Az alkoholos májbetegség legújabb fejleményei II. Minikérdés: az alkoholos zsírmáj molekuláris mechanizmusai

Orvostudományi osztályok, Indiana Egyetem Orvostudományi Kar és Richard Roudebush Veterán Ügyek Orvosi Központja, Indianapolis, Indiana 46202

Absztrakt

Régóta úgy gondolják, hogy az alkohol a májban megváltoztatott NADH/NAD + redoxpotenciál révén zsírmájat okoz, ami viszont gátolja a zsírsav oxidációt és a trikarbonsav ciklusreakciók aktivitását. Újabb tanulmányok azt mutatják, hogy az etanol további hatásai károsítják a zsír oxidációját és serkentik a lipogenezist. Az etanol megzavarja a peroxiszóma proliferátorral aktivált receptor-α (PPARα) DNS-kötő és transzkripciót aktiváló tulajdonságait, amint ezt tenyésztett sejtek és etanollal táplált egerek mutatják. Az etanollal táplált egerek PPARa agonistával történő kezelése még a folyamatos etanolfogyasztás ellenére is megfordíthatja a zsírmájat. Az etanol aktiválta a szterin szabályozó elemet megkötő 1 fehérjét is, indukálva egy mennyiségű lipogén enzimet. Ezek a hatások részben az AMP-függő protein-kináz gátlásának, a plazma adiponektin csökkenésének vagy a májban a TNF-α szintjének emelkedésének köszönhetők. Ezeknek az etanolhatásoknak a megértése új terápiás célpontokat nyújt az alkoholos zsírmáj visszafordításához.

1. ábra.Az alkoholos zsírmáj mögött álló potenciális mechanizmusok. Az etanol közvetlenül vagy az adiponektinre és a TNF-α-ra gyakorolt hatás révén befolyásolhatja a peroxiszóma-proliferátor-aktivált receptor-α (PPARα), a szterin-szabályozó elemet kötő 1-es fehérje (SREBP-1) és az AMP-függő protein-kináz (AMPK) aktivitását. . Ezek a hatások viszont aktiválják a lipogén útvonalakat, gátolják a zsírsav oxidációs útvonalakat, és növelik a malonil-CoA koncentrációját. A malonil-CoA gátolja a szabad zsírsav (FFA) bejutását a mitokondriumba, és blokkolja a mitokondrium zsírsav oxidációját. CPT I, karnitin-palmitoil-transzferáz; ACC, acetil-CoA karboxiláz; AdipoR2, adiponektin receptor 2; TNF-a R1, TNF-a receptor 1.

Az alkoholfogyasztás után a májban a zsírsavszint jelentősen megnő; ezért azt lehetne megjósolni, hogy a PPARα által vezérelt zsírmetabolizáló enzimek akkumulátorát az alkoholfogyasztás indukálja. Míg a PPARα-érzékeny gének egy részhalmazáról számoltak be, hogy etanol, például citokróm indukálja P-450 4A1 (lauril-ω-hidroxiláz) és a máj zsírsavat megkötő fehérje, sok más nem változott, sőt csökkent; például a közepes láncú acil-CoA dehidrogenáz aktivitást és az mRNS szintjét etanolos etetéssel csökkentették. A dikarbonsav-zsírsavak fokozott termelésének a lauril-ω-hidroxiláz aktivitás és az etanol acil-CoA-oxidáz-indukálásának elmulasztása, amely a peroxiszomális β-oxidáció első lépcsője, fiziológiai eredménye a vizeletből származó dikarbonsav-zsírsavak fokozott kiválasztása az alkohol- táplált patkányok és alkoholista férfiak. Tehát úgy tűnik, hogy az alkohollal táplált állatokban a zsírsavat metabolizáló gének teljes indukciójának sikertelensége hozzájárulhat a zsírmáj kialakulásához.

Talán a legfontosabb kérdések maradtak: mi közvetíti az etanol hatását ezekre a transzkripciós tényezőkre? Hatással van-e az etanol egy központi szabályozó rendszerre, amely mind a PPARα csökkenéséért, mind az SREBP-1 aktivitás növekedéséért felelős, vagy ezek az etanol független tevékenységeinek eredményei? Vajon a zsírmáj megelőzése - akár folyamatos alkoholfogyasztás mellett is - megakadályozná az alkoholos májkárosodás súlyosabb szövődményeit? A közelmúltban számos új vezető jelent meg ezekre a kérdésekre. A jelentések szerint az etanol csökkenti az adiponektin, a zsírszövetben előállított hormon vérszintjét, amely a jelentések szerint aktiválja a PPARα-t és az AMP-függő protein-kinázt (AMPK), és gátolja az SREBP-1-et. Továbbá arról számoltak be, hogy az AMPK csökkenti az SREBP-1 expresszióját és gátolja az acetil-CoA karboxilázt (ACC). Ez utóbbi hatás csökkenti a malonil-CoA szintjét és növeli a zsíros acil-CoA belépési sebességét a mitokondriumba. Ez az áttekintés feltárja az etanol kölcsönhatásait a máj zsíranyagcseréjének ezen szabályozóival és a zsírmáj farmakológiai beavatkozással történő szabályozásának lehetőségét.

Az etanol gátolta a PPARα transzkripciós aktiváló és DNS-kötő képességét, valamint annak ligandumokra (klofibrát, WY14 643) adott válaszát hepatoma sejtekben vagy hepatociták primer tenyészeteiben, sejtekben, amelyek képesek oxidálni az etanolt (7). Ez a hatás nem volt megfigyelhető azokban a sejtekben, amelyekben nincs alkohol-dehidrogenáz (ADH), ami arra utal, hogy az etanol metabolizmusa szükséges ehhez a hatáshoz. Ennek a hipotézisnek további alátámasztása szolgált azzal, hogy megmutatta, hogy az ADH-gátló 4-metil-pirazol megszüntette az etanol hatását, és az aldehid-dehidrogenáz (ALDH) inhibitor cianamid növelte. A sejtek acetaldehiddel (50–200 μM) történő inkubálása csökkentette a nukleáris kivonatokban lévő PPARα DNS-kötő képességét is. Így valószínűleg az acetaldehid felelős az etanol hatásáért. Az etanol nem befolyásolta számos más nukleáris receptor (hepatocita 4-es nukleáris faktor, apolipoprotein AI szabályozó fehérje-1 és csirke ovalbumin felfelé irányuló promoter-transzkripciós faktor) aktivitását (7), ami arra utal, hogy ez sem az acetaldehid nem specifikus toxicitása, sem nem a nukleáris receptorok által megosztott downstream jelátviteli utakon.

Annak megállapítására, hogy az etanol ezen hatása in vivo is jelentkezik-e, krónikus etanol-etetési vizsgálatokat végeztek (6). Négy hetes etanolos táplálás szövettani és biokémiai zsírfelhalmozódást eredményezett. A PPARα fehérje szintje viszonylag változatlan volt, míg az RXRα szintje lényegesen csökkent. Ez tükrözheti a megnövekedett portális véna endotoxin hatását, mert beszámoltak arról, hogy az endotoxinra reagálva csökkent a máj RXRα értéke (3). A PPARα/RXR konszenzusszekvenciához való kötődése szintén jelentősen csökkent (6). A PPAR által kontrollált génakkumulátorok közül a közepes láncú acil-CoA dehidrogenáz mRNS-je 40% -kal csökkent, de az acil-CoA-oxidázt, a CPT I-t, a nagyon hosszú láncú acil-CoA szintetázt és a nagyon hosszú az acil-CoA dehidrogenáz lánc változatlan volt az etanolos táplálási protokoll szerint. Amint mások beszámoltak róla, a máj zsírsavat megkötő fehérjét etanollal történő etetés indukálta.

Az állatok csak a WY14 643 PPARα agonistával történő kezelése a kísérlet utolsó 2 hétében a PPARα fehérje ~ 1,5-szeres indukcióját eredményezte, nem változott az RXRα szint, háromszorosára nőtt a PPARα/RXR kötődése konszenzusához Számos PPARα célgén DNS-szekvenciája és mRNS-szintje (hosszú láncú acil-CoA dehidrogenáz, közepes láncú acil-CoA dehidrogenáz, acil-koA oxidáz, nagyon hosszú láncú acil-CoA szintetáz és zsírsavkötő fehérje) jelentősen magasabb, mint az etanollal kezelt egerekben.

Az állatok WY14 643 kezelése az utolsó 2 hét etanollal történő etetése során növelte a PPARa fehérje szintjét és a DNS megkötésére való képességét. Ez a PPARα célgének mRNS-szintjét is indukálta, és ez összefüggésben volt a magasabb zsírsav-β-oxidáció, a szérum FFA- és trigliceridszint normalizálódásával, valamint a májban a zsír felhalmozódásának megfordulásával. Nyilvánvaló, hogy az enzimek PPARα akkumulátorának hiányos aktiválása az etanolfogyasztás során hozzájárul az alkohol okozta zsírmáj kialakulásához (6).

A zsírsav-oxidációt nem kizárólag a β-oxidációs enzimek aktivitása szabályozza. A zsírsav-acil-CoA bejutását a mitokondriumba a malonil-CoA szintje szabályozza, amely a CPT I alloszterikus szabályozója. A malonil-CoA-t az ACC szintetizálja, és az MCD lebontja. A PPARα szerepe a malonil-CoA szint szabályozásában szerepet játszó enzimek expressziójának és aktivitásának szabályozásában nemrégiben figyelemre méltó. A PPARa (-/-) egerek szívében a zsírsav oxidációjának csökkenő sebessége a malonil-CoA magasabb koncentrációival, valamint az MCD csökkent expressziójával és aktivitásával járt, ami arra utal, hogy a PPARα transzkripciós úton szabályozhatja az MCD expresszióját (4). A PPARα aktiváció (WY14, 643), de nem a PPARγ aktiváció (troglitazon által), növelte az MCD mRNS expresszióját és aktivitását a szív- és vázizmokban (24). További vizsgálatok kimutatták, hogy az MCD promotere 17-szer aktiválódott a PPARα/RXRα expressziós plazmidokkal együtt transzfektált sejtekben, és az MCD mRNS szintje a hepatoma sejtekben és a fenofibráttal táplált patkányok májában is megnőtt (12). Így a PPARα funkció gátlása etanollal valószínűleg a malonil-CoA megnövekedését és a mitokondriumba történő zsírsav bejutás gátlását is eredményezné.

Továbbá megvizsgáltuk az etanol SREBP-1-re gyakorolt hatását in vivo standard folyékony étrend, páros táplálási protokoll alkalmazásával. Az egerek zsírtartalmú étrendjének (4% sáfrányolaj, 6% kakaóvaj és 72% magas szénhidráttartalmú) etanollal (az összes kalória 27,5% -ával) történő táplálása 4 héten át zsíros májfejlődéshez vezetett. Az érett SREBP-1 fehérje mennyiségének jelentős növekedését találták az etanollal táplált egerek májában. Ezenkívül az etanollal történő táplálás megnövelte számos ismert SREBP-1 cél máj lipogén gén expresszióját, beleértve a zsírsav szintetázt (FAS), a szteroil-CoA deszaturázt, az almas enzimet, ATP citrát liázt és az ACC-t, ami azt jelzi, hogy az SREBP-1 etanollal közvetített indukciója az érés összefüggésbe hozható e gének expressziójának növekedésével (23). Megállapításunkkal összhangban Ji és Kaplowitz (9) arról számolt be, hogy az egerek magas zsírtartalmú étrendet (15,7% szénhidrát, 25% fehérje, 35% kukoricaolaj) etettek etanollal (24,3%) 6 héten keresztül az intragasztrikus infúziós modell alkalmazásával. SREBP-1 mRNS 6 hét felett és növelte az SREBP-1 fehérje érett formáját. Ezek a vizsgálatok együttesen azt sugallják, hogy az etanol-anyagcsere termékei a máj SREBP-1 aktiválásával növelhetik a máj lipogenezisét.

Az AMPK a metabolikus mester kapcsolóként jelenik meg, amely szabályozza a máj triglicerid és koleszterin szintézisének útjait. Foszforilálja és gátolja a lipid metabolizmusban részt vevő enzimeket, például a 3-hidroxi-3-metil-glutamát-CoA reduktázt és az ACC-t. Az ACC-t általában a zsírsav-bioszintézisben sebességkorlátozó enzimnek tekintik, és amint arról tárgyaltunk, terméke, a malonil-CoA, a CPT I. erős inhibitora. Az AMPK az ACC inaktiválásáért felelős fő kináz, és a közelmúltban az Beszámoltak az MCD AMPK általi aktiválásáról (15). Ezért az AMPK aktiválása várhatóan csökkenti a malonil-CoA szintet, fokozva a zsírsav oxidációt.

Az adiponektin, más néven 30 kDa adipocita komplement-rokon fehérje (Acrp30), az adipociták által kiválasztott hormon. A teljes hosszúságú adiponektin proteolitikus feldolgozáson megy keresztül, és kis mennyiségű globuláris adiponektin (gAd) kering a plazmában. Két adiponektin-receptort, az AdipoR1 és az AdipoR2-t azonosítottak tavaly (21). Az AdipoR1 nagy affinitású receptor a globuláris adiponektinhez és alacsony affinitású receptor a teljes hosszúságú ligandumhoz, míg az AdipoR2 egy közepes affinitású receptor az adiponektin mindkét formájához. Az AdipoR1 bőségesen expresszálódik a vázizomzatban, míg az AdipoR2 túlnyomórészt a májban expresszálódik; ezért csak teljes hosszúságú adiponectin aktív a májban. Nagyszámú munka kimutatta, hogy a keringő adiponektin csökkent szintje elhízással, inzulinrezisztenciával, 2-es típusú cukorbetegséggel és érelmeszesedéssel jár, és az adiponektin beadása csökkentette a metabolikus szindrómához kapcsolódó rendellenességeket. További tanulmányok kimutatták, hogy az adiponektin hatását nagyrészt a zsírsav oxidáció növekedése közvetíti, ami az AMPK és a PPARα útvonalak aktivációjával jár együtt az adiponektin receptorok után, in vitro és állatokban egyaránt (16, 21).

Az alkoholos zsírmáj eredeti biokémiai magyarázata az etanol metabolizmus azon képességére összpontosított, hogy elmozdítsa a máj redox állapotát és gátolja a zsírsav oxidációját. A későbbi tanulmányok azt találták, hogy az etanollal táplált állatokban a zsírsav-oxidációban és a lipogén enzimek indukciójában szerepet játszó egyes enzimek elfojtása megtörtént, de nem volt egységesítő hipotézis ezen hatások magyarázatára. Javasoljuk, hogy az etanol lipid-anyagcserére gyakorolt hatása a PPARα gátlásából és az SREBP-1 stimulálásából származik, ami tulajdonképpen a máj metabolikus átalakulását eredményezi a zsírraktározó, nem pedig a zsíroxidáló szerv felé. Ezek a hatások viszont az etanol AMPK-ra gyakorolt hatásai lehetnek. Vonzó az AMPK-t tekinteni a máj zsíranyagcseréjének központi modulátorának, különösen azért, mert az AMPK aktivitása függ az etanol adiponektinre és esetleg a TNF-α-ra gyakorolt hatásától (1. ábra).

Javasoljuk, hogy az etanol proximális hatása magában foglalja a portális véna endotoxin, a zsír- és a Kupffer-sejt TNF-α termelésének növekedését, valamint a keringő adiponectin csökkenését. Bizonytalan, hogy az etanol hogyan hat a zsírszövetre. A hepatocytánál az alacsonyabb adiponektin a PPARα és az AMPK aktivitásának csökkenését eredményezné. A jel kaszkádjai az AdipoR2 és ezek a mediátorok között nem ismertek. Ismert, hogy a TNF-α csökkenti a PPARα expresszióját a májban. A TNF-α AMPK-ra gyakorolt hatása nem ismert, és laboratóriumunk aktuális érdeklődési területe.

Az AMPK gátlása etanollal történő adagolással az SREBP-1 aktivitás növekedését eredményezi. Ennek eredményeként az SREBP-1 célgénjei szabályozásra kerülnek, hozzájárulva a máj lipidszintézisének fokozásához. Az AMPK gátlás emellett az ACC fokozott aktivitását és az MCD aktivitásának csökkenését eredményezi ezen enzimek foszforilációs állapotának változásai révén, és ezáltal a malonil-CoA megnövekedett koncentrációja révén csökkentené a zsírsav oxidáció sebességét. Az AMPK szintén befolyásolhatja a PPARα aktivitását. A PPARα-t a p38 MAP kináz aktiválja a szívben (2), és a p38 aktivitását csökkentheti az AMPK-aktivitás gátlása (19). A csökkent PPARα aktivitás a zsírsav oxidációs képességének csökkenéséhez és az MCD csökkent expressziójához vezet.

Ezek a tanulmányok a zsírmáj genetikájáról az alkohollal táplált állatokban megalapozzák a további klinikai vizsgálatokat. Ezeknek a jelátviteli útvonalaknak a módosítása új és hatékony terápiákat nyújthat az alkoholos zsírmáj számára, és megakadályozhatja a máj gyulladásos és fibrotikus válaszait az etanolra.

Ezt a munkát az Országos Alkoholfogyasztási és Alkoholizmus Intézet támogatásával hajtották végre. Az AA-06434 (D. W. Crabbnak), az AA-013623 (M. You-nek) és a P50-AA-07611 támogatás az Indiana Alkoholkutató Központnak.

LÁBJEGYZETEK

A cikk megjelenésének költségeit részben az oldaldíjak megfizetése fedezte. A cikket ezért ezennel fel kell tüntetni:hirdetés”Szerint a 18 U.S.C. Az 1734. § kizárólag ennek a ténynek a feltüntetésére.

Adósok vagyunk Ruth Ann Ross, Yan Zeng és Michinaga Matsumoto kiemelkedő technikai és szellemi hozzájárulásával.