Исследователи, во главе с Францом Гайстовелом (Центр Гинекологической Эндокринологии и Репродуктивной Медицины, Германия), изучили уровень свободного лептина в сыворотке в течение трех ежемесячных циклов у 30 женщин. Уровень лептина достигал максимума в последней лютеиновой фазе, снижался в ранней фолликулярной фазе, и затем поднимался на следующей лютеиновой фазе.

Наблюдаемое цикличное поведение уровня свободного лептина в сыворотке указывает, что прогестерон - наиболее вероятно в комбинации с эстрадиолом - стимулирует устойчивое увеличение концентрации от фолликулярной до лютеиновой фазы, так объясняют данный феномен авторы. Размышляя о физиологическом эффекте лептина, исследователи отмечают, что лептин - низкомолекулярное вещество, и можно предположить, что оно проникает в фолликулярную полость, где может как-то модифицировать клетки фолликула и таким образом поляризовать ооцит.

Лептин и сердце.

По данным исследований, проведенных шотландскими учеными, высокий уровень лептина (leptin), гормона, естественно производимого в жировых клетках, может послужить серьезным предупреждением о развитии сердечной болезни.

Всем хорошо известен тот факт, что люди, страдающие избыточным весом, входят в группу риска по сердечно-сосудистым заболеваниям. Но г-н Саттар, эндокринолог из Глазго, считает, что измерение уровня лептина может оказаться более точным доказательством ожирения, чем вес человека по отношению к его росту, поскольку люди, имеющие одинаковый вес в действительности могут иметь различные количества жировых накоплений.

Было установлено, что связь между количеством лептина и заболеваниями сердечно-сосудистой системы существует вне зависимости от других факторов риска, таких как курение, наличие высокого уровня холестерина и высокого кровяного давления.

Лептин - это гормон, который, по предположениям ученых, подает в мозг сигнал о том, что организм насытился и пора прекратить есть. Но у некоторых тучных людей этот сигнал не проходит к мозгу.

В эксперименте, проведенном шотландскими учеными, участвовало 377 человек, перенесшими инфаркт за последние 5 лет или имеющими забитые артерии, и 783 человека, у которых нет никаких заболеваний сердечно-сосудистой системы. В результате было обнаружено, что уровень лептина у сердечников на 16 процентов выше, чем у другой группы из 783 человек.

В ходе исследования также было установлено, что наряду с повышением уровня лептина у грузных людей повышается и уровень C - реактивного белка, который свидетельствует о наличие в организме воспалительного процесса, связанного с заболеванием сердца.

В связи с этим врачи рекомендуют усиленно заниматься физическими упражнениями и держать свой вес под контролем, поскольку таким образом можно понизить уровень лептина.

Лептин как регулятор количества жировой ткани

Введение

История открытия лептина была положена экспериментами с парабиотическими животными, которыми занимался Hervey.

Парабиоз — искусcтвенное сращивание двух (реже трех) животных с установлением общего кровообращения и потока лимфы; применяется для изучения взаимных гуморальных воздействий (гормонов и т. п.), а также органов и тканей сращенных организмов (парабионтов). — Прим. ред.

Его интересовало картирование зон гипоталамуса, отвечающих за различные функции, и фактор, вырабатывающийся жировой тканью и регулирующий вес тела, как это часто случается, был обнаружен попутно. С 1958 года изучение лептина ведется очень интенсивно, ежегодно появляется огромное количество оригинальных статей, а в 1998 году был опубликован замечательный обзор Friedman и Halaas (именно сообщение Jeffrey Friedman из Рокфеллеровского Университета об успешной терапии дефицитных по лептину мышей рекомбинантным лептином вызвало большой интерес, что нашло отражение в средствах массовой информации во всем мире), а также обзорная статья Caro, которая так и называется: «Лептин: с 1958 года до наших дней». В обзоре Auwerx и Staels, который, кстати, тоже был опубликован в 1998 году, подчеркивается, что лептину посвящено уже более 600 статей (за последние три года эта цифра, разумеется, значительно выросла). Может быть, это случайное совпадение, а может быть, исследователи, занимающиеся изучением лептина, таким образом отметили сорокалетний юбилей открытия этого уникального вещества.

Подробности о гене ob (obese)

Итак, появлялись все новые доказательства, подтверждающие предположение о циркулирующем в крови неком факторе насыщения. Вслед за Hervey опыты с парабиотическими животными продолжили другие экспериментаторы, которые работали уже с конкретными мутантными линиями животных. У грызунов гомозиготные мутации в гене, кодирующем лептин или его рецептор, вызывают раннее наступление морбидного ожирения, сопровождающегося гиперфагией, снижением расхода энергии, гипотермией и непереносимостью холода. У таких животных также наблюдается бесплодие, гипергидрокортизонемия и другие эндокринные и метаболические нарушения (в том числе обмена глюкозы). Предварительные данные свидетельствовали о том, что лептин может быть афферентным сигналом отрицательной обратной связи, регулирующим количество жировой ткани. Для этого необходимо было выполнение следующих условий:

• лептиновая мРНК должна экспрессироваться в адипоцитах;
• лептин должен циркулировать в крови, причем его уровень должен коррелировать с количеством жировой ткани;
• инъекции рекомбинантного лептина мышам ob/ob и мышам дикого типа должны сокращать объем жира, но никак не влиять на состояние db/db мышей, имеющих дефектный рецептор (ген db [diabetes], кодирует рецептор к лептину, у крыс — это ген fa). Все эти положения получили экспериментальное подтверждение, что позволило закрепить за лептином статус регулятора объема жировой ткани. Очень важным было открытие способности лептина индуцировать потерю веса у мышей и подтверждение нечувствительности к лептину db/db мышей, предсказанное Coleman и Hummel. Инъекции рекомбинантного лептина, а с еще большим эффектом — постоянные подкожные вливания, приводили к дозозависимой потере веса. Причем и у мышей ob/ob, и у мышей дикого типа сокращался только объем жира, а тощая масса оставалась без изменений. Инъекции же лептина мышам, имеющим дефектный рецептор к лептину (генотип db/db, ожирение + диабет), и крысам линии Zucker с ожирением не оказывали на их аппетит и вес никакого действия.

В 1994 году Zhang с соавт. идентифицировали ген ob, отвечающий за развитие ожирения у мышей ob/ob, гомозиготных по этому гену. В дальнейшем было выяснено, что лептин экспрессируется не только в жировой ткани, но и, в гораздо меньших количествах, в желудочном эпителии  и плаценте. Позднее экспрессию гена ob и рецептора к лептину обнаружили во многих тканях, в том числе в скелетных мышцах, легких, вкусовых рецепторах и т. д. (таблица 1).

Продуктом мРНК (~4,5 тыс. пар оснований) мышиного гена ob является очень консервативный белок из 167 аминокислотных (а. к.) остатков (в зрелом лептине отсутствует сигнальный пептид из 21 а. к. остатка, необходимый для транспорта молекулы в клетке от места синтеза к месту хранения). Анализ структуры гена для клеток подкожного жира человека был осуществлен в 1995 году. У мышей дефектный ген ob всегда ассоциировался с тяжелым ожирением, и, естественно, важно было получить ответ на вопрос, связано ли ожирение у человека с мутациями в этом гене. При сравнении структуры гена ob у тощих и толстых людей отличий обнаружено не было. Более того, Caro с соавт. обратили внимание на тот странный факт, что у обследованных ими толстых субъектов уровень лептиновой мРНК был очень высоким. Это дало им основание предположить, что природа ожирения в данном случае не связана с дефектом самого лептина, а определяется нечувствительностью к нему клеток-мишеней.

Кристаллы лептина, пригодные для его изучения, впервые были получены Zhang с соавт. в 1997 году. Работы были произведены с человеческим мутантным белком OB (leptin-E100), так как «дикий» лептин кристаллизовался не слишком хорошо, а данный мутант по биологическим свойствам практически не отличался. Структура молекулы представляла собой тяж, имеющий четыре спиральных участка, поэтому лептин был отнесен к семейству длинноцепочечных спиральных цитокинов. Для того чтобы охарактеризовать отличия в генотипах мышей ob/ob и дикого типа, был проведен мониторинг 6500 генов в различное время на фоне лептиновой терапии или ограниченной диеты. У мышей ob/ob в генах клеток жировой ткани было обнаружено 8 кластеров, экспрессия которых отличалась в условиях этой экспериментальной модели (терапия лептином или диета), и 10 таких кластеров — у мышей дикого типа. Гены одного кластера специфично подавлялись лептином и у тех, и у других мышей. Дальнейшее изучение регулируемых лептином генов поможет внести ясность в понимание механизмов запуска лептином программы, снижающей вес.

Сывороточный лептин — концентрация в норме и при патологии

У страдающих ожирением людей уровень сывороточного лептина, как правило, бывает повышен, что подтвердили многочисленные исследования, проведенные в разных частях света. Причем зависимость между массой тела и сывороточным лептином носит линейный характер. В то же самое время у части тучных пациентов уровень лептина не превышает нормальный.

Для определения концентрации лептина, циркулирующего в крови, был разработан радиоиммуноанализ (при этом выявляется лишь иммунореактивный лептин, то есть лептин, у которого сохранены эпитопы, участвующие в распознавании). С его помощью была обнаружена четкая позитивная корреляция между концентрацией сывороточного лептина и количеством жира в организме, а также изменения, связанные с голоданием или обильной едой. На уровень лептина влияет уменьшение количества жировой ткани (снижение веса тела на 10% приводит к 53%-му снижению концентрации лептина), но гораздо большее влияние оказывает голодание, которое резко снижает цифры до критических. Напротив, 10%-ый набор веса на 300% (!) увеличивает уровень сывороточного лептина. Всего один день капитального переедания на 40% поднимает лептин, хотя вес так быстро, конечно, не набирается.

И именно падение уровня сывороточного лептина в результате болезни или радикальных диет запускает компенсаторный механизм, снижающий термогенез и увеличивающий потребление пищи до тех пор, пока не будет достигнут уровень лептина, являющийся нормой для данного индивидуума. В результате, к выздоравливающим и, увы, желающим похудеть, возвращаются былые формы (таблица 2).

Лептиновый рецептор и лептиновые мишени

Если лептин является единственным продуктом (в 146 а.к. остатков) единственного гена (в 167 кодонов), то его рецептор представлен несколькими различными формами. Варианты зависят от типа сплайсинга различных транскриптов (куски [транскрипты] могут быть разрезаны по-разному и потом по-разному же сшиты). Впервые лептиновый рецептор (Ob-R) был выделен из мышиного хороидного (сосудистого) сплетения и был идентифицирован как представитель цитокинового семейства рецепторов [18]. При клонировании гена db, Ob-R-гена, выяснилось, что в результате альтернативного сплайсинга могут быть получены пять форм рецептора (a-e): Ob-Ra, Ob-Rb, Ob-Rc, Ob-Rd и Ob-Re. Ob-Rb (также известный как Ob-RL) имеет длинный цитоплазматический домен, необходимый для осуществления сигнальной трансдукции. У других форм отсутствуют те или иные фрагменты полновесного рецептора. В результате мутаций Ob-R реализуется фенотип ожирения, типичный для ob/ob мышей. И именно эта форма рецептора необходима для осуществления функций, контролирующих вес. Ob-Ra-изоформа, с коротким цитоплазматическим доменом, обнаружена в сосудистом сплетении и других тканях, но роль ее неизвестна. Предполагают, что короткие изоформы рецептора могут транспортировать лептин через гематоэнцефалический барьер (см. ниже) или образовывать гетеродимеры с другими мембранными белками на поверхности клетки. Растворимый рецептор (Ob-Re), не имеющий трансмембранного и цитоплазматического района, у нормальных мышей может служить буфером для свободно циркулирующего лептина.

Уровень экспрессии Ob-Rb в норме достаточно высок в нейронах гипоталамуса и клетках других типов, в том числе Т-клетках , ?-клетках поджелудочной железы, мышечных клетках и эндотелии сосудов.

Гибридизацией in situ была подтверждена экспрессия Ob-Rb в ядрах гипоталамуса: аркуатном (дугообразном), дорсомедиальном, паравентрикулярном, вентромедиальном, а также латеральном. Эти зоны являются местом главной экспрессии лептинового рецептора в ЦНС, и именно они играют важную роль в регуляции веса тела. Латеральное ядро называют еще «центром голода», а вентромедиальное — «центром насыщения». Причем «центр голода» большую часть времени тормозит «центр насыщения». Электрическая стимуляция или разрушение этих центров приводит к противоположному влиянию на пищевое поведение. Разрушение латерального ядра приводит к потере аппетита, в то время как разрушение вентромедиального ядра вызывает ярость и чрезмерный аппетит.

Эти же гипоталамические ядра вырабатывают различные нейропептиды и нейротрансмиттеры, которые регулируют вес тела и потребление пищи (таблица 3, рис. 2).

Эффекты нейропептида Y (NPY) реализуются в ответ на снижение концентрации лептина (или его отсутствие), в то время как меланоцитстимулирующий гормон (MSH) и рецепторы к меланокортину-4 (melanocortin-4 receptor, MC-4) и, возможно, агути-связанный транскрипт (agouti-related transcript, ART(Ay), также известный как AGRP) необходимы для ответа на увеличение концентрации сывороточного лептина. NPY и его мРНК увеличены у ob/ob мышей, а после лептиновой терапии эти показатели нормализуются. При нокауте NPY-гена у ob/ob мышей ситуация с ожирением и другими проблемами заметно смягчается. Аномалии в меланокортиновой регуляции у желтых мышей агути Ay и у мышей с нокаутированным геном MC-4 приводят к развитию ожирения и резистентности к лептину. Интересно, что некоторые нейроны экспрессируют как Ob-Rb, так и проопиомеланокортин — предшественник меланоцитстимулирующего гормона. Агонисты ?-MSH и MSH уменьшают потребление пищи. Все эти сложные взаимоотношения тщательно изучаются, так как перечисленные регуляторные молекулы и их антагонисты или агонисты рассматриваются как кандидаты для терапии ожирения.

В организме существует как долговременная, так и кратковременная система контроля пищевого поведения и расхода энергии. Концентрация в плазме глюкозы и аминокислот, холецистокинин (cholecystokinin, CCK) и масса других веществ гормональной и иной природы являются компонентами системы «быстрого реагирования». Концентрация же лептина после еды возрастает незначительно. И сам по себе лептин не прекращает трапезу, его влияние на пищевое поведение проявляется в рамках «долгоиграющей» системы. Хотя лептин, вырабатывающийся в желудке крыс в ответ на еду или CCK, говорит о том, что он может принимать участие и в быстрых реакциях [8].

Регуляция продукции лептина

Поскольку изменение концентрации лептина является физиологически крайне значимым, регуляция активности гена ob является определяющей. И факторы, на нее влияющие, могут оказывать существенное влияние на статус жировой ткани в организме. Уменьшение продукции лептина каждым конкретным адипоцитом может привести к ожирению на фоне кажущегося нормальным уровня лептина.

В этом случае жировая ткань разрастается до тех пор, пока не будет достигнут необходимый уровень лептина. При этом измерения сывороточного лептина будут укладываться в норму на фоне явного ожирения. Именно с этим связывают предрасположенность к ожирению у индейцев Пима, имеющих сравнительно низкий уровень лептина в сыворотке [26]. Уровень экспрессии гена ob коррелирует с содержанием липидов в клетке и согласуется с размером адипоцита. Механизм, благодаря которому клеточный жир влияет на продукцию лептина, не ясен. Почему-то культивируемые адипоциты запасают гораздо меньше жира, чем они это могут сделать in vivo, что не дает возможности разобраться с системой внутриклеточных сигналов .

Внешние сигналы тоже могут модулировать уровень экспрессии лептина. О влиянии голода и переедания уже было сказано выше. Ночью уровень лептина возрастает на ~30%.

Высокая внутриклеточная концентрация глюкозамина увеличивает продукцию лептина в жировой ткани и скелетных мышцах, что демонстрирует тесную связь между доступностью питательных веществ и экспрессией лептина. Эффект влияния продуктов превращения гексоз (в том числе конечного продукта — UDP-N-Ac-глюкозамина [UDP-GlcNAc]) на экспрессию гена ob был описан в 1998 году Wang с соавт. В этой же работе впервые упоминается об экспрессии гена ob в скелетных мышцах. Увеличение тканевой концентрации UDP-GlcNAc (которая возрастает и при гипергликемии, и при гиперлипидемии, что очень важно) активирует образование мРНК и продукцию лептина в миоцитах, хотя показатели эти значительно ниже, чем в жировой ткани. Результаты по стимуляции продукции лептина in vitro были получены на культурах миоцитов L6 и преадипоцитов 3T3-L1.

Экспрессию гена ob также модулирует множество других регуляторных молекул, в том числе фактор некроза опухоли, инсулин, глюкокортикоиды, интерлейкин-1.

Транспорт лептина в ЦНС — загадки остаются

Гипоталамус (подбугорье, базальная часть промежуточного мозга) часто называют центром регуляции автономной нервной системы, поскольку эта комплексная структура играет важную роль в регуляции гомеостаза. Под названием гипоталамус объединяется группа структур промежуточного мозга, лежащая на дне и по бокам третьего желудочка.

Чрезвычайно важен для регуляции веса тела эпиталамус (к которому относится и знаменитая шишковидная железа (шишковидное тело — мистический "третий глаз"). Зона эпиталамуса и других структур, ограниченных третьим и четвертым желудочками (гипофизарно-гипоталамическая область; структуры, которые в нее входят, называют еще циркумвентрикулярными органами [circumventricular organs, CVO’s]), находится как бы вне гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) (Blood-Brain-Barrier, BBB)*.

Эндотелиоциты, выстилающие кровеносные сосуды, имеют не слишком плотные контакты между собой, что облегчает транспорт веществ из кровеносного русла в ткани. Даже клетки могут протиснуться в эти щели. В мозгу же межклеточные контакты эндотелия капилляров столь тесны, что просочиться между ними крайне сложно. Это специфическое строение сосудов мозга и лежит в основе действия гематоэнцефалического барьера. Поэтому вопрос о прохождении через ГЭБ является очень важным при обсуждении транспорта в мозг (как лекарств, так и ядов). Через ГЭБ легко проходят жирорастворимые вещества, а также молекулы, для которых существуют специальные транспортные системы, например, глюкоза. ГЭБ может быть ослаблен стрессом любой природы (повышенное давление, инфекционные заболевания, травмы, воспалительные процессы, облучение и т.д.).

Эта зона пронизана многочисленными капиллярами, а контакты между эндотелиальными клетками здесь не так плотны, как в других областях мозга. В этом месте мозг может более свободно обмениваться веществами, переносимыми кровью, как с другими отделами мозга, так и со спинномозговой жидкостью и периферическими органами. Здесь сосудистый лептин может спокойно диффундировать в интерстициальное пространство.

На самом деле механизм транспорта лептина в ЦНС до сих пор до конца не ясен. Если перенос его происходит в эндотелии капилляров, в этом могут принимать участие Ob-Ra и другие белки. Часть Ob-Rb-позитивных нейронов проецируется на область медиального возвышения, относящегося к зоне циркумвентрикулярных органов, а значит, транспорт лептина возможен и в обход гематоэнцефалического барьера. В любом случае, транспортные системы имеют предел насыщаемости и также могут быть нарушены. Данные о нечувствительности к лептину мышей db/db и мышей с повреждениями гипоталамуса говорят о том, что гипоталамус является главным центром действия лептина. Внутримозговые инъекции лептина мышам (в области желудочков, intracerebroventricular, i.c.v.) оказывают действие даже тогда, когда периферическая подача эффекта не вызывает. Длительное i.c.v. вливание в дозе 3 нг/ч приводит к полной потере жировой ткани, в то время как при периферической подаче для достижения аналогичного эффекта требуются дозы, превышающие 500 нг/ч.

Низкие i.c.v. дозы лептина оказывают преходящий эффект на потребление пищи, который держится, пока объем жировой ткани не достигнет определенной величины. После чего потребление возвращается к норме. Возможно, ослабление лептинового ответа происходит из-за действия других сигнальных веществ, например, секретируемых скелетными мышцами. Эффекты, вызываемые инъекциями рекомбинантного лептина, качественно отличаются от наблюдаемых в опытах с парабиотическими животными, в которых дикие мыши, получающие гиперлептинемическую плазму db/db мышей, перестают есть и умирают от истощения. Одного лептина явно недостаточно, чтобы вызвать столь драматичные последствия.

Мутации в гене лептина и его рецептора у человека

Первые сообщения о мутациях в ob у пациентов с ожирением с низким или вообще не определяющимся уровнем лептина в крови появились сравнительно недавно. В одной работе описывалась более короткая молекула лептина (121 а. к. остаток по сравнению с «диким» лептином в 146 а. к. остатков) у двух детей пакистанской семьи [29]. В другом случае у одного турецкого пациента с ожирением мутация обнаружилась в том же кодоне, что и у мышей ob/ob, но, в отличие от мышиной, приводящей к образованию стоп-кодона, в данном случае синтезировался лептин нормальной длины, который почему-то не секретировался. У двух других членов этой турецкой семьи, гомозиготных по этому признаку и страдающих ожирением, иммунореактивный лептин в сыворотке не обнаруживался, в то время как у имеющих гетерозиготный вариант и уровень лептина, и вес были в норме [30]. Еще одно подтверждение тому, что отсутствие в сыворотке иммунореактивного лептина связано с морбидным ожирением, было получено в результате успешного лечения дефицитных по лептину детей рекомбинантным лептином (Farooqi & OўRahilly, International Congress of Obesity, Париж, 1998). На сегодня описано несколько мутаций в гене лептина, не влияющих ни на его распознавание, ни на функции. Некоторые же мутации при сохраненной иммунореактивности делают лептин биологически неактивным.

Заключение

Лептин, действуя на ЦНС, регулирует пищевое поведение. Но каким образом ЦНС реализует периферический метаболизм в ответ на изменение концентрации лептина, остается пока во многом неразгаданным. Повышение уровня лептина стимулирует окисление жирных кислот и редукцию жировой ткани, в то время как дефицит лептина провоцирует чрезмерное запасание жира, как, например, у ob/ob мышей или у животных, получающих антагонисты лептина. И совершенно не очевидно, что все аномалии метаболизма у ob/ob мышей связаны только с работой системы, повышающей потребление пищи — другие факторы, связанные с ограничением потребления, тоже могут быть вовлечены в процесс накопления жира. В то время как ограничения в еде (жесткие диеты) приводят к потере не только массы жира, но и тощей массы, лептин-индуцированная потеря веса касается только потери массы жира. При этом метаболический ответ на лептин отличается от вызванного диетой, но детали этих отличий пока неизвестны. Совсем свежие работы, посвященные влиянию лептина на конкретные ткани, описывают совершенно удивительные эффекты, связанные с антиапоптозным и проапоптозным действием лептина, но каждый раз авторы подчеркивают, что множество подробностей остается за кадром.

Данная статья размещена исключительно в познавательных целях и не является научным материалом или профессиональным медицинским советом.