Leptin hatások a hasnyálmirigy β-sejt gén expressziójára és működésére

Absztrakt

GLP, glukagonszerű peptid
JAK, janus kinase
KATP csatorna, ATP-függő K + csatorna
ObR, leptin receptor
ObRa, az ObR rövid izoformája
ObRb, az ObR hosszú izoformája
PI, foszfatidil-inozit
PP-1, protein-foszfatáz 1
SOCS, a citokin szignál szuppresszora
STAT, jelátalakító és a transzkripció aktivátora

Az ob gént 1994-ben helyzeti klónozással azonosították, és bebizonyították, hogy az ob/ob egerek ob génjének mutációi megakadályozzák a funkcionális leptin fehérje szintézisét (1). Az a felfedezés, miszerint az ob gén leptin által kódolt fehérje elengedhetetlen a testtömeg homeosztázisához (2) és a kapcsolódó metabolikus szabályozáshoz, az anyagcsere-fiziológia egész területét inspirálta. A leptint az egyik első hormonális anyagként szintetizálták és szekretálták a zsírszövetből. Ez megalapozta azt a felfogást, hogy a zsírszövet egy endokrin szervet képvisel, amely a szekréció révén számos élettani és kórélettani állapotot szabályoz, például jóllakottságot, energiafelhasználást, inzulinérzékenységet, immunválaszokat, gyulladást, csontforgalmat és glükóz homeosztázist. a szervezet távoli helyeire ható hormonális anyagok.

Ez a jelentés a leptin inzulintermelő hasnyálmirigy β-sejtekre gyakorolt specifikus hatásaira és a metabolikus szindróma jellemzőitől szenvedő túlsúlyos betegek 2-es típusú cukorbetegség patogenezisére gyakorolt hatására összpontosít.

A LEPTIN RECEPTOROK KIFEJEZÉSE PANCREATIC β-SEJTEKEN

Az az elképzelés, hogy a leptin közvetlenül hathat a hasnyálmirigy β-sejtjeire az inzulin szekréciójának szabályozására, genetikailag leptinhiányos ob/ob egerekben és leptinreceptor-hiányos db/db egerekben végzett megfigyelésekből származott. Először is megjegyezték, hogy ezekben az egér törzsekben a hibás leptin szignalizáció kezdeti hiperinsulinémiához vezet fiatal állatoknál, még az elhízott és a diabéteszes fenotípus kialakulása előtt (13–15). Másodszor, ezt a hiperinzulinémiát enyhítette az ob/ob egerek rekombináns leptinnel történő kezelése (2), ami arra utal, hogy a leptin közvetlenül gátolja a hasnyálmirigy β-sejtjeinek inzulinszekrécióját.

Már ebben a szakaszban azt az elképzelést fogalmazták meg, hogy a leptin képviselheti a zsírszövet és a hasnyálmirigy β-sejtje közötti kétirányú visszacsatolási hurok egyik részét, míg a másik része a hasnyálmirigyből kiválasztott inzulinból áll, és serkenti a leptin bioszintézisét és szekrécióját. zsírszövet. Az inzulin adipogén hatása közismert, és meggyőzően bebizonyították az inzulin stimuláló hatását az adipociták leptintermelésére (16,17).

Noha a receptor rövid izoformája (ObRa) képes jelátvitelre, a hosszú izoform (ObRb) jelenleg vélhetően a leptin legtöbb fiziológiai hatását közvetíti. Első lépésként a leptin hasnyálmirigy-β-sejtekre gyakorolt közvetlen hatásainak hipotézisét alátámasztva bemutatták az ObRb jelenlétét az inzulintermelő sejteken. Az ObRb Messenger RNS-ét nagy mennyiségben találták az egér hasnyálmirigy-szigeteiben, de az exokrin hasnyálmirigyben nem mutatták ki (18). A leptin receptor mRNS-t patkány szigeteken detektálták, még nagyobb mennyiségben is, mint a teljes agyban, és a hasnyálmirigy β-sejtvonalában βTC3 is kimutatták RT-PCR-rel. A funkcionális leptin receptorok, köztük az ObRb jelenléte az inzulintermelő sejteken azóta más vizsgálatokban is megerősítést nyert, és humán hasnyálmirigy-szigetekből származó β-sejtekben is kimutatható volt (19).

A LEPTIN HATÁSAI A PANCREATIC β-SEJT FUNKCIÓJÁRA

A hasnyálmirigy-β-sejt fő funkciója az inzulin bioszintézise és megfelelő szekréciója a vércukorszint szabályozásához. Ezt a funkciót mind tápanyagok, mind hormonális modulátorok, például az enteroendokrin hormonok (glükózfüggő inzulinotróp polipeptid és glukagonszerű peptid [GLP] -1) szorosan szabályozzák.

A LEPTIN HATÁSAI A PANCREATIC β-SEJT GÉNEK KIFEJEZÉSÉRE

Az inzulin bioszintézis első lépése a proinsulin gén expressziója. Kimutatták, hogy az egyensúlyi állapotú proinsulin mRNS szintjét meghatározó sebességkorlátozó lépés a proinsulin gén promoter transzkripciós szabályozásán keresztül történik (45).

A leptin hatását az inzulin gén promoter transzkripciós aktivitására egymást követő lépésben vizsgáltuk. 6,25 nmol/l leptin dózis gátolta a luciferáz gént expresszáló riportervektort a patkány inzulin I gén promoter 410 bázispár ellenőrzése alatt INS-1 sejtekben 25 mmol/l stimuláló glükózkoncentráció mellett, de nem 5,6 mmol/l koncentrációban. glükóz (38). Ezzel szemben az inzulin promoter transzkripciós aktivitásának további 10 nmol/l GLP-1 stimuláló koncentrációval történő indukcióját 11,1 mmol/l glükóz mellett szintén gátolta a leptin. Ezek a megállapítások azt sugallják, hogy a GLP-1 vagy a magas glükózszint (25 mmol/l) által stimulált inzulinpromóter-aktivitás előfeltétele a leptin inzulinpromóter-aktivitásra kifejtett gátló hatásának (38).

Az ObR-n keresztül jelző leptin intracellulárisan kapcsolódik a janus kináz (JAK) –szignál átalakítóhoz és a transzkripció aktivátorához (STAT). A leptin receptorhoz való kötődése (ObR) transzfoszforilezés útján aktiválja a receptorhoz társított JAK2 kinázt és foszforilálja az ObRb tirozin maradványait. Ezután a STAT család transzkripciós tényezőit toborozzuk a receptorhoz, és foszforilezzük is. A foszforilezett STAT-ok dimerizálódnak és transzlokálódnak a sejtmagba a génátírás szabályozása érdekében. A hasnyálmirigy β-sejtjeiben is azt tapasztaltuk, hogy az inzulin-promoter aktivitás leptin általi visszaszorítása összefüggésben állt a STAT5b izoformának a promóteren belüli specifikus DNS-szekvenciákkal való megváltozott kötődésével (38). A STAT-król többnyire kimutatták, hogy transzkripciósan fokozzák a génexpressziót. Ezzel szemben bebizonyítottuk, hogy a leptin jelátvitel, amely számos STAT-t aktivál más szövetekben, például a hipotalamuszban (46,47), a proinsulin gén promoter transzkripciós repressziójával gátolja az inzulin bioszintézist (19,38). Egy utólagos tanulmányban ezt a látszólagos ellentmondást kívántuk jellemezni molekuláris szinten.

A leptin együttvéve génszabályozó hatást gyakorol az inzulintermelő hasnyálmirigy β-sejtek több génjére. A jelenlegi ismeretek szerint azonban minden génszabályozó hatás egyidejűleg csúcsosodik ki az inzulin szekréció és a bioszintézis fiziológiai csökkentésére.

A LEPTIN TÖBB MOLEKULÁRIS HATÁSA PANCREATIC β-SEJTEKBEN

Úgy tűnik azonban, hogy a leptin gátló hatása a preproinsulin gén expressziójára független a KATP csatornák aktiválódásától. A KATP csatorna nyitó diazoxid nem befolyásolta mind a preproinsulin mRNS szintjének leptin szuppresszióját, sem az inzulin promoter aktivitás gátlását az INS-1 sejtekben (38), jelezve, hogy a leptin génszabályozó hatásai eltérő jelátviteli utakat alkalmaznak, mint amelyek az inzulinra gyakorolt hatást közvetítik. kiválasztás.

A leptin különböző funkcionális, molekuláris és génszabályozó hatásai, beleértve az inzulin szekréciót (8,18–28,30,31,33–40,42–44,51–61), a hasnyálmirigy β-sejt génexpresszióját (19,20, 31,38,62,63) és a jelátvitelt (21,22,27,38,51,54,64) az 1. táblázat foglalja össze.

KÖVETKEZTETÉSEK

Egyre több bizonyíték gyűlt össze, amelyek azt mutatják, hogy a zsírszövetből származó leptin hormon a hipotalamuszban kifejtett hatásai mellett közvetlenül hat a hasnyálmirigy β-sejtjeire, csökkentve az élelmiszer-fogyasztást és növelve az energiafelhasználást. Sejtszinten kimutatták a leptin mind az inzulinszekrécióra, mind az inzulin bioszintézisre gyakorolt gátló hatását, amelyet elsősorban a preproinsulin gén expressziójának gátlása képvisel. Ebben az összefüggésben a leptin különböző jelátviteli útvonalakat és molekuláris célokat befolyásol.

Összességében elmondható, hogy a hasnyálmirigy β-sejtjeiben a leptin eddig ismert összes hatása egyidejűleg fiziológiás, hosszú távú kontrollt gyakorol az inzulin szekréciójának a hasnyálmirigy β-sejtjeiről, amely az inzulin szekréció mennyiségét a testzsír mennyiségéhez igazítja. üzletek. Fontos megjegyezni, hogy ez az inzulinszekréció tónusos korlátozása a leptin általánosságban úgy tűnik, hogy nem zavarja a tápanyagok és hormonok rövid távú stimuláló hatásait, például a glükóz- és inkretin-függő inzulinszekréciót.

Az adipo-insular tengely azonban fontos szerepet játszhat a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásában elhízott betegeknél. E betegség kialakulása során úgy gondolják, hogy a kezdeti hiperinsulinémia a hasnyálmirigy-β-sejt inzulinrezisztenciával szembeni egyszerű kompenzációs válaszát jelenti (66,67), a hiperglikémia pedig a hasnyálmirigy-β-sejtek kudarcának a következménye. A legutóbbi tanulmányokban azonban nyilvánvalóvá vált, hogy a hiperinsulinémia gyakran megelőzi az inzulinrezisztencia kialakulását, legalábbis részben az inzulinszekréció korai funkcionális hibájának fennállása mellett, valamint az elhízás okozta inzulinrezisztencia ellen, amely teljes mértékben magyarázza a 2-es típusú cukorbetegség kialakulását.

Így a hasnyálmirigy β-sejtjeiben az adipo-insular tengely molekuláris determinánsainak, és különösen a leptin-rezisztenciának az azonosítása új célokat jelenthet a terápiás stratégiák kidolgozásában. Ez a folyamat megakadályozhatja a 2-es típusú cukorbetegség patogenezisének korai lépéseit és végső soron a betegség megnyilvánulását fogékony túlsúlyos betegeknél.

Leptin jelátvitel és génszabályozás hasnyálmirigy β-sejtekben. Leptin-stimuláció után az ObR-asszociált JAK2 tirozin-kináz transzfoszforilezéssel aktiválódik, és foszforilálja a leptin-receptor tirozin-maradványait. A STAT3 és a STAT5b felvételre került a leptin receptorba, és egymást követően tirozin-foszforilálódtak a JAK2-n keresztül. A foszforilezett STAT-ok dimerizálódnak és transzlokálódnak a sejtmagba a génátírás szabályozása érdekében. A STAT5b transzaktiválja a proinsulin gén promotert, míg a STAT3 differenciálisan aktiválhatja a SOCS3 promótert. Az SOCS3 pedig gátolja a JAK-STAT jelátviteli utat azáltal, hogy a tirozin-foszforilált leptin receptorhoz kötődik, megakadályozva ezzel a STAT-ok toborzását a leptin receptorhoz. A SOCS3 ezáltal közvetíti a leptin receptor szignalizációjának visszaszorítását negatív visszacsatolási hurok révén.

A PP-1 expresszió és aktivitás leptin gátlása hasnyálmirigy β-sejtekben. Leptin-stimuláció után az ObR-asszociált JAK2 tirozin-kináz transzfoszforilezés útján aktiválódik és foszforilálja az ObR tirozin-maradványait. A foszforilezett STAT-ok dimerizálódnak és transzlokálódnak a sejtmagba a génátírás szabályozása érdekében. A PP-1 Ppp1ca katalitikus alegységének expresszióját transzkripciósan gátolja a leptin szignál. Ez a PP-1 enzimaktivitás csökkenéséhez és az intracelluláris kalciumkoncentrációk egymást követő csökkenéséhez vezet. Következésképpen az inzulin szekrécióját gátolja a hasnyálmirigy β-sejtjeiben a csökkent intracelluláris kalcium.

Az adipo-insular tengely diszregulációja és a 2-es típusú diabétesz patogenezise. V: Leptinérzékeny egyéneknél a zsírszövetből származó leptin szekréció korlátozza a hasnyálmirigy β-sejtjeinek inzulinszekrécióját, hogy a glükóz homeosztázist a test zsírraktáraihoz igazítsa. B: Leptin-rezisztens, túlsúlyos egyéneknél a hasnyálmirigy β-sejtjeiben a csökkent leptin jelátvitel az inzulin krónikus hiperszekréciójához vezet (hiperinsulinemia). A megemelkedett inzulinszint mind az inzulinrezisztenciát, mind a fokozott leptin bioszintézist és a zsírszövetből történő szekréciót elősegíti, ami tovább deszenzitizálhatja az endokrin hasnyálmirigyben a leptin jelátvitelt és növelheti a leptin rezisztenciát. A hasnyálmirigy β-sejtjeinek krónikus hiperszekréciója a hasnyálmirigy β-sejtjeiben a leptin által okozott tonikus gátlás hiánya miatt hozzájárulhat a végső hasnyálmirigy β-sejtek kudarcához és a 2-es típusú cukorbetegség esetleges megnyilvánulásához túlsúlyos betegeknél.