Природа и спектр биологической активности
Фактор некроза опухоли альфа (ФНОα) входит в состав семейства факторов некроза опухолей, куда помимо его включены ФНОβ (лифотоксин альфа) и лимфотоксин бета, представленный, в основном, мембранной формой. ФНОα и лимфотоксины представляют собой гликопротеины с М.м, соответственно, 17000 и 20000-25000 кДа.
Гены ФНОα и ФНОβ (генетическое обозначение TNF) локализованы на хромосоме 6 р 21.3 в регионе главного комплекса гистосовместимости (ГКГС) класса III между генами, кодирующими молекулы класса II (HLA-DP, DQ и DR) и класса I (HLA A, B, C). В локусе TNF идентифицированы 5 микросателлитных маркеров (TNFα, TNFβ, TNFc, TNFd и TNFe) каждый из которых имеет 14, 7, 2, 7 и 3 аллеля соответственно. Изучение полиморфизма генов TNF и их связи с генами HLA важно для понимания иммунопатогенеза многих тяжелых заболеваний воспалительной и аутоиммунной природы (Ковальчук Л.В. с соавт., 2001).
Молекулы ФНО гомологичны Fas-лиганду, мембранным молекулам CD 30 и CD 40, фактору роста нервов и образуют единое семейство белков. Их объединение обусловливает общность рецепторов. Известно 2 типа таких рецепторов: gp 55 и gp 75 (М.м 55 и 75 кДа), относящихся к семейству рецепторов фактора роста нервов. В это же семейство входит также Fas-рецептор – мембранная молекула, принимающая сигнал к апоптозу. Это свойство обусловлено присутствием «домена смерти» в цитоплазматической части молекулы данного рецептора. Такой же домен имеется в цитоплазматической части рецептора gp 55, но не gp 75. Соответственно первый, но не второй тип рецептора способный передавать летальный сигнал ФНО внутрь клетки.
Оба типа рецепторов могут высвобождаться с клеточной поверхности в результате протеолитического расщепления и циркулировать в растворимой форме. Уровни циркулирующих рецепторов повышаются при сепсисе, злокачественных опухолях, аутоиммунных заболеваниях, лихорадке, лейкемии, ожирении. Не исключено, что циркулирующие рецепторы могут связывать системный ФНО, представляя таким образом, функциональную буферную систему для этого цитокина (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002).
Наиболее радикально ФНОα и ФНОβ различаются по клеточному происхождению. ФНОα является продуктом моноцитов/макрофагов (в некоторых случаях – активированных Т-лимфоцитов), эндотелиальных, тучных и миелоидных клеток, ЛАК-клеток, клеток нейроглии. Основными продуцентами ФНОβ являются активированные Т-лимфоциты: CD 4+ и CD 8+.
В настоящее время установлено, что ФНОα синтезируется и в адипоцитах. Этот синтез происходит из трансмембранного гормона (26 кДа), который после протеолитического расщепления дает начало растворимой молекуле 17 кДа. «Неожиданная на первый взгляд способность адипоцитов секретировать ФНОα тем не менее согласуется с современными представлениями о существовании единой иммунонейроэндокринной системы регуляции гомеостаза организма, функционирующей на основе общности лигандов и рецепторов, используемых в своей деятельности различными подсистемами» (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002).
Биологическая активность ФНОα включает цитостатическое и флогогенное действие, регуляцию иммунного ответа, гемопоэза и клеточного метаболизма, а также модуляциию нейроэндокринной регуляции (рис. 10).
ФНОα и липидный обмен
Способность адипоцитов к секреции ФНОα, а также его повышенные уровни при ожирении определили интерес к оценке физиологической значимости этого цитокина в метаболизме липидов в организме.
Системное действие ФНОα демонстрирует индукцию им метаболических изменений, известных как кахексия, т.е. состояния при котором наблюдается истощение мышц и
Рис. 10 Спектр биологической активности ФНОa
(по данным А.А. Ярилина, 1999; Л.В. Ковальчука с соавт., 2001; И.Г. Акмаева, В.Г. Сергеева, 2002)
жировых клеток. Механизмы развития этого истощения разнообразны, но в целом они реализуются в трех направлениях: а) через усиление катаболизма триацилглицеридов (ТАГ) в тканях; б) через подавление эндогенного синтеза триацилглицеридов; в) через снижение поступления в организм нутриентов и обусловленный этим дефицит энергии.
Усиление катаболизма ТАГ, наиболее характерным признаком которого является гиперлипемия, под влиянием ФНОα определяется стимулирующим действием цитокина на ключевые ферменты липолиза (тканевую липазу) через их транскрипционную регуляцию. Вместе с тем, усиливая липолиз в тканях, ФНОα тормозит расщепление ТАГ в составе циркулирующих в крови липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП) и промежуточной плотности (ЛППП). Это обстоятельство обусловлено его ингибирующим влиянием на липопротеидлипазу, иммобилизованную в стенке сосудов и ответственную за данный процесс. Конкретный механизм такого ингибирующего влияния может быть различным (нарушение синтеза самого фермента, инсулинрезистентность), но в любом случае оно лимитирует возможность использования адипоцитами в жировом обмене транспортных форм липидов, а также способствует дислипопротеидемии и гипертриацилглицеридемии.
Подавление эндогенного синтеза ТАГ под влиянием ФНОα обеспечивается несколькими путями (рис. 11). Во-первых, через угнетение поступления жирных кислот (ЖК) в адипоциты, что связано не только с невозможностью использования ЖК в составе ЛПОНП и ЛППП, но и со снижением экспрессии в адипоцитах транспортеров жирных кислот (FAT и FATP), осуществляющих их перенос через плазматическую мембрану жировых клеток. Во-вторых, через редукцию экспрессии ключевых энзимов липогенеза, в частности, ацетил-коэнзим А-редуктазы и синтетазы жирных кислот, необходимых для их восстановительного синтеза. Этот синтез, в свою очередь, требует значительного расхода энергии, который должен восполняться поступлением в организм энергоемких нутриентов. Однако такая возможность в условиях системного действия ФНОα представляется ограниченной, в связи с подавлением им чувства голода.
Влияние ФНОα на пищевое поведение, выражающеесяподавлением аппетита может опосредоваться его способностью усиливать (как и лептин) экспрессию генов ПОМК в гипоталамусе. Снижение пищевой активности обусловливает дефицит энергетических субстратов, что с одной стороны стимулирует активность катаболических процессов, а с другой - существенно уменьшает эффективность процессов биосинтеза, включая биосинтез ТАГ.
В совокупности представленные метаболические нарушения и составляют основу для снижения массы жировой и мышечной ткани, т.е. для развития кахексии.
ФНОα и резистентность к инсулину при ожирении
Ожирение характеризуется преобладанием процессов депонирования ТАГ в жировой ткани и инсулиновой резистентностью тканей организма. В настоящее время получены доказательства того, что в процессы развития инсулиновой резистентности активно вовлечены цитокины и пептиды, синтезируемые адипоцитами. Среди них особое место отводится ФНОα.
Участие ФНОα в формировании инсулинрезистентности, вероятно определяется несколькими механизмами, среди которых могут быть выделены (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002): а) снижение сигнальной способности инсулиновых рецепторов; б) экранирование рецепторов на клеточных мембранах избытком жирных кислот; в) подавление экспрессии гена Glut 4 и тем самым – снижение инсулинстимулируемого транспорта глюкозы в клетки. Помимо адипоцитов ФНОα - индуцированная инсулиновая резистентность обнаруживается в фибробластах, миелоидных клетках и мышечных клетках крыс. ФНОα придается важное значение в развитии инсулинрезистентности у больных диабетом 2 типа, у которых уровни его экспрессии обнаруживают строгую корреляцию с уровнем гиперинсулинемии и снижением чувствительности ткани к инсулину.
В процессы модуляции активности инсулиновых рецепторов под влиянием ФНОα может быть вовлечен и лептин. Оба они демонстрируют параллели в своей биологии: корре-
Рис. 11. Патогенез развития кахексии при системном действии ФНОa (по данным Л.В. Ковальчука с соавт., 2001; И.Г. Акмаева, В.Г. Сергеева, 2002).
лируют с процентным содержанием жира в организме, могут модулировать чувствительность к инсулину, снижают пищевую активность и регулируют другие аспекты энергетического метаболизма (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002). Предполагается, что ФНОα может вовлекать лептин в развитие инсулиновой резистености посредством аутокринного или паракринного воздействия.
Прямая зависимость между возрастанием уровня ФНОα и резистентностью к инсулину прослеживается не только при ожирении, но выявляется и при таких болезнях как рак и сепсис, для которых характерно развитие кахексии. В связи с этим представляется обоснованным предположение о том, что в качестве еще одного механизма развития данного состояния (кахексии) при указанных заболеваниях может выступать снижение утилизации тканями глюкозы, усугубляющее энергетический дефицит и лимитирующее возможность использования продуктов углеводного обмена в метаболизме ТАГ и протеинов.
РЕЗИСТИН
Еще одним гормоном белой жировой ткани является резистин, который как и ФНОα рассматривается в качестве сигнала, способного служить связующим звеном между ожирением и инсулиновой резистентностью (Акмаев И.Г., Сергеев В.Г., 2002). Экспрессия специфических генов, контролирующих продукцию этого пептидного гормона в адипоцитах, регулируется активностью ядерных рецепторов (PRAR-γ-рецепторы). Их особенностью является высокая аффинность к тиазоладенедиону (ТЗД) - антидиабетическому препарату, восстанавливающему чувствительность тканей к инсулину in vivo. Считается, что этот эффект ТЗД реализуется после его связывания с PRAR-γ-рецепторами и последующей репрессии соответствующих генов, кодирующих синтез резистина.
Вовлечение резистина в развитие инсулиновой резистентности подтверждено данными о его способности снижать инсулин-стимулированный захват глюкозы и об отмене этого эффекта при нейтрализации антителами. Такая нейтрализация резистина способна редуцировать гипергликемию и у инсулин-резистентных мышей с ожирением. Т.е. резистин является уникальным гормоном, чье влияние на гомеостаз глюкозы антагонистично таковому инсулину.
Хотя эффекты резистина прослежены пока лишь на адипоцитах жировой ткани, допускается, что он может оказывать свое воздействие на печеночную, мышечную и нервную ткани, контролируя одну или множество стадий инсулиновой сигнализации.