Лептин в регуляции нейроэндокринной системы

ЛЕПТИН В РЕГУЛЯЦИИ  НЕЙРОЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ

Лептин — гормон жировой ткани. История открытия лептина берет начало в 1953 году, когда Kennedy предложил свою «теорию липостата». В соответствии с его гипотезой, гипоталамус постоянно воспринимает сигналы о концентрации циркулирующего в крови неизвестного фактора, который поставляет информацию о количестве накопленного в теле жира. По его предположению, общий вес тела поддерживается регуляцией содержания жира в организме. Гипоталамус, получая информацию из крови, подает сигналы в мозг, которые регулируют аппетит, вызывая снижение или увеличение потребления пищи, и, таким образом, поддерживают постоянное содержание жира в организме. Следующим крупным шагом в развитии этого направления были исследования Hervey на парабиотических крысах с перекрестным кровообращением. Повреждение вентромедиального гипоталамуса вызывало у опытной крысы гиперфагию и развитие ожирения, а другая крыса при этом, наоборот, уменьшала потребление пищи и теряла вес. Полученные данные показывали, что по мере увеличения массы жира в теле животного, вызванного нарушением функции гипоталамуса, происходит нарастание в крови некоего фактора, который после попадания в тело другого животного вызывает ощущение сытости, приводит к снижению потребления пищи и резкому похуданию. Более убедительные данные об участии неизвестного фактора в регуляции пищевого поведения получены на мышах с генетически обусловленным ожирением. Гомозиготные рецессивные мутации вызывают одинаковое увеличение веса и развитие диабета у мышей с ожирением (ob) и диабетических мышей (db). При парабиозе мышей db/db с нормальными животными первые остаются неизменными, а вторые снижают потребление пищи и теряют вес. Перекрестное кровообращение мышей ob/ob с нормальными животными вызывает уменьшение потребления пищи мутантными животными, а нормальные при этом не испытывают никаких изменений. При перекрестном кровообращении мышей db/db и ob/ob первые остаются неизменными, а вторые вообще прекращают потребление пищи и умирают от голода. На основании полученных данных авторами сделано следующее заключение: у мышей ob/ob в крови отсутствует фактор насыщения, а у мышей db/db он присутствует в избытке, Но не действует из-за нарушения чувствительности к нему центра сытости в мозге. Поэтому и те, и другие линии гомозиготных мутантных животных страдают ожирением, диабетом типа II и бесплодием. Накопленные результаты послужили основанием для проведения более детального исследования гена ob и мутаций в нем, вызывающих нарушения липидного обмена.

Первая публикация о мутации  в гене ob человека, приводившая к тяжелой форме ожирения у гомозигот, появилась в 1997 году. Два обследованных ребенка, двоюродные брат и сестра, имели 50% избыток массы тела. Анализ ДНК из жировой ткани двух детей показал отсутствие в ней одного остатка G на участке нуклеотидной последовательности из шести остатков G, кодирующих Gly-133 в белке ob. Делеция одного нуклеотидного остатка в гене приводила к сдвигу рамки считывания на отрезке кДНК, кодирующем карбоксильный участок аминокислотной последовательности и появлению терминирующих кодонов. В результате активный белок не синтезировался, и происходило драматическое нарушение липидного обмена. Регулярное введение такому ребенку рекомбинантного белка ob (лептина) вызывало постепенное уменьшение массы тела.

В отличие от мышей, у которых  триплет CGA, кодирующий остаток Arg в 105 положении, в результате мутации С—>Т превращается в терминирующий кодон TGA, у людей этот же аминокислотный остаток кодируется триплетом CGG, поэтому аналогичная мутация у человека должна была приводить не к формированию стоп кодона TGA, а возникновению триплета TGG, кодирующего остаток Tip. На основании этих данных высказывались предположения, что замена Arg на г Tip в белке ob человека вряд ли вызовет нарушение его функционирования и развитие ожирения. Однако, Strobel с соавт. опровергли такое предположение. Они исследовали трех пациентов из Турции, гомозиготных по мутации С—>Т, превращающей Arg в положении 105 синтезируемого продукта в Тгр, и показали, что такие пациенты страдают ожирением с индексом массы тела от 32 до 56 кг/м2 (при Норме <25 кг/м2), потребляют много пищи и имеют низкое содержание белка ob (лептина) в сыворотке, несмотря на большие запасы жировой ткани в жировых депо. Содержание инсулина в крови мутантных гомозигот было увеличено в 2—3 по сравнению с другими членами семей, а одна из пациенток страдала гипер-5мией, которая в течение последующего наблюдения снижалась.

Биологические свойства белка ob.  Сразу же после наработки рекомбинантного белка ob были проведены исследования биологического действия гормона на мышах ob/ob. Парентеральное или внутривенное введение белка ob в количестве нескольких микрограмм в день в течение нескольких недель увеличивало энергетический обмен, снижало потребление пищи и вес животных за счет уменьшения жировых запасов. Прекращение введения препарата быстро возвращало изучаемые показатели к исходным значениям. Белок ob вызывал снижение веса, уменьшение жировых запасов и увеличение энергетического обмена у нормальных животных, у которых экспрессия гена ob не была нарушена. На основании первых исследований биологического действия белка ob Friedman с соавт. предложили название этому гормону «лептин» от греческого слова «leptos» (тонкий).

Если мышам ob/ob давали возможность потреблять лишь столько пищи, сколько съедали мыши ob/ob, получавшие лептин, то такие животные тоже теряли вес из-за ограниченного питания, но их потери были значительно меньше, чем у животных, получавших лептин. Таким образом, белок оb не только снижал аппетит и уменьшал жировые запасы, но также стимулировал сгорание жира в организме.

При введении лептина в желудочек мозга эффективная доза гормона значительно снижается, и уже через 30 мин. после его иньекции мыши ob/ob прекращают потребление пищи и возобновляют его только через 6,5 часов. Эти данные подтверждают, что основным органом-мишенью действия лептина может быть гипоталамус. В связи с этим возникает проблема проникновения лептина через гематоэнцефалический барьер.

Содержание лептина в циркулирующей крови людей четко коррелирует с массой тела, и поэтому, чем больше масса жировой ткани, тем больше она секретирует в кровь гормона. Эти данные говорят о том, что у людей, страдающих ожирением, снижение синтеза и секреции лептина — довольно редкое явление, и, скорее всего, происходит снижение эффективности действия гормона вследствие нарушения функционирования рецептора, торможения пострецепторных механизмов проведения гормонального сигнала или снижения способности лептина проникать через гематоэнцефалический барьер. При ожирении наблюдается падение отношения концентраций лептина в спинномозговой жидкости и сыворотке крови. Поэтому снижение способности гормона проникать в структуры гипоталамуса может быть одной из причин развития резистентности к действию лептина и, как следствие, повышенному накоплению жира в организме.

Мутация в гене рецептора лептина человека, вызывающая у людей резистентность к действию гормона, сходную с резистентностью мышей db/db, описана в 1998 году Clement с соавт. У трех сестер, страдающих тяжелой формой ожирения, маркеры, расположенные около локуса гена рецептора, косегрегировали с фенотипом ожирения. В ходе исследования было выяснено: как гомозиготный, так и гетерозиготный пациенты экспрессировали аномальные аллели и синтезировали рецептор в виде белка, который не закреплялся на мембране, секретировался клетками в кровь и, свободно циркулируя в крови, сохранял способность связывать лептин, но не обладал способность: проводит гормональнй сигнал внутрь клетки.

После рождения гомозиготные по исследованной  мутации сестры имели нормальный вес, но тяжелое ожирение у них развивалось уже в первые месяцы жизни. Во взрослом состоянии они не проявляли признаков полового созревания, у них отсутствовали молочные железы и другие половые признаки. В возрасте 13, и 19 лет гомозиготные пациентки страдали аменореей, концентрация эстрадно; в циркулирующей крови была сниженной, а базальные уровни ЛГ и ФСГ и реакция на гонадолиберин сниженными или находились в пределах нормы. Пациентки проявляли симптомы гипогонадотропного гипогонадизма. Следовательно, нормальное функционирование системы проведения гормонального сигнал лептина необходимо для нормального полового развития и созревания женщин. В отличие от исследованных пациенток две их гетерозиготные сестры без отклонений проходили стадию пубертата и менструации у них начинались в возрасте 11 и 15 лет. Половое развитие гетерозиготных мужчин также проходило нормально.

Гомозиготные по мутации рецептора  лептина сестры проявляли легкую, не отчетливую задержку роста в раннем детстве. Секреция гормона роста у них была сниженной и слабо реагировала на стимулирующие воздействия. Пациентки обнаруживали также признаки гипотиреоза. Содержание инсулина в крови у них было повышенным (признак инсулинорезистентности), но другие симптомы НИЗСД отсутствовали. Полученные результаты показывают, что нормальная экспрессия гена рецептора лептина необходима не только для контроля веса тела, но также для регуляции полового созревания и поддержания нормальной секреции гормона роста и ТТГ гипофизом. Как известно, бесплодием страдают мыши ob/ob и db/db, и введение мышам ob/ob лептина восстанавливает их репродуктивную функцию, оно ускоряет также половое созревание нормальных животных, но не влияет на мышей db/db.

Накопленные данные показывают, что  подкожная жировая клетчатка  является весьма важным эндокринным  органом, регулирующим самые различные  физиологические функции, и нарушение  синтеза лептина адипоцитами или неспособность гормона проявлять биологическое действие (по разным причинам) приводят к разрастанию жировой ткани. Сходное разрастание другого эндокринного органа происходит при тиреоидной патологии, которая обычно сопровождаются развитием различных типов зоба. В здоровом организме ни жировая ткань, ни щитовидная железа не видны, и начинают экспонироваться наружу в теле животных и человека при различных нарушениях их эндокринных функций. Размеры этих тканей можно уменьшать с использованием искусственных подходов, но если причины, вызвавшие патологию и разрастание эндокринных органов, не устраняются, то их гипертрофия, как правило, возобновляется, если после проведенного лечения нарушенная эндокринная функция этих органов не компенсируется заместительной гормональнаой терапией.