Zsíros májbetegség: áthallás a lipidfajok között

1. Sejtpusztulási és proliferációs osztály, Barcelona Orvosbiológiai Kutatóintézet (IIBB), CSIC, Barcelona, Spanyolország
2. Májegység, Kórházi Klinika i Provincial de Barcelona, IDIBAPS és CIBERehd, Barcelona, Spanyolország
3. ALPD kutatóközpont, Keck School of Medicine, University of Southern California, Los Angeles, Kalifornia, USA
* Levelezés a [email protected] címre

A szerzők nem jelentettek be összeférhetetlenséget.

Köszönjük Dr. Marc Emmanuel Dumas tanácsát. Ezt a munkát SAF-2011-23031, SAF-2012-34831, SAF2014-57674-R és SAF2015-69944-R támogatások támogatták a Plan Nacional de I + D-től (Spanyolország), PI11/0325 (META) támogatással az Instituto-tól. Salud Carlos III, és a CIBEREHD támogatásával; a P50-AA-11999 májkutató központ és a 2014SGR785 támogatás. Elismerjük az AGAUR 2011BE100599 támogatás támogatását is.

Beérkezett: 18.03.16 Elfogadva: 04.05.16 Idézet

Minden cikk a Creative Commons Nevezd meg - Nem Kereskedelmi 4.0 licenc feltételei szerint elérhető.

Absztrakt

A különböző lipidfajok, például a szabad zsírsavak és a szfingolipidek alkoholmentes zsírmájbetegségben (NAFLD) betöltött szerepét az elmúlt évtizedben alaposan tanulmányozták. Ezen túlmenően, a szabad koleszterin felhalmozódása a hepatocitákban döntő szerepet játszik a steatosisról a steatohepatitisre való áttérésben. Ezeknek a lipideknek a NAFLD patológiához való hozzájárulását azonban gyakran egyénileg értékelik. Ez az áttekintés megkísérli lezárni a fő metabolikus és jelátviteli kapcsolatokat a lipotoxikus lipidfajok között, és azt, hogy hogyan zavarják meg homeosztázisukat a NAFLD-ben.

BEVEZETÉS

A zsírmáj betegségének tehát komplex patológiája van, amely számos egyidejű sejtváltozást tartalmaz. 8 A betegeknél a plazma szérum- és májbiopsziák a lipológia aláírását a patológia minden szakaszában eltérő módon mutatják. 9–12 A lipidösszetétel és a betegség súlyossága közötti összefüggés aláhúzza, hogy mennyire fontos tovább jellemezni e molekulák hozzájárulását a NAFLD patológiájához, és hogyan lépnek kapcsolatba egymással a kezelési és megelőzési stratégiák előmozdítása érdekében.

Jelen áttekintés célja a NAFLD fő lipotoxikus lipidjei által kiváltott lipid metabolikus változások leírása.

ZSÍRSAVAK

A zsírsavak (FA) olyan karbonsavak, amelyek hosszú, nem elágazó alifás lánccal rendelkeznek. Emlősökben az FA rendszerint legfeljebb 28 szénatomot tartalmaz páros számban, de a biológiai szövetekben a legnagyobb mennyiségű hosszúság 14–20 között mozog. Ezenkívül egy vagy több kettős kötés jelenléte a szénatomok között tovább növeli ezen molekulák sokféleségét. Telített FA (SFA), kettős kötés nélkül, az állati szövetekben jelen lévő FA 30–40% -át teszi ki bőség szerint: palmitinsav (PA) (15–25%), sztearinsav (10–20%), mirisztinsav (MA) (0,5–1%) és laurinsav (13

A közepesen hosszú láncú FA szerepét a NAFLD-ben alaposabban tanulmányozták, mint a rövidebb láncú FA-t (14 Manapság bebizonyosodott, hogy az FFA-fajok ellentétes szerepet tölthetnek be a NAFLD-ben, különösen az SFA és a telítetlen fajok összehasonlításakor. és mtsai. 15 megfigyelték, hogy a különböző zsírsavösszetételű, magas zsírtartalmú étrendek különböző eredményeket váltottak ki: a többszörösen telítetlen FA magas bevitele csökkentette a szterin szabályozó elemhez kötődő 1-es fehérje (SREBP-1c) által szabályozott lipogén gének expresszióját és megnövelte a peroxiszóma proliferátor által aktivált receptor A PPAR) -α-szabályozott lipolitikus gének, míg az SFA-ban és az egyszeresen telítetlen FA-ban gazdag étrendek máj steatózist indukáltak. Ugyanakkor a nem észterezett PA intracelluláris növekedése végzetes lehet, mivel ez a molekula mitokondriális diszfunkciót, 16 lizoszómális permeabilizációt, 17 ER stresszt és autofágia megváltozása. 18 Hasonló lipotoxikus hatásokat figyeltek meg más SFA-val, például sztearinsavval. 19,20 Másrészt számos in vitro tanulmány arról számol be, hogy a telítetlen zsírok, mint az olajsav, megvédhetik a sejteket a PA lipotoxicitásától. 21–23

A szakirodalomban az inzulinrezisztencia figyelembevételével elmosódik a határ a „jó” és a „rossz” között. Buettner és mtsai. 15 megállapította, hogy az olívaolajjal dúsított étrend patkányokban inzulinrezisztenciát eredményezett. Ezzel szemben bebizonyosodott, hogy a többszörösen telítetlen FA-olajsav, az olívaolaj fő összetevője képes indukálni a PPAR-a-t, ezáltal elősegítve az FFA oxidációját, a TG-be történő biztonságos tárolást és védelmet nyújtva az inzulinrezisztencia ellen. 24 Megjegyzendő, hogy a telítetlen zsírok inzulinrezisztenciában való részvételéről beszámoló tanulmányokat gyakran lipidkeverékekkel végzik, 25 ami megnehezíti más lipidfajok esetleges beavatkozásának kizárását a patogén mechanizmusban.

Zsírsavak és szfingolipidek

A zsírmáj forgatókönyvében a PA növekedése a magasabb étrendi bevitel és a májimport miatt a de novo ceramid szintézisét segíti elő. Ezenkívül a PA és más SFA fizetőképes receptor 4 receptor agonistaként működhet, 30 jelző útvonal bizonyítottan ceramid szintetikus enzimeket indukál a makrofágokban, 31 de hogy ez hepatocitákban előfordul-e, még mindig vita folyik. A 32,33 PA lipotoxikus hatása révén indirekt módon is kiválthatja a ceramid szintézist. Például a reaktív oxigénfajták vagy a citokinek, például a tumor nekrózis faktor alfa (TNF-a) a ceramid gyors felhalmozódásához vezetnek az ASM-en keresztül. Ez az esemény különös jelentőséggel bír lipid tutajok, membrán mikrodomének esetében, amelyekben nagy a szfingolipidek, a koleszterin és a jelzőmolekulák koncentrációja. Az előállított ceramid képes a lipid tutajok spontán önaggregálására és átszervezésére, ezáltal összeolvasztva őket, és nagy jelzőplatformokat létrehozva. Következésképpen a ceramid kulcsfontosságú szerepet játszik a sejtek szignalizációjában a receptorok együttes csoportosítása révén. 35

A PA-hoz hasonlóan a ceramid felhalmozódása olyan lipotoxikus utakat vált ki, mint a gyulladás, az ER stressz, a mitokondriális diszfunkció és permeabilizáció, az autofágia megváltozása és a lizoszomális katepszin D aktivációja, amint azt máshol részletesen áttekintettük. 25,36-38 Ezen utak némelyike viszont ceramidot és mérgező származékokat, például gangliozidokat indukálhat, ördögi kört létrehozva. Másrészt beszámoltak arról, hogy a szfingozin-1-foszfát vagy a ceramid-1-foszfát anti-apoptotikus és mitogén hatású. 29 A közelmúltban erőfeszítéseket tettek a különböző ceramidfajok sejtjelzésben betöltött szerepének megfejtésére. A ceramid C16: 0 mérgező a 39 makrofágokra, de ennek ellenkezőjét figyelték meg az emberi fej és nyak laphámsejtes karcinómáiban, ahol a C16: 0 anti-apoptotikus és C18: 0 pro-apoptotikus volt. 40 Ezért a keramidfajok szerepe úgy tűnik, hogy minden egyes sejttípusra specifikus, és további vizsgálat szükséges a sejthatásaik jellemzésére.

Fontos megjegyezni, hogy az irodalomban a PA-val és annak ceramid-termékével kapcsolatban jelentett célzott organellumok és lipotoxikus eredmények átfedésben vannak. Mivel a PA átalakulhat ceramiddá, vagy más módszerrel kiválthatja a ceramid szintézisét, különös gondosság javasolt, mielőtt lipotoxikus szerepeket tulajdonítanának a PA-nak. Ebben a tekintetben nemrégiben megállapítottuk, hogy az ER stresszt súlyosbítja a de novo szintetizált ceramid a primer májsejtekben végzett PA kezelés után. 41 Fontos, hogy in vivo is igazoltuk az MA potenciális toxikus szerepét, ha PA-val kombinálva egy tartós ceramidtermelés révén lenyelik, ami súlyos zavarokat okoz a lipid anyagcsere homeosztázisában, ER stresszben, gyulladásban és steatohepatitisben.

Zsírsavak és koleszterin

A koleszterin kulcsfontosságú szterin az állati sejtmembránok számára. A molekula interkalál a foszfolipidek között, a hidroxilcsoportot a poláris és a szteroidgyűrűk közelében helyezi el az apoláris zónákban. Ez a kölcsönhatás immobilizálja és bepakolja a membránt, csökkentve annak folyékonyságát és permeabilitását, ugyanakkor megvédi a membránt az alifás láncok közötti nagyobb távolság miatt a fázisátalakulástól. Szerkezeti funkciója mellett a koleszterin nagyon sok lipid tutajban található, ahol részt vesz a caveolae képződésében, valamint a szteroid hormonok, az epesavak és a D-vitamin elődje.

A koleszterin szintézisét elérhetősége szabályozza. A fő negatív visszacsatolási mechanizmus a szterin szabályozó elemhez kötődő 2-es fehérje (SREBP-2) gátlása, egy transzkripciós faktor, amely aktiválja a koleszterin bioszintetikus és felvevő enzimeket, például a 3-hidroxi-3-metil-glutaril-koenzim A (HMG-CoA) reduktázt illetve alacsony sűrűségű lipoproteinek (LDL). Hasonlóképpen, a koleszterin közvetlenül is kötődhet a HMG-CoA reduktázhoz, hogy a proteaszóma révén lebontását indukálja. A magas étkezési koleszterin-fogyasztás ezért csökkenti endogén szintézisét. Ez a szabályozás veszélybe kerülhet más lipidtípusok, főként a TG egyidejű növekedése esetén, amelyek FA-forrást jelentenek. Az FA β-oxidációja acetil-CoA-t eredményezne, ami a de novo koleszterinszintézis első lépéséhez szükséges a mevalonát útvonalon keresztül. Az acetil-CoA elérhetőségét azonban ezen metabolikus utak eltérő szubcelluláris lokalizációja szabályozza, ami azt jelenti, hogy a mitokondriumokból a citoszolba a citrát transzporteren keresztül történő korábbi export szükséges. 43

A koleszterin homeosztázist a máj X receptor (LXR) és a farnezoid X receptor (FXR) sejtmag receptorai is szabályozhatják. Az oxiszterolok aktiválják az LXR-t, indukálva a koleszterin transzportban és a clearance-ben részt vevő gének transzkripcióját, ezáltal az ateroszklerózis lehetséges terápiás célpontjává. Másrészt az LXR-aktiváció olyan lipogén transzkripciós faktorokat is indukál, mint az SREBP-1c, vagyis a koleszterin közvetetten befolyásolhatja a steatózist. A zsírmájbetegség összefüggésében tehát az LXR gátlása az aktiválás helyett előnyösebb lehet. 45

Az epesavakká történő koleszterin-katabolizmus azzal kezdődik, hogy 7-α-hidroxi-koleszterinné alakul át a koleszterin-7-α-monooxigenáz (CYP7A1) révén, amely az út sebességkorlátozó lépése. Az epesavak megkötik az FXR-t, amely elnyomja a CYP7A1-et, negatív visszacsatolási hurokként működik. A koleszterin és az epesavak egyensúlyának fenntartásában játszott szerepe mellett az FXR lipolízist indukál a PPAR-α aktiválásával és az SREBP-1c visszaszorításával is. Ennek megfelelően az egerek FXR-hiánya a máj és a szérum koleszterin- és TG-szintjének növekedését eredményezi, 48 amelyek a NAFLD jellemzői. A természetes és szintetikus agonisták általi FXR-aktivációt tehát jelenleg a NAFLD egyik fő terápiás stratégiájának tekintik. 49 A klinikai vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy az FXR agonistákkal végzett kezelésnek vannak nem kívánt mellékhatásai, például viszketés vagy megnövekedett LDL-koleszterinszint, 50 ezért további kutatásokra van szükség a lipolitikus aktivitásra nagyobb specifitású FXR modulátorok kifejlesztéséhez.

A zsírmájban a lipotoxikus FFA, például a PA növekedése elősegíti az ER stresszt, amelyről kimutatták, hogy aktiválja az SREBP-2-t. 51 Ezzel kapcsolatban nemrégiben megfigyeltük, hogy azoknak az egereknek, akik PA vagy PA és MA plusz diétával táplálkoznak, ER stressz, magasabb HMG-CoA reduktáz gén expresszió és máj koleszterinszint van. Érdekes módon megállapítható, hogy a magas MA bevitel, amelyet önmagában nem tekintünk lipotoxikusnak, befolyásolja a szérum lipoproteinek és a máj koleszterinszintjét. 52 A szerzők ezt a változást az MA negatív korrelációjának tulajdonították az I. típusú B osztályú scavenger receptorral, a nagy sűrűségű lipoprotein receptorral és a koleszterin katabolikus enzimekkel, de nem elemezték az ER stressz markereit. Sőt, mivel a szerzők különböző zsírok keverékét használták, más lipidtípusok részvétele ebben az eredményben nem vethető el.

Ezzel szemben az ER membrán koleszterin-terhelésének növekedése megzavarhatja az organelle kalciumraktárait, ezáltal kiválthatja az ER stresszt és ördögi körbe kerülhet. A kibontakozott fehérjeválasz indukálja a lipogén gének expresszióját, fokozva az FA felhalmozódását, a lipotoxicitást és más lipotoxikus lipidek, például a keramidok szintézisét. Csoportunk arról is beszámolt, hogy a szabad koleszterin felhalmozódás más organellákra is hatással lehet, mint például a mitokondrium, azáltal, hogy kimeríti a mitokondriális glutationt és érzékenyíti a májsejteket a gyulladásos citokinek 54 és lizoszómák hatására, a mitofágia károsodásával és a sérült mitokondriumok ezt követő eltávolításával. 55

Koleszterin és szfingolipidek

A koleszterin és a szfingolipidek kapcsolatát kevésbé közvetlenül kezelték, de úgy tűnik, hogy ez a két lipid szorosan szabályozott. A koleszterin előnyösen kötődik a lipidmembránokban lévő szfingomielinhez, és ezek szintjének egyidejű változásáról több tanulmány is beszámolt, amelyeket a Ridgway 56 részletesen áttekintett, és a következő sorokban röviden szintetizált. Nyilvánvaló kapcsolat a koleszterin és a szfingomielin között az, hogy jelenlétük és döntő szerepük van a lipid tutajokban, ami arra utal, hogy megfelelő arányra van szükség ezen membránrégiók működéséhez. Valójában a szfingomielin csökkenése a plazmamembránban exogén szfingomielináz-kezeléssel szabályozza az SREBP-2-t, és koleszterin-észterezést és retrográd transzportját indukálja az ER felé. Nem világos azonban, hogy a szfingomielin-hidrolízissel végbemenő helyi ceramidképződés részt vesz-e a folyamatban. Ezzel szemben a koleszterinszint csökkenése nem jelentheti a szfingomielin csökkenését. Ennek oka lehet, hogy a szfingomyelinnek folytatnia kell a sejt egyéb fontos funkcióit, és meg kell tartania a membrán szerkezetét.

Ezen lipidek egyensúlyhiánya számos patológiában tapasztalható. A Niemann – Pick betegségek örökletes lizoszómális tárolási rendellenességek, amelyek súlyos anyagcsere- és egyes esetekben neurológiai következményekkel járnak. A savas szfingomielináz-hiány és az ebből eredő szfizomielin-felhalmozódás a lizoszómákban okozza a Niemann – Pick A és B típusát, míg a C-t (NPC) az NPC 1 vagy 2 fehérjehiány okozza, amely szerepet játszik a lizoszómák koleszterin-kiáramlásában. Az összes Niemann – Pick variáns jellemzője a zsírmájbetegség, amelynek során a szfingomielin, a koleszterin és más lipidtípusok felhalmozódnak a lizoszómás rekeszekben és más sejtekben. 57,58 A koleszterin és a szfingomielin szoros kapcsolata miatt, és mivel ezeknek a kórképeknek közös vonásai vannak, a szfingomielináz-betegek kezelése hatékony terápia lehet genetikai hibájuktól függetlenül. Valójában az NPC-betegek alacsony ASM-aktivitással rendelkeznek a másodlagos szfingomyelin-felhalmozódás miatt, és a szfingomielináz-kezelés hatásosnak bizonyult az NPC-sejtek lizoszómáiban lévő koleszterin-terhelés ellen. 59

Végül, és hasonlóan az SFA-hoz, más szfingolipidek, mint a ceramid és a gangliozidok, ER stresszt indukálhatnak, 60 ezáltal aktiválva az SREBP-2 és a koleszterin szintézist, amint azt nemrégiben in vivo megfigyeltük. A koleszterinszintet ezért befolyásolhatják a szfingolipidek, vagy fordítva, és további kutatásokra lesz szükség a lipotoxikus szerepük megkülönböztetéséhez a NAFLD-ben.

LIPID HOMEOSTASIS ÉS GENETIKAI POLIMORFIZMUSOK

A jelölt gének összehasonlító vizsgálata NAFLD betegeknél találtak néhány olyan polimorfizmust, amely összefügg a megváltozott lipid anyagcserével. Például a mikroszómális triglicerid transzfer fehérjében (MTTP) egyetlen nukleotid polimorfizmust (SNP) azonosítottak a promóter régiójában. Az MTTP részt vesz a nagyon kis sűrűségű lipoprotein (VLDL) szintézisében és exportjában, de az SNP variánsban szenvedő betegek hajlamosak a máj és a szérum TG felhalmozódására a csökkent MTTP fehérje expresszió miatt. Az összehasonlító vizsgálatok eredményeinek megerősítéséhez azonban nagyobb kohorszokkal rendelkező kísérleti tervezésre lehet szükség, mivel más munkák gyakran nem közlik ugyanazt az összefüggést. 62

A genom egészére kiterjedő társulási tanulmányok a NAFLD-hez kapcsolódó különböző SNP-ket is azonosítottak, amelyeket Anstee és Day részletesen áttekintett. Közülük a patatin-szerű foszfolipáz doméntartalmú 3 (PNPLA3) génben lévő SNP rs738409 (Ile148Met) jelenleg a legerősebben társul a TG akkumulációhoz és a NAFLD biokémiai markerekhez. A PNPLA3 egy triacil-glicerin-lipáz, de érdekes módon az SNP jelenléte nemcsak a steatosishoz, hanem a steatohepatitishez és a fibrózishoz is kapcsolódik. 64 További kutatásokra van szükség tehát annak a mechanizmusnak a felderítéséhez, amellyel ez az allélváltozat elősegíti az ilyen patogén kimeneteleket.

KÖVETKEZTETÉS

A lipidek döntő szerepet játszanak a sejtek jelátviteli útjában és az anyagcserében. Az egyes lipidfajok vizsgálata hatékony eszköz a lehetséges terápiás stratégiák felkutatására, ugyanakkor fontos megérteni ezen molekulák anyagcsere- és jelátviteli útjainak összekapcsolódását is. Az 1. ábra összefoglalja, hogy a fő lipotoxikus fajok hogyan befolyásolhatják egymást a zsírmáj összefüggésében, a 2. ábra pedig a fő útvonalakat mutatja, amelyek megzavarják a lipid homeosztázist. A NAFLD kutatása a káros lipidek vadászata felé fejlődött. Figyelembe véve a jelen áttekintésben összefoglalt összekapcsolhatóságot, az in vitro és az in vivo vizsgálatoknak szisztematikusan végre kell hajtaniuk a lipidfajok és a metabolikus génexpresszió részletes számszerűsítését, amelyet szükségesnek kell tekinteni a szérumban lévő transzaminázok értékeléséhez. Ebből a célból a lipidomika kulcsfontosságúvá vált e számtalan nagy érzékenységű molekula változásainak azonosításában, 65 ezáltal megalapozva a molekuláris patogén mechanizmusokat.

1. ábra: Áttérés a lipidfajok között zsírmájbetegségben.
A lipotoxikus lipidfajták piros színnel vannak kiemelve, a sötét nyilak enzimatikus reakciókat jeleznek, a zöld és a vörös nyilak a stressz vagy az anyagcsere útján bekövetkező változásokra utalnak.
MUFA: egyszeresen telítetlen zsírsavak; PUFA: többszörösen telítetlen zsírsavak; DAG: diacil-glicerin.

2. ábra: A lipid homeosztázist befolyásoló utak alkoholmentes zsírmájbetegségben.
1) Ca2 + perturbáció, ER membránváltozás; 2) TLR4; 3) Mitokondriális diszfunkció.
A transzkripciós faktorokat zöld színnel, az enzimeket lilával emelik ki.
TLR4: Toll-szerű 4-es receptor; DGAT: Diglicerid-aciltranszferáz; MUFA: egyszeresen telítetlen zsírsavak; PUFA: többszörösen telítetlen zsírsavak; ER: endoplazmatikus retikulum; ROS: reaktív oxigénfajok; PPAR-a: peroxiszóma proliferátor által aktivált alfa receptor; SPT: szerin-palmitoil-transzferáz; SREBP: szterin szabályozó elemeket megkötő fehérje; SMse: szfingomielináz.

További munkát kell végezni a NAFLD komplexitásának teljes tisztázása érdekében, 66 de nyilvánvaló, hogy a benne rejlő lipidfelhalmozódás lipid homeosztázis diszregulációvá válik, sok lipid típust érint egyidejűleg és ami még fontosabb, sokuknak speciális biológiai funkciói vannak.