Биологическая роль лептина в организме
Автор: Людмила Жаворонкова - дерматовенерология
Понимание биологической роли лептина в организме человека имеет важнейшее прикладное значение. Это ключ к созданию адекватной терапии многих патологий, ассоциированных с гормоном голода, биомаркер мишеней, подлежащих коррекции. Чтобы полнее раскрыть механизм действия гормона и понять его возможности для улучшения лечебного процесса, который касается множества патологий, нужно понимать афилированность органов и тканей лептину и на основе этого совершенствовать молекулярно-генетические технологии.
Из статьи вы узнаете о биологической роли лептина в аспекте генетики, сигнального пути гормона, его регуляции и функциях биоактивного вещества при патологии и норме.
Общие данные
Лептин переводится с греческого как «тонкий», «изящный». По своей сути, это секрет жировых клеток гормонально-пептидной природы. С его открытием в самом конце ХХ столетия изменился взгляд научного медицинского сообщества на функциональные возможности липидов. Сначала его даже назвали «белок ob», что в переводе с английского в сокращенном варианте означает «страдающий ожирением». Ген, отвечающий за кодирование гормона, также окрестили «геном ob» (сегодня есть и иное название – «ген LEP»). Локализуется этот ген в хромосоме 7q31.31.
С момента открытия лептина возникла принципиально новая концепция функционирования жира в организме. Если верить ей, то липоциты действуют аналогично активному эндокринному органу. Лептин состоит из 167 аминокислот, поэтому такая гипотеза вполне обоснована. Общая концентрация гормона в организме равна общему количеству жира человека. При этом лептин способен контролировать избыточное накопление жировой массы, однако увеличение его синтеза ведет к большему потреблению пищи, а значит, накоплению жира.
Гормон ассоциирован с плацентой и желудком. В головном мозге есть его представители – нейронные пути через гипоталамус, которые контролируют энергетический гомеостаз. Недостаток гормона приводит к ожирению, что объясняет его роль в количестве потребляемой пищи, расходовании энергии, репродукции, участие в функционировании щитовидной железы и иммунитета. Некоторые данные говорят о том, что лептин провоцирует окисление жиров у людей с ожирением. Такая многовекторность потребовала детального изучения гормона.
Генетика и биология гормона
Ген лептина афилирован с жировой тканью, желудком, плацентой и, возможно, молочной железой. Он родом из семейства цитокинов, то есть отвечает за развитие воспаления. Будучи гормоном, лептин обладает суточными (циркадными) колебаниями. Вечером его больше, в утренние часы наблюдается импульсная секреция. Поскольку он синтезируется липоцитами (адипоцитами или жировыми клетками), его главная роль – контроль энергетического гомеостаза. По-простому – регуляция приема пищи в соответствии с расходуемой энергией без набора лишней массы тела.
Есть и другие важные функции у лептина: балансирование иммунитета, купирование воспаления, ангиогенез и регенерация тканей. Кроме того, велика его роль в развитии гипертонии на фоне ожирения. Поскольку гормон тесно связан с жировой тканью, его называют «гормоном похудения».
Механизм действия
Лептин влияет на все процессы в организме через рецептор LEP-R или OB-R, который у человека кодируется геном LEPR. Рецепторы типа LEP-R обнаруживаются во многих областях мозга и эндотелии церебральных капилляров. Это цитокиновые рецепторы, у которых есть несколько изоформ, которые служат проводником гормона к разным внутренним органам и тканям. Сегодня известны мутации гена LEPR, провоцирующие ожирение. После того, как лептин связывается с LEPR, происходит его каскадное путешествие в головной мозг, где он действует либо напрямую, либо путем активации определенных центров в центральной нервной системе для минимизации приема пищи и увеличения расхода энергии. Параллельно гормон влияет на метаболизм глюкозы и жиров, меняя нейроэндокринную функцию.
Регуляция образования лептина
Контроль за лептином осуществляет ряд органов через свои гормоны, которые повышают или понижают синтез лептина на клеточном уровне. Например, инсулин активирует продукцию лептина, а адреналин, норадреналин и дофамин снижают его синтез. Кроме того, лептин контролирует и фактор некроза опухоли-α, который тоже увеличивает секрецию лептина. Вместе с ним работают глюкоза и жирные кислоты.
После синтезирования лептин связывается со своими рецепторами в головном мозге и меняет направленность действия нейропептидов, которые снижают аппетит, увеличивают расход энергии, меняя симпатический и парасимпатический тонус и нейроэндокринную функцию. Повышение уровня гормона активирует щитовидку, гормон роста и половые гормоны. При этом гипофиз – надпочечники минимизируют свою деятельность. Лептин прямо или косвенно влияет на кроветворение и иммунитет, улучшает углеводный и жировой обмен.
Биологическая роль гормона
Согласно результатам многочисленных клинических и экспериментальных исследований лептин:
- регулирует жировой обмен;
- балансирует энергетический гомеостаз;
- контролирует нейроэндокринные функции;
- играет важную роль у новорожденных, детей и подростков;
- участвует в метаболизме сердечно-сосудистой системы, костной ткани и иммунных реакциях.
Такая многовекторность гормона наделяет его ценными свойствами и возможностью выполнять роль биомаркера на ранних сроках развития патологических состояний, а также – использовать биовещество в качестве лекарственного препарата.
Регуляция энергетических констант организма
Лептин, участвуя в энергетическом обмене, контролирует аппетит. При этом он активирует сложную нейропетлю, состоящую из подавляющих голод нейронов. Они высвобождают проопиомеланокортин (POMC). Кроме того, лептин угнетает и нейроны, стимулирующие аппетит, что позволяет одновременно регулировать прием пищи. Эти нейроны высвобождают нейропептид Y (NPY). Исследования, проведенные совсем недавно, доказали, что состояние натощак в части концентрации лептина в организме аналогично диете с ограничением калорий. Это позволяет говорить о том, что генная мутация на уровне лептина способна привести к ожирению из-за гиперфагии. Но, разумеется, если это вовремя определить и ввести недостающий лептин в организм человека, создастся чувство сытости, что и ограничит жировые накопления.
Регуляция нейроэндокринной функции
Если человек начинает голодать, уровень лептина автоматически снижается, что не зависит от жировой массы. В это период происходят нейроэндокринные коррекции, включающие уменьшение концентрации репродуктивных гормонов. Это, в свою очередь, минимизирует энергозатраты в период беременности, снижает уровень тиреотропных гормонов в кровотоке, что тормозит скорость метаболизма, но повышает концентрацию гормона роста, который участвует в расходовании энергетического потенциала организма. Однако ученые предупреждают, что у пациентов с дефицитом лептина при рождении, может быть привычный рост и нормальное развитие организма, сохранена функция надпочечников. Иными словами, маркером патологии в этом случае лептин быть не может.
Регуляция углеводного обмена: инсулинорезистентность, метаболический синдром
Генетический низкий уровень гормона провоцирует развитие инсулинорезистентности и некоторые особенности обменных процессов в организме. Введение дополнительного лептина в этом случае корректирует гиперинсулинемию, гипергликемию. Параллельно снижается уровень гормонов щитовидной железы, низкоплотного холестерина (ЛПНП) и повышается уровень высокоплотных липопротеинов (ЛПВП). Лептин, кроме того, провоцирует воспаление у полных женщин, что может стать триггером гестационного сахарного диабета (ГСД). Лептин не просто регулирует насыщение тканей энергией, но и сам врабатывается плацентой, что гарантирует жизнеспособность плода, но увеличивает риск развития ГСД. При этом плацента увеличивается в размерах, что дает еще большее количество транспортируемых к плоду питательных веществ, увеличивая размеры плода (макросомия). Инсулинорезистентность ассоциирована с воспалением, поэтому для ее коррекции используют питательные вещества, купирующие этот патологический процесс.
Ожирение, развившееся на фоне инсулинорезистентности, связано с развитием поликистоза яичников, при котором повышается уровень лептина, что позволяет говорить о гормоне, как о маркере патологии на ее ранних сроках.
Регуляция работы сердечно-сосудистой системы
Этот момент в работе гормона до конца не изучен. В норме сердце использует глюкозу и липиды как источники энергии. Однако предпочтение отдает глюкозе. Если создаются условия для перехода от глюкозы к жиру, повышается окисление жиров, увеличивается потребность миокарда в кислороде и сердечная деятельность замедляется. В конечном итоге это ведет к системным метаболическим нарушениям: инсулинорезистентность, устойчивость к лептину и метаболическая дисфункция. Кроме того, высокий уровень триглицеридов и ожирение миокарда провоцируют липотоксичность. А это нарушает сократительную способность миокарда.
Результаты научных исследований относительно связи лептина с ишемической сердца (ИБС) и хронической сердечной недостаточностью (ХСН) противоречивы. Высокий уровень гормона связан с риском развития этих заболеваний, а лечение, снижающее уровень лептина, может предупреждать их развитие. Это значит, что лептин может служить маркером риска развития инсульта, атеросклероза сонных и периферических артерий. Кроме того, повышение концентрации лептина в крови свидетельствует о росте аневризмы брюшной аорты. Но для принятия окончательного решения по лептину и его связи с патологией сердца и сосудов данных пока недостаточно.
Роль лептина в метаболизме костной ткани и воспалении
Лептин играет важную роль при патологии ревматического характера, изменениях в суставах остеоартрите. Он повышается. Есть данные о процессах катаболизма хрящей под влиянием гормона, причем, действует гормон как противовоспалительный фактор и рассматривается как медиатор воспаления при аутоиммунных и иных воспалительных заболеваниях. В противовес этому, хроническое воспаление резистентно к лептину, что косвенно провоцирует ожирение, а оно – вновь воспаление. Вот такой замкнутый круг получается.
Роль лептина в иммунных реакциях
Лептин регулирует и врожденный, и приобретенный иммунитет, увеличивая силу естественных киллеров (NK) клеток и активируя гранулоциты, макрофаги, дендритные клетки. Что касается адаптивного иммунитета, лептин позволяет ускоренно размножаться новым Т- и В-лимфоцитам, минимизируя синтез Т-супрессоров. Иными словами, гормон активирует В-лимфоциты, которые продуцируют цитокины для контроля за созреванием и работой клеток иммунной системы.
Лептин у новорожденных
Гормон синтезируется плацентой во время беременности, поступает в пуповинную кровь и защищает новорожденных. От концентрации лептина в крови зависит общая масса тела и жировая масса родившегося младенца. Кроме энергетического гомеостаза, лептин коррелирует рост, активирует кроветворение, лимфопоэз у младенцев. Секреция гормона с молоком позволяет предположить, что его уровень у мамы влияет на рост новорожденных.
Гормон у детей и при половом созревании
В детском и подростковом возрасте лептин заставляет мозг накапливать жир, что регулирует месячные и иные пубертатные изменения, а в последствии – репродуктивную функцию. В начале полового созревания увеличение жировой массы тела идет именно за счет высокой концентрации лептина в крови, что предполагает качественный переход подростков в фазу полового созревания. Если же лептина маловато, или происходит генная мутация, дети страдают ожирением, сталкиваются с нарушением менструального цикла, остаются как бы в препубертате и имеют проблемы с вторичными половыми признаками.
Получается, что лептин, или белок ob – это гормон, продуцируемый жировыми клетками и реагирующий на любые изменения в организме через рецепторы, прокладывающими ему сигнальный путь. Передача сигналов лептина стимулирует нейропептиды, что приводит или к отсутствию или к повышению аппетита. Уровень гормона говорит об общем запасе энергии в организме, заставляет ЦНС регулировать энергетический гомеостаз. Дефицит гормона может возникнуть в результате генной мутации или липоатрофии, что к нарушениям многих важнейших функций: репродуктивной несостоятельности, ожирению, инсулинорезистенции, аутоиммунным патологиям. Поэтому изучение лептина происходит и сегодня, и, безусловно, будет происходить в ближайшем будущем для улучшения ранней диагностики заболеваний, терапевтических мер для коррекции многих нозологий.
Автор статьи
Людмила Жаворонкова, дерматовенерология
Образование: высшее.
В 1976 году закончила ГМИ им. С. М. Кирова, специальность – «лечебное дело», диплом А-1, № 620803 от 26...
