγ, καθώς αυξάνει τόσο την έκφραση του συγκεκριμένου μορίου, όσο και την ενεργότητά του (Kim JB 1998, Fajas L 1999). Η 46

48 ρύθμιση της έκφρασης του ADD 1 φαίνεται να σχετίζεται με την ενεργειακή κατάσταση, καθώς η ινσουλίνη και το θετικό ενεργειακό ισοζύγιο επάγουν την έκφρασή του, ενώ το χαμηλό ενεργειακό ισοζύγιο την ελαττώνει (Foretz M 1999, Kim JB 1998). Οι Krüppel like παράγοντες (KLFs) αποτελούν μια μεγάλη οικογένεια πρωτεϊνών μεταγραφικών παραγόντων τύπου δακτυλίου ψευδαργύρου που ρυθμίζουν την απόπτωση, τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίηση. Το προφίλ της έκφρασης των γονιδίων των KLFs κατά τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων, αλλά και η επίδρασή τους στην ανάπτυξη και τη γονιδιακή έκφραση των λιποκυττάρων μαρτυρούν την λειτουργία ενός καταρράκτη δράσεων των KLFs κατά την adipogenesis. Έτσι, ο KLF15 επάγει την έκφραση του μεταφορέα γλυκόζης GLUT4 και προάγει την adipogenesis (Mori T 2005), ενώ ο KLF5 επάγεται νωρίς κατά τη διαδικασία από τους C/EBP β και δ και με τη σειρά του ενεργοποιεί τον προαγωγέα του PPARγ2 (Oishi Y 2005). Ο παράγοντας KLF6 επίσης ευοδώνει τη διαδικασία της adipogenesis, ενώ οι KLF2 και KLF7 έχουν αντίθετη δράση, πιθανότατα καταστέλλοντας το προαγωγέα του PPARγ2. Είναι αξιοσημείωτο ότι οι KLF παράγοντες αντικαθιστούν ο ένας τον άλλο κατά την εξέλιξη της adipogenesis, με τον KLF2 να αντικαθίσταται από τον KLF5 και τελικά από τον KLF15 στη διαφοροποιημένη κατάσταση, οπότε και συντηρείται η έκφραση του PPARγ2. Παράλληλα, η στρατολόγηση διαφορετικών συνενεργοποιητών και συν καταστολέων του προαγωγέα του γονιδίου του PPARγ2 από τους διαφορετικούς παράγοντες ενδέχεται να συμβάλει στην τροποποίηση της ενεργότητάς του (Wu J 2005, Kanazawa A 2005, Oishi Y 2005). 47

49 Οι Χ ηπατικοί υποδοχείς LXRs (Liver X Receptors) αποτελούν ρυθμιστές της ομοιόστασης της χοληστερόλης, των λιπιδίων και της γλυκόζης. Ο LXRβ εκφράζεται σταθερά τόσο σε προλιποκύτταρα όσο και σε λιποκύτταρα, ενώ η έκφραση του LXRα επάγεται κατά τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων. Παρόλα αυτά, ο ακριβής ρόλος (Hansen JB των παραγόντων αυτών στην adipogenesis παραμένει ασαφής 2006). Τουλάχιστον 100 ακόμη μεταγραφικοί παράγοντες φαίνεται πως συμμετέχουν ρυθμιστικά στη διαδικασία της adipogenesis. Αξιοσημείωτοι είναι ο Krox20 (ή early growth response protein 2) που προάγει την adipogenesis σε πρώιμα στάδια, αυξάνοντας την έκφραση του C/EBPβ, και ο EBF1 (early B cell factor), που μπορεί να κατευθύνει προς adipogenesis ακόμα και σειρές ινοβλαστών (Chen Z 2005, Akerblad P 2002). Άλλοι μεταγραφικοί παράγοντες που προάγουν την adipogenesis περιλαμβάνουν τους EPAS1, STAT5a, CREB και BMAL1 (Rosen ED 2006a). Τέλος, η πλήρης διαδικασία που οδηγεί στο σχηματισμό λευκού λιπώδους ιστού απαιτεί τη δράση των S6K1 και 4E BP1, οι οποίοι αποτελούν πιθανούς αναστολείς της φαιάς λιπογένεσης. Η πρώτη είναι κινάση ρυθμιστής του κυτταρικού πολλαπλασιασμού που ενεργοποιείται από τον mtor, ενώ η δεύτερη είναι πρωτεΐνη που συνδέεται στον ευκαρυωτικό παράγοντα έναρξης της μεταγραφής 4E (4E Binding Protein 1). Η γενετική απαλοιφή τους σε πειραματόζωα οδηγεί σε μειωμένη ανάπτυξη λευκού λιπώδους ιστού και αυξημένη έκφραση, από τα πολύχωρα λιποκύτταρα που αναπτύσσονται, των UCP1 και PGC 1α, που χαρακτηρίζουν το φαιό λιπώδη ιστό (Εικόνα 33). Τέλος, μέλη της οικογένειας των πρωτεϊνών του ρετινοβλαστώματος, 48

50 όπως οι prb και p107 φαίνεται πως ενισχύουν τη λευκή έναντι της φαιάς λιπογένεσης (Um SH 2004, Tsukiyama Kohara K 2001, Hansen JB 2004). Εικόνα 33. Η έκφραση των PGC 1 και UCP 1 σηματοδοτεί τη διαφοροποίηση των φαιών λιποκυττάρων Πολυάριθμοι μεταγραφικοί παράγοντες αναστέλλουν την adipogenesis, όπως οι CHOP, KLF2 και KLF7, οι οποίοι προαναφέρθηκαν, αλλά και μέλη των οικογενειών μεταγραφικών παραγόντων GATAbinding και forkhead. Η έκφραση πολλών εξ αυτών, οι οποίοι θα οδηγούσαν τα κύτταρα προς άλλη κατεύθυνση, καταστέλλεται από θετικούς ρυθμιστές της adipogenesis, προκειμένου να ολοκληρωθεί η διαδικασία. Επιπλέον, πολλοί παράγοντες που επιδρούν αρνητικά στην ανάπτυξη του λιπώδους ιστού δε συνδέονται απευθείας στο DNA, αλλά καταστέλλουν τη διαφοροποίηση των λιποκυττάρων μέσω πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων. Οι GATA παράγοντες, πρωτεΐνες τύπου δακτυλίου 49

51 ψευδαργύρου οι οποίες εμπλέκονται στην αιμοποίηση και την ανάπτυξη του ουρογεννητικού συστήματος, καταστέλλονται κατά την adipogenesis ειδικά οι GATA2 και GATA3 ενώ η υπερέκφραση του GATA2 ελαττώνει την adipogenesis. Παρόλο που η δράση των GATA μπορεί να εκδηλωθεί με απευθείας σύνδεση και αναστολή του προαγωγέα του γονιδίου του PPARγ2, μια μεταλλαγμένη μορφή του GATA2 που δε συνδέεται με το DNA ασκεί τη δράση της μέσω σύνδεσης με τους C/EBPs, αναστέλλοντας την ικανότητά τους να ενεργοποιήσουν τον προαγωγέα του PPARγ2 γονιδίου. Τέλος, ο Foxc2 μεταγραφικός παράγοντας κατέχει σημαντικό ρόλο στην adipogenesis, πιθανότατα δρώντας ανασταλτικά στη λευκή adipogenesis και κατευθύνοντας τα προλιποκύτταρα προς το φαινότυπο του φαιού λιποκυττάρου (Εικόνα 34) (Tong Q 2005, Davis KE 2004). Η μελέτη πυρηνικών συμπαραγόντων που συμβάλλουν στη φυσιολογική και αναπτυξιακή ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης αποκτά σήμερα αυξανόμενο ενδιαφέρον. Αυτοί οι συμπαράγοντες δε συνδέονται απευθείας στο DNA, αλλά συμμετέχουν στο σχηματισμό μεγάλων συμπλόκων είτε μεταγραφικά ενεργών (συν ενεργοποιητές) είτε μεταγραφικά ανενεργών (συν καταστολείς), τα οποία συνδέουν τους μεταγραφικούς παράγοντες στη βασική μεταγραφική μηχανή. Ορισμένοι συμπαράγοντες οδηγούν σε άμεση τροποποίηση της χρωματίνης, όπως οι ακετυλοτρανσφεράσες των ιστονών HAT (CBP, p300) και οι ATP εξαρτώμενες πρωτεΐνες αναδιαμόρφωσης της χρωματίνης της οικογένειας SWI/SNF (BRG1, BRM). Οι συμπαράγοντες που δεν εμφανίζουν ενζυμική δράση, λειτουργούν ως πλατφόρμες στρατολόγησης τροποποιητών της χρωματίνης. Πολλοί συνενεργοποιητές, μεταξύ των οποίων και μέλη της οικογένειας p160, 50

52 δρουν με παρόμοιο τρόπο, ενώ παράλληλα διατηρούν μερική ενεργότητα HAT. Οι συν καταστολείς στρατολογούν από ακετυλάσες των ιστονών (HDACs) στους προαγωγείς στόχους, με αποτέλεσμα την αναστολή της μεταγραφής (Spiegelman BM 2004). Εικόνα 34. Η ισορροπία μεταξύ μεταγραφικών παραγόντων που ευνοούν ή αναστέλλουν την adipogenesis Γενικότερα, οι συμπαράγοντες που σχετίζονται με μεταγραφικούς παράγοντες που ευνοούν την adipogenesis έχουν ευνοϊκή επίδραση στη διαδικασία. Στην κατηγορία αυτή συγκαταλέγονται οι CBP (CREBbinding protein), p300, BRG1 και BRM, των οποίων η παρουσία φαίνεται (Yamauchi T 2002b, Takahashi N να δρα καταλυτικά στην εξέλιξη της adipogenesis 2002, Salma N 2004). Συμπαράγοντες όπως οι TRAP220/PBP (PPAR binding protein) και PRIP (PPAR interacting protein) έχουν επίσης δράση συνενεργοποιητή και είναι απαραίτητοι για την εξέλιξη της adipogenesis, 51

53 ενώ οι συν καταστολείς NCoR (nuclear receptor co repressor) και SMRT (silencing mediator of retinoid and thyroid hormone receptors) εμφανίζουν ανασταλτική για την adipogenesis δράση και απαιτείται ελάττωση της έκφρασής τους για προαγωγή της διαφοροποίησης (Ge K 2002, Yu C 2005, Qi C 2003). Επιπλέον, κάποιοι συμπαράγοντες εμφανίζουν συγκεκριμένο πρότυπο έκφρασης κατά την adipogenesis. Έτσι, οι ETO και HDACs, που δρουν ως συν καταστολείς και αναστέλλουν τη διαφοροποίηση, ελαττώνονται κατά την adipogenesis. Αντίθετα, η SIRT1 μέλος των sirtuins που εμφανίζουν HDAC ενεργότητα αναστέλλει την adipogenesis και εμφανίζει αυξημένη έκφραση κατά τη διαφοροποίηση. Τέλος, ο TAF 8 (TATA binding protein associated factor 8) που ανήκει στο TFIID σύμπλεγμα βασικών παραγόντων που συνδέονται στον προαγωγέα, εμφανίζει ιστο ειδική έκφραση και επάγεται κατά την adipogenesis, χωρίς να έχει αποσαφηνιστεί με (Rochford JJ 2004, Yoo EJ 2006, ποιους μεταγραφικούς παράγοντες αλληλεπιδρά Guermah M 2003). Πρωτεΐνες των σημείων ελέγχου του κυτταρικού κύκλου μπορούν να δράσουν ως συμπαράγοντες στην adipogenesis. Η CDK6 (cyclin dependent kinase 6) συνδεόμενη με την κυκλίνη D3 φωσφορυλιώνει και ενεργοποιεί τον PPARγ και προάγει τη διαδικασία, ενώ η CDK4 εμφανίζει παρόμοια δράση, χωρίς να φωσφορυλιώνει τον PPARγ. Αντίθετα, η κυκλίνη D1 καταστέλλει την ενεργότητα του PPARγ και αναστέλλει τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων (Abella A 2005, Fu M 2005). Οι συμπαράγοντες μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο και στον καθορισμό της τύχης των κυττάρων. Σημαντική είναι η αναφορά των συμπαραγόντων HIC5, TAZ (transcriptional co activator with PDZ 52

54 binding motif), TIP1 (tension induced/inhibited protein 1) και TIP3 που εμπλέκονται στη διαδικασία της adipogenesis. Συγκεκριμένα, ο HIC5 συνδέεται στον PPARγ στο επιθήλιο του παχέος εντέρου που εκφράζει κυρίως PPARγ1, αλλά όχι λιποκυτταρικούς δείκτες. Ωστόσο, τα επίπεδα του HIC5 ελαττώνονται κατά την adipogenesis, συγκριτικά με εκείνα των συμπαραγόντων που την ευνοούν, όπως ο TRAP220. Επίσης, η υπερέκφρασή του HIC5 αναστέλλει την adipogenesis και επάγει την έκφραση επιθηλιακών δεικτών σε 3T3 L1 κύτταρα. Παρατηρείται, λοιπόν, ότι η παρουσία κάποιων συμπαραγόντων μπορεί να είναι καθοριστική για την κατεύθυνση που θα προσδώσει ο ίδιος μεταγραφικός παράγοντας στα διαφοροποιούμενα κύτταρα (Drori S 2005). Έχει επίσης παρατηρηθεί η ικανότητα στροφής των κυττάρων προς συγκεκριμένη κατεύθυνση από τον ίδιο συμπαράγοντα, ανάλογα με το μεταγραφικό παράγοντα στον οποίο συνδέεται. Ο TAZ δρα ως συνκαταστολέας του προαγωγέα του PPARγ, αναστέλλοντας την adipogenesis, ενώ δρα ως συν ενεργοποιητής του RUNX2, προάγοντας τη διαφοροποίηση των οστεοβλαστών (Hong JH 2005). Επιπλέον, η περιβαλλοντική επίδραση, μέσω επιλεκτικής επαγωγής πυρηνικών συμπαραγόντων, μπορεί να επηρεάσει τη μοίρα των κυττάρων. Η διάταση των μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων επάγει την έκφραση της TIP1 και καταστέλλει την έκφραση της TIP3. Η TIP1 αποτελεί σήμα για διαφοροποίηση σε λεία μυικά κύτταρα, αφού ευνοεί τη δράση HAT σε προαγωγείς γονιδίων που συμβάλλουν στη μυογένεση, ενώ η TIP3 συμβάλλει στην ακετυλίωση του προαγωγέα του PPARγ και συνεπώς προάγει την adipogenesis (Jakkaraju S 2005). Τέλος, μέλη της οικογένειας συμπαραγόντων p160 και ειδικότερα ο steroid receptor co activator 2 (SRC2/TIF2) και ο SRC 1 διαδραματίζουν πιθανότατα ρόλο στην 53

55 ανάπτυξη τόσο του λευκού, όσο και του φαιού λιπώδους ιστού (Εικόνα 35). Εικόνα 35. Ο πολύπλοκος μεταγραφικός καταρράκτης που ελέγχει την adipogenesis. (a) Ο PPARγ κατέχει κεντρική θέση στον καταρράκτη των μεταγραφικών παραγόντων που ελέγχουν τη διαδικασία (b) Σε ένα υποθετικό σενάριο, η αντικατάσταση ανασταλτικών για την adipogenesis KLFs από ευνοϊκούς στα ίδια ρυθμιστικά στοιχεία του DNA και η προσέλκυση άλλων συμπαραγόντων μπορεί να προάγει την adipogenesis (c) Διαφορετικοί συμπαράγοντες μπορούν να μεταβάλλουν την τύχη των κυττάρων παρά την παρουσία του ίδιου μεταγραφικού παράγοντα, ενώ και η συμπεριφορά του ίδιου συμπαράγοντα μπορεί να μεταβληθεί,ανάλογα με το μεταγραφικό παράγοντα με τον οποίο αλληλεπιδρά 54

56 Έλεγχος adipogenesis Η διαδοχική ενεργοποίηση διαφόρων μεταγραφικών παραγόντων εξασφαλίζει την ολοκλήρωση της adipogenesis. Αυτοί οι μεταγραφικοί παράγοντες δρουν στο τέλος σηματοδοτικών μονοπατιών που μετάγουν πληροφορίες σχετικά με την καταλληλότητα των ενδοκυττάριων και εξωκυττάριων συνθηκών για διαφοροποίηση. Πολλά μονοπάτια επηρεάζουν τη διαδικασία της adipogenesis, ενώ τα ίδια επηρεάζονται από πληθώρα εξωκυττάριων σημάτων. Η μοίρα των κυττάρων μεσεγχυματικής προέλευσης καθορίζεται σε σημαντικό βαθμό και από τη σηματοδότηση του μονοπατιού Wnt. Οι Wnt αποτελούν μία οικογένεια εκκρινόμενων γλυκοπρωτεϊνών, που δρουν με αυτοκρινή και παρακρινή μηχανισμό και επηρεάζουν την ανάπτυξη των κυττάρων. Η σύνδεσή τους με τους frizzled υποδοχείς σηματοδοτεί μέσω μονοπατιών εξαρτώμενων από τη β κατενίνη, αλλά και ανεξάρτητων από αυτή. Το μονοπάτι των Wnt αναστέλλει την in vitro διαφοροποίηση των λιποκυττάρων, καταστέλλοντας την έκφραση των PPARγ και C/EBPα, ενώ η αναστολή του σηματοδοτικού αυτού μονοπατιού οδηγεί τα προλιποκύτταρα και άλλα μεσεγχυματικά πρόδρομα κύτταρα προς την κατεύθυνση της adipogenesis. Η WNT10b αναστέλλει την adipogenesis, ενώ ενισχύει την οστεοβλαστογένεση και εκφράζεται σταθερά στα προλιποκύτταρα και τα κύτταρα του στρώματος, ενώ δεν εκφράζεται στα λιποκύτταρα. Η in vivo έκφραση της σε διαγονιδιακά ζώα οδηγεί σε ελάττωση της μάζας του λευκού λιπώδους ιστού κατά 50% και απουσία ανάπτυξης του φαιού λιπώδους ιστού. Επίσης, οι WNT10a και WNT6 διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του φαιού λιπώδους ιστού, ενώ η WNT5b επάγεται 55

57 παροδικά κατά την adipogenesis και προάγει τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων, υποδεικνύοντας πως τα προλιποκύτταρα επεξεργάζονται ποικίλα εισερχόμενα Wnt σήματα. Επιπλέον, η β κατενίνη, εκτός από μόριο τελεστής των Wnt, αλληλεπιδρά και με παράγοντες άλλων μονοπατιών, όπως με τους υποδοχείς ανδρογόνων. Στην προκειμένη περίπτωση, ως απάντηση στην τεστοστερόνη η β κατενίνη μετατοπίζεται στον πυρήνα, όπου αλληλεπιδρά με τους μεταγραφικούς παράγοντες TCF/LEF και αναστέλλει την adipogenesis. Τέλος, η ελαττωμένη έκφραση της β κατενίνης κατά την αναγέννηση των μυικών ινών οδηγεί σε απόκτηση χαρακτηριστικών των λιποκυττάρων (Kanazawa A 2004, Singh R 2006, Vertino AM 2005). Ένα ακόμη μονοπάτι που συμμετέχει στη ρύθμιση της adipogenesis είναι το σηματοδοτικό μονοπάτι hedgehog. Οι πρωτεΐνες hedgehog των θηλαστικών δρουν μέσω των PTC (patched) υποδοχέων και απελευθερώνουν τη SMO (smoothened) πρωτεΐνη. Η τελευταία ρυθμίζει τη γονιδιακή έκφραση μέσω μελών της οικογένειας GLI. Πιθανότατα και οι GATA μεταγραφικοί παράγοντες αποτελούν μόρια τελεστές του μονοπατιού hedgehog. Φαίνεται πως η δράση του sonic hedgehog (SHH) και γενικότερα η ενεργοποίηση του συγκεκριμένου μονοπατιού αναστέλλει τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων (Suh JM 2006, Hooper JE 2005). Η ινσουλίνη εμφανίζει σημαντική επίδραση στην adipogenesis. Η έκφραση των υποδοχέων ινσουλίνης λαμβάνει χώρα κατά τα όψιμα στάδια της adipogenesis. Σε προηγούμενα στάδια, η ορμόνη ασκεί τις δράσεις της ενεργοποιώντας κυρίως τους υποδοχείς του IGF1 (insulinlike growth factor 1), καθώς τα προλιποκύτταρα εκφράζουν περισσότερους υποδοχείς για τον IGF1 παρά για την ινσουλίνη. Καθώς η διαδικασία εξελίσσεται ο λόγος αντιστρέφεται υπέρ των υποδοχέων 56

58 ινσουλίνης. Η δράση της ινσουλίνης σαφώς ευνοεί την adipogenesis και μάλιστα θεωρείται μία από τις απαραίτητες ορμόνες για την διαφοροποίηση πρωτογενών προλιποκυττάρων. Η ινσουλίνη αυξάνει τόσο το ποσοστό των κυττάρων που διαφοροποιούνται όσο και το ρυθμό πλήρωσης με λιπίδια σε μετέπειτα στάδια της adipogenesis. Επίσης, ο IGF1 είναι ένας τοπικά παραγόμενος τροφικός παράγοντας του λιπώδους ιστού και θεωρείται από τους δραστικότερους και ίσως ο πλέον απαραίτητος παράγοντας για την έναρξη του κυτταρικού πολλαπλασιασμού (Hausman DB 2001). Η ενεργοποίηση του υποδοχέα IGF1 R μέσω σηματοδοτικών μονοπατιών οδηγεί στη μεταγραφή γονιδίων απαραίτητων στην adipogenesis, όπως του PPARγ και του C/EBPα. Επίσης, συστατικά του σηματοδοτικού καταρράκτη ινσουλίνης/igf1 είναι σημαντικά για τη διαδικασία της adipogenesis. Απαλοιφή των υποστρωμάτων του υποδοχέα της ινσουλίνης IRS 1, IRS 3, IRS 2 ή IRS 4 αναστέλλει τη διαδικασία, όπως και αντίστοιχη αναστολή ή απαλοιφή των PI3K (phosphatidylinositol 3 kinase) και AKT1/PKB και AKT2/PKB (protein kinase B), που αποτελούν μόρια τελεστές του μονοπατιού. Τέλος, και ο mtor εμπλέκεται ως μόριο τελεστής μονοπατιού IGF/ινσουλίνης στην adipogenesis (Tseng YH 2004, Garofalo RS 2003, Kim JE 2004). Πρέπει να σημειωθεί ότι τα σήματα που ξεκινούν από την ινσουλίνη ή τον IGF1 επηρεάζουν τη διαδικασία της adipogenesis με πολλαπλούς τρόπους. Καταστολή της έκφρασης της πρωτεΐνης necdin μέσω του μονοπατιού αυτού φαίνεται πως διευκολύνει τη μεταγραφή του PPARγ από τον E2F4. Επίσης, το μονοπάτι οδηγεί σε φωσφορυλίωση του CREB σημαντικό βήμα για την adipogenesis όπως και σε φωσφορυλίωση και απενεργοποίηση από την AKT των FOXO1 και FOXA2 μεταγραφικών παραγόντων, των οποίων η δράση αναστέλλει την adipogenesis. Τέλος, 57

59 η AKT φωσφορυλιώνει τον GATA2 σε τέτοια θέση που δεν επιτρέπει να (Nakae J 2003, εκδηλώσει τη δράση του ως αναστολέας της adipogenesis Menghini R 2005). Η ορμονική ρύθμιση της adipogenesis περιλαμβάνει τη συμμετοχή των γλυκοκορτικοειδών. Η δεξαμεθαζόνη είναι το συχνότερα χρησιμοποιούμενο συνθετικό γλυκοκορτικοειδές που ενισχύει τη διαφοροποίση των προλιποκυττάρων παρουσία ινσουλίνης. Συγκεκριμένα, επάγει την έκφραση μεταγραφικών παραγόντων απαραίτητων για την adipogenesis, όπως ο PPARγ και οι C/EBPs. Η δράση της εκδηλώνεται με τη σύνδεσή της στους κυτταροπλασματικούς υποδοχείς των γλυκοκορτικοειδών. Οι τελευταίοι εισέρχονται στον πυρήνα, όπου είτε αλληλεπιδρούν απευθείας με ρυθμιστικά στοιχεία (glucocorticoid response elements) των γονιδίων στόχων, είτε μεταβάλλουν άμεσα την έκφραση άλλων μεταγραφικών παραγόντων, όπως οι c myc και c jun, και έμμεσα των γονιδίων στόχων. Η δεξαμεθαζόνη φαίνεται πως επάγει αρχικά την έκφραση του C/EBPδ, που στη συνέχεια οδηγεί στη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων μέσω της επαγωγής της έκφρασης του C/EBPα. Η παρατήρηση πως η δεξαμεθαζόνη επάγει την adipogenesis επεκτείνεται και σε βλαστικά κύτταρα του στρώματος του μυελού των οστών. Επομένως, ο ρόλος των γλυκοκορτικοειδών στην επαγωγή της adipogenesis μάλλον είναι βέβαιος και μάλιστα το σηματοδοτικό μονοπάτι που χρησιμοποιείται (Shin SM 2003, Wu Z 1996, Cui Q καταλήγει σε επαγωγή της έκφρασης του C/EBPδ 1997). Η δράση της αυξητικής ορμόνης (GH) στην adipogenesis δεν είναι σαφής. Η πολυπλοκότητα των παρατηρήσεων πιθανόν οφείλεται σε κοινά σηματοδοτικά μονοπάτια με την ινσουλίνη και άλλες ορμόνες. Γενικά, η GH προάγει τη λιπόλυση in vivo και τη λιπογένεση in vitro. Ο 58

60 ρόλος της στον πολλαπλασιασμό και διαφοροποίηση των λιποκυττάρων δεν έχει αποσαφηνιστεί. Φαίνεται πάντως να σχετίζεται με την adipogenesis σε συγκεκριμένες ανατομικές θέσεις, όπως στο σπλαχνικό λιπώδη ιστό (Flint DJ 2003, Nam SY 2000). Η θυροξίνη (Τ 4 ) αποτελεί έναν ακόμα πιθανό ρυθμιστή της adipogenesis. Θεωρείται ότι ο μηχανισμός δράσης της περιλαμβάνει τροποποίηση της παραγωγής IGF και πρωτεϊνών που συνδέουν τον IGF. Πάντως, είναι ικανή να αναστρέψει τις μεταβολές στον αριθμό και το μέγεθος των λιποκυττάρων υποφυσεκτομηθέντων εμβρύων πειραματοζώων, χωρίς να εμφανίζει ανάλογη δράση στα φυσιολογικά έμβρυα. Ακόμη, η θυροξίνη πιθανόν επάγει την έκφραση του γονιδίου της UCP1, ευνοώντας έτσι την adipogenesis φαιού λιπώδους ιστού (Avram MM 2007, Hansen JB 2006). Τα μέλη της υπεροικογένειας του transforming growth factor β, TGFβ, BMPs (bone morphogenetic proteins) και μυοστατίνη ρυθμίζουν τη διαφοροποίηση πολλών κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των λιποκυττάρων (Εικόνα 36). Η δράση τους μετά τη σύνδεση με τους υποδοχείς τους επιτελείται μέσω κοινών μονοπατιών (εξαρτώμενων ή μη από SMADs), αλλά τα διάφορα μέλη της οικογένειας μπορούν να καθορίσουν διαφορετικά την τύχη των κυττάρων. Ο ρόλος του TGFβ φαίνεται να είναι αρνητικός στην adipogenesis, αφού η υπερέκφρασή του αναστέλλει τη διαδικασία, ενώ η αναστολή της σηματοδότησής του προάγει τη διαδικασία. Το μόριο τελεστής του TGFβ SMAD3 συνδέεται στους C/EBPs και αναστέλλει την μεταγραφική τους δραστηριότητα, επομένως και την έκφραση του PPARγ2. Ο ρόλος της μυοστατίνης είναι περισσότερο πολύπλοκος και αμφιλεγόμενος, αφού εμφανίζεται άλλοτε να ενισχύει και άλλοτε να αναστέλλει την adipogenesis in vitro, ανάλογα 59

61 με τις συνθήκες και τις καλλιέργειες κυττάρων που χρησιμοποιούνται (Choy L 2003, Artaza JN 2005, Rebbapragada A 2003). Εικόνα 36. Ρύθμιση της adipogenesis από εξωκυττάριους παράγοντες. Σήματα από ενεργοποιητές και καταστολείς της adipogenesis ολοκληρώνονται στον πυρήνα από μεταγραφικούς παράγοντες που άμεσα ή έμμεσα ρυθμίζουν την έκφραση των PPARγ και C/EBPa. AR: υποδοχέας ανδρογόνων, FOXO: πρωτεΐνη forkhead, SHN2: Schnurri 2, mtor: στόχος της rapamycin στα θηλαστικά Οι BMPs έχουν ποικίλη δράση σε κύτταρα μεσεγχυματικής προέλευσης, ανάλογα με την πρωτεΐνη, τη συγκέντρωση, το είδος των κυττάρων και την παρουσία ή μη άλλων ρυθμιστικών μορίων. Η BMP4 έχει την ικανότητα να κατευθύνει πολυδύναμα μεσεγχυματικά κύτταρα προς την λιποκυτταρική σειρά, ενώ η δράση της BMP2 είναι πιο πολύπλοκη και εξαρτάται σημαντικά από την παρουσία και άλλων σηματοδοτικών μορίων. Συγκεκριμένα, η BMP2 διεγείρει την adipogenesis σε εμβρυικά βλαστικά κύτταρα παρουσία ινσουλίνης και TGFβ. Ακόμη, σε χαμηλές συγκεντρώσεις διεγείρει την adipogenesis και σε πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα (C3H10T1/2), ενώ σε μεγαλύτερες επάγει τη μετατροπή τους σε χονδροκύτταρα και οστεοβλάστες. Η 60

62 BMP2 παρουσία ρετινοϊκού οξέος οδηγεί σε στροφή προς οστεοβλάστες και των προλιποκυττάρων 3T3 F442A. Αυτό συμβαίνει πιθανόν λόγω επαγωγής του TAZ συμπαράγοντα. Τέλος, φαίνεται πως ένα μόριο του σηματοδοτικού μονοπατιού των BMPs το Schnurri 2 (SHN2) είναι απαραίτητο για την adipogenesis, καθώς η BMP2 προκαλεί μετακίνησή του στον πυρήνα, όπου συγκεντρώνει τα SMAD1, SMAD4 και C/EBP α στον προαγωγέα του PPARγ και επάγει την έκφραση του γονιδίου (zur Nieden NI 2005, Tang QQ 2004, Jin W 2006). Επίσης σημαντικό ρόλο στην adipogenesis διαδραματίζουν οι αυξητικοί παράγοντες των ινοβλαστών (FGFs). Αρχικά, υπήρχαν ενδείξεις ότι αναστέλλουν τη διαδικασία, αλλά νεότερα δεδομένα αποδεικνύουν ότι ο FGF2 ή basic FGF (bfgf) επάγει την ανάπτυξη του λιπώδους ιστού. Παρόμοια δράση εμφανίζει και ο FGF1, ο οποίος παράγεται από ενδοθηλιακά κύτταρα της μικροκυκλοφορίας και από προλιποκύτταρα σε καλλιέργεια. Ο FGF10 ένα επιπρόσθετο μέλος της οικογένειας των FGFs που παράγεται από κύτταρα του στρώματος του λευκού λιπώδους ιστού, φαίνεται πως επάγεται κατά την adipogenesis in vitro (Sakaue H 2002, Hutley L 2004). Διαμεμβρανικοί υποδοχείς, όπως ο Notch, επίσης επιδρούν στη διαδικασία της adipogenesis. Η σύνδεση του Notch με τα προσδέματά του των οικογενειών Delta και Serrate/Jagged οδηγεί σε πρωτεολυτική του διάσπαση και μετατόπιση της ενδοκυττάριας περιοχής του στον πυρήνα, όπου ενεργοποιεί μεταγραφικούς παράγοντες. Η δράση ορισμένων εξ αυτών, όπως του HES1, παράγοντα του τύπου bhlh (έλικας βρόχου έλικας), είναι απαραίτητη για τη διαφοροποίηση. Παρόλα αυτά, η μόνιμη σηματοδότηση από τον 61

63 υποδοχέα Notch πιθανόν να αναστέλλει την adipogenesis μέσω καταστολής της έκφρασης του PPARγ. Επομένως, απαιτείται μία ιδανική ισορροπία σηματοδότησης του μονοπατιού έτσι ώστε να εξελιχθεί η διαδικασία της adipogenesis, χωρίς να είναι απόλυτα εξαρτώμενη από το σηματοδοτικό μονοπάτι (Nichols AM 2004, Ross DA 2004). Η σηματοδότηση μέσω του διαμεμβρανικού υποδοχέα DLK1/PREF1 (preadipocyte factor 1) εμπλέκει και τον Notch, καθώς η πρωτεολυτική διάσπαση του PREF1 απελευθερώνει εξωκυττάριο τμήμα που αναστέλλει την adipogenesis, πιθανότατα αλληλεπιδρώντας με τον Notch. Η έκφραση του DLK1/PREF1 είναι υψηλή στα προλιποκύτταρα, αλλά ελαττώνεται κατά τη διαφοροποίηση, ενώ η υπερέκφρασή του αναστέλλει την adipogenesis και οδηγεί σε λιποατροφία. Ο συγκεκριμένος υποδοχέας θεωρείται ανασταλτικός της adipogenesis και μάλιστα η δράση του πιθανόν επιτελείται μέσω των μεταγραφικών παραγόντων FOXA2, KLF2 και KLF6 (Lee K 2003, Wolfrum C 2003, Li D 2005, Wu J 2005). Παρά το σημαντικό αριθμό μελετών, η δράση των MAPKs (mitogenactivated protein kinases) στην adipogenesis δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως, λόγω των πολλαπλών αντικρουόμενων αποτελεσμάτων. Πάντως, η ERK1 (p44 MAPK) και η p38 MAPK επηρεάζουν σημαντικά τη διαδικασία της adipogenesis. Η πρώτη είναι απαραίτητη στη φάση του πολλαπλασιασμού των κυττάρων, προάγοντας την adipogenesis, αλλά αναστέλλει τη φάση της διαφοροποίησης, καθώς φωσφορυλιώνει τον απαραίτητο γι αυτό το στάδιο PPARγ. Η δράση της πιθανότατα ρυθμίζεται από τη φωσφατάση 1 των MAPKs [MPK1 (MAPK phosphatase 1)], που ελαττώνει την ενεργότητα της ERK1 μετά τη φάση του πολλαπλασιασμού. Η p38 φαίνεται να προάγει την adipogenesis σε 62

64 3T3 L1 κύτταρα, ενώ την αναστέλλει σε πρωτογενείς κυτταρικές σειρές (Bost F 2005, Aouadi M 2006, προλιποκυττάρων και άλλων βλαστικών κυττάρων Sakaue H 2004). Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την adipogenesis περιλαμβάνουν τον TNF α, ο οποίος αναστέλλει τη διαφοροποίηση, αλλά ενισχύει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων του στρώματος του λιπώδους ιστού. Παρομοίως, οι φλεγμονώδεις κυτταροκίνες IL 1 και IL 6 δρουν ανασταλτικά όσον αφορά στη διαφοροποίηση και στην εξέλιξη της adipogenesis, καταστέλλοντας την ενεργότητα του PPARγ μέσω του καταρράκτη TAK1/TAB1/NIK. Τέλος, ο αυξητικός παράγοντας των μακροφάγων MCSF και η αγγειοτενσίνη ΙΙ φαίνεται να επηρεάζουν θετικά κυρίως τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων του λιπώδους ιστού (Εικόνα 37) (Suzawa M 2003, Hausman DB 2001). Εικόνα 37. Η ισορροπία μεταξύ περιβαλλοντικών παραγόντων και σηματοδοτικών μονοπατιών που επάγουν ή αναστέλλουν την adipogenesis 63

65 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ Κλασικά, ο λιπώδης ιστός θεωρείται ένα όργανο αποθήκευσης της περίσσειας ενέργειας με τη μορφή τριγλυκεριδίων, που αποτελούν τον πιο αποτελεσματικό τρόπο αποθήκευσης ενέργειας. Επιπλέον, ο λιπώδης ιστός παρέχει μόνωση, καθώς και μηχανική στήριξη των οργάνων του σώματος, προστατεύοντας παράλληλα από μεταβολές της θερμοκρασίας του εξωτερικού περιβάλλοντος και από τραυματικές καταστάσεις. Δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως αν η θέση συγκεκριμένων αποθηκών λίπους σε εγγύτητα με ζωτικά όργανα εξυπηρετεί μόνο τη λειτουργία της μηχανικής στήριξης ή αν εξυπηρετεί και μεταβολικούς σκοπούς, όντας μία πηγή ενέργειας σε επείγουσες καταστάσεις. Εξάλλου είναι γνωστό ότι τα λιποκύτταρα είναι εξοπλισμένα σε μοριακό και βιοχημικό επίπεδο με μηχανισμούς ανταπόκρισης τόσο σε ορμονική, όσο και σε συμπαθητική νευρική διέγερση. Λευκός λιπώδης ιστός Οι κύριες λειτουργίες του λευκού λιπώδους ιστού, κατά την κλασική θεώρηση, αφορούν αφενός στην ικανότητά του να αποθηκεύει την ενεργειακή περίσσεια με τη μορφή τριγλυκεριδίων, σε μεγάλες μονόχωρες λιποσταγόνες, αφετέρου στην ικανότητα απελευθέρωσης αυτής της ενέργειας με τη μορφή ελεύθερων λιπαρών οξέων. Πράγματι, η ικανότητα του λευκού λιπώδους ιστού για αποθήκευση τριγλυκεριδίων είναι θεωρητικά απεριόριστη χρονικά και ποσοτικά. Σε περιόδους που το ενεργειακό ισοζύγιο είναι θετικό, είτε λόγω αυξημένης πρόσληψης τροφής, είτε λόγω ελαττωμένης κατανάλωσης 64

66 ενέργειας, το επιπλέον ποσό ενέργειας αποθηκεύεται στο λιπώδη ιστό αποτελεσματικά με τη μορφή λιπιδίων, κυρίως υπό την επίδραση της ινσουλίνης. Όταν η υπεροχή της λιπογένεσης έναντι της λιπόλυσης δεν επαρκεί για την αποθήκευση της περίσσειας ενέργειας, ο λιπώδης ιστός διατηρεί την ικανότητα να αυξήσει τον αριθμό τον κυττάρων που τον συγκροτούν με τη διαδικασία της adipogenesis. Αντίθετα, σε περιόδους αρνητικού ενεργειακού ισοζυγίου, λόγω υποθρεψίας ή αυξημένων ενεργειακών αναγκών, τα αποθηκευμένα λιπίδια απελευθερώνονται και λειτουργούν ως πρώτη ύλη για την παραγωγή ενέργειας. Υπό την επίδραση κατεχολαμινών και λιπολυτικών ορμονών, τα τριγλυκερίδια κινητοποιούνται και με τη βοήθεια λιπασών του λιπώδους ιστού διασπώνται σε γλυκερόλη και λιπαρά οξέα, που μεταφέρονται με την κυκλοφορία στο ήπαρ, τους μύες και το φαιό λιπώδη ιστό, όπου υφίστανται οξείδωση (Hauner H 2004, Prins JB 2002, Sethi JK 2007). Φαιός λιπώδης ιστός Αντίθετα από τον λευκό λιπώδη ιστό, ο φαιός αποθηκεύει τριγλυκερίδια σε πολύχωρα λιποκύτταρα, ως καύσιμο άμεσης πρόσβασης για την παραγωγή θερμότητας, μέσω της αποσύνδεσης (uncoupling) της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης των ελεύθερων λιπαρών οξέων στα μιτοχόνδρια. Αυτή η θερμογόνος διαδικασία είναι ζωτικής σημασίας για τη θερμορύθμιση των νεογέννητων κατά την έκθεση στο κρύο. Βέβαια, με την πάροδο του χρόνου δεν είναι τόσο απαραίτητη για τον ενήλικα, γεγονός που αντικατοπτρίζεται και στην ελαττωμένη μάζα του φαιού λιπώδους ιστού στον ενήλικα σε σχέση με τη βρεφική ηλικία. Η εκλεκτική έκφραση της UCP1 (uncoupling protein 1) στα φαιά λιποκύτταρα τους προσδίδει την ικανότητα αποσύνδεσης της 65

67 οξείδωσης των υποστρωμάτων και της μεταφοράς ηλεκτρονίων στην αναπνευστική αλυσίδα από τη σύνθεση του ATP. Έτσι, αντί της σύνθεσης ATP, η οξείδωση υποστρωμάτων όπως λιπαρών οξέων οδηγεί στην απελευθέρωση θερμότητας από τα μιτοχόνδρια των λιποκυττάρων. Η ρύθμιση της θερμογένεσης στο φαιό λιπώδη ιστό γίνεται κυρίως με τη μεσολάβηση του συμπαθητικού νευρικού συστήματος, μέσω β 3 αδρενεργικών υποδοχέων. Η διαδικασία διεγείρεται από τη χρόνια έκθεση στο κρύο και τη δίαιτα υψηλής θερμιδικής αξίας και υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά. Η μεσολάβηση ορμονικών και παρακρινών μηχανισμών επηρεάζει την UCP επαγόμενη θερμογένεση στο φαιό λιπώδη ιστό, αφού τα γλυκοκορτικοειδή αποτελούν ισχυρούς καταστολείς της έκφρασης της UCP1, ενώ η λεπτίνη ευνοεί τη θερμογένεση (Sethi JK 2007, Sell H 2004). Ο ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΩΣ ΕΝΔΟΚΡΙΝΕΣ ΟΡΓΑΝΟ Η εδραιωμένη άποψη για την παθητική λειτουργία του λιπώδους ιστού έχει αναθεωρηθεί ριζικά από το 1994 και μετέπειτα. Η ανακάλυψη της λεπτίνης, μιας παραγόμενης από το λιπώδη ιστό ουσίας με μεγάλο εύρος δράσεων, απέδειξε ότι ο λιπώδης ιστός είναι ικανός να εκπέμπει σήματα που ρυθμίζουν την πρόσληψη τροφής και το ενεργειακό ισοζύγιο. Έκτοτε, έχει διαπιστωθεί ότι τα κύτταρα του λιπώδους ιστού παράγουν και εκκρίνουν πολυάριθμα μόρια στο περιβάλλον τους, με σκοπό τη ρύθμιση φυσιολογικών λειτουργιών (Εικόνα 38). Παρόλο που η ποσότητα των εκκρινόμενων ουσιών από κάθε κύτταρο είναι πολύ μικρή, και με δεδομένο ότι ο λιπώδης ιστός συνολικά αποτελεί το μεγαλύτερο όργανο του ανθρώπινου σώματος, η ολική ποσότητα των ουσιών είναι ικανή να επηρεάσει σημαντικές 66

68 λειτουργίες. Επιπλέον, η πυκνή αιμάτωση του λιπώδους ιστού επιτρέπει στις ουσίες που παράγονται να δρουν παρακρινή όσο και με ενδοκρινή τρόπο. τόσο με αυτοκρινή και Εικόνα 38. Οι σημαντικότερες λειτουργίες του λευκού λιποκυττάρου Οι εκκρινόμενοι από το λιπώδη ιστό ειδικά το λευκό παράγοντες ασκούν δράση σε ποικίλα βιολογικά συστήματα, όπως στην ενεργειακή ομοιόσταση (μεταβολισμός λιπιδίων, ευαισθησία στην ινσουλίνη, ρύθμιση της όρεξης, θερμογένεση), στο ανοσοποιητικό σύστημα, στην αναπαραγωγική λειτουργία, στην αιμόσταση, στην αρτηριακή πίεση και στην αγγειογένεση. Ο λιπώδης ιστός, πλέον, λόγω της σημαντικής εκκριτικής λειτουργίας και του ορμονικού ελέγχου πολλών λειτουργιών, θεωρείται ως ένας μεγάλος ενδοκρινής αδένας μάλιστα συχνά (Hauner H 2004, Ronti T 2006, Sethi JK 2007, Cinti S αναφέρεται και ως «λιπώδες όργανο» 2005). 67

69 Σημαντική για τη ρύθμιση της λειτουργίας του λιπώδους ιστού είναι η παρουσία κυττάρων του στρώματος του λιπώδους ιστού εκτός από αυτή των λιποκυττάρων. Αυτά περιλαμβάνουν περικύτταρα και ενδοθηλιακά κύτταρα, μονοκύτταρα, μακροφάγα και πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα (περιλαμβανομένων των προλιποκυττάρων). Πολλά από τα κύτταρα του στρώματος και κυρίως τα μακροφάγα, τα προλιποκύτταρα και τα ενδοθηλιακά κύτταρα συμβάλλουν στην παραγωγή ορισμένων από τα εκκριτικά προϊόντα του λιπώδους ιστού (Hauner H 2004, Sethi JK 2007). ΕΚΚΡΙΤΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ Η αναγνώριση πολυάριθμων εκκριτικών προϊόντων του λιπώδους ιστού καθιστά σαφή την ύπαρξη ενός απαρτιωμένου δικτύου επικοινωνίας του λιπώδους ιστού με άλλους ιστούς και όργανα, όπως οι σκελετικοί μύες, ο φλοιός των επινεφριδίων, ο εγκέφαλος και το συμπαθητικό νευρικό σύστημα, με σκοπό τη ρύθμιση πληθώρας βιολογικών λειτουργιών. Η ετερογένεια των προϊόντων που εκκρίνει ο λιπώδης ιστός είναι αξιοσημείωτη. Τα λιποκύτταρα, εκτός από πεπτίδια και πρωτεΐνες, εκκρίνουν προσταγλανδίνες, στεροειδείς ορμόνες και πιθανόν και άλλα μη πρωτεϊνικά, χαμηλού μοριακού βάρους μόρια που συμμετέχουν στις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ λιποκυττάρων και άλλων οργάνων. Τα πλέον ενδιαφέροντα εκκρινόμενα προϊόντα του λιπώδους ιστού από φυσιολογική άποψη είναι οι λιποκίνες. Με τον όρο αυτό περιγράφονται όλα τα πρωτεϊνικής φύσης μόρια που συντίθενται και εκκρίνονται από τα λιποκύτταρα (Trayhurn P 2004). Είναι αξιοσημείωτη η δομική και λειτουργική ετερογένεια, ακόμα και μεταξύ των λιποκινών. 68

70 Έτσι, οι λιποκίνες περιλαμβάνουν κλασικές κυτταροκίνες (όπως ο TNF α και η IL 6), χημειοκίνες (όπως η MCP 1), πρωτεΐνες της εναλλακτικής οδού του συμπληρώματος (όπως η adipsin), πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην αγγειακή αιμόσταση (όπως ο PAI 1), τη ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης (όπως το αγγειοτενσινογόνο), την ομοιόσταση της γλυκόζης (όπως η RBP και η adiponectin), τη ρύθμιση της πρόσληψης τροφής (όπως η λεπτίνη), την αγγειογένεση (όπως ο VEGF), αλλά και (Ronti T 2006, Trayhurn P νεότερα μόρια (όπως η visfatin και η apelin) (Εικόνα 39) 2006, Trayhurn P 2005b). Εικόνα 39. Κύριες κατηγορίες των εκκρινόμενων προϊόντων του λιπώδους ιστού ΦΛΕΓΜΟΝΩΔΕΙΣ ΚΥΤΤΑΡΟΚΙΝΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΟΚΙΝΕΣ Ο TNF α είναι μια πολυδύναμη κυτταροκίνη με διάφορες ανοσολογικές λειτουργίες. Αρχικά περιγράφηκε σαν αιτία νέκρωσης όγκων σε σηπτικά ζώα και συσχετίστηκε με καταστάσεις που προκαλούν καχεξία, όπως ο καρκίνος και η λοίμωξη. Στον άνθρωπο, ο 69

71 TNF α συντίθεται και εκκρίνεται από λιποκύτταρα και κύτταρα του στρώματος (Εικόνα 40). Τα επίπεδα του mrna του TNF α συσχετίζονται με το δείκτη μάζας σώματος (BMI), το επί τοις εκατό ποσοστό λίπους σώματος και την υπερινσουλιναιμία. Η απώλεια βάρους ελαττώνει τα επίπεδα TNF α, αλλά η χορήγηση εξουδετερωτικών του TNF α αντισωμάτων σε διαβητικούς ασθενείς δε μεταβάλλει τα επίπεδα γλυκόζης ή την ευαισθησία στη ινσουλίνη. Ο TNF α στη συστηματική κυκλοφορία εκκρίνεται κυρίως από μακροφάγα που συγκεντρώνονται στο λιπώδη ιστό παχύσαρκων, ενώ τα λιποκύτταρα παράγουν κυρίως μια μη εκκρινόμενη, συνδεόμενη στην κυτταρική μεμβράνη μορφή του (Weisberg SP 2003, Xu H 2002). Εικόνα 40. Τα λιποκύτταρα εμφανίζουν ομοιότητες με τα μακροφάγα ως προς την έκφραση μεταγραφικών παραγόντων και κυτταροκινών O TNF α διεγείρει τη λιπόλυση, ενώ τα αυξημένα επίπεδα του συσχετίζονται με αντίσταση στην ινσουλίνη, υπερινσουλιναιμία και αρτηριακή υπέρταση (Porter MH 2002). Ο ρόλος του στην ενεργοποίηση του NF κβ των ενδοθηλιακών και των λείων μυικών κυττάρων είναι σαφής και έχει ως αποτέλεσμα την έκφραση αγγειακών μορίων προσκόλλησης 70

72 και κυτταροκινών, που καταλήγουν σε συσσώρευση φλεγμονωδών και αφρωδών κυττάρων. Η κύρια δράση του TNF α στις αγγειοπαθητικές διαδικασίες είναι έμμεση και αφορά στην εμπλοκή του στην ανάπτυξη (Hotamisligil GS ινσουλινοαντίστασης και στην επακόλουθη υπεργλυκαιμία 2003). Επίσης, ο TNF α επηρεάζει την έκφραση και άλλων λιποκινών. Συγκεκριμένα, αυξάνει την έκφραση λεπτίνης και IL 6, ενώ ελαττώνει την έκφραση και έκκριση της adiponectin. Η αυξημένη έκφρασή του στην παχυσαρκία, σε συνδυασμό με την επακόλουθη ελαττωμένη έκφραση της adiponectin θεωρείται ότι κατέχει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του μεταβολικού συνδρόμου (Εικόνα 41) (Sonnenberg GE 2004). Εικόνα 41. Οι δράσεις του παραγόμενου από το λιπώδη ιστό TNF α μέσω του NF κβ που οδηγούν στην ανάπτυξη του μεταβολικού συνδρόμου 71

73 Η ιντερλευκίνη 6 (IL 6) είναι μια πρωτεΐνη που δρα σαν ανοσοτροποποιητική κυτταροκίνη. Εκφράζεται στο λιπώδη ιστό, αλλά και σε υποθαλαμικούς πυρήνες. Ο λιπώδης ιστός συνεισφέρει σημαντικά στη συνολικά κυκλοφορούσα ποσότητα IL 6 (Εικόνα 41), με μεγαλύτερα ποσά να εκκρίνονται από το σπλαχνικό λιπώδη ιστό σε σχέση με τον υποδόριο της κοιλιακής χώρας (Fain JN 2004). Ο ρόλος της IL 6 στην ανάπτυξη παχυσαρκίας και αγγειακών παθήσεων είναι αμφιλεγόμενος. Ορισμένες μελέτες δείχνουν ότι η IL 6 συσχετίζεται ισχυρά με την παχυσαρκία και είναι προγνωστικός παράγοντας της ανάπτυξης στεφανιαίας νόσου και διαβήτη τύπου 2, πιθανόν λόγω της διέγερσης της ηπατικής έκφρασης CRP, ινωδογόνου και πρωτεϊνών οξείας φάσης (Εικόνα 42). Εικόνα 42. Η επαγόμενη από την παχυσαρκία φλεγμονώδης κατάσταση σχετίζεται με αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο Επίσης, η IL 6 αναστέλλει τη δράση της ινσουλίνης in vitro και in vivo σε μυικό ιστό, ήπαρ και λιποκύτταρα και συνεισφέρει σημαντικά στη χρόνια φλεγμονώδη κατάσταση και ηπατική ινσουλινοαντίσταση στην παχυσαρκία (Klover PJ 2005, Kim HJ 2004). Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν στοιχεία πως η IL 6 ασκώντας κεντρική δράση ελαττώνει την όρεξη και 72

74 αυξάνει την απώλεια βάρους. Γενικά, η IL 6 είναι πιθανό να εμπλέκεται στη συστηματική φλεγμονή που σχετίζεται με την παχυσαρκία και επομένως στρατηγικές που στοχεύουν σε ελάττωση των κυκλοφορούντων επιπέδων του παράγοντα αυτού ενδέχεται να προλαμβάνουν την ανάπτυξη ινσουλινοαντίστασης και αγγειοπαθειών που επάγονται από τη φλεγμονή (Berg AH 2005). Η MCP 1 (monocyte chemoattractant protein 1) είναι μια χημειοκίνη της οποίας η αυξημένη απελευθέρωση από το λιπώδη ιστό στρατολογεί πρόδρομα των μακροφάγων κύτταρα, όπως τα μονοκύτταρα, στο λιπώδη ιστό. Κατά την παχυσαρκία, τόσο η κυκλοφορούσα MCP 1, όσο και τα επίπεδα mrna της στο λιπώδη ιστό είναι αυξημένα. Παρότι τα λιποκύτταρα εκκρίνουν MCP 1, η αύξηση κατά την παχυσαρκία πιθανότατα οφείλεται στη συσσώρευση μη λιπωδών κυττάρων, με κύριο εκπρόσωπο τα μακροφάγα. Η απελευθέρωση της MCP 1, τουλάχιστον εν μέρει, εξαρτάται από την απελευθέρωση ενδογενούς TNF α και IL 1β και επιτελείται από τα μονοπάτια της p38 MAPK και του NF κβ (Fain JN 2005). ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΗΣ ΟΔΟΥ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΟΣ Οι παράγοντες D (adipsin), C3 και B του συμπληρώματος έχει αποδειχθεί πως παράγονται και εκκρίνονται από τα λιποκύτταρα. Η adipsin (adipocyte trypsin) είναι μία εκκρινόμενη πρωτεάση σερίνης (παράγοντας D του συμπληρώματος). Η ASP (acylation stimulating protein) είναι μια πρωτεΐνη που προκύπτει από την αλληλεπίδραση της adipsin με τους παράγοντες C3 και B του συμπληρώματος. Τα χυλομικρά λειτουργούν ως επαγωγείς του σχηματισμού ASP και έτσι η κατανάλωση λιπαρών γευμάτων αυξάνει τη συγκέντρωση της ASP στην 73

75 κυκλοφορία. Είναι γνωστό ότι η ASP επάγει την αποθήκευση τριγλυκεριδίων στα λιποκύτταρα, διεγείροντας κυρίως την επανεστεροποίηση των λιπαρών οξέων, αλλά και τη μεταφορά γλυκόζης και αναστέλλοντας τη λιπόλυση. Η δράση της αυτή εκδηλώνεται με αυτοκρινή και παρακρινή τρόπο, χωρίς να αποκλείεται η ASP να εμφανίζει και ενδοκρινή δράση. Οι περισσότερες μελέτες σε ανθρώπους αναφέρουν σημαντική αύξηση των επιπέδων της ASP σε παχύσαρκους. Βέβαια δεν είναι σαφές αν η συγκεκριμένη αύξηση οφείλεται σε αυξημένη δραστηριότητά της ή σε αντίσταση στην ουσία, που πιθανόν θα οδηγούσε σε αποθήκευση των λιπαρών οξέων στο ήπαρ έναντι του λιπώδους ιστού. Πιθανόν η ASP διαδραματίζει ρόλο τόσο στη διέγερση της έκκρισης της ινσουλίνης, όσο και στη ρύθμιση της πρόσληψης τροφής (Miner JL 2004, Maslowska M 1999, Cianflone K 2003). ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΗΞΗΣ ΙΝΩΔΟΛΥΣΗΣ Ο PAI1 είναι μία ρυθμιστική πρωτεΐνη του καταρράκτη της πήξης του αίματος. Σε καταστάσεις φλεγμονής και παχυσαρκίας, τα αυξημένα επίπεδά του αποτελούν παράγοντα κινδύνου για θρόμβωση (Εικόνα 43) (Fay WP 2004). Συγκεκριμένα, ο PAI1 είναι αναστολέας πρωτεάσης σερίνης, που δρα εμποδίζοντας την παραγωγή της πλασμίνης και επομένως την αποδόμηση της εξωκυττάριας ουσίας και την ινωδόλυση. Η ελαττωμένη ινωδόλυση, σε συνδυασμό με την επαγόμενη από την παχυσαρκία αύξηση των παραγόντων πήξης και ενεργοποίηση των αιμοπεταλίων, οδηγούν στην ανάπτυξη μίας κατάστασης αυξημένης πηκτικότητας, που προδιαθέτει για αθηρογένεση και αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο (De Taeye B 2005). Το μεγαλύτερο ποσοστό της αύξησης του PAI1 στην παχυσαρκία αποδίδεται στην αύξηση της 74

76 παραγωγής του από το λιπώδη ιστό. Όπως συμβαίνει και με άλλες φλεγμονώδεις λιποκίνες, τα επίπεδα του κυκλοφορούντος PAI1 συσχετίζονται με σπλαχνική παχυσαρκία. Η έκφρασή του στο λιπώδη ιστό αφορά τόσο στα λιποκύτταρα, όσο και στα κύτταρα του στρώματος. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο TNF α είναι σημαντικός μεσολαβητής της αυξημένης έκφρασης του PAI1 που σχετίζεται με την παχυσαρκία. Εικόνα 43. Η παχυσαρκία και η αντίσταση στην ινσουλίνη επάγουν την έκφραση του PAI1 στα λιποκύτταρα και ενδοθηλιακά κύτταρα Επίσης, έχει αναφερθεί πως ο PAI1 επηρεάζει τη συσσώρευση σπλαχνικού λίπους και πως συμβάλλει άμεσα σε επιπλοκές της παχυσαρκίας, συμπεριλαμβανομένων του σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 και της θρόμβωσης των στεφανιαίων αγγείων (De Taeye B 2005). Επομένως, τα επίπεδα του PAI1 θεωρούνται σημαντικός σύνδεσμος μεταξύ παχυσαρκίας, διαβήτη τύπου 2 και καρδιαγγειακών συμβαμάτων (Hoekstra T 2004). Με βάση τον κεντρικό ρόλο του PAI1 στο μεταβολικό σύνδρομο, η 75

77 ανάπτυξη ανταγωνιστών αυτού πιθανόν έχει θεραπευτική αξία στον περιορισμό της καρδιαγγειακής νόσου που σχετίζεται με το μεταβολικό σύνδρομο ή ακόμα αποτελεί αποτελεσματική θεραπεία κατά της παχυσαρκίας (De Taeye B 2005, Hoekstra T 2004). ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΠΟΥ ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΝ ΣΤΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΑΡΤΗΡΙΑΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ Το αγγειοτενσινογόνο, όπως και όλα τα συστατικά του συστήματος ρενίνης αγγειοτενσίνης (RAS), συμπεριλαμβανομένων της ρενίνης, του μετετρεπτικού ενζύμου της αγγειοτενσίνης, της αγγειοτενσίνης II και των ΑΤ 1 και ΑΤ 2 υποδοχέων της, παράγονται και εκκρίνονται από το λιπώδη ιστό, κυρίως από τις σπλαχνικές αποθήκες (Pantanetti P 2004). Η έκφραση και η ενεργότητα του συστήματος RAS στο λιπώδη ιστό, όπως και τα επίπεδα αγγειοτενσίνης πλάσματος συσχετίζονται θετικά με τη μάζα του σωματικού λίπους (Boustany CM 2004). Το σύστημα RAS, μέσω της επίδρασής του στο ισοζύγιο ύδατος και ηλεκτρολυτών, αλλά και στον αγγειακό τόνο θεωρείται από τα πιο σημαντικά φυσιολογικά μονοπάτια που επηρεάζουν το καρδιαγγειακό σύστημα (Εικόνα 44) (Abdollahi MR 2005). Αυξημένα επίπεδα αγγειοτενσινογόνου και αγγειοτενσίνης II παρατηρούνται στην παχυσαρκία και συνδέονται με αγγειακή φλεγμονή, αγγειογένεση, υπέρταση και αθηρωματικές βλάβες. Επίσης, η αγγειοτενσίνη II επηρεάζει την adipogenesis, προάγοντας τόσο τη λιπογένεση, όσο και τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων, γεγονός που καθιστά πιθανή τη συμμετοχή του RAS στη ρύθμιση του σωματικού βάρους και στην ανάπτυξη παχυσαρκίας. Ακόμη, η δράση του RAS έχει συσχετιστεί με την εμφάνιση μυοκαρδιακής δυσλειτουργίας. Η τελευταία εξηγείται μέσω της πιθανής συμμετοχής του συστήματος 76

78 στην ανάπτυξη μυοκαρδιοπάθειας σχετιζόμενης με την παχυσαρκία και το σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Μελέτες αναστολής της δράσης της αγγειοτενσίνης μετά από στεφανιαία αγγειοπλαστική αναφέρουν σημαντική ελάττωση δεικτών συστηματικής φλεγμονής, όπως οι IL 6, CRP και TNF α ως απάντηση στην ειδική αναστολή του άξονα ρενίνηςαγγειτενσίνης. Άλλωστε, οι αναστολείς του συστήματος RAS βελτιώνουν τη λειτουργία του ενδοθηλίου και κατέχουν σημαντική θέση στη θεραπεία που στοχεύει σε ελάττωση του καρδιαγγειακού κινδύνου, ενδεχομένως δε η προσέγγιση αυτή να είναι αποτελεσματική και στην πρόληψη του διαβήτη τύπου 2 (Engeli S 2003, Schieffer B 2004). Εικόνα 44. Οι φυσιολογικές δράσεις του συστήματος ρενίνης αγγειοτενσίνης αλδοστερόνης RETINOL BINDING PROTEIN 4 Η πρόσληψη της γλυκόζης από τα λιποκύτταρα και τα μυικά κύτταρα γίνεται με τη μεσολάβηση του GLUT4 μεταφορέα γλυκόζης, η έκφραση του οποίου ελαττώνεται στα λιποκύτταρα ατόμων με 77

79 παχυσαρκία και σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Η καταστολή της έκφρασης του μεταφορέα στο λιπώδη ιστό πειραματοζώων προκαλεί σοβαρή αντίσταση στην ινσουλίνη, ενώ αντίθετα η υπερέκφρασή του στο λιπώδη ιστό βελτιώνει τη συστηματική ευαισθησία στην ινσουλίνη (Carvalho E 2005). Μάλιστα, παρά το γεγονός ότι ο λευκός λιπώδης ιστός ευθύνεται για 10 20% περίπου της συνολικής κατανάλωσης γλυκόζης, ενώ ο μυικός ιστός για το υπόλοιπο, η εκλεκτική απαλοιφή του γονιδίου από το λιπώδη ιστό προκαλεί ίδιου βαθμού ινσουλινοαντίσταση με την απαλοιφή του στο μυικό. Οι παραπάνω ενδείξεις οδήγησαν στην αναζήτηση ενός εκκρινόμενου από το λιπώδη ιστό παράγοντα, που προκαλεί το συγκεκριμένο βιολογικό αποτέλεσμα, όταν ο GLUT4 απουσιάζει από το λιπώδη ιστό. Οι μελέτες που ακολούθησαν ανέδειξαν την RBP 4 (retinol binding protein 4) ως μία νέα λιποκίνη συμβάλλουσα σε αυτή τη δράση (Εικόνα 45). Η πρωτεΐνη αυτή αυξάνει στο λιπώδη ιστό πειραματοζώων όπου έχει απαλειφεί ο GLUT4, ενώ τα επίπεδά της είναι αυξημένα τόσο σε πειραματόζωα, όσο και σε ανθρώπους με παχυσαρκία ή διαβήτη τύπου 2. Επιπλέον η υπερέκφραση της RBP4 προκαλεί ινσουλινοαντίσταση, ενώ η απαλοιφή του γονιδίου της βελτιώνει την αντίσταση στην ινσουλίνη και τα επίπεδα γλυκόζης σε παχύσαρκα πειραματόζωα με δίαιτα πλούσια σε λιπαρά (Yang Q 2005). Στον άνθρωπο, ο ρόλος της RBP4 ως μεσολαβητή στην ινσουλινοαντίσταση και το σακχαρώδη διαβήτη αποδεικνύεται και από τη θετική συσχέτιση μεταξύ των επιπέδων της πρωτεΐνης και του μεγέθους της ινσουλινοαντίστασης σε άτομα με παχυσαρκία, ελαττωμένη ανοχή στη γλυκόζη ή σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2, αλλά και σε μη παχύσαρκα, μη διαβητικά άτομα με βεβαρημένο 78

80 οικογενειακό ιστορικό τύπου 2 διαβήτη (Graham TE 2006). Καθώς τα επίπεδα της RBP4 αυξάνουν πριν την έναρξη του διαβήτη, η πρωτεΐνη δύναται να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης στην πρώιμη διάγνωση της ινσουλινοαντίστασης, επιτρέποντας έγκαιρη θεραπευτική παρέμβαση. Εικόνα 45. Οι πιθανές δράσεις της RBP4 σε σκελετικό μυ και ήπαρ. Παρεμπόδιση της σηματοδότησης της ινσουλίνης, με αποτέλεσμα ελαττωμένη πρόσληψη γλυκόζης και μη καταστολή της ηπατικής της παραγωγής. Η χορήγηση του συνθετικού ρετινοειδούς fenretinide οδηγεί σε επιστροφή στο φυσιολογικό των επιπέδων της RBP4 στον ορό παχύσαρκων λόγω διατροφής πειραματοζώων. Ως αποτέλεσμα, βελτιώνεται η ινσουλινοευαισθησία, γεγονός που υποδεικνύει τον πιθανό θεραπευτικό ρόλο της ελάττωσης των επιπέδων της RBP4 ως αντιδιαβητική θεραπεία. Τέλος, τα επίπεδα της RBP4 στο αίμα 79

81 συσχετίζονται θετικά με δείκτες καρδιαγγειακού κινδύνου, όπως ο δείκτης μάζας σώματος (BMI), ο λόγος περιφέρειας μέσης ισχίων, τα επίπεδα τριγλυκεριδίων ορού, η συστολική αρτηριακή πίεση και αντίστροφα με τα επίπεδα HDL (Graham TE 2006). AΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Ο αγγειακός ενδοθηλιακός αυξητικός παράγοντας VEGF (vascular endothelial growth factor) είναι ένας αγγειογενετικός παράγοντας που επάγει τη μετανάστευση και τον πολλαπλασιασμό των ενδοθηλιακών κυττάρων και επιπλέον αυξάνει τη διαπερατότητα των αγγείων. Στον άνθρωπο, τα επίπεδα του VEGF στην κυκλοφορία αυξάνουν κατά την παχυσαρκία, ειδικά όταν η τελευταία σχετίζεται με συσσώρευση σπλαχνικού λίπους. Ο VEGF παράγεται σε μεγαλύτερο ποσοστό από το σπλαχνικό λιπώδη ιστό σε σχέση με τον υποδόριο, ενώ η έκφρασή του στα λιποκύτταρα επάγεται από την ινσουλίνη. Τα επίπεδα mrna του παράγοντα αυξάνουν σημαντικά κατά τη διαφοροποίηση πρόδρομων 3T3 κυττάρων σε λιποκύτταρα. Ο VEGF που παράγεται στο λιπώδη ιστό προέρχεται σε ποσοστό 8 27% από τα λιποκύτταρα. Είναι προφανές πως στη σύνθεσή του συμμετέχουν και άλλα είδη κυττάρων του ιστού. Πάντως, η ικανότητα της ινσουλίνης να διεγείρει την έκφραση του VEGF στα λιποκύτταρα ευθύνεται εν μέρει για τη βλαπτική επίδραση των υψηλών επιπέδων της ινσουλίνης που παρατηρούνται στην παχυσαρκία. Παρομοίως με τον VEGF έχουν αναφερθεί και άλλοι αυξητικοί παράγοντες που παράγονται και εκκρίνονται από το λιπώδη ιστό. Αυτοί περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, τους HGF (hepatocyte growth factor), TGFβ (transforming growth factor β) και NGF (nerve growth factor). Τα 80

82 επίπεδα HGF στην κυκλοφορία αυξάνουν κατά την παχυσαρκία. Ο λιπώδης ιστός παράγει σημαντικές ποσότητες του παράγοντα αυτού, συγκρίσιμες με αυτές τις λεπτίνης, αν και το μεγαλύτερο ποσοστό (περίπου 96%) προέρχεται από μη λιπώδη κύτταρα. Επίσης, και η παραγωγή TGFβ1 συσχετίζεται θετικά με το δείκτη μάζας σώματος, αλλά και σε αυτή την περίπτωση, το ποσοστό συμμετοχής των λιποκυττάρων έναντι των υπολοίπων κυττάρων του λιπώδους ιστού στη σύνθεση και έκκριση του TGFβ περιορίζεται στο 5% της συνολικής ποσότητας του παράγοντα (Fain JN 2006). ΛΕΠΤΙΝΗ Βιολογία Η λεπτίνη είναι μια πρωτεΐνη 16 kd που συντίθεται και εκκρίνεται από λιποκύτταρα ως απάντηση σε μεταβολές των αποθηκών λίπους του σώματος. Κωδικοποιείται από το γονίδιο ob (από το obesity mice), ενώ η ετυμολογία της προέρχεται από την ελληνική λέξη «λεπτός» (Ronti T 2006). Η τεταρτοταγής της δομή εμφανίζει ομοιότητες με μέλη της οικογένειας των μακράς αλύσου ελικοειδών κυτταροκινών (Fruhbeck G 2006). Παρόλο που η βασική πηγή έκκρισης λεπτίνης είναι τα λιποκύτταρα, πρόσφατες μελέτες αναφέρουν πως ποικίλοι ιστοί εκφράζουν την πρωτεΐνη. Σε αυτούς περιλαμβάνονται ο πλακούντας, οι ωοθήκες, οι σκελετικοί μύες, ο στόμαχος, η υπόφυση και το ήπαρ. Η λεπτίνη δρα ως σήμα κορεσμού, ρυθμίζοντας την όρεξη και το σωματικό βάρος. Επιδρά σε κεντρικά κυκλώματα στον υποθάλαμο, καταστέλλοντας την πρόσληψη τροφής και διεγείροντας την κατανάλωση ενέργειας (Εικόνα 46). Επομένως, η λεπτίνη διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στον έλεγχο των αποθηκών λίπους, μέσω της συντονισμένης ρύθμισης της πρόσληψης τροφής, του 81

83 μεταβολισμού, του αυτόνομου νευρικού συστήματος και της ενεργειακής ισορροπίας του σώματος (Koerner A 2005, Cammisotto PG 2007). Εικόνα 46. Η κεντρική δράση της λεπτίνης Υποδοχέας Σηματοδότηση Ο υποδοχέας της λεπτίνης (OB R) είναι μια μεμβρανική πρωτεΐνη που ανήκει στην gp 130 οικογένεια υποδοχέων κυτταροκινών τάξης I. Στον άνθρωπο, απαντά σε 4 ισομορφές, με διαφορετικές καρβοξυτελικές περιοχές, που διακρίνονται από τον αριθμό των χαρακτηριστικών καρβοξυτελικών αμινοξέων τους και είναι οι OB R5, 15, 67 και 274. Όλες οι ισομορφές έχουν τις ίδιες εξωκυττάριες περιοχές σύνδεσης του προσδέματος, αλλά διαφέρουν στο ενδοκυττάριο καρβοξυτελικό άκρο. Σε όλα τα είδη, οι ισομορφές του υποδοχέα λεπτίνης μπορούν να διαιρεθούν σε 3 τάξεις: μακρές, βραχείες και διαλυτές ισομορφές (Koerner A 2005, Fruhbeck G 2006). Η μακρά ισομορφή (OB Rb στα ποντίκια) έχει εντοπιστεί στον υποθάλαμο, σε μονοκύτταρα, λεμφοκύτταρα, β κύτταρα του παγκρέατος, επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου, ενδοθηλιακά, λεία μυικά και άλλα κύτταρα. Οι 82

84 βραχείες μορφές (π.χ. οι OB Ra και OB Rc) εκφράζονται στα κύτταρα του χοριοειδούς πλέγματος και της μικροκυκλοφορίας, όπου πιθανόν συμμετέχουν στη μεταφορά της λεπτίνης διαμέσου του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (Koerner A 2005, Ailhaud G 2006). Τα κύρια ενδοκυττάρια μονοπάτια που ενεργοποιούνται μετά τη σύνδεση της λεπτίνης στους υποδοχείς της είναι το JAK/STAT μονοπάτι, το σηματοδοτικό μονοπάτι των MAP κινασών, της PI3K και της AMPK (Εικόνα 47). Εικόνα 47. Η λεπτίνη ασκεί τις δράσεις της μέσω πολλών σηματοδοτικών μονοπατιών Ο υποδοχέας της λεπτίνης δεν παρουσιάζει ενδογενή δράση κινάσης τυροσίνης και επομένως απαιτείται η σύνδεσή του με μόρια που έχουν τη συγκεκριμένη ενζυμική δράση, έτσι ώστε να επιτελέσει τη λειτουργία του. Οι Janus kinases (JAKs) και κυρίως η JAK2 έχουν την ικανότητα να συνδέονται στον ενεργοποιημένο υποδοχέα λεπτίνης. Η αυτοφωσφορυλίωση της JAK2 και υπολειμμάτων τυροσίνης του 83

85 υποδοχέα έχει ως αποτέλεσμα την προσέλκυση στα φωσφορυλιωμένα υπολείμματα τυροσίνης σηματοδοτικών μορίων, όπως των STAT (signal transducers and activators of transcription) μεταγραφικών παραγόντων (κυρίως των STAT3, 5 και 6), πρωτεϊνικών υποστρωμάτων του υποδοχέα της ινσουλίνης (IRS), της SHP 2 τυροσινικής φωσφατάσης, όπως και μορίων των PI3K και Ras Raf MAPK σηματοδοτικών μονοπατιών. Η φωσφορυλίωση του STAT3 από την JAK οδηγεί σε διμερισμό του, είσοδο στον πυρήνα και επαγωγή της έκφρασης των γονιδίων της POMC (proopiomelanocortin) και του SOCS3 (suppressor of cytokine signaling 3), αλλά και σε καταστολή του γονιδίου του Agouti related peptide. Η πρωτεΐνη SOCS3 ασκεί αρνητική παλίνδρομη ρύθμιση στο μονοπάτι JAK/STAT, αναστέλλοντας τη φωσφορυλίωση των STAT3 και JAK2. Στη δράση αυτή της SOCS3 πιθανότατα οφείλεται και η αντίσταση στη δράση της λεπτίνης σε περίπτωση χρόνιας υπερλεπτιναιμίας και επομένως αυξημένα επίπεδα της πρωτεΐνης, λόγω σηματοδότησης μέσω του OB R (Εικόνα 48). Η τυροσινική φωσφατάση PTP1B (protein tyrosine phosphatase 1B) αποτελεί μία επιπλέον πρωτεΐνη που ασκεί (Harvey J 2007, Fruhbeck G 2006, Koerner A αρνητική ρύθμιση στο μονοπάτι JAK/STAT 2005). Από την άλλη πλευρά, το μονοπάτι των MAPKs μπορεί να ενεργοποιηθεί είτε μετά από φωσφορυλίωση του υποδοχέα από τη JAK2 είτε χωρίς να προηγηθεί η τελευταία. Πάντως, σημαντικό ρόλο για την ενεργοποίηση αυτού του μονοπατιού πιθανότατα παίζει η SHP 2. Η λεπτίνη μπορεί να οδηγήσει σε ενεργοποίηση των κινασών ERK1/2 (p44/42 MAPK), αλλά και της p38 MAPK και της JNK (c Jun N terminal kinase), οδηγώντας σε ποικίλες δράσεις, μεταξύ των οποίων η επαγωγή των NF κβ και TNF α. Επίσης, ένα σημαντικό μονοπάτι που 84

86 ενεργοποιεί η λεπτίνη είναι αυτό της PI3K. Μέσω της ρύθμισης του τελευταίου μονοπατιού, που αποτελεί κύριο σηματοδοτικό μονοπάτι της ινσουλίνης, φαίνεται ότι πραγματοποιείται η συνομιλία μεταξύ των δύο ουσιών. Η ενεργοποίηση του μονοπατιού της PI3K οδηγεί σε ενεργοποίηση της φωσφοδιεστεράσης PDE3B και ελάττωση του camp και του νευροπεπτιδίου Y, αλλά και σε άλλες δράσεις, μέσω της ενεργοποίησης των πρωτεϊνικών κινασών Akt/PKB (protein kinase B) και PKC (protein kinase C) (Fruhbeck G 2006). Εικόνα 48. Η χρόνια υπερλεπτιναιμία πιθανόν οδηγεί σε αναστολή της δράσης των JAK2 και ERK από τα αυξημένα επίπεδα SOCS3, με αποτέλεσμα την αντίσταση στη δράση της λεπτίνης Λειτουργίες Ο ρόλος της λεπτίνης είναι πλειοτροπικός. Οι δράσεις της αφορούν σε ποικίλους βιολογικούς μηχανισμούς, όπως στην αναπαραγωγή (έναρξη της ήβης στον άνθρωπο), στην ανοσολογική και φλεγμονώδη απόκριση, στην αιμοποίηση, στην αγγειογένεση, στο σχηματισμό οστού 85

87 και στην επούλωση τραυμάτων. Σημαντικότερη, όμως, θεωρείται η δράση της ως μηχανισμού ανατροφοδότησης που δίνει το σήμα σε καίρια ρυθμιστικά κέντρα του εγκεφάλου για την αναστολή της πρόσληψης τροφής και τη ρύθμιση του σωματικού βάρους και της ενεργειακής ομοιόστασης (Klok MD 2007). Η λεπτίνη, δρώντας στους υποδοχείς της στον υποθάλαμο, διεγείρει την παραγωγή ανορεξιγόνων πεπτιδίων, όπως η προοπιομελανοκορτίνη (POMC) και τα ρυθμιζόμενα από την κοκαΐνη και αμφεταμίνη μετάγραφα (CART), ενώ αναστέλλει την παραγωγή ορεξιγόνων πεπτιδίων, όπως το νευροπεπτίδιο Y και η Agouti related protein (Εικόνα 49). Εικόνα 49. Η λεπτίνη αναστέλλει την παραγωγή ορεξιγόνων πεπτιδίων στον υποθάλαμο, ενώ διεγείρει την παραγωγή ανορεξιγόνων Επιπλέον, η λεπτίνη ελαττώνει τα ενδοκυττάρια επίπεδα των λιπιδίων σε σκελετικούς μύες, ήπαρ και β κύτταρα του παγκρέατος και επομένως βελτιώνει την ευαισθησία στην ινσουλίνη. Η τελευταία 86

88 δράση, τουλάχιστον όσον αφορά στο ήπαρ, επιτυγχάνεται μέσω ενεργοποίησης της PI3K. Στους μύες, η ευαισθησία στην ινσουλίνη επιτυγχάνεται μέσω αναστολής του malonyl CoA, η οποία αυξάνει τη μεταφορά των λιπαρών οξέων στα μιτοχόνδρια για να υποστούν β οξείδωση. Αυτές οι μεταβολές εν μέρει μεσολαβούνται από κεντρική (Ronti T 2006, Rosen ED συμπαθητική ενεργοποίηση αδρενεργικών υποδοχέων 2006b). Η λεπτίνη έχει σημαντική επίδραση στη λειτουργία του άξονα υποθαλάμου υπόφυσης γονάδων, καθώς σχετίζεται με τα επίπεδα LH, FSH και ανδρογόνων στην κυκλοφορία (Εικόνα 50). Εικόνα 50. Δράσεις της λεπτίνης στον υποθάλαμο και σε περιφερικά όργανα 87

89 Μελέτες σε πειραματόζωα και επιδημιολογικές μελέτες σε ανθρώπους υποδεικνύουν πως απαιτούνται συγκεκριμένα επίπεδα λεπτίνης στο αίμα για τη διατήρηση της αναπαραγωγικής λειτουργίας, ενώ σε παθολογικές καταστάσεις υπολεπτιναιμίας (όπως η νευρογενής ανορεξία ή η ελαττωματική παραγωγή λεπτίνης) η χορήγηση λεπτίνης είναι ικανή να αποκαταστήσει τη φυσιολογική αναπαραγωγική λειτουργία. Με παρόμοιο τρόπο, η λεπτίνη μπορεί να επηρεάσει και τους άξονες υποθαλάμου υπόφυσης θυρεοειδούς και υποθαλάμουυπόφυσης επινεφριδίων. Στην προκειμένη περίπτωση, η υπολεπτιναιμία σχετίζεται με αυξημένα επίπεδα γλυκοκορτικοειδών και χαμηλά επίπεδα θυρεοειδικών ορμονών. Πάντως, κρίνεται απαραίτητη η ανάγκη επιβεβαίωσης της συγκεκριμένης υπόθεσης από κλινικές μελέτες μεγαλύτερης εμβέλειας (Bluher S 2004). Ο ρόλος της λεπτίνης στη ρύθμιση της ανοσολογικής απόκρισης και της φλεγμονής έχει επιβεβαιωθεί και αναφέρεται πως η λιποκίνη αποτελεί σημαντικό μεσολαβητή φλεγμονωδών διαδικασιών και νόσων με ανοσολογικό υπόβαθρο (Εικόνα 51). Η λεπτίνη θεωρείται φλεγμονώδης λιποκίνη και εμφανίζει δομική ομοιότητα με άλλες φλεγμονώδεις κυτταροκίνες, όπως η IL 6, η IL 12 και ο G CSF (granulocyte colony stimulating factor). Η παχυσαρκία, καθώς και η παρουσία άλλων φλεγμονωδών μεσολαβητών πιθανότατα αποτελούν σημαντικούς παράγοντες που αυξάνουν τη σύνθεση της λεπτίνης. Όσον αφορά στην εγγενή ανοσία, η λεπτίνη αυξάνει την παραγωγή φλεγμονωδών κυτταροκινών, όπως ο TNFα, η IL 6 και η IL 12 σε μονοκύτταρα και μακροφάγα in vitro. Επιπλέον, σε αστεροειδή κύτταρα του ήπατος αυξάνει την έκφραση της χημειοκίνης CCL2 και του VEGF και 88

90 μάλιστα μέσω του NF κβ και του μονοπατιού PI3K και AKT. Ακόμη, η λεπτίνη ενεργοποιεί τα ουδετερόφιλα, επάγει τον πολλαπλασιασμό και την ενεργοποίηση των μονοκυττάρων, τη χημειοταξία των ουδετεροφίλων και την παραγωγή ελευθέρων ριζών οξυγόνου (ROS) από τα τελευταία, ενώ ρυθμίζει τη διαφοροποίηση, τον πολλαπλασιασμό, την ενεργοποίηση και την τοξικότητα των NK (natural killer) κυττάρων. Εικόνα 51. Η φλεγμονώδης δράση της λεπτίνης μέσω της διέγερσης των μακροφάγων Οι δράσεις της λεπτίνης αφορούν και στη ρύθμιση της επίκτητης ανοσίας. Έτσι, in vitro επάγει τον πολλαπλασιασμό των άωρων CD4 + CD45RA + T λεμφοκυττάρων, αλλά αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των CD4 + CD45RO + T κυττάρων μνήμης. Επιπλέον, επάγει την παραγωγή κυτταροκινών T H 1 τύπου αντίδρασης (IL 2, IFNγ) και καταστέλλει την παραγωγή της T H 2 τύπου κυτταροκίνης IL 4 σε πολλαπλασιαζόμενα T λεμφοκύτταρα. Η χορήγηση λεπτίνης είναι ικανή να αναστρέψει την 89

91 ανοσοκαταστολή που προκαλεί η ασιτία (και επομένως υπολεπτιναιμία) σε πειραματόζωα. Πάντως, ο ρόλος της στην εγγενή και επίκτητη ανοσία στον άνθρωπο δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως. Τέλος, η φλεγμονώδης δράση της λεπτίνης αποτελεί σημαντική ιδιότητα της λιποκίνης, που την καθιστά πιθανώς καταστρεπτική στην περίπτωση αυτοάνοσων νοσημάτων, αλλά χρήσιμη στην πρώιμη ανοσιακή απάντηση σε ορισμένες λοιμώξεις (Tilg H 2006). Υποδοχείς της λεπτίνης εκφράζονται σε πολλές θέσεις του ΚΝΣ, όπου η λεπτίνη ασκεί τη δράση της. Έτσι, υποδοχείς λεπτίνης εντοπίζονται σε υποθαλαμικούς πυρήνες, στον ιππόκαμπο, στο εγκεφαλικό στέλεχος, στην παρεγκεφαλίδα, στην αμυγδαλή και στη μέλαινα ουσία. Συγκεκριμένα, στον ιππόκαμπο εντοπίζονται τόσο στα αξονικά λοφίδια, όσο και στις σωματο δενδριτικές περιοχές των νευρώνων, αλλά και στις συνάψεις. Η λεπτίνη φαίνεται πως έχει την ικανότητα μεταβολής της διεγερσιμότητας αυτών των νευρώνων με συναπτικούς και μη συναπτικούς μηχανισμούς (Harvey J 2007). Ακόμη, η λεπτίνη μπορεί να επηρεάσει την πλαστικότητα των συνάψεων, προάγοντας τη μακρόχρονη ενίσχυση (LTP long term potentiation) ή τη long term depression (LTD) διαμέσου συγκεκριμένων υποδοχέων νευροδιαβιβαστών (όπως ο NMDA του γλουταμικού) (Harvey J 2006). Επιπλέον, η λεπτίνη αποτελεί σημαντικό ρυθμιστή της αναπαραγωγικής λειτουργίας. Εκτός από την επιρροή της στον άξονα υποθαλάμου υπόφυσης γονάδων και τον έλεγχο της αναπαραγωγικής λειτουργίας με βάση τη μεταβολική κατάσταση του οργανισμού, η επίδρασή της στα όργανα του γεννητικού συστήματος μπορεί να είναι και άμεση. Υποδοχείς της λεπτίνης εκφράζονται σε διάφορους τύπους 90

92 κυττάρων των ωοθηκών, στο ενδομήτριο και στα κύτταρα του αναπτυσσόμενου εμβρύου. Λεπτίνη έχει εντοπιστεί στο ωοθυλακικό υγρό, στη μήτρα εγκύων και στα αναπτυσσόμενα έμβρυα, στο στάδιο της βλαστοκύστης. Πειραματικές μελέτες υποδεικνύουν πως η λεπτίνη πιθανότατα εμπλέκεται στον έλεγχο της παραγωγής ορμονών από τα ωοθυλάκια, στη ρύθμιση της προεμφυτευτικής φάσης και της διαδικασίας εμφύτευσης, καθώς και στην εμβρυική ανάπτυξη και στην εξέλιξη της κύησης (Cervero A 2006). Ο ρόλος της λεπτίνης στην οστική αναδιαμόρφωση (bone remodeling) έχει διερευνηθεί σε σημαντικό βαθμό. Η λιποκίνη επιδρά στη συγκεκριμένη διαδικασία με δύο διαφορετικούς τρόπους. Επιδρώντας στον υποθάλαμο και αυξάνοντας την έκφραση του CART, αναστέλλει τη διαφοροποίηση και ωρίμανση των οστεοκλαστών και επομένως την απορρόφηση οστού. Αντίθετα, επιδρώντας στον υποθάλαμο και αυξάνοντας τη διέγερση του συμπαθητικού νευρικού συστήματος, διεγείρει τη διαφοροποίηση των οστεοκλαστών μέσω β 2 αδρενεργικών υποδοχέων και την απορρόφηση οστού. Συνεπώς, η λεπτίνη συμβάλλει στον έλεγχο της οστικής μάζας, μέσω της ρύθμισης μιας δυναμικής ισορροπίας μεταξύ των δύο αντιδιαμετρικών δράσεών της (Cohen MMJr 2006). Επιπλέον, η λεπτίνη συμμετέχει στη ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης (Εικόνα 52). Αφενός, η κεντρική δράση της λεπτίνης διεγείρει το συμπαθητικό νευρικό σύστημα και αυξάνει την αρτηριακή πίεση. Αφετέρου, η λεπτίνη διεγείρει την παραγωγή NO, που προκαλώντας αγγειοδιαστολή αντισταθμίζει τη δράση του ΣΝΣ, με αποτέλεσμα ασήμαντη μεταβολή της ΑΠ μετά από χορήγηση της λιποκίνης. Πάντως, 91

93 η λεπτίνη μπορεί να προκαλέσει αγγειοδιαστολή και με μηχανισμό ανεξάρτητο από το ενδοθήλιο και την παραγωγή NO. Επιπλέον, στη μυελώδη μοίρα του νεφρού η λεπτίνη σε υψηλές δόσεις αναστέλλει την επαναπρόσληψη Na +, συνιστώντας ένα πιθανό μηχανισμό ρύθμισης του ισοζυγίου του Na +, αλλά και της αρτηριακής πίεσης. Βέβαια, χρόνια αυξημένα επίπεδα λεπτίνης φαίνεται να συμβάλλουν στην εκδήλωση αρτηριακής υπέρτασης. Σε χρόνια υπερλεπτιναιμία επικρατεί η αγγειοσυσπαστική δράση του ΣΝΣ έναντι της αγγειοδιασταλτικής του NO και της νατριουρητικής δράσης της λεπτίνης. Εικόνα 52. Ο παθογενετικός μηχανισμός της επαγόμενης από τη λεπτίνη αρτηριακής υπέρτασης Επίσης, πρέπει να σημειωθεί πως τα αυξημένα επίπεδα λεπτίνης επηρεάζουν αρνητικά τη λειτουργία του ενδοθηλίου και αυξάνουν το οξειδωτικό stress. Η παραγωγή ελευθέρων ριζών οξυγόνου και ενδοθηλίνης 1 οδηγούν σε περαιτέρω αύξηση της αρτηριακής πίεσης. Τέλος, ανεξάρτητα από τη μεταβολή της πίεσης, τα υψηλά επίπεδα 92

94 λεπτίνης έχουν συσχετιστεί με αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης επιπλοκών της αρτηριακής υπέρτασης, όπως η υπερτροφία και δυσλειτουργία της αριστερής κοιλίας, η νεφροπάθεια και η αμφιβληστροειδοπάθεια (Beltowski J 2006). Είναι αξιοσημείωτο ότι ο μεγαλύτερος αριθμός υπέρβαρων εμφανίζει υψηλά επίπεδα λεπτίνης, τα οποία δεν επιτυγχάνουν το επιθυμητό αποτέλεσμα, δηλαδή την καταστολή της όρεξης και τον έλεγχο του σωματικού βάρους. Η κατάσταση αυτή ονομάζεται αντίσταση στη λεπτίνη και κατέχει σημαντικό ρόλο στην παθολογία της παχυσαρκίας. Η μοριακή βάση της αντίστασης δεν είναι πλήρως διαλευκασμένη. Έχει παρατηρηθεί ότι μη λειτουργικοί υποδοχείς (π.χ. λόγω μεταλλάξεων) συχνά ευθύνονται για το φαινόμενο. Επιπλέον, ενδέχεται να συμμετέχει η ελαττωμένη μεταφορά της λεπτίνης στον εγκέφαλο, σε συνδυασμό με την ελάττωση της σηματοδότησης μέσω του υποδοχέα της (Hutley L 2005, Ronti T 2006, Ahima RS 2006). Ρύθμιση Πολλοί παράγοντες εμπλέκονται στη ρύθμιση της έκκρισης και της σύνθεσης της λεπτίνης, καθώς ρυθμιστικά στοιχεία πολλών μεταγραφικών παραγόντων έχουν βρεθεί στον υποκινητή του γονιδίου ob. Σε γενικές γραμμές, τα επίπεδα της λεπτίνης αυξάνουν ανάλογα με τη μάζα του λιπώδους ιστού. Ακόμη, τα οιστρογόνα αυξάνουν την έκφρασή της, ενώ η τεστοστερόνη την ελαττώνει, με αποτέλεσμα οι γυναίκες να εμφανίζουν υψηλότερα επίπεδα λεπτίνης από τους άντρες. Πρέπει να σημειωθεί πως βραχυχρόνια η έκφραση λεπτίνης επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Τα γλυκοκορτικοειδή, η οξεία φλεγμονή και οι φλεγμονώδεις κυτταροκίνες (TNFα, IL 1) αυξάνουν τη 93

95 λεπτίνη, ενώ η έκθεση στο κρύο, η νηστεία, το κάπνισμα και η αυξητική ορμόνη την ελαττώνουν. Επίσης, οι θυρεοειδικές ορμόνες, η μελατονίνη, οι θειαζολιδινοδιόνες (TZDs) και η αδρενεργική διέγερση επηρεάζουν αρνητικά τα επίπεδα λεπτίνης. Μάλιστα, φαίνεται πως το συμπαθητικό νευρικό σύστημα αποτελεί έναν από τους βασικότερους ρυθμιστές της έκφρασης της λεπτίνης και οι κατεχολαμίνες οδηγούν σε ελάττωση της σύνθεσης της ορμόνης και των επιπέδων της στο αίμα (Rayner DV 2001, Ahima RS 2000). RESISTIN Βιολογία Η resistin (γνωστή και ως FIZZ3) είναι μια πρωτεΐνη 114 αμινοξέων. Κατά την ανακάλυψή της αποδείχθηκε ότι προκαλεί ινσουλινοαντίσταση σε ποντίκια. Ανήκει σε μια οικογένεια πρωτεϊνών πλόυσιων σε κυστεΐνη, γνωστών και ως resistin like molecules (RELMs), που εμπλέκονται στη ρύθμιση φλεγμονωδών διεργασιών. Κυκλοφορεί σε δύο μορφές, συχνότερα ως εξαμερές μεγάλου μοριακού βάρους και λιγότερο συχνά στην περισσότερο δραστική, χαμηλού μοριακού βάρους, μορφή. Το mrna που κωδικοποιεί τη resistin εντοπίζεται σε πολλούς ιστούς, όπως ο λιπώδης ιστός, ο υποθάλαμος, τα επινεφρίδια, ο σπλήνας, οι σκελετικοί μύες, το πάγκρεας και ο πεπτικός σωλήνας. Η σύνθεσή της στα ποντίκια περιορίζεται στο λιπώδη ιστό, ενώ στον άνθρωπο λιποκύτταρα, μυικά κύτταρα, παγκρεατικά κύτταρα και μονοπύρηνα κύτταρα, όπως τα μακροφάγα, σχετίζονται με σύνθεση της πρωτεΐνης. Τα επίπεδα έκφρασης του γονιδίου της resistin παρατηρήθηκε ότι είναι υψηλότερα σε μονοκύτταρα του περιφερικού αίματος (PBMCs peripheral blood mononuclear cells) σε σχέση με τα 94

96 λιποκύτταρα. Βέβαια δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως ποιός τύπος κυττάρων είναι κυρίως υπεύθυνος για την παραγωγή και τα υψηλά επίπεδα της κυλοφορούσας πρωτεΐνης στον άνθρωπο. Η ανθρώπινη resistin εμφανίζει 55% ταυτοσημία ως προς την αντίστοιχη του ποντικού, γεγονός που φανερώνει ότι δεν έχει συντηρηθεί ιδιαίτερα (Steppan CM 2001, Holcomb IN 2000, Kusminski CM κατά την εξελικτική πορεία των ειδών 2005). Λειτουργία Η φυσιολογική λειτουργία της resistin στον άνθρωπο δεν έχει διευκρινιστεί πλήρως. Αρχικά αναγνωρίστηκε στα ποντίκια ως παράγοντας συσχέτισης της παχυσαρκίας με το σακχαρώδη διαβήτη, καθώς κυκλοφορούσε σε υψηλά επίπεδα σε ζωικά μοντέλα παχυσαρκίας και ινσουλινοαντίστασης, ενώ ελαττωνόταν από τις TZDs. Εικόνα 53. Οι μηχανισμοί με τους οποίους η resistin επάγει ινσουλινοαντίσταση 95

97 Πρόσφατες μελέτες σε πειραματόζωα καταδεικνύουν ως πιθανότερο στόχο της δράσης της resistin το ήπαρ, όπου προκαλεί ηπατική αντίσταση στη δράση της ινσουλίνης, με δευτερεύουσα τη δράση στην περιφέρεια, στους σκελετικούς μύες και στο λιπώδη ιστό. Είναι γνωστό ότι η δράση της στον άνθρωπο αφορά κυρίως στην (McTernan PG ανοσία, τη φλεγμονή και την ινσουλινοαντίσταση (Εικόνα 53) 2006). Η resistin επάγει την έκφραση των TNFα και IL 6 σε ανθρώπινα μονοκύτταρα του περιφερικού αίματος, ενώ προκαλεί αρθρίτιδα ενιόμενη σε αρθρώσεις πειραματοζώων. Οι φλεγμονώδεις ιδιότητες της resistin μεσολαβούνται από τον NF κβ, ενώ αναστολέας του συγκεκριμένου παράγοντα εμποδίζει τις φλεγμονώδεις διεργασίες που προκαλεί η λιποκίνη (Εικόνα 54). Εικόνα 54. Ο προτεινόμενος ρόλος της resistin στη φλεγμονή Επίσης, έχει αποδειχθεί πως η resistin συσσωρεύεται στις φλεγμαίνουσες αρθρώσεις ασθενών με ρευματοειδή αρθρίτιδα και τα 96

98 επίπεδά της συσχετίζονται με δείκτες φλεγμονής. Στον άνθρωπο, όπως προαναφέρθηκε, επάγει τη σύνθεση φλεγμονωδών κυτταροκινών, όπως ο TNFα, η IL 1, η IL 6 και η IL 12 σε πολλούς τύπους κυττάρων, μέσω ενός μονοπατιού εξαρτώμενου από τον NF κβ (Εικόνα 54). Επιπλέον, η φλεγμονώδης δράση της resistin επιβεβαιώνεται από την προκαλούμενη επαγωγή της έκφρασης των μορίων προσκόλλησης VCAM1 και ICAM1 και της χημειοκίνης CCL2 από τα ενδοθηλιακά κύτταρα, τα οποία επίσης διεγείρει να απελευθερώσουν ενδοθηλίνη 1 (Εικόνα 55) (Bokarewa M 2005, Verma S 2003). Εικόνα 55. Η επίδραση της resistin και άλλων λιποκινών στο αγγειακό ενδοθήλιο Σε ζωικά μοντέλα η resistin εμπλέκεται στην παθογένεια της ινσουλινοαντίστασης και του σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 που σχετίζονται με την παχυσαρκία. Στον άνθρωπο αντίστοιχος ρόλος διερευνάται, αλλά δεν έχει επιβεβαιωθεί πλήρως. Η υπερπαραγωγή resistin από το λιπώδη ιστό ευθύνεται για τα αυξημένα επίπεδα της ουσίας στον ορό, αλλά δεν έχει διευκρινιστεί ποια είναι η κύρια 97

99 κυτταρική προέλευση της resistin, καθώς παράγεται τόσο από λιποκύτταρα, όσο και από προλιποκύτταρα και μακροφάγα. Οι περισσότερες μελέτες αναφέρουν τα μακροφάγα ως κύρια πηγή της κυκλοφορούσας resistin στον άνθρωπο. Στην παχυσαρκία, άλλωστε, παρατηρείται αυξημένη διήθηση μακροφάγων στο λιπώδη ιστό. Επίσης, έχει βρεθεί ότι μακροφάγα που διηθούν αθηροσκληρωτικά ανευρύσματα εκκρίνουν resistin. Η resistin και η adiponectin παρουσιάζουν αντίθετη δράση σε ενδοθηλιακά κύτταρα των αγγείων. Η resistin επάγει την έκφραση των VCAM1, ICAM1 και pentraxin 3, ενώ η adiponectin ελαττώνει την έκφρασή τους. Επιπλέον, αυξημένα επίπεδα resistin σε χρόνια νεφρική νόσο σχετίζονται με επηρεασμένη νεφρική λειτουργία και φλεγμονή, αλλά όχι με ινσουλινοαντίσταση. Επομένως, στον άνθρωπο η resistin εμφανίζει πολλά χαρακτηριστικά φλεγμονώδους κυτταροκίνης και θα μπορούσε να διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο σε φλεγμονώδεις νόσους, σχετιζόμενες ή μη με ινσουλινοαντίσταση (Jung HS 2006, Axelsson J 2006). Πρόσφατες μελέτες παρέχουν επιπλέον πληροφορίες σχετικά με τις μεταβολικές δράσεις της resistin. Συγκεκριμένα, η resistin ελαττώνει την πρόσληψη και μεταβολισμό των λιπαρών οξέων στους σκελετικούς μύες, στοχέυοντας ειδικά στην κινάση AMPK (AMP activated protein kinase). Επομένως, είναι πιθανό η λιποκίνη να επάγει την ινσουλινοαντίσταση είτε δρώντας άμεσα στα ηπατοκύτταρα είτε τροποποιώντας την ικανότητα των σκελετικών μυών για συνεισφορά στην ομοιόσταση των λιπαρών οξέων. Επιπλέον έχει παρατηρηθεί ότι όταν υπερεκφράζεται η resistin με τη βοήθεια ιικού φορέα σε 98

100 πειραματόζωα επάγει δυσλιπιδαιμία και ινσουλινοαντίσταση, αυξάνοντας την έκκριση λιποπρωτεϊνών και παραβλάπτοντας την υπογλυκαιμική δράση της ινσουλίνης. Τέλος, σε 3T3 L1 λιποκύτταρα η resistin φαίνεται πως επηρεάζει τη σηματοδότηση της ινσουλίνης, κυρίως αναστέλλοντας παράγοντες του μονοπατιού της ορμόνης, μέσω μηχανισμών επαγωγής του SOCS3 (Palanivel R 2005, Steppan CM 2005, Sato N 2005). Ρύθμιση Η έκφραση της resistin στα ανθρώπινα μονοκύτταρα (PBMCs) σε επίπεδο mrna αυξάνει σημαντικά υπό την επίδραση των φλεγμονωδών κυτταροκινών IL 1, IL 6, TNFα και της LPS, ενώ η IFNγ και η λεπτίνη δεν έχουν καμία επίδραση στην έκφραση της resistin (Εικόνα 56). Εικόνα 56. Η επίδραση των φλεγμονωδών κυτταροκινών στην έκφραση της resistin από τα μακροφάγα Επίσης, η διέγερση ανθρώπινων μακροφάγων με LPS οδηγεί σε αύξηση του mrna της resistin, όπως και η χορήγηση LPS οδηγεί στην αύξηση των επιπέδων της στον ορό. Ακόμη, έχει αποδειχθεί πως η 99

101 χορήγηση PPARγ αγωνιστών σε ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 ελαττώνει τα επίπεδα της λιποκίνης. Βέβαια, η ρύθμιση της έκφρασης της resistin περιλαμβάνει αρκετούς επιπρόσθετους παράγοντες. Σε αυτούς περιλαμβάνονται η αυξητική ορμόνη, τα γλυκοκορτικοειδή και τα ανδρογόνα, που αυξάνουν τα επίπεδά της λιποκίνης. Αντίθετα οι θυρεοειδικές ορμόνες, η αδρεναλίνη, η ενεργοποίηση του β 3 αδρενεργικού υποδοχέα και η ενδοθηλίνη 1 επηρεάζουν αρνητικά την έκφραση και απελευθέρωση της resistin. Πάντως, η ρύθμιση της λιποκίνης εμφανίζει διαφορές μεταξύ ζωικών μοντέλων και ανθρώπων (Lehrke M 2004, Kusminski CM 2005). ADIPONECTIN Βιολογία Η adiponectin είναι λιποκίνη που εμφανίζει δομική ομολογία με μια οικογένεια πρωτεϊνών η οποία χαρακτηρίζεται από μια αμινοτελική περιοχή ομοιάζουσα με το κολλαγόνο και μια σφαιρική καρβοξυτελική περιοχή ομοιάζουσα με τον παράγοντα C1q του συμπληρώματος. Απαντά τόσο σε μορφή πλήρους μήκους, όσο και ως κλάσμα πρωτεολυτικής διάσπασης, που αποτελείται από τη σφαιρική καρβοξυτελική περιοχή και είναι γνωστό ως σφαιρική (globular) adiponectin. Η λιποκίνη στη μορφή πλήρους μήκους απαντά ως τριμερές [χαμηλού μοριακού βάρους (LMW) adiponectin], ως εξαμερές αποτελούμενο από δύο τριμερή συνδεμένα με δισουλφιδικό δεσμό [μεσαίου μοριακού βάρους (MMW) adiponectin] και ως υψηλού μοριακού βάρους (HMW) 12 έως 18 μερές. Παρόλο που η σύνθεσή της γίνεται κυρίως από τα λιποκύτταρα, η adiponectin έχει βρεθεί πως επιπλέον εκφράζεται σε σκελετικά μυικά κύτταρα, μυοκαρδιακά και 100

102 ενδοθηλιακά κύτταρα (Εικόνα 57). Η συγκέντρωσή της στον ορό του ανθρώπου είναι αρκετά υψηλή (5 10 mg/ml) συγκρινόμενη με αυτή της λεπτίνης, η οποία κυκλοφορεί σε επίπεδα της τάξης ng/ml. Τα επίπεδά της adiponectin είναι σημαντικά ελαττωμένα σε άτομα με σπλαχνική παχυσαρκία, καθώς και σε καταστάσεις ινσουλινοαντίστασης όπως η μη αλκοολική λιπώδης διήθηση του ήπατος, η αθηροσκλήρωση και ο σακχαρώδης διαβήτης τύπου 2. Στις συγκεκριμένες περιπτώσεις, τα επίπεδα της λιποκίνης είναι αντιστρόφως ανάλογα της ινσουλινοαντίστασης (Scherer PE 1995, Pineiro R 2005, Waki H 2005, Arita Y 1999). Εικόνα 57. Πηγές παραγωγής και κυκλοφορούσες μορφές της adiponectin Υποδοχείς Σηματοδότηση Έχουν αναγνωριστεί δύο υποδοχείς της adiponectin, ο ADIPOR1 και ο ADIPOR2. Ο πρώτος εκφράζεται σε πολλούς ιστούς, ενώ ο ADIPOR2 κυρίως στο ήπαρ. Η globular adiponectin ενεργοποιεί κυρίως τον ADIPOR1, ενώ η ενεργοποίηση του ADIPOR2 σχετίζεται με την πλήρους μήκους μορφή της adiponectin. Επιπλέον, η T cadherin που 101

103 εκφράζεται σε πολλά είδη κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των ενδοθηλιακών και των λείων μυικών κυττάρων εμφανίζει και λειτουργία υποδοχέα για τις μεσαίου και μεγάλου μοριακού βάρους μορφές adiponectin, αλλά όχι για τη σφαιρική ή την τριμερή (χαμηλού μοριακού βάρους) μορφή της (Yamauchi T 2003, Hug C 2004). Η adiponectin, μέσω των υποδοχέων της, ενεργοποιεί τον PPARα, την AMPK και την p38 MAPK, προκειμένου να εκδηλώσει τις δράσεις της (Εικόνες 58 59). Εικόνα 58. Τα μονοπάτια που συμμετέχουν στη μεταγωγή σήματος από τους υποδοχείς της adiponectin και η αλληλεπίδραση με υποδοχείς άλλων ορμονών Η AMPK αποτελεί ένα συντηρημένο εξελικτικά μόριο για την αντίληψη της ενεργειακής κατάστασης του κυττάρου, με σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της ενεργειακής ισορροπίας. Συμμετέχει στη ρύθμιση της πρόσληψης τροφής, του σωματικού βάρους και της ομοιόστασης της γλυκόζης και των λιπιδίων. Η AMPK αυξάνει την ευαισθησία του 102

104 κυττάρου τόσο στην ινσουλίνη, όσο και στις TZDs. Η πλήρους μήκους adiponectin διεγείρει τη φωσφορυλίωση και ενεργοποίηση της AMPK στα ηπατικά κύτταρα, ενώ η σφαιρική adiponectin εκδηλώνει αυτή τη δράση επιπλέον και στο σκελετικό μυ. Πειράματα αποδεικνύουν πως η ενεργοποίηση της AMPK είναι υπεύθυνη για τη χρησιμοποίηση της γλυκόζης από αυτά τα κύτταρα. Επίσης, η σηματοδότηση μέσω AMPK (Yamauchi T 2002a, Kahn BB προστατεύει τα μυοκαρδιακά κύτταρα από απόπτωση 2005). Εικόνα 59. Μοριακοί μηχανισμοί δράσης της adiponectin μέσω των υποδοχέων AdipoR1 και AdipoR2 Λειτουργίες Με την πραγμάτωση ήδη των πρώτων μελετών αποδείχθηκε πως η adiponectin ασκεί αντιφλεγμονώδη δράση στα ενδοθηλιακά κύτταρα, αναστέλλοντας την έκφραση μορίων προσκόλλησης που επάγεται από τον TNFα. Επιπλέον, πειραματόζωα με ανεπαρκή παραγωγή adiponectin 103

105 παρουσίαζαν υψηλότερα επίπεδα έκφρασης TNFα στο λιπώδη ιστό και υψηλότερα επίπεδα κυκλοφορούντος TNFα συγκριτικά με εκείνα που δεν είχαν ανεπάρκεια της λιποκίνης. Η adiponectin έχει βρεθεί ότι αναστέλλει την ενεργοποίηση του NF κβ (Εικόνα 60) στα ενδοθηλιακά κύτταρα. Επίσης, παρεμποδίζει τη λειτουργία των μακροφάγων, καθώς ελαττώνει τη φαγοκυτταρική τους ικανότητα και την παραγωγή TNFα μετά από διέγερση με ενδοτοξίνη (LPS). Εικόνα 60. Η επίδραση της adiponectin στις φλεγμονώδεις κυτταροκίνες και η μεταβολική της δράση Βέβαια, υπάρχουν δεδομένα που υποδεικνύουν και φλεγμονώδη ρόλο για κάποιες μορφές adiponectin. Έτσι, η HMW adiponectin έχει αποδειχθεί πως ενισχύει την παραγωγή IL 8 (CXCL 8) σε μακροφάγα. Τόσο η LMW, όσο και η HMW adiponectin εμφανίζουν παρόμοιες 104

106 δράσεις σε μονοκύτταρα, όπως η επαγωγή της απόπτωσης, η ενεργοποίηση της AMPK και η καταστολή της έκφρασης των scavenger receptors στα μακροφάγα. Τέλος, η HMW μορφή μπορεί να αυξήσει την έκκριση IL 6 από μονοκύτταρα. Αντίθετα, η LMW adiponectin ελαττώνει την παραγωγή IL 6 ως απάντηση σε διέγερση με LPS και επάγει τη (Yokota T 2000, σύνθεση IL 10, εκδηλώνει επομένως αντιφλεγμονώδη δράση Ouchi N 1999, Wolf AM 2004, Yamaguchi N 2005, Neumeier M 2006). Η χορήγηση adiponectin σε παχύσαρκα ζώα ελαττώνει την υπεργλυκαιμία και τα επίπεδα των ελεύθερων λιπαρών οξέων στο πλάσμα και βελτιώνει την ινσουλινοευαισθησία. Επιπλέον, πειραματόζωα με ανεπάρκεια adiponectin αναπτύσσουν ινσουλινοαντίσταση όταν η διατροφή είναι υψηλή σε λιπαρά και σακχαρόζη. Η adiponectin διεγείρει τη β οξείδωση στα ηπατικά κύτταρα και ελαττώνει την έκφραση του SREBP 1c, ο οποίος αποτελεί βασικό μεταγραφικό παράγοντα ελέγχου της έκφρασης γονιδίων που κωδικοποιούν μεσολαβητές της σύνθεσης λιπιδίων. Η έκτοπη έκφραση adiponectin ελαττώνει την ανάπτυξη παχυσαρκίας που σχετίζεται με τη διατροφή και βελτιώνει την ινσουλινοευαισθησία. Τα παραπάνω πειραματικά δεδομένα υποδεικνύουν την καθοριστική θέση της (Shklyaev S 2003, Berg AH adiponectin στη ρύθμιση της ινσουλινοευαισθησίας 2002). Επίσης, η adiponectin, σηματοδοτώντας υπέρ της επιβίωσης των μυοκαρδιακών κυττάρων μέσω της AMPK, προστατεύει το μυοκάρδιο από πιθανή βλάβη. Ισχαιμία και επαναιμάτωση σε πειραματόζωα με ανεπάρκεια adiponectin οδηγεί σε μεγάλης έκτασης έμφρακτο, υψηλό ρυθμό απόπτωσης των μυοκαρδιακών κυττάρων και αυξημένη έκφραση 105

107 TNFα, σε σχέση με τα φυσιολογικά για τη λιποκίνη πειραματόζωα. Εξωγενής χορήγηση της adiponectin οδήγησε σε περιορισμό των παραπάνω φαινομένων και στις δύο κατηγορίες πειραματοζώων. Ακόμη, η adiponectin ενδέχεται να συμμετέχει στην παθοφυσιολογία της αθηροσκλήρωσης. Πειραματικά δεδομένα αποδεικνύουν πως προφυλάσσει από το σχηματισμό νεόπλαστου έσω χιτώνα (neointima) μετά από τραυματισμό των αγγείων (Εικόνα 61). Επίσης, η adiponectin περιορίζει την αθηρογένεση στην περίπτωση ανεπαρκούς σύνθεσης ApoE απολιποπρωτεΐνης. Οι πειραματικές αυτές παρατηρήσεις συνάδουν με την κλινική παρατήρηση πως χαμηλά επίπεδα adiponectin (Shibata R 2005, Okamoto Y 2002, συσχετίζονται με ανάπτυξη αθηροσκλήρωσης Kawano T 2005). Εικόνα 61. Η adiponectin αναστέλλει το σχηματισμό νεόπλαστου έσω χιτώνα μετά από τραυματισμό του ενδοθηλίου, δρώντας προστατευτικά έναντι της αθηροσκλήρωσης Τέλος, η adiponectin διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην καταστολή της δραστηριότητας των μακροφάγων όχι μόνο στο λιπώδη ιστό, αλλά 106

108 και σε άλλους ιστούς, όπως στο ήπαρ. Η ελαττωμένη σύνθεση της λιποκίνης, που παρατηρείται στην παχυσαρκία, ενδέχεται να απορρυθμίζει τον έλεγχο και την αναστολή της έκφρασης φλεγμονωδών κυτταροκινών και επομένως να οδηγεί στην αυξημένη σύνθεση φλεγμονωδών μεσολαβητών. Η κατανόηση του μηχανισμού ελάττωσης της παραγωγής adiponectin στην παχυσαρκία και της επακόλουθης επίδρασης στην παραγωγή φλεγμονωδών κυτταροκινών θα εμπλουτίσει σημαντικά τις γνώσεις μας σχετικά με το ρόλο της συγκεκριμένης λιποκίνης (Neumeier M 2006, Lara Castro C 2007). Ρύθμιση Ο TNFα καταστέλλει την έκφραση της adiponectin σε κυτταρικές σειρές λιποκυττάρων, γεγονός που εξηγεί την παρατηρούμενη ελάττωση των επιπέδων της λιποκίνης στον ορό παχύσαρκων ατόμων. Η έκφραση της adiponectin ρυθμίζεται και από άλλους φλεγμονώδεις μεσολαβητές, όπως η IL 6, η οποία καταστέλλει τη μεταγραφή και τη μετάφραση της adiponectin σε σειρές λιποκυττάρων. Η απώλεια βάρους επάγει ισχυρά τη σύνθεση adiponectin. Επίσης, η σύνθεση της λιποκίνης επάγεται από την ενεργοποίηση του PPARγ από τους αγωνιστές του, τις θειαζολιδινοδιόνες (TZDs) οι οποίες αποτελούν σημαντικά φάρμακα για τη θεραπεία του σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Τα επίπεδα της adiponectin επηρεάζονται και από άλλους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων του φύλου, της ηλικίας και του τρόπου ζωής (Fasshauer M 2003, Bruun JM 2003). 107

109 VISFATIN Βιολογία Κατά την αναζήτηση γονιδίων που εκφράζονται εκλεκτικά στο λιπώδη ιστό το 2005, αποκαλύφθηκε πως ο παράγοντας PBEF (pre B cell colony enhancing factor), αυξητικός παράγοντας των πρώιμων B λεμφοκυττάρων ο οποίος ήταν γνωστό ότι συντίθεται στο μυελό των οστών, το ήπαρ και το σκελετικό μυ εκφράζεται σε υψηλά επίπεδα στον ανθρώπινο σπλαχνικό λιπώδη ιστό. Έτσι ο PBEF πλέον αναφέρεται και ως visfatin (από το visceral fat). Το mrna της visfatin αυξάνει σημαντικά κατά την in vitro διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων σε ώριμα λιποκύτταρα και η συγκεκριμένη αύξηση ακολουθείται από έκκριση visfatin στο θρεπτικό υλικό. Επιπλέον, τα επίπεδα της λιποκίνης στο πλάσμα συσχετίζονται θετικά με τη μάζα του σπλαχνικού λίπους. Σε πειραματικό ζωικό μοντέλο παχυσαρκίας, ινσουλινοαντίστασης και σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 (KKAy ποντίκια), τα επίπεδα visfatin στο πλάσμα αυξάνουν κατά την ανάπτυξη παχυσαρκίας. Η αύξηση της visfatin στο πλάσμα συνοδεύεται από αύξηση του mrna της λιποκίνης στο σπλαχνικό λιπώδη ιστό, αλλά όχι και στο ήπαρ ή στον υποδόριο λιπώδη ιστό. Επίσης, τα επίπεδα visfatin πλάσματος είναι δύο φορές υψηλότερα σε παχύσαρκα λόγω διατροφής ποντίκια, σε σχέση με τα λεπτά πειραματόζωα. Αντίθετα με την ινσουλίνη, τα επίπεδα της λιποκίνης δε μεταβάλλονται άμεσα μετά από γεύμα. Η ενδοφλέβια χορήγηση visfatin ελαττώνει τη γλυκόζη του πλάσματος, χωρίς να επηρεάζει τη συγκέντρωση της ινσουλίνης, γεγονός που υποδεικνύει άμεση υπογλυκαιμική δράση της visfatin, χωρίς διέγερση της έκκρισης ινσουλίνης (Fukuhara A 2005). 108

110 Υποδοχέας Μονοπάτι Η visfatin μιμείται in vitro ορισμένες δράσεις της ινσουλίνης, όπως η διέγερση της πρόσληψης γλυκόζης από λιποκύτταρα και μυικά κύτταρα και η αναστολή της απελευθέρωσης γλυκόζης από ηπατικά κύτταρα. Οι συγκεκριμένες δράσεις επιτυγχάνονται με τη σύνδεση της visfatin στον ινσουλινοϋποδοχέα, σε περιοχή διαφορετική από αυτή της ινσουλίνης (Εικόνα 62). Εικόνα 62. Η visfatin εκδηλώνει τη δράση της συνδεόμενη στον ινσουλινουποδοχέα Στη συνέχεια η visfatin διεγείρει τη φωσφορυλίωση του συγκεκριμένου υποδοχέα και των υποστρωμάτων του (insulin receptor substrates) IRS 1 και IRS 2, την πρόσδεση της PI3K στα IRS 1 και IRS 2 και τη φωσφορυλίωση των κινασών Akt και MAPK που βρίσκονται στη 109

111 συνέχεια του σηματοδοτικού μονοπατιού της ινσουλίνης (Εικόνα 63) (Fukuhara A 2005). Εικόνα 63. Τα σηματοδοτικά μονοπάτια που ενεργοποιεί η ινσουλίνη συνδεόμενη στον υποδοχέα της και η υποθετική θέση σύνδεσης της visfatin Λειτουργίες Καταρχήν, η visfatin μιμείται τη δράση της ινσουλίνης, οδηγώντας σε υπογλυκαιμικό αποτέλεσμα. Επιπλέον, διεγείρει τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων σε ώριμα λιποκύτταρα, επάγει τη συσσώρευση τριγλυκεριδίων, επιταχύνει τη σύνθεση τριγλυκεριδίων από τη γλυκόζη και επάγει την έκφραση γονιδίων που κωδικοποιούν ειδικούς δείκτες του λιπώδους ιστού, όπως ο PPARγ, η συνθάση των λιπαρών οξέων και η adiponectin (Fukuhara A 2005). Υπάρχουν δεδομένα που υποδεικνύουν πως η visfatin εμπλέκεται στη ρύθμιση της ομοιόστασης της γλυκόζης (Εικόνα 64). Παρόλο που η συγγένεια της visfatin για τον υποδοχέα είναι παρόμοια με αυτή της ινσουλίνης, τα επίπεδα visfatin πλάσματος 110

112 αντιστοιχούν στο 10% περίπου των επιπέδων ινσουλίνης σε κατάσταση νηστείας και 3% αυτών μετά από λήψη τροφής. Επομένως, η συνεισφορά της ενδογενούς visfatin στη διατήρηση ευγλυκαιμίας είναι σχετικά μικρή. Εικόνα 64. Η visfatin με τη σύνδεση στον ινσουλινοϋποδοχέα αφενός επάγει την πρόσληψη γλυκόζης από τα λιποκύτταρα και τα σκελετικά μυικά κύτταρα και αφετέρου αυξάνει τη λιπογένεση. Η αυξημένη σύνθεση visfatin που σχετίζεται με την παχυσαρκία ενδέχεται να είναι μία αντισταθμιστική αντίδραση με σκοπό τη διατήρηση ευγλυκαιμίας (Εικόνα 65). Η αυξημένη σύνθεση της λιποκίνης δεν παρατηρείται σε όλα τα ζωικά μοντέλα παχυσαρκίας, καθώς σε πολυγονιδιακό μοντέλο μεταβολικού συνδρόμου (WOKW rats) δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στην έκφραση του γονιδίου της μεταξύ σπλαχνικού και υποδορίου λίπους των παχύσαρκων και των λεπτών ζώων (Fukuhara A 2005, Kloting N 2005). 111

113 Στον άνθρωπο, τα επίπεδα visfatin του πλάσματος συσχετίζονται σημαντικά με την εκατοστιαία περιεκτικότητα του σώματος σε λίπος, το δείκτη μάζας σώματος, και τα επίπεδα mrna visfatin στο σπλαχνικό λιπώδη ιστό, αλλά όχι με τη μάζα του σπλαχνικού λίπους ή το λόγο περιφέρειας μέσης προς ισχία. Καμία συσχέτιση δεν παρατηρήθηκε μεταξύ αφενός των επιπέδων visfatin πλάσματος και αφετέρου των επιπέδων ινσουλίνης νηστείας, των επιπέδων γλυκόζης νηστείας και της ινσουλινοευαισθησίας σε μη διαβητικά άτομα. Εικόνα 65. Η διαφοροποίηση της δράσης της visfatin σε λεπτά και παχύσαρκα άτομα. Τα επίπεδα visfatin πλάσματος φαίνεται πως είναι αυξημένα σε ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 σε σχέση με νορμογλυκαιμικούς μάρτυρες. Πάντως, δεν είναι σαφές αν τα υψηλότερα επίπεδα visfatin σχετίζονται με το σακχαρώδη διαβήτη ή με τη μεγαλύτερη ποσότητα σπλαχνικού λίπους στους διαβητικούς 112

114 ασθενείς. Τέλος, τα επίπεδα κυκλοφορούσας visfatin είναι υψηλότερα σε ασθενείς με ρευματοειδή αρθρίτιδα σε σχέση με υγιείς (Hammarstedt A 2006, Berndt J 2005, Chen MP 2006, Otero M 2006). Ρύθμιση Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη σύνθεση της visfatin. Σε καλλιέργειες λιποκυττάρων, τα γλυκοκορτικοειδή επάγουν τη σύνθεση της visfatin, ενώ ο TNFα, η IL 6, η αυξητική ορμόνη και οι αγωνιστές των β αδρενεργικών υποδοχέων έχουν αντίθετο αποτέλεσμα. Η 11β HSD (11β αφυδρογονάση των υδροξυστεροειδών) είναι το ένζυμο του λιπώδους ιστού που μετατρέπει την ανενεργό κορτιζόνη σε κορτιζόλη. Επομένως, κατά την παχυσαρκία, η αυξημένη ποσότητα ενεργών γλυκοκορτικοειδών ενδέχεται να συνεισφέρει στην αυξημένη έκφραση της visfatin. Δεν είναι σαφές με ποιο τρόπο οι PPARγ αγωνιστές επιδρούν στα επίπεδα της visfatin, καθώς η troglitazone καταστέλλει την έκφραση του γονιδίου της visfatin, ενώ η rosiglitazone και η pioglitazone τη διεγείρουν. Πάντως τα πειραματικά δεδομένα ενδέχεται να οφείλονται και σε άλλες (μεταβολικές, αντιοξειδωτικές κτλ.) δράσεις των συγκεκριμένων ουσιών και δεν έχουν επιβεβαιωθεί από κλινικές μελέτες. Τέλος, η fenofibrate, που είναι PPARα αγωνιστής, αυξάνει τη (Kralisch S 2005a,b, visfatin σε πειραματικό μοντέλο παχυσαρκίας (OLETF rats) Choi KC 2005, Hammarstedt A 2006). APELIN Βιολογία Η apelin οφείλει το όνομά της στο ακρωνύμιο APJ endogenousligand, δηλαδή στην ιδιότητά της να διεγείρει τον «ορφανό» ως το 113

115 1998 υποδοχέα με 7 διαμεμβρανικές περιοχές APJ, ο οποίος εμφανίζει μεγάλη ομολογία με τον AT1 υποδοχέα της αγγειοτενσίνης II. Η λιποκίνη αρχικά απομονώθηκε ως πεπτίδιο μήκους 36 αμινοξέων, περιεχόμενο σε γαστρικό ομογενοποίημα. Η apelin εκφράζεται στο κεντρικό νευρικό σύστημα και σε περιφερικούς ιστούς, όπως η καρδιά, οι πνεύμονες και οι μαζικοί αδένες. Μάλιστα, η εκτεταμένη έκφρασή της στους περιφερικούς ιστούς σχετίζεται με τη σύνθεση της apelin από τα ενδοθηλιακά κύτταρα των αγγείων (Kleinz MJ 2004, Tatemoto K 1998, Lee DK 2000). Στον άνθρωπο, το γονίδιο της apelin εντοπίζεται στο μεγάλο βραχίονα του Χ χρωμοσώματος και κωδικοποιεί ένα προ προ πεπτίδιο μήκους 77 αμινοξέων. Παρόλο που το αρχικό πεπτίδιο που απομονώθηκε ήταν μήκους 36 αμινοξέων, η apelin 13 και η apelin 17 εκδηλώνουν ακόμη πιο ισχυρή δράση από την apelin 36. Η apelin 36 είναι το πλέον άφθονο πεπτίδιο που προέρχεται από την pre pro apelin. Επίσης, σε ανθρώπινους και ζωικούς ιστούς ανιχνεύονται σημαντικά ποσά apelin 13, η οποία περιέχει ένα αμινοτελικό υπόλειμμα πυρογλουταμικού. Η μεταμεταφραστική αυτή τροποποίηση του γλουταμικού προστατεύει το πεπτίδιο από ενζυματική διάσπαση, ενώ δεν επηρεάζει τη βιολογική του δράση. Η apelin κυκλοφορεί στο πλάσμα σε συγκεντρώσεις της τάξης των picomol/l, με κύριο κυκλοφορούν πεπτίδιο την apelin 13 και σε μικρότερο βαθμό την apelin 17. Θεωρείται πως ασκεί τη δράση της κυρίως με παρακρινή τρόπο. Ο μεταβολισμός της γίνεται από το ένζυμο ACE2 (angiotensin converting enzyme 2), το οποίο απενεργοποιεί τις apelin 13 και apelin 36 αποκόπτοντας το καρβοξυτελικό υπόλειμμα φαινυλαλανίνης. Η βιολογική δράση των πεπτιδίων είναι αντιστρόφως ανάλογη του μήκους τους, με την apelin 36 να είναι η λιγότερο δραστική και την apelin 13 να 114

116 είναι η δραστικότερη. Ακόμη, η apelin 12 (12 καρβοξυτελικά αμινοξέα της pre pro apelin) είναι περισσότερο δραστική, αλλά δεν συντίθεται in vivo (Εικόνα 66) (Lee DK 2000, Tatemoto K 1998, Lee DK 2005). Τα λιποκύτταρα και το αγγειακό στρωματικό κλάσμα του λιπώδους ιστού έχουν επίσης αναγνωριστεί ως πηγές σύνθεσης apelin. Σε πειραματόζωα δεν εμφανίζεται διαφορά στην έκφρασή της μεταξύ υποδόριου και σπλαχνικού λιπώδους ιστού, ενώ η λιποκίνη εκφράζεται περισσότερο στο λευκό από το φαιό λιπώδη ιστό. Επιπλέον, η σύνθεσή της αυξάνεται κατά τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων, ενώ εκκρίνεται σε σημαντικά ποσά από τα ώριμα λιποκύτταρα. Επίσης,η έκφραση apelin και τα επίπεδά της στο πλάσμα είναι αυξημένα σε μοντέλα παχυσαρκίας με υπερινσουλιναιμία και υπεργλυκαιμία. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει την επίδραση της ινσουλίνης στα επίπεδα apelin, αλλά και τη σπουδαιότητα του λιπώδους ιστού ως πηγή της apelin πλάσματος (Boucher J 2005). Εικόνα 66. Σύνθεση και μεταβολισμός των πεπτιδίων της apelin. Με σκίαση επισημαίνονται τα βιολογικά δραστικά πεπτίδια. QC: γλουταμινική κυκλάση, ACE2: μετατρεπτικό ένζυμο της αγγειοτενσίνης 2, Phe: φαινυλαλανίνη, P Glu: πυρογλουταμινικό υπόλειμμα 115

117 Υποδοχέας Ο APJ υποδοχέας της apelin είναι ένας υποδοχέας με 7 διαμεμβρανικά τμήματα που συνδέεται με G πρωτεΐνες και παρά τη δομική του ομοιότητα με τον AT1, δεν εμφανίζει συγγένεια για την αγγειοτενσίνη II. Εκφράζεται στον εγκέφαλο και σχεδόν σε όλους τους περιφερικούς ιστούς. Συγκεκριμένα, εντοπίζεται σε ενδοθηλιακά κύτταρα των ενδομυοκαρδιακών, νεφρικών, πνευμονικών και επινεφριδιακών αγγείων και στα ενδοθηλιακά κύτταρα του ενδοκαρδίου. Επίσης, σε μικρότερο βαθμό εκφράζεται στα μυοκαρδιακά και στα λεία μυικά κύτταρα των αγγείων. Στον εγκέφαλο εκφράζεται σημαντικά σε νευρογλοιακά κύτταρα της λευκής ουσίας. Επίσης, ο APJ εκφράζεται σε ενεργοποιημένα μονοπύρηνα του περιφερικού αίματος και δρα σαν συνυποδοχέας του CD4 για την είσοδο του HIV (human immunodeficiency virus) σε κύτταρα που εκφράζουν και τους δύο υποδοχείς (Kleinz MJ 2005a,b). Λειτουργίες Η apelin εμφανίζει ισχυρή αγγειοδιασταλτική δράση, ισχυρότερη από τους ανταγωνιστές ασβεστίου, τη νιτρογλυκερίνη και την υδραλαζίνη. Επομένως, η λιποκίνη έχει υποτασικό αποτέλεσμα, κυρίως προκαλώντας φλεβοδιαστολή και ελαττώνοντας το προφορτίο και λιγότερο προκαλώντας διαστολή των αρτηριδίων και ελάττωση των περιφερικών αντιστάσεων. Το υποτασικό αποτέλεσμα της apelin οφείλεται σε φωσφορυλίωση της enos (ενδοθηλιακή συνθάση του NO) από την PKB/Akt και αύξηση της παραγωγής NO από το ενδοθήλιο. Αντίθετα, άμεση επίδραση της λιποκίνης στα λεία μυικά κύτταρα του 116

118 (Ishida J 2004, Cheng X 2003, αγγειακού τοιχώματος προκαλεί αγγειοσύσπαση Tatemoto K 2001). Σημαντικές παρατηρήσεις έχουν οδηγήσει στην πεποίθηση πως η apelin κατέχει ρυθμιστικό ρόλο στη διαδικασία της αγγειογένεσης. Η υψηλή έκφρασή της apelin στο ενδοθήλιο των εμβρυικών αγγείων και η αύξηση της έκφρασης του APJ μόνο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των αγγείων συνηγορούν υπέρ ενός ρόλου της λιποκίνης στην αγγειογένεση. Τέλος, έχει βρεθεί πως η apelin 13 επάγει τον πολλαπλασιασμό των ενδοθηλιακών κυττάρων της ομφαλικής φλέβας μέσω σηματοδοτικής οδού που περιλαμβάνει την PI3K, την PKB/Akt, την PKC και τις ERK κινάσες (Masri B 2004). Η apelin κατατάσσεται μεταξύ των ουσιών με την ισχυρότερη θετική ινότροπη δράση. Αντίθετα με την αγγειακή της δράση, η αύξηση της συσταλτότητας του μυοκαρδίου δε μεσολαβείται από το NO. Πιθανόν το μονοπάτι της συγκεκριμένης δράσης περιλαμβάνει τις PKC (protein kinase C) και PLC (phospholipase C). Παρά την αύξηση της συσταλτότητας του μυοκαρδίου, η apelin δεν έχει σημαντική επίδραση στην καρδιακή παροχή, ίσως λόγω της ελάττωσης του προφορτίου που προκαλεί με τη φλεβοδιαστολή. Πάντως, η θετική ινότροπη δράση διατηρείται σε χρόνια χορήγηση της apelin, ενώ η αγγειοδιασταλτική της δράση φθίνει με την πάροδο του χρόνου. Επιπλέον, η apelin και ο APJ ελαττώνονται στο μυοκάρδιο όταν αυξάνεται το μηχανικό φορτίο, ενώ φαίνεται πως το σύστημα apelin APJ είναι σημαντικό για την αντιρρόπηση της καρδιακής ανεπάρκειας. Οι δύο πρωτεΐνες υπερεκφράζονται στο ανεπαρκούν μυοκάρδιο στα αρχικά στάδια καρδιακής ανεπάρκειας (I II κατά NYHA), ενώ η έκφρασή τους 117

119 ελαττώνεται σε επίπεδα παρόμοια με του φυσιολογικού μυοκαρδίου σε προχωρημένα στάδια (III IV κατά NYHA), υποδεικνύοντας πιθανό ρόλο του συστήματος στη βελτίωση της συσταλτότητας του ανεπαρκούντος μυοκαρδίου (Ashley EA 2005, Foldes G 2003). Η apelin και ο APJ εκφράζονται στον υπεροπτικό και στον παρακοιλιακό πυρήνα του υποθαλάμου, στις περιοχές όπου παράγονται η ωξυτοκίνη και η αντιδιουρητική ορμόνη. Έτσι, έχει διερευνηθεί η συμμετοχή της λιποκίνης στη ρύθμιση του ισοζυγίου ύδατος. Παρά τα αντικρουόμενα αποτελέσματα, οι παρατηρήσεις συγκλίνουν σε μία κεντρική διουρητική δράση της apelin, μέσω ελάττωσης της παραγωγής της ADH. Η δράση αυτή αναστέλλεται σε καταστάσεις στέρησης ύδατος και αύξησης της οσμωτικότητας του αίματος, οπότε καταστέλλεται η απελευθέρωση apelin. Επίσης, έχει μελετηθεί η επίδραση της λιποκίνης στην έκκριση και άλλων υποθαλαμικών ορμονών. Αναφέρεται, λοιπόν, πως η apelin δρώντας κεντρικά αυξάνει τα επίπεδα ACTH και κορτιζόλης στο πλάσμα, καταστέλλει τις FSH, LH, TSH και PRL, ενώ δεν επηρεάζει τη GH. Τέλος, πειραματικά έχει αποδειχθεί πως η apelin 13 διεγείρει την (De Mota N 2004, Taheri S 2002, Reaux Le απελευθέρωση CRH από τον υποθάλαμο Goazigo A 2007). Οι συγκεντρώσεις apelin στο πλάσμα μέτρια παχύσαρκων (BMI: kg/m 2 ) σε σχέση με μη παχύσαρκους μάρτυρες (BMI: kg/m 2 ) είναι περίπου διπλάσιες, ενώ σε περίπτωση νοσηρής παχυσαρκίας (BMI: 48±1 kg/m 2 ), τα επίπεδα apelin πλάσματος σχεδόν πενταπλασιάζονται. Επομένως, η apelin αποτελεί λιποκίνη που παράγεται σε σημαντικές ποσότητες από το λιπώδη ιστό. 118

120 Πιθανός ρόλος της apelin είναι η ρύθμιση της πρόσληψης τροφής. Παρότι τα αποτελέσματα των ερευνών είναι αντικρουόμενα, πιθανολογείται μια κεντρική ανορεκτική δράση της apelin. Επομένως, θεωρείται πως η λιποκίνη αυτή αποτελεί ένα επιπλέον σήμα αυξημένης μάζας του λιπώδους ιστού, με σκοπό την ελάττωση της πρόσληψης τροφής, όπως η λεπτίνη και η ινσουλίνη. Οι ομοιότητες της apelin με τη λεπτίνη δεν περιορίζονται σε αυτή τη δράση. Οι δύο λιποκίνες αυξάνουν τη θερμοκρασία του σώματος και την κινητική δραστηριότητα, δράσεις που σε συνδυασμό με την ελαττωμένη πρόσληψη τροφής συμβάλλουν στο αρνητικό ενεργειακό ισοζύγιο. Τέλος, η apelin αναστέλλει την επαγόμενη από τη γλυκόζη έκκριση (Boucher J 2005, Heinonen MV 2005, ινσουλίνης, όπως συμβαίνει και με τη λεπτίνη Jaszberenyi M 2004, Sorhede Winzell M 2005). Ρύθμιση Η ινσουλίνη κατέχει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της έκφρασης της apelin. Χαμηλά επίπεδα ινσουλίνης λόγω νηστείας ή σακχαρώδους διαβήτη συνοδεύονται από χαμηλή έκφραση της λιποκίνης στο λιπώδη ιστό και ελαττωμένα επίπεδα apelin στο πλάσμα. Η χορήγηση μιας μόνο δόσης ινσουλίνης αυξάνει την παραγωγή apelin από τα λιποκύτταρα, ενώ in vitro η ινσουλίνη επάγει με δοσοεξαρτώμενο τρόπο τη σύνθεση της λιποκίνης. Αντίθετα με την ινσουλίνη, τα επίπεδα γλυκόζης δε φαίνεται να επηρεάζουν τη σύνθεση της apelin (Boucher J 2005, Wei L 2005). ΑΛΛΕΣ ΛΙΠΟΚΙΝΕΣ Πληθώρα πρωτεϊνικών μορίων έχουν αναγνωριστεί μεταξύ των εκκριτικών προϊόντων του λιπώδους ιστού και ο κατάλογος των 119

121 λιποκινών διευρύνεται διαρκώς. Οι λιγότερο γνωστές λιποκίνες εμφανίζουν μεταβολικές και άλλες δράσεις, που καθιστούν αρκετές από αυτές σημαντικές στην παθοφυσιολογία του μεταβολικού συνδρόμου. Η vaspin είναι μία πρόσφατα αναγνωρισθείσα λιποκίνη με ινσουλινοευαισθητοποιό δράση. Αρχικά βρέθηκε πως εκκρίνεται κυρίως από το σπλαχνικό λιπώδη ιστό ενός ζωικού μοντέλου σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Στον άνθρωπο ανιχνεύεται τόσο στο σπλαχνικό, όσο και στον υποδόριο λιπώδη ιστό και συσχετίζεται θετικά με το δείκτη μάζας σώματος (BMI) και την εκατοστιάια περιεκτικότητα του σώματος σε λίπος. Είναι πιθανό η επαγωγή της έκφρασης της vaspin να ρυθμίζεται με διαφορετικό τρόπο σε κάθε αποθήκη λίπους και να σχετίζεται με παραμέτρους παχυσαρκίας, ινσουλινοαντίστασης και μεταβολισμού της γλυκόζης (Kloting N 2006). Η adrenomedullin είναι ένα πεπτίδιο με πολλές λειτουργίες που παράγεται και εκκρίνεται από διάφορους τύπους κυττάρων. Έχει αποδειχθεί η παραγωγή και η έκκρισή της και από το λιπώδη ιστό. Μάλιστα, οι φλεγμονώδεις κυτταροκίνες (TNFα και LPS) επάγουν ισχυρά την έκφραση adrenomedullin στα λιποκύτταρα. Η έκφρασή της στο λιπώδη ιστό, καθώς και τα επίπεδα πλάσματος, αυξάνουν κατά την παχυσαρκία. Πιθανόν ο ρόλος της adrenomedullin που εκκρίνεται από το λιπώδη ιστό αφορά στην αντιοξειδωτική και αγγειοδιασταλτική δράση της στην αντιμετώπιση των επιπλοκών του μεταβολικού συνδρόμου (Li Y 2007). Η zinc a2 γλυκοπρωτεΐνη (ZAG) είναι γλυκοπρωτεΐνη που συντίθεται από συγκεκριμένους κακοήθεις όγκους και έχει χρησιμοποιηθεί ως καρκινικός δείκτης. Η πρωτεΐνη αυτή συμμετέχει στην εμφάνιση 120

122 καχεξίας, μέσω ενεργοποίησης της λιπόλυσης διαμέσου των β 3 αδρενεργικών υποδοχέων. Πρόσφατα αποδείχθηκε ότι η ZAG συντίθεται τόσο στο λευκό, όσο και στο φαιό λιπώδη ιστό. Με βάση το γεγονός ότι ευθύνεται εν μέρει για την εξάντληση του λίπους στην καρκινική καχεξία, θεωρείται πως παίζει τοπικό ρυθμιστικό ρόλο στη λιπόλυση. Η έκφραση της ZAG στα ανθρώπινα λιποκύτταρα διεγείρεται από τους PPARγ αγωνιστές και καταστέλλεται από τον TNFα. Η υπερέκφραση της ZAG αναφέρεται πως αυξάνει τα επίπεδα mrna της adiponectin, υποδεικνύοντας πιθανή συσχέτιση μεταξύ των δύο λιποκινών (Bing C 2004). Η omentin είναι μία πρωτεΐνη που εκφράζεται και εκκρίνεται από το σπλαχνικό, αλλά όχι από τον υποδόριο λιπώδη ιστό και προάγει την ινσουλινοευαισθησία στα ανθρώπινα λιποκύτταρα. Απαντά σε δύο ισομορφές. Τα επίπεδα omentin πλάσματος συσχετίζονται αντίστροφα με το BMI, την περιφέρεια μέσης, τα επίπεδα λεπτίνης και την ινσουλινοαντίσταση. Ελαττωμένα επίπεδα omentin συσχετίζονται με αυξανόμενη τάση για παχυσαρκία και αντίσταση στην ινσουλίνη. Επομένως, η λιποκίνη πιθανόν να έχει προγνωστική αξία για τις μεταβολικές συνέπειες και τις σχετιζόμενες με την παχυσαρκία επιπλοκές (de Souza Batista CM 2007). Η chemerin είναι μία πρωτεΐνη που εκκρίνεται από το λιπώδη ιστό και συνδεόμενη στον υποδοχέα της (chemerinr ή CMKLR1) ρυθμίζει τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος. Επιπλέον, επηρεάζει τη λειτουργία του λιπώδους ιστού με αυτοκρινή και παρακρινή μηχανισμό, καθώς ο υποδοχέας της εκφράζεται τόσο σε λιποκύτταρα, όσο και σε κύτταρα του στρώματος του λιπώδους ιστού. Τα επίπεδα των δύο 121

123 πρωτεϊνών (chemerin και chemerinr) αυξάνουν σημαντικά κατά τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων σε λιποκύτταρα και είναι επίσης αυξημένα σε ζωικό μοντέλο παχυσαρκίας και σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Επιπλέον η chemerin επάγει τη φωσφορυλίωση των ERK1/2 (Roh SG 2007, κινασών και τη λιπόλυση σε διαφοροποιημένα λιποκύτταρα Bozaoglu K 2007). Η cartonectin (CORS 26) είναι μία πρωτεΐνη που περιέχει αλληλουχίες παρόμοιες με το κολλαγόνο και εκτός από το χόνδρο, όπου αρχικά περιγράφηκε, παράγεται και από τα ώριμα λιποκύτταρα. Η ανασυνδυασμένη cartonectin επάγει την έκκριση adiponectin και resistin και επομένως είναι πιθανόν να εμπλέκεται σε μεταβολικά και ανοσολογικά μονοπάτια. Τέλος, η μεταλλοθειονίνη είναι μια λιποκίνη με δράση στο stress και στην ανοσολογική απόκριση, ενώ η μονοβουτυρίνη αποτελεί ακόμη μια λιποκίνη με αγγειοδιασταλτική δράση, που εκδηλώνεται κυρίως στα αγγεία της μικροκυκλοφορίας (Schaffler A 2007, Ronti T 2006). ΑΛΛΑ ΕΚΚΡΙΤΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ Τα γλυκοκορτικοειδή διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση του μεταβολισμού, της κατανομής και των λειτουργιών του λιπώδους ιστού. Το μεταβολικό σύνδρομο, που περιλαμβάνει κεντρική παχυσαρκία, ινσουλινοαντίσταση, σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 και δυσλιπιδαιμία, εμφανίζει ομοιότητες με το σύνδρομο Cushing. Από την άλλη πλευρά, στις συνηθέστερες μορφές παχυσαρκίας δεν παρατηρούνται αυξημένα επίπεδα των κυκλοφορούντων γλυκοκορτικοειδών. Σημαντικό σταθμό στην κατανόηση του ρόλου των γλυκοκορτικοειδών στις συχνότερες μορφές παχυσαρκίας αποτέλεσε η 122

124 ανακάλυψη ότι ο λιπώδης ιστός εκφράζει το ένζυμο 11β HSD. Το συγκεκριμένο ένζυμο καταλύει τη μετατροπή της ανενεργού κυκλοφορούσας κορτιζόνης σε βιολογικά δραστική κορτιζόλη τοπικά στο λιπώδη ιστό και ευθύνεται για την επακόλουθη ενίσχυση των ενδοκυττάριων επιπέδων των γλυκοκορτικοειδών. Η έκφρασή του στο λιπώδη ιστό, ειδικά στις σπλαχνικές αποθήκες λίπους, είναι συχνά αυξημένη σε παχύσαρκα άτομα. Παρατηρήσεις σε ζωικά μοντέλα αποδεικνύουν πως η υπερέκφραση της 11β HSD στο λιπώδη ιστό οδηγεί στην εμφάνιση όλων των εκδηλώσεων του μεταβολικού συνδρόμου, ενώ η απαλοιφή του γονιδίου του ενζύμου ελαττώνει τη συσσώρευση σπλαχνικού λίπους και προστατεύει από την εμφάνιση μεταβολικών δυσλειτουργιών. Τα στοιχεία αυτά υποδεικνύουν το ένζυμο 11β HSD ως πιθανό θεραπευτικό στόχο για την πρόληψη του μεταβολικού συνδρόμου (Morton NM 2004, Masuzaki H 2003). Τα ελεύθερα μη εστεροποιημένα λιπαρά οξέα (FFAs free fatty acids) απαντούν σε αυξημένα επίπεδα στο πλάσμα παχύσαρκων ατόμων, με κύρια πηγή το σπλαχνικό λιπώδη ιστό. Οι συγκεντρώσεις τους ρυθμίζονται κυρίως από τις κατεχολαμίνες που προάγουν τη λιπόλυση και την ινσουλίνη που προάγει τη λιπογένεση. Μέσω της λιπόλυσης απελευθερώνονται αρκετά μεγάλες ποσότητες ελεύθερων λιπαρών οξέων, ειδικά στην κατάσταση της παχυσαρκίας. Επομένως, τα FFAs θεωρούνται σημαντικά εκκριτικά προϊόντα του λιπώδους ιστού. Τα υψηλά επίπεδα FFAs αποτελούν σήμα για έκκριση ινσουλίνης από τα β κύτταρα του παγκρέατος. Πρέπει να σημειωθεί πως τα εμμένοντα υψηλά επίπεδα έχουν τοξική δράση και οδηγούν τα β κύτταρα σε απόπτωση. Επίσης, τα αυξημένα επίπεδα FFAs εμπλέκονται στην 123

125 ινσουλινοαντίσταση στους μύες και στο ήπαρ, πιθανόν μέσω ενδοκυττάριων μεταβολιτών τους (Εικόνα 67). Εικόνα 67. Οι δράσεις των ελεύθερων λιπαρών οξέων στο ήπαρ, στους σκελετικούς μύες, στο λιπώδη ιστό και στα β κύτταρα του παγκρέατος Επιπλέον, τα ελεύθερα λιπαρά οξέα ενδέχεται να συμβάλλουν στον αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο που παρατηρείται σε καταστάσεις ινσουλινοαντίστασης, πιθανόν προάγοντας το οξειδωτικό stress και αυξάνοντας τα επίπεδα φλεγμονωδών κυτταροκινών, αλλά και (Nielsen S 2004, Lupi R επηρεάζοντας τη φυσιολογική λειτουργία των αγγείων 2002, Shankar SS 2005). 124

126 ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΚΑΙ ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ ΟΡΙΣΜΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (WHO) η παχυσαρκία ορίζεται ως περίσσεια βάρους για ένα δεδομένο ύψος, υιοθετώντας την έννοια του δείκτη μάζας σώματος BMI : βάρος σε Kg / (ύψος σε m) 2. Με τη χρήση του BMI, φυσιολογικό θεωρείται το βάρος ενός ατόμου όταν ο BMI κυμαίνεται μεταξύ 18,50 και 24,99, ενώ υπέρβαροι θεωρούνται όσοι έχουν BMI 25 και παχύσαρκοι, με 3 περαιτέρω διαβαθμίσεις, όσοι έχουν BMI 30. Βέβαια, η παχυσαρκία μπορεί να γίνει καλύτερα αντιληπτή και ως αυξημένη adiposity («λιπαρότητα»), δηλαδή ως αυξημένη σε σχέση με το φυσιολογικό σύνθεση του σώματος σε λίπος, που προϋποθέτει αυξημένη μάζα του λιπώδους ιστού (WHO Consultation 1999, Cinti S 2005). ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΤΗΝ ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ Κατά την παχυσαρκία, ποικίλες αλλαγές λαμβάνουν χώρα στο λιπώδη ιστό. Οι τελευταίες αφορούν σε δομικές και λειτουργικές παραμέτρους του ιστού. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η μελέτη των μεταβολών σε σχέση με την επίδρασή τους στη «βασική» (στατική) κατάσταση του λιπώδους ιστού ή στη ρύθμιση φυσιολογικών λειτουργιών. Επίσης, σημαντικό είναι αν οι μεταβολές είναι αναστρέψιμες ή όχι με την απώλεια βάρους και αν παρατηρούνται σε όλες τις διαφορετικές αποθήκες λίπους και στα διαφορετικά μοντέλα παχυσαρκίας. 125

127 Μεταβολές εκτός λιπώδους ιστού Αξιοσημείωτες είναι οι κύριες μεταβολές που συμβαίνουν σε άλλους ιστούς εκτός του λιπώδους στην κατάσταση της παχυσαρκίας. Έτσι, η ινσουλινοαντίσταση που παρατηρείται στην παχυσαρκία συσχετίζεται με αυξημένη συχνότητα λιπώδους διήθησης του ήπατος. Αυξημένη περιεκτικότητα σε λίπος παρατηρείται και στους σκελετικούς μύες, ενώ στα περισσότερα όργανα υπάρχει σημαντική αύξηση των λιποκυττάρων (Scheen AJ 2002). Μακροσκοπικές αλλαγές του λιπώδους ιστού Στην παχυσαρκία, οι περισσότερες αποθήκες λίπους αποκτούν αισθητά μεγαλύτερο μέγεθος. Στον άνθρωπο αυτό εκδηλώνεται ως τάση αύξησης του λόγου περιφέρειας μέσης προς περιφέρεια ισχίων (waist to hip ratio). Το τελευταίο ερμηνεύεται λόγω της αύξησης του μεγέθους του ήπατος και του σπλαχνικού λιπώδους ιστού. Δεν είναι σαφές ποιοι είναι οι παράγοντες που καθορίζουν την κατανομή του λιπώδους ιστού και έτσι οι συγκεκριμένες μεταβολές δεν αποδίδονται αποκλειστικά στους γνωστούς παράγοντες που συμμετέχουν στη ρύθμιση της κατανομής του λίπους, όπως τα γλυκοκορτικοειδή και οι ορμόνες του φύλου. Άλλοι παράγοντες περιλαμβάνουν την άσκηση, που ευνοεί την συρρίκνωση του σπλαχνικού λίπους έναντι του γλουτιαίου και η πρόσφατη λήψη βάρους, η οποία ευνοεί την αύξηση των σπλαχνικών αποθηκών λίπους (Janssen I 2002, Bujalska IJ 1997). Ιστολογικές αλλαγές του λιπώδους ιστού Η παχυσαρκία συσχετίζεται με αύξηση του αριθμού των λιποκυττάρων (υπερπλασία), αύξηση του μεγέθους αυτών 126

128 (υπερτροφία), διήθηση των αποθηκών λίπους από μονοπύρηνα κύτταρα και σχετική αραίωση τόσο των αιμοφόρων αγγείων, όσο και των νευρικών δομών στο λιπώδη ιστό (Εικόνες 68 69). Εικόνα 68. Η αύξηση της μάζας του λιπώδους ιστού στην παχυσαρκία συνοδεύεται από διήθησή του από μακροφάγα και παραγωγή σημαντικών ποσών φλεγμονωδών κυτταροκινών. Ο ρυθμός αντικατάστασης των λιποκυττάρων είναι αυξημένος στην περίοδο αύξησης του σωματικού βάρους. Το ίδιο έχει περιγραφεί και για τους ρυθμούς διαφοροποίησης και απόπτωσης των λιποκυττάρων κατά την αύξηση βάρους. Σε κατάσταση παχυσαρκίας με σταθερό βάρος δεν είναι αποσαφηνισμένο αν παρατηρούνται οι ίδιες μεταβολές (Cinti S 2001, Wellen KE 2003). 127

129 Εικόνα 69. Η υπερπλασία και η υπερτροφία των λιποκυττάρων συνεπάγονται την αύξηση της μάζας του λιπώδους ιστού που σχετίζεται με την παχυσαρκία. Λειτουργικές μεταβολές στη νεύρωση του λιπώδους ιστού Στο λιπώδη ιστό των παχύσαρκων, η πυκνότητα των νευρικών δομών ανά μονάδα μάζας ιστού είναι ελαττωμένη. Οι γνώσεις για τις μεταβολές της αισθητικής νεύρωσης του λιπώδους ιστού στην παχυσαρκία είναι περιορισμένες, αλλά φαίνεται πως συγκεκριμένες βλάβες των νευρικών δομών μπορούν να οδηγήσουν σε ατροφία των αποθηκών λίπους. Στο φαιό λιπώδη ιστό οι προσαγωγές νευρικές ίνες διεγείρουν τη θερμογένεση και τη λιπόλυση, ενώ στο λευκό λιπώδη ιστό τα συμπαθητικά νεύρα ρυθμίζουν την αιματική ροή και ίσως την έκκριση ουσιών από τον ιστό κατά ώσεις. Η νοραδρεναλίνη που εκκρίνεται μετά τη φάση απορρόφησης της τροφής είναι ελαττωμένη σε παχύσαρκα άτομα, γεγονός που υποδεικνύει μια ελαττωματική απάντηση στη λήψη γεύματος. Τέλος, μεταβολές συμβαίνουν και στη λειτουργία των αδρενεργικών υποδοχέων του λιπώδους ιστου. Στην 128

130 παχυσαρκία αυξάνει η έκφραση και λειτουργία των β 3 αδρενεργικών υποδοχέων και ελαττώνεται αυτή των β 2 αδρενεργικών υποδοχέων, με επικρατούσες διαφορές μεταξύ των διαφόρων αποθηκών λίπους. Οι υποδοχείς αυτοί διεγείρονται τόσο από την τοπική απελευθέρωση νοραδρεναλίνης, όσο και από τις κυκλοφορούσες κατεχολαμίνες. Η φυσιολογική σημασία της μεταβολής αυτής δεν έχει ακόμα διαλευκανθεί (Shi H 2005, Patel JN 2002). Λειτουργικές μεταβολές στην αιμάτωση του λιπώδους ιστού Σε παχύσαρκα άτομα, η πυκνότητα των αιμοφόρων αγγείων, αλλά και η αιματική ροή στη μεταγευματική, μετα απορροφητική κατάσταση στο λιπώδη ιστό ανά μονάδα μάζας του ιστού είναι ελαττωμένη. Η διαπερατότητα των τριχοειδών για ουσίες που διαχέονται παθητικά είναι επίσης ελαττωμένη στην παχυσαρκία. Επιπρόσθετα, η αύξηση στην αιματική ροή του λιπώδους ιστού ως απάντηση στη λήψη γεύματος που παρατηρείται φυσιολογικά σε λεπτά άτομα δεν παρατηρείται στην κατάσταση της παχυσαρκίας. Η τελευταία μεταβολή μπορεί να σχετίζεται και με την ελαττωμένη απελευθέρωση αδρεναλίνης από τα νεύρα του λιπώδους ιστού (Ardilouze JL 2004, Coppack SW 2005). Μεταβολές στην αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας Η αποθήκευση ενέργειας στο λιπώδη ιστό λαμβάνει χώρα κυρίως στη μεταγευματική περίοδο και όχι τόσο στη «βασική» μετααπορροφητική κατάσταση, η οποία συνήθως μελετάται πειραματικά. Τα δεδομένα που υπάρχουν για αυτή την περίοδο είναι περιορισμένα. Βέβαια δεν παρατηρούνται σημαντικές διαφορές στην πρόσληψη της γλυκόζης από το λιπώδη ιστό μεταξύ παχύσαρκων (με σημαντική 129

131 υπερινσουλιναιμία και υπεργλυκαιμία) και λεπτών ατόμων. Αντίθετα, διαταραχή στην πρόσληψη των λιπαρών οξέων από τις πλούσιες σε τριγλυκερίδια κυκλοφορούσες λιποπρωτεΐνες παρατηρείται στο λιπώδη ιστό παχύσαρκων. Η διαταραχή αφορά τόσο στην ενεργότητα της λιποπρωτεϊνικής λιπάσης, όσο και στη ροή των λιπαρών οξέων στα κύτταρα. Η απελευθέρωση ενέργειας από το λιπώδη ιστό εκφράζεται με πολλούς παρονομαστές. Έτσι, σε παχύσαρκα άτομα, λαμβάνοντας υπόψη όλη τη μάζα του σώματος, η λιπόλυση εμφανίζεται αυξημένη, σε απόλυτη τιμή. Επίσης, η λιπόλυση εμφανίζεται αυξημένη και ανά 100 gr καθαρής μάζας σώματος, ενώ μελέτες αναφερόμενες σε όλη τη μάζα σώματος, αλλά και τοπικές μελέτες αποδεικνύουν πως η λιπόλυση ανά 100 gr λιπώδους ιστού είναι ελαττωμένη στους παχύσαρκους. Η λιπόλυση δε φαίνεται να επηρεάζεται από τη λήψη τροφής, ενώ η αδυναμία αύξησης της λιπόλυσης αποτελεί χαρακτηριστικό της κακής φυσικής κατάστασης των παχύσαρκων ατόμων (Coppack SW 1996, Kanaley JA 1993). Μεταβολές στην έκκριση παραγόντων με παρακρινή και ενδοκρινή δράση Μεγάλος αριθμός πρωτεϊνικών παραγόντων συντίθεται και εκκρίνεται από το λιπώδη ιστό. Βέβαια, πρέπει να αποσαφηνιστεί αν οι λιποκίνες κυκλοφορούν στο αίμα και εμφανίζουν ενδοκρινή δράση, αν εκκρίνονται σε σημαντικά ποσά από το λευκό λιπώδη ιστό και επίσης κατά πόσο η παραγωγή και έκκρισή τους μεταβάλλεται στην παχυσαρκία (Εικόνα 70). Κατά την παχυσαρκία η έκκριση των περισσοτέρων λιποκινών ανά μονάδα μάζας του λιπώδους ιστού είναι αυξημένη ή τουλάχιστον παρόμοια με αυτή των λεπτών ατόμων. 130

132 Λαμβάνοντας υπόψη την αυξημένη μάζα του λιπώδους ιστού στην παχυσαρκία, σε κάθε περίπτωση η απελευθέρωση των λιποκινών είναι αυξημένη στο σύνολο του λιπώδους ιστού. Χαρακτηριστική εξαίρεση αποτελεί η adiponectin, η οποία στην παχυσαρκία ελαττώνεται τόσο ανά μονάδα μάζας του λιπώδους ιστού, όσο και στα συνολικά της επίπεδα. Εικόνα 70. Η μεταβολή της έκκρισης λιποκινών κατά την παχυσαρκία επηρεάζει πλειάδα λειτουργιών 131

133 Για τις περισσότερες λιποκίνες έχει μελετηθεί η απελευθέρωση στην κυκλοφορία, καθώς και η ενδεχόμενη διαφορά μεταξύ αρτηριακής και φλεβικής συγκέντρωσής τους, γεγονός που υποδηλώνει έκκριση σε σημαντικές ποσότητες. Βέβαια, το τελευταίο δεν είναι απόλυτο, καθώς πρωτεΐνες με μεγάλο χρόνο ημίσειας ζωής δεν αναμένεται να έχουν σημαντική διαφορά συγκεντρώσεων. Ακόμη, μη καταγραφή τέτοιας διαφοράς συνηγορεί υπέρ μιας παρακρινούς περισσότερο παρά ενδοκρινούς δράσης των λιποκινών (Εικόνα 71). Εικόνα 71. Η παχυσαρκία οδηγεί στην υπερπαραγωγή ορισμένων λιποκινών, οι οποίες επιδρώντας στα όργανα στόχους προκαλούν μεταβολικές δυσλειτουργίες Επίσης, μπορεί να υποδεικνύει την ανάγκη μελέτης και άλλων αποθηκών λίπους για το ενδεχόμενο η έκκριση της λιποκίνης στο αίμα να εμφανίζει τοπική ετερογένεια. Ακόμη και στην περίπτωση που οι πρωτεΐνες εκκρίνονται στο αίμα, αυτό δε σημαίνει πως η έκκριση είναι ποσοτικά σημαντική σε σχέση με τη συνολική μάζα του σώματος. 132

134 Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η μετατροπή των γλυκοκορτικοειδών και των ορμονών του φύλου στο λιπώδη ιστό, που συνεισφέρει ελάχιστα στη συνολική παραγωγή στεροειδών ορμονών από τον οργανισμό (Gimeno RE 2005, Trayhurn P 2004, Trayhurn P 2005a). Τοπική ετερογένεια Συχνό εύρημα των μελετών αποτελεί η ετερογένεια στην έκφραση και έκκριση ουσιών από τις διαφορετικές αποθήκες του λιπώδους ιστού, με όποια μέθοδο και αν μελετάται η έκφραση (σε επίπεδο mrna, πρωτεΐνης, ενζυμικής δραστικότητας). Οι μηχανισμοί που καθορίζουν την ετερογένεια δεν έχουν αποσαφηνιστεί πλήρως. Συνέπεια της ετερογένειας είναι η αβεβαιότητα σχετικά με τη συνολική έκφραση και έκκριση των προϊόντων του λιπώδους ιστού από το σύνολο του «λιπώδους οργάνου». Επιπλέον, η παρατήρηση μεταβολών στην έκφραση εκκριτικών προϊόντων του λιπώδους ιστού από μία αποθήκη λίπους στην παχυσαρκία δεν μπορεί να γενικευθεί και για τις (Tan GD υπόλοιπες, αλλά απαιτεί περαιτέρω πειραματική επιβεβαίωση 2004). Ανωμαλία φυσιολογικής ρύθμισης λιπώδους ιστού Η εύρεση κοινού παρονομαστή για τη σύγκριση των αποτελεσμάτων, η ενδοκρινής σε σύγκριση με την παρακρινή έκκριση πρωτεϊνών και η τοπική ετερογένεια καθιστούν ακόμη πιο πολύπλοκη την ερμηνεία των παρατηρήσεων στο λιπώδη ιστό σε «βασική» κατάσταση. Παρόλα αυτά, οι μελέτες που αφορούν στη φυσιολογική ρύθμιση του λιπώδους ιστού συγκλίνουν στο ότι στην παχυσαρκία η ανταπόκριση του λιπώδους ιστού σε φυσιολογικούς ρυθμιστές της 133

135 λειτουργίας του, όπως η νηστεία, η λήψη τροφής και η άσκηση είναι ελαττωμένη. Ο λιπώδης ιστός φαίνεται πως αποτυγχάνει να μεταβάλλει την αιματική του ροή, την απελευθέρωση νοραδρεναλίνης και την ενεργότητα των ενζύμων λιποπρωτεϊνική λιπάση (LPL) και ορμονοευαίσθητη λιπάση (HSL) ως απάντηση σε αυτά τα φυσιολογικά ερεθίσματα. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το αν οι διαφορετικές αποθήκες λίπους ενός ατόμου εκδηλώνουν παρόμοια συμπεριφορά. Εξίσου σημαντικό είναι το κατά πόσο μεταβολές παρατηρούνται σε όλα τα είδη, ώστε τα συμπεράσματα που εξάγονται από την έρευνα σε πειραματόζωα, να μπορούν να γενικευθούν και για τον άνθρωπο. Επίσης, σημαντική είναι και η αναστρεψιμότητα των μεταβολών που παρατηρούνται στην παχυσαρκία. Οι περισσότερες από τις μεταβολές που επισυμβαίνουν στο λιπώδη ιστό φαίνεται πως είναι αναστρέψιμες με την απώλεια βάρους (Esposito K 2003, Summers LK 1999). 134

136 ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟ ΣΥΝΔΡΟΜΟ ΟΡΙΣΜΟΙ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ Το 1988 ο G.Reaven χρησιμοποίησε τον όρο «Σύνδρομο X» για να περιγράψει ένα σύνολο παραγόντων με σημαντικότερο την αντίσταση στην ινσουλίνη που συσχετίζονταν με τη στεφανιαία νόσο. Εκτός από την αντίσταση στην ινσουλίνη, τα υπόλοιπα συστατικά του συνδρόμου X ήταν η υπερινσουλιναιμία, η ελαττωμένη ανοχή στη γλυκόζη, τα αυξημένα τριγλυκερίδια, η ελαττωμένη HDL και η αρτηριακή υπέρταση. Έκτοτε, οι παράγοντες αυτοί αναφέρονταν συνολικά είτε ως σύνδρομο X ή σύνδρομο Reaven είτε ως σύνδρομο ινσουλινοαντίστασης ή μεταβολικό σύνδρομο. Δύο δεκαετίες αργότερα, το μεταβολικό σύνδρομο αποτελεί ένα σύνολο παραγόντων κινδύνου που προδιαθέτουν για καρδιαγγειακή νοσηρότητα και θνητότητα. Υπάρχει συμφωνία αναφορικά με τα βασικά συστατικά του συνδρόμου [ελαττωμένη ανοχή στη γλυκόζη, κεντρική παχυσαρκία, αυξημένη αρτηριακή πίεση, και δυσλιπιδαιμία (αυξημένα τριγλυκερίδια, χαμηλά επίπεδα HDL)]. Βέβαια, ο μεγάλος αριθμός διαφορετικών ορισμών επιβάλλει διαφορετικά όρια και διαγνωστικά κριτήρια. Το γεγονός αυτό δυσχεραίνει την αναγνώριση ατόμων με μεταβολικό σύνδρομο, ειδικά εκείνων με τιμές κοντά στα όρια των διαγνωστικών κριτηρίων και εμποδίζει την σύγκριση μελετών όπου χρησιμοποιούνται διαφορετικά κριτήρια. Τα κριτήρια του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (WHO) για το μεταβολικό σύνδρομο περιλαμβάνουν την αντίσταση στην ινσουλίνη (οριζόμενη ως επίπεδα ινσουλίνης στο ανώτερο 25% για την ηλικία και 135

137 το φύλο) ή την αυξημένη γλυκόζη πλάσματος νηστείας ( 110 mg/dl) ή την ελαττωμένη ανοχή στη γλυκόζη (γλυκόζη πλάσματος 140 mg/dl 2 ώρες μετά τη λήψη γλυκόζης στη δοκιμασία ανοχής) ή σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 και επιπλέον, τουλάχιστον δύο από τους παράγοντες: κεντρική παχυσαρκία [waist to hip ratio 0.9 (άντρες) ή 0.85 (γυναίκες) και/ή BMI 30 Kg/m 2 ], αρτηριακή πίεση 140/90 mmhg, δυσλιπιδαιμία [TG 150 mg/dl ± HDL C < 35 mg/dl (άντρες) ή 40 mg/dl (γυναίκες)] ή μικρολευκωματουρία. Η Ευρωπαϊκή Ομάδα μελέτης της Ινσουλινοαντίστασης (European Group for the study of Insulin Resistance EGIR) αναγνωρίζει ως διαγνωστικά κριτήρια του μεταβολικού συνδρόμου την παρουσία ινσουλινοαντίστασης (κατά τα προηγούμενα) και τουλάχιστον δύο από τα παρακάτω: κεντρική παχυσαρκία [περιφέρεια μέσης 94 cm (άντρες) ή 80 cm (γυναίκες)], αυξημένη γλυκόζη πλάσματος νηστείας ( 110 mg/dl), ΑΠ 140/90 mmhg, δυσλιπιδαιμία (TG > 180 mg/dl ± HDL C < 40mg/dl). Το National Cholesterol Education Program / Adult Treatment Panel III (NCEP/ATP III) απαιτεί την παρουσία τουλάχιστον 3 από τα παρακάτω κριτήρια για τη διάγνωση του μεταβολικού συνδρόμου: αυξημένη γλυκόζη πλάσματος νηστείας ( 110 mg/dl), περίμετρο μέσης 102 cm (άντρες) ή 88 cm (γυναίκες), ΑΠ 135/85 mm Hg, TG 150 mg/dl ή HDL C < 40 mg/dl (άντρες) ή < 50 mg/dl (γυναίκες). Τέλος, η Διεθνής Ομοσπονδία Διαβήτη (International Diabetes Federation IDF) ορίζει ως διαγνωστικά κριτήρια για το μεταβολικό σύνδρομο την κεντρική παχυσαρκία [περίμετρο μέσης 94 cm (άντρες) ή 80 cm (γυναίκες)] και επιπλέον τουλάχιστον δύο από τα εξής: 136

138 αυξημένη γλυκόζη πλάσματος νηστείας ( 100 mg/dl) ή σακχαρώδης διαβήτης υπό αγωγή, ΑΠ 135/85 mm Hg ή αρτηριακή υπέρταση υπό αγωγή, δυσλιπιδαιμία [TG 150 mg/dl ή HDL 40 mg/dl (άντρες) ή 50 mg/dl (γυναίκες) ή λήψη υπολιπιδαιμικής αγωγής]. Πολλοί ακόμη οργανισμοί και ομάδες έχουν ορίσει το μεταβολικό σύνδρομο με παρόμοια κριτήρια. Σε αυτούς περιλαμβάνονται οι Association of American Clinical Endocrinologists (AACE) και American Heart Association / National Heart, Lung and Blood Institute (AHA/NHLBI). Για λόγους συντομίας και την αποφυγή σύγχυσης αναφέρθηκαν ορισμένα από τα συχνότερα χρησιμοποιούμενα κριτήρια. Η έλλειψη συμφωνίας και η διαφορετικοτητα μεταξύ των κριτηρίων αντικατοπτρίζεται και στο γεγονός ότι μόλις 30% των ατόμων με μεταβολικό σύνδρομο πληρούν τα κριτήρια των περισσότερων ορισμών, ενώ από αυτούς που διαγιγνώσκονται 35 40% κατατάσσονται σε αυτό μόνο με τη χρήση ενός ορισμού, χωρίς να πληρούν τα κριτήρια άλλου (Day C 2007, The DECODE Study Group 2005). ΕΠΙΔΗΜΙΟΛΟΓΙΑ Ανεξάρτητα από τον ορισμό που χρησιμοποιείται, ο επιπολασμός του μεταβολικού συνδρόμου αυξάνει με την ηλικία, ενώ επηρεάζεται από εθνικές και φυλετικές διαφορές. Σε μελέτη στις ΗΠΑ (NHANES) η επίπτωση του μεταβολικού συνδρόμου στις ηλικίες ετών είναι 7%, ενώ στην ηλικιακή ομάδα υπερβαίνει το 40%. Οι Αφροαμερικανίδες εμφανίζουν 57% υψηλότερο επιπολασμό του μεταβολικού συνδρόμου σε σχέση με τους άντρες, ενώ στις Μεξικανοαμερικανίδες το αντίστοιχο ποσοστό είναι 26%. 137

139 Η αύξηση του επιπολασμού με την ηλικία έχει παρατηρηθεί και σε Ευρωπαϊκό πληθυσμό. Με τη χρήση του ορισμού του WHO, ο υψηλότερος επιπολασμός (32%) παρατηρείται στις ηλικίες Οι διαφορές στον επιπολασμό του μεταβολικού συνδρόμου σε ΗΠΑ και Ευρώπη πιθανότατα δεν οφείλονται μόνο στο γενετικό υπόβαθρο των πληθυσμών, αλλά και σε περιβαλλοντικές επιρροές. Σε Ασιατικό πληθυσμό (Σιγκαπούρη), 17,7% πληρούσε τα κριτήρια IDF και 26,2% τα κριτήρια AHA/NHLBI και μάλιστα όσοι ενέπεσαν στην κατηγορία του μεταβολικού συνδρόμου είχαν αυξημένο κίνδυνο ισχαιμικής καρδιακής νόσου. Σε μελέτη σε αντιπροσωπευτικό δείγμα Ελλήνων, με ρυθμισμένο για την ηλικία επιπολασμό καρδιαγγειακής νόσου 11,4%, με τη χρήση των κριτηρίων NCEP, AHA/NHLBI και IDF για το μεταβολικό σύνδρομο, ο επιπολασμός σε άτομα με μεταβολικό σύνδρομο ήταν 23,3%, 22,6% και 18,3% αντίστοιχα. Αυτό αποδεικνύει πως, ανεξάρτητα από τον ορισμό, το μεταβολικό σύνδρομο συνδέεται με αυξημένο κίνδυνο καρδιαγγειακής νόσου. Επίσης, με τον ορισμό της IDF, περισσότερα άτομα χωρίς καρδιαγγειακό κίνδυνο περιελήφθησαν στην ομάδα του μεταβολικού συνδρόμου. Είναι φανερό πως το μεταβολικό σύνδρομο αυξάνει σημαντικά τον κίνδυνο καρδιαγγειακής νόσου. Πάντως, από τα νεότερα διαγνωστικά κριτήρια που έχουν προταθεί, αυτά του AHA/NHLBI φαίνεται να έχουν ισχυρότερη προγνωστική αξία για την αναγνώριση ατόμων με αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο, ενώ αυτά της IDF αναγνωρίζουν καλύτερα τα άτομα με ινσουλινοαντίσταση και κίνδυνο ανάπτυξης σακχαρώδους διαβήτη τύπου 2 (Lee J 2007, Athyros VG 2007, Day C 2007). 138

140 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ: Η ΒΑΣΙΚΗ ΣΥΝΙΣΤΩΣΑ Φυσιολογικές δράσεις της ινσουλίνης Η ινσουλίνη είναι μία ορμόνη με σημαντικές ενδοκρινείς λειτουργίες. Διεγείρει την πρόσληψη γλυκόζης από τα σκελετικά μυικά κύτταρα και τα λιποκύτταρα και αναστέλλει την ηπατική παραγωγή γλυκόζης. Αποτελεί το σημαντικότερο ρυθμιστή των επιπέδων γλυκόζης πλάσματος. Επιπλέον, η ινσουλίνη διεγείρει τη λιπογένεση και τη σύνθεση γλυκογόνου και πρωτεϊνών στο λιπώδη ιστό, στα ηπατικά και στα σκελετικά μυικά κύτταρα, ενώ αναστέλλει τη γλυκογονόλυση, τη λιπόλυση και τον καταβολισμό των πρωτεϊνών. Αντίσταση στην ινσουλίνη Η αντίσταση στην ινσουλίνη μπορεί να οριστεί ως ανεπαρκής ανταπόκριση των οργάνων στόχων (ήπαρ, σκελετικά μυικά κύτταρα και λιπώδης ιστός) σε φυσιολογικά επίπεδα ινσουλίνης πλάσματος. Η παρεμπόδιση της μεταγωγής του σήματος κατά μήκος του φυσιολογικού σηματοδοτικού μονοπατιού της ινσουλίνης φαίνεται πως είναι ο σημαντικότερος μηχανισμός που ευθύνεται για την αντίσταση στην δράση της ορμόνης. Η ινσουλινοαντίσταση οδηγεί σε αντισταθμιστική αύξηση της παραγωγής της ινσουλίνης από τα β κύτταρα του παγκρέατος, με αποτέλεσμα την εμφάνιση υπερινσουλιναιμίας (Εικόνα 72). Είναι γνωστός ο ρόλος παραγόντων που σχετίζονται με τον τρόπο ζωής, όπως η έλλειψη φυσικής δραστηριότητας και η υπερβολική κατανάλωση τροφής στην ανάπτυξη αντίστασης στην ινσουλίνη. Επιπλέον, παράγοντες όπως η γενετική προδιάθεση και η έλλειψη 139

141 ισορροπίας στη λειτουργία του αυτόνομου νευρικού συστήματος ενδέχεται να σχετίζονται με την ινσουλινοαντίσταση. Στην παθογένεια της τελευταίας σημαντικό ρόλο κατέχουν τα ελεύθερα λιπαρά οξέα και ο παράγοντας νέκρωσης των όγκων (TNF α) (Park YW 2003, Phillips C 2006). Εικόνα 72. Η επαγόμενη από την ινσουλινοαντίσταση υπερινσουλιναιμία έχει μεταβολικές συνέπειες και αυξάνει τον καρδιαγγειακό κίνδυνο ΠΑΘΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ Ο ρόλος του TNF α στην ανάπτυξη αντίστασης στην ινσουλίνη Έχει αποδειχθεί πως ο TNF α έχει σημαντική επίδραση στην ευαισθησία στην ινσουλίνη και στο μεταβολισμό της γλυκόζης. Σε πειραματικά μοντέλα, η εξουδετέρωση του TNF α οδηγεί σε αξιοσημείωτη αύξηση της περιφερικής πρόσληψης της γλυκόζης ως απάντηση στην ινσουλίνη. Η ανασταλτική δράση του παράγοντα στην ευαισθησία στην ινσουλίνη σχετίζεται με την παρεμπόδιση του σηματοδοτικού καταρράκτη της ινσουλίνης (Εικόνα 73). Η εξουδετέρωση του TNF α in vivo οδηγεί σε αύξηση της αυτοφωσφορυλίωσης του υποδοχέα της ινσουλίνης και της 140

142 επακόλουθης φωσφορυλίωσης του υποστρώματος IRS 1 του ινσουλινοϋποδοχέα. Εικόνα 73. Η υπεργλυκαιμία και η υπερλιπιδαιμία επάγουν την έκφραση φλεγμονωδών κυτταροκινών, όπως ο TNF α, που παρεμποδίζουν τη σηματοδότηση και τις δράσεις της ινσουλίνης Ο ακριβής μηχανισμός με τον οποίο ο TNF α αναστέλλει τη δράση του ινσουλινοϋποδοχέα δεν είναι γνωστός. Βέβαια, ορισμένα βήματα της διαδικασίας έχουν διαλευκανθεί. Έχει βρεθεί ότι ο TNF α in vitro επάγει τη φωσφορυλίωση σερινών του IRS 1, με αποτέλεσμα την ελάττωση της ικανότητας του IRS 1 να φωσφορυλιωθεί από τον υποδοχέα της ινσουλίνης (Εικόνα 74). Επιπλέον, ο TNF α μετατρέπει το IRS 1 σε αναστολέα της δράσης κινάσης τυροσίνης που εκδηλώνει φυσιολογικά ο ινσουλινοϋποδοχέας, και με τον τρόπο αυτό ελαττώνει τη σηματοδότηση του μονοπατιού της ινσουλίνης. Η παραγωγή της τροποποιημένης μορφής του IRS 1 μεσολαβείται κυρίως από τη σύνδεση του TNF α στους p55 υποδοχείς του και την ενεργοποίηση της μεμβρανικής πρωτεΐνης σφιγγομυελινάσης. Τελικό αποτέλεσμα είναι η 141

143 μετατροπή του IRS 1 σε αναστολέα της δράσης τυροσινικής κινάσης του υποδοχέα της ινσουλίνης. Εικόνα 74. Η επίδραση των ελεύθερων λιπαρών οξέων και του TNF α στη σηματοδότηση της ινσουλίνης Εκτός από την παρεμπόδιση της σηματοδότησης της ινσουλίνης, έχει βρεθεί ότι ο TNF α ελαττώνει την έκφραση του ινσουλινοευαίσθητου μεταφορέα γλυκόζης GLUT4 σε καλλιέργειες λιποκυττάρων. Βέβαια, η συμμετοχή της συγκεκριμένης δράσης στην εκδήλωση in vivo ινσουλινοαντίστασης δεν έχει αποσαφηνιστεί. Τέλος, ο TNF α είναι δυνατό να επάγει ινσουλινοαντίσταση και έμμεσα, ενεργοποιώντας τη λιπόλυση και επομένως οδηγώντας σε αυξημένη απελευθέρωση ελεύθερων λιπαρών οξέων. Πάντως, ο TNF α επάγει ινσουλινοαντίσταση τόσο σε σκελετικά μυικά κύτταρα, όσο και σε ηπατικά, με πιθανή συμμετοχή διαφορετικών παθογενετικών μηχανισμών (Hotamisligil GS 1996, Wassink AM 2007). 142

144 Ο ρόλος των ελεύθερων λιπαρών οξέων στην ανάπτυξη ινσουλινοαντίστασης Πολλές μελέτες υποδεικνύουν συμμετοχή των ελεύθερων λιπαρών οξέων (FFAs) στην ανάπτυξη αντίστασης στην ινσουλίνη, τόσο στους περιφερικούς ιστούς (λιπώδης ιστός και σκελετικοί μύες), όσο και στο ήπαρ. Η έγχυση λιπιδίων οδηγεί σε σημαντική ελάττωση της επαγόμενης από την ινσουλίνη πρόσληψης γλυκόζης, ενώ αντίθετα η μείωση των χρόνια αυξημένων επιπέδων FFAs στο πλάσμα έχει ως αποτέλεσμα τη βελτίωση της ευαισθησίας στην ινσουλίνη και της ανοχής στη γλυκόζη. Στα σκελετικά μυικά κύτταρα, η αυξημένη παροχή λιπαρών οξέων επάγει αντίσταση στην ινσουλίνη μέσω εξασθένησης του σηματοδοτικού της μονοπατιού. Η συσσώρευση λιπαρών οξέων και μεταβολιτών τους στα σκελετικά μυικά κύτταρα επάγει τη φωσφορυλίωση του IRS 1 σε υπολείμματα σερίνης/θρεονίνης και αναστέλλει τη φωσφορυλίωση τυροσίνης του IRS 1 από τον ινσουλινοϋποδοχέα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ελάττωση της ενεργοποίησης της PI3K και περιορισμένη μετατόπιση του GLUT4 στην κυτταρική μεμβράνη, οπότε παραβλάπτεται η ικανότητα πρόσληψης γλυκόζης μετά από διέγερση από την ινσουλίνη (Εικόνα 74). Στα λιποκύτταρα, τα ελεύθερα λιπαρά οξέα έχουν παρόμοια δράση, ελαττώνοντας την πρόσληψη γλυκόζης. Ακόμη, καταστέλλουν την ανασταλτική δράση της ινσουλίνης στη λιπόλυση, με αποτέλεσμα την περαιτέρω αύξηση της παραγωγής FFAs και τη δημιουργία ενός φαύλου κύκλου που ενισχύει τη δράση τους. 143

145 Θεωρείται πως τα ελεύθερα λιπαρά οξέα διαδραματίζουν ρόλο στην ανάπτυξη αντίστασης στην ινσουλίνη και στο ήπαρ, με αδιευκρίνιστο παθοφυσιολογικό μηχανισμό. Το ήπαρ μπορεί να επηρεάσει τα επίπεδα γλυκόζης πλάσματος μέσω της γλυκονεογένεσης και της γλυκογονόλυσης, δύο διαδικασιών που συμβάλλουν στην αύξηση της ηπατικής παραγωγής γλυκόζης. Σε υγιή άτομα, αύξηση των επιπέδων FFAs στο πλάσμα διεγείρει τη γλυκονεογένεση, αλλά δεν επηρεάζει τη συνολική ενδογενή παραγωγή γλυκόζης από το ήπαρ, καθώς υπάρχει μια αντισταθμιστική ελάττωση της γλυκογονόλυσης (ηπατική αυτορρύθμιση). Αντίθετα, σε ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 η αύξηση των επιπέδων των ελέυθερων λιπαρών οξέων στο πλάσμα διεγείρει τόσο τη γλυκονεογένεση, όσο και τη γλυκογονόλυση, με αποτέλεσμα αυξημένη ηπατική παραγωγή γλυκόζης. Επομένως, υψηλά επίπεδα κυκλοφορούντων FFAs, όπως παρατηρούνται στην παχυσαρκία, είναι πιθανό να διεγείρουν την ενδογενή παραγωγή (Boden G 2002, Savage DB γλυκόζης και να επάγουν αντίσταση στην ινσουλίνη 2005). Κεντρική παχυσαρκία και αντίσταση στην ινσουλίνη Η παχυσαρκία και ιδιαίτερα η κεντρική (ή κοιλιακή) παχυσαρκία αποτελεί ανεξάρτητο παράγοντα κινδύνου καρδιαγγειακής νόσου. Επιπλέον, η παχυσαρκία συνδέεται στενά με την αντίσταση στην ινσουλίνη και πολλές κλινικές μελέτες έχουν αποδείξει το σημαντικό ρόλο της συσσώρευσης σπλαχνικού λιπώδους ιστού στη ανάπτυξη του μεταβολικού συνδρόμου. Οι μηχανισμοί με τους οποίους ο λιπώδης ιστός συμβάλλει στην ανάπτυξη σχετιζόμενης με την παχυσαρκία ινσουλινοαντίστασης καθίστανται ολοένα και περισσότερο κατανοητοί. 144

146 Σύμφωνα με όσα προαναφέρθηκαν, στην περίπτωση της παχυσαρκίας η απελευθέρωση ελεύθερων λιπαρών οξέων από τα λιποκύτταρα είναι αυξημένη, επομένως και ικανή να επάγει ινσουλινοαντίσταση. Ακόμη, η μη ισορροπημένη παραγωγή λιποκινών, ως συνέπεια της δυσλειτουργίας των λιποκυττάρων, φαίνεται πως είναι βασική αιτία της ινσουλινοαντίστασης (Εικόνα 75). Εικόνα 75. Ο παθοφυσιολογικός ρόλος των λιποκινών στην ινσουλινοαντίσταση και στην αθηροθρόμβωση. IR: ινσουλινοαντίσταση, IS: ινσουλινοευαισθησία, ASP: πρωτεΐνη επάγουσα την ακυλίωση, AGE: αγγειοτενσίνη Σύμφωνα με τα νεότερα δεδομένα, ο λιπώδης ιστός θεωρείται ένας ενεργός ιστός. Τα λιποκύτταρα, εκτός από την αποθήκευση ενέργειας, παράγουν πληθώρα βιοδραστικών πεπτιδίων, τις λιποκίνες, που εμπλέκονται στο μεταβολισμό. Στην παχυσαρκία, παρατηρείται 145

147 αυξημένη παραγωγή φλεγμονωδών κυτταροκινών από τα λιποκύτταρα, όπως ο TNF α, η IL 6 και η λεπτίνη, ενώ η παραγωγή της αντιφλεγμονώδους λιποκίνης adiponectin είναι ελαττωμένη. Η διαταραχή της ισορροπίας παραγωγής φλεγμονωδών και αντιφλεγμονωδών λιποκινών από τα λιποκύτταρα δεν ευθύνεται μόνο για τη φλεγμονώδη κατάσταση που σχετίζεται με την παχυσαρκία, αλλά επιπλέον ελαττώνει την ευαισθησία στην ινσουλίνη πολλών οργάνων στόχων, παρεμποδίζοντας την ενδοκυττάρια μεταγωγή του σήματος της ινσουλίνης (Yusuf S 2005, Kern PA 2003). Adiponectin και σχετιζόμενη με την παχυσαρκία αντίσταση στην ινσουλίνη Η adiponectin είναι πρωτεΐνη που παράγεται από τα λιποκύτταρα, γνωστή για τις αντιφλεγμονώδεις ιδιότητές της. Οι φυσιολογικά υψηλές συγκεντρώσεις της λιποκίνης στο πλάσμα ελαττώνονται σημαντικά στη σπλαχνική παχυσαρκία, χωρίς να έχει αποσαφηνιστεί ο ακριβής μηχανισμός. Οι μεταβολικές δράσεις της adiponectin είναι πολύ σημαντικές. Η αντίσταση στην ινσουλίνη και ο σακχαρώδης διαβήτης τύπου 2 σχετίζονται με χαμηλά επίπεδα adiponectin πλάσματος, ενώ έχει αποδειχθεί πως τα υψηλά επίπεδα της λιποκίνης προστατεύουν από την ανάπτυξη διαβήτη τύπου 2. Επιπλέον, τα ελαττωμένα επίπεδα adiponectin συσχετίζονται ανεξάρτητα με το μεταβολικό σύνδρομο. Έχουν περιγραφεί πολλοί μηχανισμοί εκδήλωσης των μεταβολικών δράσεων της adiponectin. Στο ήπαρ η adiponectin βελτιώνει την ευαισθησία στην ινσουλίνη, ελαττώνοντας την είσοδο των ελεύθερων λιπαρών οξέων, αυξάνοντας την οξείδωση των λιπαρών οξέων και 146

148 ελαττώνοντας την ηπατική απόδοση γλυκόζης και τη σύνθεση VLDL (Very Low Density Lipoprotein). Στα μυικά κύτταρα, η adiponectin διεγείρει την πρόσληψη γλυκόζης και την οξείδωση των λιπαρών οξέων (Εικόνα 76). Οι δράσεις αυτές πραγματοποιούνται μέσω αυξημένης φωσφορυλίωσης του ινσουλινουποδοχέα και άλλων μορίων του σηματοδοτικού μονοπατιού της ινσουλίνης, με επακόλουθη (Tschritter O 2003, ενεργοποίηση της AMPK (5 AMP activated protein kinase) Diez JJ 2003). Εικόνα 76. Η adiponectin, μέσω των p38 MAPK και AMPK αυξάνει την πρόσληψη γλυκόζης και την οξείδωση των λιπαρών οξέων Άλλες λιποκίνες και σχετιζόμενη με την παχυσαρκία αντίσταση στην ινσουλίνη Ο ρόλος και άλλων λιποκινών στην ανάπτυξη ινσουλινοαντίστασης που σχετίζεται με την παχυσαρκία αποτελεί αντικείμενο εκτεταμένης έρευνας. 147

149 Η resistin είναι λιποκίνη που ελαττώνει την ευαισθησία στην ινσουλίνη σε ποντίκια. Στον άνθρωπο, η resistin παράγεται κυρίως από τα μακροφάγα και εμπλέκεται σε φλεγμονώδεις διεργασίες που πιθανόν σχετίζονται με την αθηροσκλήρωση. Ο ρόλος της λιποκίνης στην επαγόμενη από την παχυσαρκία ινσουλινοαντίσταση παραμένει αδιευκρίνιστος, λόγω των αντιφατικών αποτελεσμάτων των μέχρι σήμερα ερευνών. Η visfatin εκφράζεται στο λιπώδη ιστό και τα επίπεδά της στο πλάσμα συσχετίζονται με την παχυσαρκία. Στα ποντίκια έχει βρεθεί πως ελαττώνει τα επίπεδα γλυκόζης αίματος. Ακόμη, in vitro δρα ως ανάλογο της ινσουλίνης, ενεργοποιώντας άμεσα το σηματοδοτικό μονοπάτι της ορμόνης. Παρόλα αυτά, στον άνθρωπο δεν έχει αποδειχθεί ακόμη συσχέτιση μεταξύ επιπέδων visfatin πλάσματος και παραμέτρων ινσουλινοευαισθησίας. Η Retinol binding protein 4 (RBP 4) εκκρίνεται από το ήπαρ και από τα λιποκύτταρα και έχει σημαντική επίδραση στην ινσουλινοευαισθησία και στην ομοιόσταση της γλυκόζης (Εικόνα 77). Τα επίπεδά της είναι αυξημένα σε καταστάσεις ινσουλινοαντίστασης τόσο σε ανθρώπους, όσο και σε ποντίκια. Στα τελευταία η ενδοπεριτοναϊκή έγχυση RBP 4 επάγει ινσουλινοαντίσταση, ενώ η χορήγηση PPAR γ αγωνιστή που βελτιώνει την ινσουλινοευαισθησία σε ποντίκια με ινσουλινοαντίσταση ελαττώνει τα επίπεδα της πρωτεΐνης. Επομένως, η αύξηση των επιπέδων της RBP 4 μπορεί να έχει αιτιολογικό ρόλο στην ινσουλινοαντίσταση. Στον άνθρωπο, τα επίπεδα ορού της RBP 4 συσχετίζονται με το μέγεθος της ινσουλινοαντίστασης και τη βαρύτητα των παραμέτρων του μεταβολικού συνδρόμου. Η βελτίωση της 148

150 ινσουλινοευαισθησίας με την άσκηση συνδέεται με ελάττωση των επιπέδων ορού της RBP 4 (Reilly MP 2005, Berndt J 2005, Graham TE 2006). Εικόνα 77. Η RBP 4 συνδέεται με τη ρετινόλη και δρα σε υποδοχείς σε κύτταρα στόχους. Ο ακριβής μηχανισμός με τον οποίο η RBP προκαλεί ινσουλινοαντίσταση δεν έχει πλήρως αποσαφηνιστεί. ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ Υπεργλυκαιμία Σε καταστάσεις αντίστασης στην ινσουλίνη, η πρόσληψη γλυκόζης από τα λιποκύτταρα και τα σκελετικά μυικά κύτταρα ελαττώνεται, ενώ η ηπατική παραγωγή γλυκόζης αυξάνεται. Τα παραπάνω οδηγούν σε αυξημένη παραγωγή γλυκόζης από τα β κύτταρα του παγκρέατος, με σκοπό τη διατήρηση των επιπέδων γλυκόζης πλάσματος στα φυσιολογικά. Όταν ο αντισταθμιστικός μηχανισμός αποτυγχάνει, το αποτέλεσμα είναι η υπεργλυκαιμία (Reaven GM 2005). 149

151 Αρτηριακή υπέρταση Η σχέση μεταξύ ινσουλινοαντίστασης και αρτηριακής υπέρτασης είναι πλέον γνωστή, παρόλο που ο αιτιολογικός ρόλος της ινσουλινοαντίστασης στην ανάπτυξη υπέρτασης αποτελεί σημείο διαφωνίας. Παρότι πολλές κλινικές μελέτες αναφέρουν συσχέτιση μεταξύ ινσουλινοαντίστασης και μελλοντικού κινδύνου ανάπτυξης υπέρτασης, άλλοι ερευνητές υποστηρίζουν πως η συσχέτιση είναι λιγότερο ισχυρή αν σταθμιστεί ως προς το BMI. Τα παραπάνω ευρήματα υποδεικνύουν την παχυσαρκία ως σύνδεσμο μεταξύ ινσουλινοαντίστασης και υπέρτασης. Πράγματι η συσχέτιση ινσουλινοαντίστασης και παχυσαρκίας είναι πιο έκδηλη σε ασθενείς με παχυσαρκία, υποδεικνύοντας τον επιπρόσθετο ρόλο παραγόντων που σχετίζονται με το λιπώδη ιστό. Τα λιποκύτταρα παράγουν πληθώρα αγγειοδραστικών πεπτιδίων, όπως ο TNF α και το αγγειοτενσινογόνο, που μπορεί να παραβλάπτουν την αγγειοδιασταλτική δράση της ινσουλίνης. Πάντως ο μηχανισμός αυτός φαίνεται πως ενοχοποιείται και σε μη παχύσαρκα υπερτασικά άτομα. Το τελευταίο υποδηλώνει ότι όχι μόνο η περίσσεια του λιπώδους ιστού, αλλά και μία επηρεασμένη μεταβολική κατάσταση αυτού (δυσλειτουργία των λιποκυττάρων) ευθύνεται για το υπερτασικό αποτέλεσμα. Πολλοί πιθανοί μηχανισμοί έχουν προταθεί ως συμμετέχοντες στην ανάπτυξη αρτηριακής υπέρτασης που σχετίζεται με ινσουλινοαντίσταση. Πρώτον, η αντίσταση στην ινσουλίνη και η επακόλουθη υπερινσουλιναιμία είναι δυνατό να αυξήσουν την ινσουλινοεξαρτώμενη νεφρική επαναρρόφηση νατρίου. Από την άλλη πλευρά, η αυξημένη πρόσληψη νατρίου μπορεί να οδηγήσει σε 150

152 αντίσταση στην ινσουλίνη. Επομένως, η ινσουλινοαντίσταση και η υπέρταση πιθανόν να έχουν κοινή αιτιολογία, όπως την παχυσαρκία και την έλλειψη φυσικής δραστηριότητας, παρά να προκαλούν η μία την άλλη. Η υπέρταση που σχετίζεται με την παχυσαρκία μπορεί να αποτελεί και ανεπιθύμητη ενέργεια μηχανισμών αποκατάστασης της ενεργειακής ισορροπίας. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, η ινσουλινοαντίσταση και η αντισταθμιστική υπερινσουλιναιμία διεγείρουν το συμπαθητικό νευρικό σύστημα με σκοπό την αύξηση της θερμογένεσης, την αποκατάσταση του ενεργειακού ισοζυγίου και τη σταθεροποίηση του σωματικού βάρους. Όμως, η ενεργοποίηση του συμπαθητικού συστήματος επάγει αγγειοσύσπαση, αύξηση της καρδιακής παροχής και της νεφρικής επαναρρόφησης νατρίου, δράσεις που ευνοούν την ανάπτυξη υπέρτασης. Άλλωστε, υπάρχουν πειραματικά δεδομένα που στηρίζουν την υπόθεση της ενεργοποίησης του συμπαθητικού συστήματος από την ινσουλίνη, ως απάντηση στην αυξημένη πρόσληψη θερμίδων και στην παχυσαρκία. Η ινσουλίνη έχει σημαντικές αιμοδυναμικές δράσεις και υπό φυσιολογικές συνθήκες είναι ισχυρά αγγειοδιασταλτική ουσία (Εικόνα 78). Επηρεάζει άμεσα τη λειτουργία του ενδοθηλίου, τον τόνο των αγγείων και την ιστική αιματική ροή, με την απελευθέρωση τοπικών αγγειοδραστικών ουσιών, μεταξύ των οποίων και το μονοξείδιο του αζώτου (NO). Ακόμη, η ινσουλίνη ενεργοποιεί τον αυξητικό παράγοντα VEGF. Στην ινσουλινοαντίσταση λοιπόν παρατηρείται απώλεια της αγγειοδιασταλτικής δράσης της ινσουλίνης. Επίσης, η παραγωγή VEGF ελαττώνεται ως αποτέλεσμα της ελαττωμένης βιοδιαθεσιμότητας του 151

153 NO, που οδηγεί σε δυσλειτουργία του ενδοθηλίου και αρτηριακή υπέρταση. Επιπλέον, σε κατάσταση αντίστασης στην ινσουλίνη, η παραγωγή ενδοθηλίνης 1 (ET 1), που είναι ισχυρή αγγειοσυσπαστική ουσία, μπορεί να αυξηθεί σημαντικά, προκαλώντας επίσης υπέρταση. Εικόνα 78. Η φυσιολογική αγγειοδιασταλτική δράση της ινσουλίνης και η κατάργησή της υπό συνθήκες ινσουλινοαντίστασης και οξειδωτικού stress Τέλος, είναι γνωστό ότι ο λιπώδης ιστός συμβάλλει στην τοπική ενεργοποίηση του συστήματος ρενίνης αγγειοτενσίνης αλδοστερόνης (RAS). Διάφορα συστατικά του RAS έχουν συσχετιστεί θετικά με την παχυσαρκία. Το αγγειοτενσινογόνο, πρόδρομη ουσία της ισχυρά αγγειοσυσπαστικής αγγειοτενσίνης II, εκφράζεται και εκκρίνεται από τα λιποκύτταρα. Αυξημένη παραγωγή αγγειοτενσινογόνου στην παχυσαρκία συσχετίζεται με υπέρταση. Επίσης, η αγγειοτενσίνη II διεγείρει την έκφραση μορίων προσκόλλησης σε αγγειακά κύτταρα, διεγείρει την αγγειογένεση και ελαττώνει τη βιοδιαθεσιμότητα του NO, 152

154 (Goff DC Jr 2003, Hu δράσεις που σχετίζονται με δυσλειτουργία του ενδοθηλίου FB 2005, Potenza MA 2005). Δυσλιπιδαιμία Οι κύριες λιποπρωτεϊνικές διαταραχές του μεταβολικού συνδρόμου είναι η υπερτριγλυκεριδαιμία, τα χαμηλά επίπεδα HDL χοληστερόλης και τα αυξημένα επίπεδα μικρών πυκνών σωματιδίων LDL (sdldl) (Εικόνα 79). Στην υπερινσουλιναιμία, η αυξημένη ροή ελεύθερων λιπαρών οξέων στο ήπαρ αυξάνει την ηπατική παραγωγή πλούσιων σε τριγλυκερίδια σωματιδίων VLDL. Επιπλέον, η δράση της λιποπρωτεϊνικής λιπάσης, ενός ενζύμου που εμπλέκεται στη λιπόλυση των VLDL σωματιδίων, είναι ελαττωμένη σε κατάσταση υπερινσουλιναιμίας. Επακόλουθο της ελάττωσης είναι η καθυστερημένη αποδόμηση των VLDL σωματιδίων, που με αυτό τον τρόπο συνεισφέρουν στις αυξημένες συγκεντρώσεις τριγλυκεριδίων πλάσματος. Εικόνα 79. Η σύνθεση των λιποπρωτεϊνών. Στο μεταβολικό σύνδρομο οι διαταραχές των λιπιδίων περιλαμβάνουν αύξηση των VLDLs και των τριγλυκεριδίων, ελάττωση της HDL χοληστερόλης και παρουσία small dense LDLs. 153

155 Ακόμη, η ελαττωμένη αποδόμηση των VLDL σωματιδίων μειώνει τη διαθεσιμότητα πρωτεϊνών επιφανείας και φωσφολιπιδίων που είναι απαραίτητα για το σχηματισμό HDL σωματιδίων. Επιπρόσθετα, τα υψηλά επίπεδα των VLDL σωματιδίων επιδρούν στη σύνθεση των HDL σωματιδίων, ώστε να περιλαμβάνει λιγότερη χοληστερόλη και περισσότερα τριγλυκερίδια. Ως συνέπεια, τα μικρά και πυκνά, πλούσια σε τριγλυκερίδια HDL σωματίδια μεταβολίζονται ταχύτερα από το ήπαρ και έτσι ελαττώνονται τα επίπεδα της HDL χοληστερόλης. Για τον ίδιο λόγο μεταβάλλεται και η σύνθεση των LDL, με αποτέλεσμα το (Boden G 2002, Ginsberg σχηματισμό μικρών πυκνών LDL σωματιδίων (Εικόνα 80) HN 1996). Εικόνα 80. Η αντίσταση στην ινσουλίνη κατέχει κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη δυσλιπιδαιμίας, υπεργλυκαιμίας και υπέρτασης, των βασικών συνιστωσών του μεταβολικού συνδρόμου. 154

156 ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟ ΣΥΝΔΡΟΜΟ ΚΑΙ ΚΙΝΔΥΝΟΣ ΚΑΡΔΙΑΓΓΕΙΑΚΗΣ ΝΟΣΟΥ Το μεταβολικό σύνδρομο αυξάνει τον κίνδυνο για μελλοντική καρδιαγγειακή νοσηρότητα και θνητότητα κατά 2 3 φορές. Ο αυξημένος καρδιαγγειακός κίνδυνος μπορεί εν μέρει να αποδοθεί στους παράγοντες κινδύνου που συνιστούν το μεταβολικό σύνδρομο. Παρόλα αυτά, το μεταβολικό σύνδρομο σχετίζεται με μεγαλύτερου βαθμού αγγειακή βλάβη από αυτή που αναμένεται από καθένα από τα συστατικά του (Εικόνα 81). Εικόνα 81. Τα συστατικά και οι επακόλουθες συνέπειες του μεταβολικού συνδρόμου. Παρατηρείται ισχυρή συσχέτιση με το διαβήτη τύπου 2 και αυξημένος καρδιαγγειακός κίνδυνος. 155

157 Επιπλέον, ο βαθμός κινδύνου Framingham (Framingham risk score) δε δύναται να εξηγήσει πλήρως τον αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο των ασθενών με μεταβολικό σύνδρομο. Τα ευρήματα αυτά υποδεικνύουν πως άλλοι παράγοντες που σχετίζονται με το μεταβολικό σύνδρομο και δεν μετρώνται συστηματικά μπορεί να συμβάλλουν στον αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο. Η ελαττωμένη ινωδόλυση, η υπερπηκτικότητα, το οξειδωτικό stress, η φλεγμονή και η υπερινσουλιναιμία ενδέχεται να αποτελούν μερικούς από αυτούς τους παράγοντες (Girman CJ 2004, Reaven GM 2004). Αθηρογόνος δυσλιπιδαιμία Ως αθηρογόνος λιποπρωτεϊνικός φαινότυπος ή, απλούστερα, λιπιδική τριάδα, χαρακτηρίζεται η παρουσία αυξημένων επιπέδων τριγλυκεριδίων, αυξημένων μικρών πυκνών σωματιδίων LDL και χαμηλών επιπέδων HDL χοληστερόλης. Αυτή η σειρά διαταραχών των λιπιδίων αποτελεί έναν ισχυρό παράγοντα κινδύνου για στεφανιαία νόσο (Coronary Heart Disease CHD), που περιλαμβάνει τη σταθερή στηθάγχη, την ασταθή στηθάγχη και το έμφραγμα του μυοκαρδίου. Άλλα συχνά εργαστηριακά ευρήματα στην αθηρογόνο δυσλιπιδαιμία αποτελούν τα αυξημένα επίπεδα απολιποπρωτεΐνης B και τα μικρά πυκνά HDL σωματίδια. Η λιπιδική τριάδα δεν πρέπει να συγχέεται με τα αυξημένα επίπεδα LDL χοληστερόλης, τα οποία έχει αποδειχθεί πως αποτελούν ανεξάρτητο παράγοντα κινδύνου για στεφανιαία νόσο. Ο επιπολασμός της αθηρογόνου δυσλιπιδαιμίας είναι μεγαλύτερος από αυτόν της μεμονωμένης υψηλής LDL C και συχνά η κατάσταση προηγείται της πλήρους κλινικής εκδήλωσης του μεταβολικού συνδρόμου (Vinik AI 2005). 156

158 TNF α και αθηρωματική αγγειακή νόσος Η φλεγμονή διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της αθηροσκλήρωσης, ειδικά στα πλαίσια της παχυσαρκίας και της ινσουλινοαντίστασης. Τις πρώτες ενδείξεις για ρόλο της φλεγμονής στη διαδικασία της αθηροσκλήρωσης παρείχε η παρατήρηση πως σε ζωικό μοντέλο η συσσώρευση LDL χοληστερόλης στις αρτηρίες σχετιζόταν με την έκφραση του TNF α. Επίσης, στον άνθρωπο τα επίπεδα TNF α στο πλάσμα είναι αυξημένα σε ασθενείς με αυξημένο κίνδυνο επαναλαμβανόμενων στεφανιαίων συμβαμάτων. Στα ενδοθηλιακά κύτταρα, ο TNF α ελαττώνει το χρόνο ημίσειας ζωής του mrna της ενδοθηλιακής συνθάσης του NO. Έτσι, στον άνθρωπο ο TNF α προάγει την ενδοθηλιακή δυσλειτουργία, ελαττώνοντας την εξαρτώμενη από το NO αγγειοδιαστολή (Εικόνα 82). Εικόνα 82. Ένας από τους σημαντικούς ρόλους του TNF α και άλλων φλεγμονωδών κυτταροκινών είναι η προαγωγή της ενδοθηλιακής δυσλειτουργίας και η αθηρογένεση. 157

159 Ενδαρτηριακή έγχυση TNF α επάγει τη δυσλειτουργία του ενδοθηλίου σε ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2, δράση που αναστρέφεται με τη χορήγηση PPARγ αγωνιστή (pioglitazone). Σε μοριακό επίπεδο, ο TNF α ενεργοποιεί το μεταγραφικό παράγοντα NFκΒ, ο οποίος προκαλεί φλεγμονώδεις μεταβολές στο αγγειακό τοίχωμα. Οι τελευταίες έχουν ως αποτέλεσμα την αυξημένη έκφραση μορίων προσκόλλησης, που ευνοούν την προσκόλληση μονοκυττάρων στο ενδοθήλιο (Niemann Jonsson A 2000, Martens FM 2006, Ouchi N 1999). Υπερινσουλιναιμία και αθηρωματική αγγειακή νόσος Η υπερινσουλιναιμία συχνά συνοδεύει την αντίσταση στην ινσουλίνη, με σκοπό τη διατήρηση φυσιολογικής συγκέντρωσης γλυκόζης πλάσματος. Είναι γνωστό ότι η ινσουλινοαντίσταση σχετίζεται με αυξημένη καρδιαγγειακή θνητότητα. Στα πλαίσια ινσουλινοαντίστασης, η εξέλιξη της αθηροσκληρωτικής διαδικασίας είναι πιο σοβαρή, γεγονός που αποδίδεται στην ελάττωση της δράσης της ινσουλίνης σε αγγειακό επίπεδο. Είναι αμφιλεγόμενο αν η ινσουλίνη μεμονωμένα, ανεξάρτητα από την ινσουλινοαντίσταση, αυξάνει τον κίνδυνο καρδιαγγειακής νόσου. Πολλές μελέτες αναφέρουν πως τα αυξημένα επίπεδα ινσουλίνης πλάσματος σχετίζονται με αυξημένο κίνδυνο ισχαιμικής καρδιακής νόσου. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν μελέτες που εμπλέκουν στην ερμηνεία της συσχέτισης επιπρόσθετους παράγοντες κινδύνου, όπως η παχυσαρκία, η υπέρταση και η δυσλιπιδαιμία. Τέλος, σε πρόσφατη μετα ανάλυση η ινσουλίνη βρέθηκε να σχετίζεται με την καρδιαγγειακή θνητότητα, ανεξάρτητα από άλλους παράγοντες κινδύνου. 158

160 Η ινσουλίνη δεν έχει μόνο μεταβολικές, αλλά και αγγειακές δράσεις, επηρεάζοντας άμεσα το αγγειακό ενδοθήλιο. Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η ινσουλίνη έχει ισχυρή αγγειοδιασταλτική δράση, προκαλώντας εξαρτώμενη από το ενδοθήλιο αγγειοδιαστολή, μέσω διέγερσης της παραγωγής NO. Η αγγειοδιαστολή αυξάνει την αιματική ροή στους σκελετικούς μύες και στο λιπώδη ιστό, που με τη σειρά της αυξάνει και την πρόσληψη γλυκόζης από τους ιστούς. Η αγγειοδιασταλτική δράση της ινσουλίνης ελαττώνεται στην παχυσαρκία και στην ινσουλινοαντίσταση, λόγω της ελαττωμένης παραγωγής NO με τη μεσολάβηση της ινσουλίνης. Η ανάπτυξη αντίστασης στην ινσουλίνη τόσο σε επίπεδο αγγειακού ενδοθηλίου όσο και σε επίπεδο ιστών που αποτελούν μεταβολικούς στόχους της ορμόνης (σκελετικοί μύες και λιπώδης ιστός) οδηγεί σε ελαττωμένη αγγειοδιαστολή (ενδοθηλιακή δυσλειτουργία), όπως και σε μειωμένη πρόσληψη γλυκόζης από τους ιστούς στόχους (Hu G 2004, Kim JA 2005). Adiponectin και αθηρωματική αγγειακή νόσος Χαμηλά επίπεδα adiponectin πλάσματος συσχετίζονται με την παρουσία ινσουλινοαντίστασης και σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2, καταστάσεων που οδηγούν σε αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο. Επίσης, η adiponectin εκδηλώνει άμεσες αντιαθηρογόνες ιδιότητες. Εντός του αγγειακού τοιχώματος αναστέλλει την προσκόλληση των μονοκυττάρων στα ενδοθηλιακά κύτταρα, καταστέλλει τη μετατροπή των μακροφάγων σε αφρώδη κύτταρα και ελαττώνει τον πολλαπλασιασμό και τη μετανάστευση των λείων μυικών κυττάρων. Επιπλέον, η adiponectin ελαττώνει την παραγωγή κυτταροκινών από τα μακροφάγα και αναστέλλει άμεσα την έκκριση από το λιπώδη ιστό του 159

161 TNF α, με άμεση επίπτωση και στην έκφραση πολλών μορίων προσκόλλησης. Επιπλέον, η adiponectin είναι ικανή να αυξήσει την παραγωγή NO και να διεγείρει την αγγειογένεση. Εικόνα 83. Στο μεταβολικό σύνδρομο είναι έκδηλη η δυσλειτουργία των λιποκυττάρων. Η διαταραχή των παραγόμενων από τα λιποκύτταρα πρωτεϊνών έχει ως συνέπεια τη δημιουργία ενός φλεγμονώδους περιβάλλοντος, που ενισχύεται από την προσέλκυση και μονοκυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος. Η επαγόμενη από τη φλεγμονή και το οξειδωτικό stress δυσλειτουργία του ενδοθηλίου, σε συνδυασμό με την περίσσεια των βλαπτικών για το αγγειακό τοίχωμα λιποκινών και ένδεια των προστατευτικών, όπως η adiponectin, οδηγεί σε αυξημένο κίνδυνο αθηρογένεσης. Πολλές μελέτες αναφέρουν στενή συσχέτιση μεταξύ χαμηλών επιπέδων adiponectin πλάσματος και στεφανιαίας νόσου, ενώ άλλοι ερευνητές δε συμφωνούν με το παραπάνω εύρημα. Πάντως, τα χαμηλά επίπεδα adiponectin στο πλάσμα, όπως παρατηρούνται σε περίπτωση 160

162 δυσλειτουργίας των λιποκυττάρων, μπορούν να συμβάλλουν άμεσα στην ανάπτυξη τόσο ινσουλινοαντίστασης, όσο και αθηροσκλήρωσης, δρώντας ως παθογενετικός σύνδεσμος μεταξύ του μεταβολικού συνδρόμου και των καρδιαγγειακών συνεπειών του. Από αυτή την άποψη, η δυσλειτουργία των λιποκυττάρων μπορεί να θεωρηθεί κοινή προϋπόθεση για την ανάπτυξη τόσο αθηροσκλήρωσης (Εικόνα 83), όσο και αντίστασης στην ινσουλίνη (Ouchi N 2001, Arita Y 2002, Tan KC 2004, Sattar N 2006). 161

163 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Ο ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΩΣ ΕΝΔΟΚΡΙΝΗΣ ΑΔΕΝΑΣ Ο λιπώδης ιστός απαντά με τη μορφή διαφόρων αποθηκών, σπουδαιότερες εκ των οποίων είναι αυτές του υποδορίου και του κοιλιακού σπλαχνικού λίπους. Επίσης εμφανίζεται σε δύο διακριτές μορφές, το λευκό και το φαιό λιπώδη ιστό. Ο φαιός λιπώδης ιστός εξειδικεύεται στην παραγωγή θερμότητας μέσω θερμογένεσης χωρίς τρόμο και τα αποθηκευμένα σε αυτόν λιπίδια χρησιμοποιούνται ως καύσιμα στη διαδικασία. Αντίθετα, τα λιπίδια που αποθηκεύονται στο λευκό λιπώδη ιστό αποτελούν ενεργειακή εφεδρεία που μπορεί να κινητοποιηθεί σε περιόδους που οι ενεργειακές ανάγκες του οργανισμού είναι αυξημένες. Ο λευκός λιπώδης ιστός αντιπροσωπεύει την πλειονότητα του λιπώδους ιστού και η μάζα του αυξάνει σε περιπτώσεις που η πρόσληψη ενέργειας υπερβαίνει την κατανάλωση για μεγάλο χρονικό διάστημα, γεγονός που ευθύνεται για την κατάσταση της παχυσαρκίας. Ιστορικά, η έρευνα στο λιπώδη ιστό εστιαζόταν κυρίως στη λειτουργία της αποθήκευσης ενέργειας και της κινητοποίησής της. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναθεωρηθεί οι απόψεις σχετικά με το φυσιολογικό και τον παθοφυσιολογικό ρόλο του λιπώδους ιστού. Σταθμός στην πρόοδο σε αυτό τον τομέα ήταν η περιγραφή της λεπτίνης ως πεπτιδικής ορμόνης που εκκρίνεται από το λιπώδη ιστό και εκδηλώνει ρυθμιστική δράση σε μεταβολικές λειτουργίες. Μελέτες που ακολούθησαν αποκάλυψαν μία ευρεία και ετερογενή ομάδα πεπτιδικών σηματοδοτικών μορίων που συντίθενται και εκκρίνονται από το λιπώδη ιστό και έτσι συνέβαλαν στην 162

164 (Cinti S 2005, Cannon αναγνώριση του λιπώδους ιστού ως ενδοκρινούς οργάνου B 2004). Έχει υπολογιστεί πως το 20 30% των γονιδίων που εκφράζονται στο λιπώδη ιστό κωδικοποιούν εκκριτικές πρωτεΐνες (Εικόνα 84). Τα πεπτιδικά σηματοδοτικά μόρια που παράγονται από το λιπώδη ιστό και ονομάζονται λιποκίνες περιλαμβάνουν φλεγμονώδεις κυτταροκίνες, πρωτεΐνες παράγοντες του συμπληρώματος, πρωτεΐνες της ινωδόλυσης, πρωτεΐνες του συστήματος ρενίνης αγγειοτενσίνης, καθώς και πληθώρα άλλων βιολογικά δραστικών μορίων με ενδοκρινή ή παρακρινή δράση. Εικόνα 84. Τα εκκριτικά προϊόντα του λιποκυττάρου Πολλές λιποκίνες εμφανίζουν τοπική αυτοκρινή ή παρακρινή δράση, επηρεάζοντας το μεταβολισμό των λιποκυττάρων και τη φλεγμονώδη 163

165 απόκριση του λιπώδους ιστού. Ακόμη, οι λιποκίνες κατέχουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση του συστηματικού μεταβολισμού της γλυκόζης και των λιπιδίων, μέσω ενδοκρινών συστηματικών δράσεων στον εγκέφαλο, το ήπαρ και τους σκελετικούς μύες (Εικόνα 85). Τα επίπεδα πλάσματος πολλών λιποκινών επηρεάζονται από το δείκτη μάζας σώματος (BMI) και τη συνολική μάζα του λιπώδους ιστού (adiposity), υποδεικνύοντας πως η σύνθεση και έκκριση αυτών των μορίων είναι δυναμική και μεταβαλλόμενη (Πίνακας 1). Εικόνα 85. Οι εκκρινόμενες από το λιπώδη ιστό λιποκίνες και τα όργανα στόχοι τους 164

166 Λιποκίνη Μεταβολικές δράσεις Αγγειακές δράσεις Ανοσολογικές δράσεις Μεταβολή στην παχυσαρκία TNF α Απελευθέρωση FFAs από τα Επαγωγή Ενεργοποίηση Αύξηση λιποκύτταρα ενδοθηλιακής NF κβ Ινσουλινοαντίσταση δυσλειτουργίας Αύξηση Ελάττωση σύνθεσης adiponectin Ελάττωση της επαγόμενης από το NO αγγειοδιαστολής έκφρασης μορίων προσκόλλησης IL 6 Αναστολή γλυκονεογένεσης Αύξηση επιπέδων Αύξηση Αύξηση Αύξηση ηπατικής de novo σύνθεσης FFAs και χοληστερόλης ινωδογόνου παραγωγής πρωτεϊνών Ινσουλινοαντίσταση οξείας φάσης PAI1 Ελάττωση ινωδόλυσης Αύξηση (σπλαχνική παχυσαρκία) Leptin Σήμα κορεσμού Αγγειοδιατολή (NO) Αύξηση Αύξηση Αναστολή λιπογένεσης Αγγειοσύσπαση (ΣΝΣ) παραγωγής Διέγερση λιπόλυσης Αύξηση επιπλοκών φλεγμονωδών Βελτίωση της ευαισθησίας στην αρτηριακής κυτταροκινών ινσουλίνη υπέρτασης (χρόνια υπερλεπτιναιμία) Ρύθμιση επίκτητης ανοσίας Resistin Ινσουλινοαντίσταση Απελευθέρωση ET 1 Αυξημένη Αύξηση (πειραματόζωα) από τα ενδοθηλιακά έκφραση Ελάττωση πρόσληψης και μεταβολισμού λιπαρών οξέων στους σκελετικούς μύες κύτταρα φλεγμονωδών κυτταροκινών και μορίων προσκόλλησης Adiponectin Αύξηση ευαισθησίας στην Προφύλαξη από το Ελάττωση Ελάττωση ινσουλίνη σχηματισμό έκφρασης Ελάττωση τριγλυκεριδίων στους neointima μορίων σκελετικούς μύες Ελάττωση προσκόλλησης πολλαπλασιασμού και μετανάστευσης των αγγειακών λείων Αναστολή ενεργοποίησης NF κβ μυικών κυττάρων Ανταγωνισμός Ελάττωση δράσης TNF α μετατροπής μακροφάγων σε αφρώδη κύτταρα Ελάττωση προσκόλλησης μακροφάγων στο ενδοθήλιο Visfatin Ινσουλινομιμητική δράση Αύξηση της Αύξηση visfatin στη ΡΑ Apelin Πιθανό σήμα κορεσμού Αγγειοδιασταλτική Αύξηση Ελάττωση της επαγόμενης από τη δράση (NO) γλυκόζη έκκρισης ινσουλίνης Αγγειοσυσπαστική δράση (ΛΜΚ) Πίνακας 1. Οι δράσεις των κυριότερων λιποκινών 165

167 Οι παραπάνω παρατηρήσεις οδήγησαν στην υπόθεση πως μεταβολές στην έκκριση λιποκινών, ειδικά αυτών που επηρεάζουν τη συστηματική ευαισθησία στην ινσουλίνη και τη φλεγμονή, συνδέονται με αυξημένο κίνδυνο διαβήτη και καρδιαγγειακής νόσου. Συγκεκριμένα, η διαταραχή της ισορροπίας στην έκκριση αφενός λιποκινών που ευνοούν τη φλεγμονή ή την εμφάνιση σακχαρώδους διαβήτη και αφετέρου αντιφλεγμονωδών και αντιδιαβητικών λιποκινών αποτελεί συνέπεια της αναπτυσσόμενης με την παχυσαρκία δυσλειτουργίας του λιπώδους ιστού. Η διαταραχή αυτή μεταβάλλει την ενεργειακή ομοιόσταση και την αγγειακή λειτουργία, θέτοντας τις βάσεις για την ανάπτυξη ινσουλινοαντίστασης, και καρδιαγγειακής νόσου. ΠΑΧΥΣΑΡΚΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟ ΣΥΝΔΡΟΜΟ Η παχυσαρκία και η συσσώρευση ενδοκοιλιακού (σπλαχνικού) λιπώδους ιστού [intra abdominal adipose tissue (IAAT)] σχετίζονται με αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο (Εικόνα 86). Βέβαια, οι διαφορετικές αποθήκες λίπους εμφανίζουν διαφορετική μεταβολική δραστηριότητα και συγκεκριμένα ο σπλαχνικός λιπώδης ιστός σχετίζεται με ινσουλινοαντίσταση. Είναι γενικά αποδεκτό πως για δεδομένη περίμετρο μέσης, ανεξάρτητα από το συνολικό βάρος, οι κίνδυνοι για τον άνθρωπο είναι παρεμφερείς. Επομένως, η περίμετρος μέσης μπορεί να αποτελέσει δείκτη της ποσότητας του σπλαχνικού λιπώδους ιστού. Ο επιπολασμός του μεταβολικού συνδρόμου αυξάνει με την παχυσαρκία, είτε αυτή αξιολογείται με το δείκτη μάζας σώματος, είτε με την περίμετρο μέσης. Στη μελέτη NHANES III στις ΗΠΑ, παρουσία μεταβολικού συνδρόμου υπήρχε στο 5,4% των ανδρών φυσιολογικού βάρους, στο 22,4% των υπέρβαρων και στο 59,6% των παχύσαρκων και 166

168 επίσης η κατανομή στις γυναίκες ήταν παρεμφερής. Η Insulin Resistance Atherosclerosis Study υποδεικνύει πως η μεγάλη περίμετρος μέσης, ως δείκτη παχυσαρκίας, αποτελεί τον καλύτερο προγνωστικό δείκτη ενδεχόμενης ανάπτυξης μεταβολικού συνδρόμου. Εικόνα 86. Σπλαχνική παχυσαρκία και κίνδυνος καρδιαγγειακής νόσου Παρόλο που η ευρεία περίμετρος μέσης θεωρείται ενδεικτική αυξημένου καρδιαγγειακού κινδύνου, άτομα με φυσιολογική περίμετρο μέσης ενδέχεται να βρίσκονται σε αυξημένο κίνδυνο, ειδικά αν κυμαίνονται στα όρια του υπέρβαρου. Ολοένα και περισσότερα δεδομένα υποστηρίζουν πως η παχυσαρκία δεν αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για τη σπλαχνική εναπόθεση λίπους. Επίσης, οι διαστάσεις επιδημίας που έχει λάβει σήμερα η παχυσαρκία ενισχύουν την αυξανόμενη τάση του σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2, καθώς και των 167

169 (Park YW 2003, υπολοίπων καταστάσεων ελαττωμένης ανοχής στη γλυκόζη Kashyap SR 2007, Goodpaster BH 2005, Palaniappan L 2004). Μεγάλος αριθμός κλινικών μελετών επιβεβαιώνει τη σημασία της κατανομής λίπους και ειδικά της κατανομής του σπλαχνικού λίπους στην ανάπτυξη μεταβολικών διαταραχών, όπως η ελαττωμένη ανοχή στη γλυκόζη και η δυσλιπιδαιμία. Ο σπλαχνικός λιπώδης ιστός, υπολογιζόμενος με CT, συσχετίζεται τόσο με τα επίπεδα τριγλυκεριδίων και χοληστερόλης όσο και με την καμπύλη κατά τη δοκιμασία ανοχής γλυκόζης. Η συσσώρευση σπλαχνικού λίπους δε σχετίζεται μόνο με ποσοτικές μεταβολές στα λιπίδια και τις λιποπρωτεΐνες του ορού, αλλά και με ποιοτικές μεταβολές στις λιποπρωτεΐνες, όπως οι μικρές πυκνές LDL (sdldl). Αυτές οι μεταβολές στη δυσλιπιδαιμική κατάσταση πιθανόν να συνδέονται με τα υψηλά επίπεδα τριγλυκεριδίων και τα χαμηλά επίπεδα HDL χοληστερόλης. Η ινσουλινοαντίσταση ή η υπερινσουλιναιμική κατάσταση στη σπλαχνική παχυσαρκία θεωρείται βασική διαταραχή που συνδέεται με μεταβολικές δυσλειτουργίες. Η απώλεια βάρους με ελάττωση του σπλαχνικού λίπους, αλλά όχι του υποδόριου, οδηγεί σε ελάττωση της αρτηριακής πίεσης σε υπερτασικά άτομα. Από την άλλη πλευρά, η συσσώρευση σπλαχνικού λίπους σχετίζεται με αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο και πιθανόν να συνεπάγεται την ανάπτυξη καρδιαγγειακής νόσου. Ακόμη, ως απόρροια επιδημιολογικών μελετών, ο λόγος περιμέτρου μέσης προς μηρούς αποδεικνύεται σημαντικός προγνωστικός δείκτης στεφανιαίας νόσου, ανεξάρτητος από το BMI. Επιπλέον, η σπλαχνική συσσώρευση λίπους, εκτιμώμενη με CT, σχετίζεται με στεφανιαία νόσο, ακόμα και σε ήπια παχυσαρκία (Εικόνα 87). Συμπερασματικά, η σπλαχνική παχυσαρκία 168

170 αποτελεί βασικό παράγοντα κινδύνου για την ανάπτυξη καρδιαγγειακής νόσου και μεταβολικών διαταραχών (Matsuzawa Y 2006). Εικόνα 87. Η σπλαχνική παχυσαρκία επάγει τη δυσλειτουργία του ενδοθηλίου, μέσω της αυξημένης παραγωγής φλεγμονωδών κυτταροκινών, με αποτέλεσμα την αυξημένη έκφραση μορίων προσκόλλησης και την παραγωγή ελευθέρων ριζών οξυγόνου ΛΙΠΟΚΙΝΕΣ: ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ Η ποικιλότητα των μηχανισμών με τους οποίους ο λιπώδης ιστός ελέγχει τα επίπεδα γλυκόζης αίματος και το σωματικό βάρος οδήγησε στην προοπτική του χειρισμού της βιολογίας του λιποκυττάρου ως θεραπευτικής στρατηγικής σε μεταβολικές ασθένειες όπως ο σακχαρώδης διαβήτης τύπου 2 και η παχυσαρκία. Η απλή ελάττωση του αριθμού των λιποκυττάρων δεν είναι επαρκής, καθώς η χειρουργική εξαίρεση του λιπώδους ιστού δε βελτιώνει μεταβολικές παραμέτρους σε παχύσαρκους ασθενείς ή πειραματόζωα. Αντίθετα, η χρησιμοποίηση της ίδιας της βιολογίας του λιποκυττάρου προς όφελος του ασθενών 169

171 θεωρείται αποδοτικότερη προσέγγιση του προβλήματος (Εικόνα 88). Προς αυτή την κατεύθυνση, η ενίσχυση της σύνθεσης λεπτίνης και adiponectin και η προώθηση της ενδοκυττάριας οξείδωσης των λιπιδίων στα λιποκύτταρα πιθανότατα θα είχαν θετικά αποτελέσματα. Εικόνα 88. Το λιποκύτταρο ως στόχος μελλοντικών θεραπευτικών παρεμβάσεων. Οι λιποκίνες αποτελούν μόρια στόχους για την αντιμετώπιση μεταβολικών διαταραχών, μέσω είτε της ενίσχυσης είτε της εξουδετέρωσης της δράσης τους. Αναστολείς της τοπικής αγγειογένεσης μπορούν να αποτελέσουν θεραπευτική προσέγγιση κατά της παχυσαρκίας. Η παρεμβολή στη συνομιλία μεταξύ των λιποκυττάρων και κυττάρων του ανοσοποιητικού ή του νευρικού συστήματος ενδέχεται να έχει θεραπευτικό αποτέλεσμα. Τέλος, η διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων σε λιποκύτταρα συνιστά έναν επιπλέον φαρμακολογικό στόχο. Στον άνθρωπο, η συμβολή του φαιού λιπώδους ιστού στην ενεργειακή ισορροπία είναι σχετικά ανεξερεύνητη. Παρόλο που τα βρέφη έχουν αναγνωρίσιμες αποθήκες φαιού λιπώδους ιστού στη μεσοπλάτια χώρα και γύρω από τα μεγάλα αγγεία, αυτές δεν παρατηρούνται κατά την ενηλικίωση. Η χρόνια έκθεση στο κρύο και τα χρόνια αυξημένα επίπεδα κατεχολαμινών (όπως σε 170

172 φαιοχρωμοκύττωμα) μπορεί να οδηγήσουν στην επανεμφάνιση φαιού λιπώδους ιστού. Συνεπώς, η επανενεργοποίηση του φαιού λιπώδους ιστού ή η προαγωγή ενός φαινοτύπου ομοιάζοντα με το φαιό λιπώδη ιστό στα λευκά λιποκύτταρα θα μπορούσε να αποτελέσει δυνητικά επιτυχή θεραπευτική στρατηγική στον άνθρωπο (Rosen ED 2006b). Τα πειραματικά δεδομένα και οι κλινικές παρατηρήσεις σχετικά με τις αντιαθηρογόνες ιδιότητες της adiponectin μπορεί να οδηγήσουν σε νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις αντιμετώπισης της καρδιαγγειακής νόσου, του σακχαρώδη διαβήτη και του μεταβολικού συνδρόμου. Λαμβάνοντας υπόψη τα υψηλά επίπεδα της adiponectin στο πλάσμα, η άμεση χορήγηση της πρωτεΐνης σε ασθενείς με χρόνια νόσο θα παρουσίαζε δυσκολίες, σχετικές με τη διατήρηση υψηλών επιπέδων της πρωτεΐνης στο πλάσμα. Επιπλέον, η ισχυρότερη δράση της adiponectin εκδηλώνεται από την HMW (υψηλού μοριακού βάρους) μορφή, η οποία ελαττώνεται σε ασθενείς με στεφανιαία νόσο. Τέλος, οι μοριακοί μηχανισμοί μεταγωγής σήματος από την adiponectin είναι αρκετά πολύπλοκοι, λόγω της παρουσίας διαφορετικών τύπων υποδοχέων. Η ανεύρεση ουσιών που ενισχύουν την ενδογενή σύνθεση adiponectin ίσως αποτελεί έναν πρακτικό τρόπο για την εκμετάλλευση του θεραπευτικού δυναμικού της λιποκίνης. Παράγωγα θειαζολιδινοδιόνης (TZD) είναι ικανά να διεγείρουν την παραγωγή adiponectin. Έτσι, η troglitazone τριπλασίασε τα επίπεδα adiponectin όταν χορηγήθηκε σε άτομα με σπλαχνική παχυσαρκία. Λόγω των απρόβλεπτων ενεργειών των TZDs, ως PPARγ αγωνιστών, είναι επιθυμητή η αναζήτηση παραγώγων που επάγουν ειδικά την έκφραση της adiponectin. Η παρουσία του PPAR responsive element στον 171

173 υποκινητή του γονιδίου της adiponectin και η αναγνώριση συμπαραγόντων που ενισχύουν την έκφραση του γονιδίου μπορεί να οδηγήσουν μελλοντικά στην ανάπτυξη ειδικών ενισχυτών της σύνθεσης της λιποκίνης. Από τις μελέτες των δράσεων της adiponectin ξεχωρίζει η φυσιολογική της σημασία στην πρόληψη της καρδιαγγειακής νόσου. Η ελάττωση των επιπέδων της adiponectin που προκαλείται από τη συσσώρευση σπλαχνικού λίπους αποτελεί παράγοντα κινδύνου όχι μόνο για την ανάπτυξη σακχαρώδους διαβήτη και υπέρτασης, αλλά και για την εκδήλωση αθηροσκλήρωσης και καρδιαγγειακών συμβαμάτων. Η προστατευτική δράση της λιποκίνης στο τραυματισμένο αγγειακό τοίχωμα ενδέχεται να αποτελέσει τη βάση για μια νέα θεραπευτική προσέγγιση της αθηροσκλήρωσης (Matsuzawa Y 2006, Yamauchi T 2003, Hug C 2004). Οι μέχρι σήμερα θεραπευτικές εφαρμογές της λεπτίνης είναι σχετικά περιορισμένες. Επιτυχής χαρακτηρίζεται η χορήγηση ανασυνδυασμένης λεπτίνης ως θεραπεία υποκατάστασης σε ασθενείς με συγγενή ανεπάρκεια λεπτίνης. Τα άτομα αυτά πάσχουν από υπερφαγία και νοσηρή παχυσαρκία, αλλά ανταποκρίνονται στη θεραπεία με λεπτίνη, που έχει ως αποτέλεσμα δραματική ελάττωση του σωματικού βάρους. Η θεραπευτική εφαρμογή της λεπτίνης επεκτείνεται και σε ασθενείς με βαριά λιποδυστροφία. Στη συγκεκριμένη κατάσταση τα χαμηλά επίπεδα της λιποκίνης ευθύνονται για ινσουλινοαντίσταση, δυσλιπιδαιμία και συσσώρευση λίπους στους περιφερικούς ιστούς (σκελετικούς μύες, ήπαρ), λόγω της ελαττωμένης ικανότητας του λιπώδους ιστού για αποθήκευση. Η χορήγηση λεπτίνης βελτιώνει την 172

174 ευαισθησία στην ινσουλίνη και αναστρέφει την τοξική επίδραση του λίπους στο ήπαρ και στους σκελετικούς μύες. Αντίθετα, τα αποτελέσματα κλινικών μελετών όπου η λεπτίνη χρησιμοποιήθηκε ως φάρμακο κατασταλτικό της όρεξης, για την αντιμετώπιση της παχυσαρκίας, ήταν απογοητευτικά. Σε καταστάσεις γενικευμένης παχυσαρκίας η χορήγηση λεπτίνης φαίνεται πως είναι αναποτελεσματική, λόγω της παρουσίας ήδη υψηλών επιπέδων λεπτίνης στους παχύσαρκους ασθενείς, αφού τα επίπεδά της λιποκίνης αυξάνονται ανάλογα με τη μάζα του λιπώδους ιστού. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση στη δράση της λεπτίνης, πιθανόν λόγω κορεσμού του συστήματος μεταφοράς της διαμέσου του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, αποτελεί το σημαντικότερο πρόβλημα και όχι η ανεπάρκεια της ορμόνης. Με βάση πειραματικά δεδομένα, είναι δυνατό η χρόνια χορήγηση λεπτίνης σε φαρμακολογικές δόσεις να επιδρά άμεσα στα λιποκύτταρα, ενεργοποιώντας την οξείδωση των λιπαρών οξέων (Gorden P 2003, Savage DB 2002, Licinio J 2004, Banks WA 2001, Orci L 2004). Ο TNF α αποτελεί φλεγμονώδη λιποκίνη, ικανή να επάγει ινσουλινοαντίσταση και δυσλειτουργία του ενδοθηλίου και να ελαττώνει τη σύνθεση της adiponectin. Πιθανότατα αποτελεί έναν από τους συνδετικούς κρίκους μεταξύ μεταβολικού συνδρόμου και αθηροσκλήρωσης. Με βάση τις παραπάνω δράσεις, αντιφλεγμονώδεις θεραπείες που στοχεύουν τον TNF α θα μπορούσαν να αποτελέσουν αποτελεσματικές προσεγγίσεις στη θεραπεία ασθενειών που σχετίζονται με την παχυσαρκία. Η βραχυχρόνια χορήγηση του αντι TNFα παράγοντα etanercept σε άτομα με μεταβολικό σύνδρομο ελαττώνει τα επίπεδα των CRP, IL 6, και ινωδογόνου, ενώ αυξάνει τα επίπεδα 173

175 adiponectin. Συνεπάγεται πως ο ανταγωνισμός της δράσης του TNF α ενδέχεται να διακόπτει τον καταρράκτη των φλεγμονωδών αντιδράσεων που συνδέονται με τη σπλαχνική παχυσαρκία. Βέβαια, απαιτούνται μακροχρόνιες μελέτες, πιθανόν και με άλλους αναστολείς του TNF α, για να αποδειχθεί κατά πόσο η βελτίωση της φλεγμονώδους κατάστασης στη σπλαχνική παχυσαρκία και η ελάττωση των καρδιαγγειακών παραγόντων κινδύνου παρατηρούνται σε βάθος χρόνου. Επίσης, πρέπει να αποδειχθεί κατά πόσο η αντι TNF α αγωγή είναι ικανή να αναστρέψει την αντίσταση στην ινσουλίνη και τις αγγειακές επιπλοκές (Nawrocki AR 2004, Bernstein LE 2006, Matsuzawa Y 2005). Η καταστολή της ινωδόλυσης λόγω αυξημένων επιπέδων PAI1 συσχετίζεται με καρδιαγγειακή νόσο, ινσουλινοαντίσταση, σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2, καθώς και με θρομβωτικές διαταραχές. Με δεδομένο ότι κατά την παχυσαρκία τα επίπεδα πλάσματος του PAI1 αυξάνουν, θεωρείται πως η λιποκίνη συμβάλλει στον αυξημένο κίνδυνο καρδιαγγειακής νόσου και σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Θεραπευτικές επιλογές οι οποίες βελτιώνουν μεταβολικές παραμέτρους που σχετίζονται με την ινσουλινοαντίσταση ενώ, παράλληλα, ελαττώνουν και τα επίπεδα PAI1 είναι δυνατό να περιορίζουν τη φλεγμονώδη και υπερπηκτική κατάσταση που παρατηρείται στη σπλαχνική παχυσαρκία. Αντιδιαβητικά φάρμακα, όπως η metformin, ελαττώνουν τα επίπεδα πλάσματος του PAI1. Επίσης, η χορήγηση των PPARγ αγωνιστών θειαζολιδινοδιονών (TZDs) σε διαβητικούς τύπου 2 συσχετίζεται με χαμηλά επίπεδα PAI1 στην κυκλοφορία, πιθανόν και ως έμμεση ενέργεια του φαρμάκου. Ακόμη, η αναστολή του συστήματος ρενίνηςαγγειοτενσίνης από τους αναστολείς του ΜΕΑ (ACE inhibitors) σε παχύσαρκους ασθενείς με ινσουλινοαντίσταση ελαττώνει τα επίπεδα 174

176 του PAI1. Με δεδομένο το σημαντικό ρόλο του PAI1 στις καρδιαγγειακές επιπλοκές της παχυσαρκίας, αλλά και στην ανάπτυξη του σακχαρώδους διαβήτη και της ίδιας της παχυσαρκίας, το μόριο αυτό αποτελεί ελκυστικό άμεσο θεραπευτικό στόχο. Η πρόσφατη εφαρμογή ενός ανταγωνιστή του PAI1 (tiplaxtinin/pai 039) σε ζωικό μοντέλο επαγόμενης από την ΑΤ II υπέρτασης απέδειξε πως έχει την ικανότητα να αναστείλει την ανάπτυξη περιαγγειακής ίνωσης. Τέτοιου είδους φάρμακα, καθώς και άλλοι παράγοντες που ελαττώνουν τα επίπεδα ή αναστέλλουν τη δράση του PAI1 είναι χρήσιμο να εξεταστούν με απώτερο στόχο την ελάττωση του καρδιαγγειακού κινδύνου σε ασθενείς με μεταβολικό σύνδρομο ή ακόμα και για πιθανό ρόλο στην (De Taeye B 2005, Goralski KB 2007, Weisberg AD πρωτογενή πρόληψη της παχυσαρκίας 2005). Η κατανόηση της ενδοκρινούς λειτουργίας του λιπώδους ιστού επιτρέπει την αναγνώριση πολλών εκκριτικών προϊόντων του ως πιθανών θεραπευτικών στόχων για την αντιμετώπιση του μεταβολικού συνδρόμου και των συνεπειών του. Στην κατηγορία αυτή μπορούν ακόμη να συμπεριληφθούν λιποκίνες όπως η resistin και η RBP 4, αλλά και πρωτεΐνες του συστήματος ρενίνης αγγειοτενσίνης, όπως το αγγειοτενσινογόνο. Η ελάττωση των επιπέδων αυτών των ουσιών, αφενός με επίδραση απευθείας στην παραγωγή τους από τα λιποκύτταρα και αφετέρου με παρεμπόδιση της δράσης τους, με τη βοήθεια αναστολέων, αποτελεί χρήσιμο θεραπευτικό χειρισμό για την αντιμετώπιση της ινσουλινοαντίστασης, του μεταβολικού συνδρόμου και των αγγειακών επιπλοκών του. 175

177 ΕΠΙΛΟΓΟΣ Τα λιποκύτταρα εκκρίνουν πρωτεΐνες, γνωστές ως λιποκίνες, που συμμετέχουν στον έλεγχο λειτουργιών κυττάρων και οργάνων. Η παραγωγή και έκκριση των λιποκινών ρυθμίζεται με δυναμικό τρόπο, με κύρια συνιστώσα τη διατροφική κατάσταση του ατόμου. Η υπέρμετρη κατανάλωση τροφής και η έλλειψη φυσικής δραστηριότητας επάγουν τη συσσώρευση σπλαχνικού λίπους, που με τη σειρά της προκαλεί δυσλειτουργία του λιποκυττάρου. Αφενός η υπερέκκριση λιποκινών με «επιθετικό» χαρακτήρα και αφετέρου η ελαττωμένη έκκριση αυτών που εκδηλώνουν «αμυντική» δράση ενδέχεται να συμμετέχουν στην παθογένεια ασθενειών σχετιζόμενων με το σύγχρονο τρόπο ζωής (Εικόνα 89). Εικόνα 89. Η παχυσαρκία συνδέεται με υπερέκκριση «επιθετικών» και ελαττωμένη έκκριση «αμυντικών» λιποκινών, με κύριο εκπρόσωπο την adiponectin Η διαταραχή στη λειτουργία του λιποκυττάρου εμπλέκεται στην παθολογία νοσηρών καταστάσεων που αποτελούν κύρια συστατικά του 176