Чи може гіперактивність ліпогенезу призводити до стеатозу печінки Залучення фактора

Селін Робішон *, Жан Жирар та Кетрін Постіч *

Інститут Кочіна, кафедра ендокринології, метаболізму та раку, Паризький університет Декарта, CNRS (UMR 8104), Париж, Франція
Inserm, U567, 24, rue du Faubourg Saint Jacques, 75014 Париж, Франція

Ожиріння, резистентність до інсуліну та діабет 2 типу часто супроводжуються надмірним накопиченням ліпідів (стеатоз) у тканинах, які зазвичай не зберігають ліпіди протягом тривалого періоду. Особливо це стосується печінки, яка відіграє центральну роль у підтримці енергетичного гомеостазу. Таким чином, поширеність жирової хвороби печінки постійно зростає в наших промислово розвинутих суспільствах. Відкриття фактора транскрипції ChREBP дозволило досягти значного прогресу в розумінні контролю вуглеводно-ліпідного обміну. Цей фактор транскрипції, який передає дію глюкози на експресію генів, виявляється центральним фактором, що визначає патофізіологію жирової хвороби печінки та резистентності до інсуліну у мишей. Хоча його важливість для людини ще потрібно продемонструвати, ChREBP може становити важливу терапевтичну мішень.

Безалкогольна жирова хвороба печінки (НАЖХП) є найпоширенішим хронічним захворюванням печінки, пов’язаним з резистентністю до інсуліну, ожирінням та діабетом 2 типу. Надмірне накопичення тригліцеридів (ТГ) є відмітною ознакою НАЖХП, і тому, краще розуміння етапів регулювання синтезу печінкового ТГ може дати нову інформацію щодо профілактики та лікування НАЖХП. В останні роки фактор транскрипції ChREBP став основним посередником дії глюкози на ліпогенні гени та ключовим фактором, що визначає синтез ліпідів в пробірці. Що ще більш важливо, описано, що цей фактор відіграє центральну роль у стеатозі печінки та фізіопатології резистентності до інсуліну. Хоча його вплив на захворювання людини ще не продемонстровано, ChREBP може бути цікавою терапевтичною мішенню проти компонентів метаболічного синдрому.

Під час розвитку печінкового стеатозу ліпіди, що накопичуються в печінці, є переважно тригліцеридами, що є результатом етерифікації трьох жирних кислот гліцерин-3-фосфатом. Жирні кислоти, що використовуються для синтезу тригліцеридів, надходять не тільки з плазмового пулу неестерифікованих жирних кислот (отриманих в результаті ліполізу жирової тканини), але також з жирних кислот, несинтезованих з глюкози шляхом печінкового ліпогенезу (Фігура 1). Потім печінкові тригліцериди зберігаються у краплях ліпідів або виділяються в кров у вигляді ліпопротеїдів дуже низької щільності (ЛПНЩ, ліпопротеїди дуже низької щільності). Тригліцериди також можуть гідролізуватися в гепатоцитах, а отримані жирні кислоти служать субстратами для β-окислення або реестерифікуються та беруть участь у шляху секреції ЛПНЩ. (Фігура 1).

Зміна кожного з цих метаболічних етапів (надмірне поглинання печінкою, посилений синтез de novo жирні кислоти та/або відсутність експорту та β-окислення) можуть сприяти розвитку жирової хвороби печінки (Фігура 1). Останні дані, отримані у людей, свідчать про те, що ліпогенез може відігравати важливу роль у розвитку жирової хвороби печінки [4, 5] і сприяти приблизно 30% збереженню тригліцеридів у печінці пацієнтів із цим захворюванням [6].

Синтез de novo жирні кислоти в печінці через ліпогенез

Ліпогенез - це метаболічний шлях, який дає можливість синтезувати жирні кислоти з глюкози. Це вимагає метаболізму глюкози до пірувату за допомогою гліколізу, що робить можливим забезпечення вуглецю, необхідного для синтезу жирних кислот (Малюнок 2). Активність шляхів гліколізу та ліпогенезу суворо контролюється умовами харчування. Таким чином, їжа, багата вуглеводами, стимулює синтез ліпідів, тоді як голодування або їжа, багата ліпідами, пригнічує його. Ферменти, що беруть участь у цих шляхах, включають глюкокіназу (GK) та піруваткіназу (L-PK) для гліколізу, ацетил-CoA карбоксилазу (ACC) та синтаза жирних кислот (FAS) для ліпогенезу (Малюнок 2). Більшість із цих ферментів контролюються в короткий термін за допомогою посттрансляційних та алостеричних механізмів, але основна регуляція відбувається в довгостроковій перспективі на рівні транскрипції (для огляду, подивитися [7]).

Транскрипційний контроль шляхів гліколізу та ліпогенезу. У відповідь на проковтування вуглеводів підвищений рівень цукру в крові стимулює секрецію інсуліну β-клітинами ендокринної підшлункової залози. У печінці інсулін активує експресію генів гліколізу та ліпогенезу, необхідних для синтезу ліпідів. Транскрипційний ефект інсуліну опосередковується фактором транскрипції SREBP-1c, який стимулює глюкокіназу (ГК), ферменти ліпогенезу [ацетил-КоА карбоксилаза (АСС), синтаза жирних кислот (FAS)], а також стеароїл-КоА десатурази 1 (SCD-1), яка каталізує синтез мононенасичених жирних кислот та гліцеральдегід 3-фосфат ацилтрансферази (GPAT), що дозволяє синтезувати тригліцериди (TG). Дія глюкози передається фактором транскрипції ChREBP, який, індукований 5-фосфатом ксилулози (Xu5P), проміжним продуктом метаболізму в пентозному шляху, стимулює експресію L-піруваткінази (L-PK) та діє синергічно з SREBP -1c для індукування генів ліпогенезу. G6P: глюкоза 6-фосфат; PEP: фосфоенолпіруват.

Контроль ліпогенезу за допомогою інсуліну: залучення фактора транскрипції SREBP-1c

У відповідь на проковтування вуглеводів підвищений рівень цукру в крові стимулює секрецію інсуліну β-клітинами ендокринної підшлункової залози. У печінці інсулін активує експресію генів, необхідних для синтезу ліпідів. Французька команда чітко продемонструвала, що генний вплив інсуліну на гени гліколізу (зокрема, ГК) та ліпогенезу передається фактором транскрипції SREBP-1c (білок, що зв'язує регулюючий елемент стеролу) [8] (Малюнок 2). Ключова роль SREBP-1c у ліпогенезі встановлена у мишей, які надмірно експресують активну форму цього фактора в печінці. У цих мишей розвивається масивний стеатоз внаслідок активації експресії ліпогенного гена [9, 10]. Однак у печінці мишей, інвалідних щодо SREBP-1c, хоча експресія генів ліпогенезу знижена на 50% [11], ліпогенна активність, незалежна від SREBP-1c, зберігається у відповідь на повторне згодовування, що свідчить про існування другого рівень контролю. Крім того, L-PK, ключовий фермент у гліколізі, контролюється виключно глюкозою [12], незалежно від SREBP-1c [13], що вказує на те, що глюкоза як такі діє як сигнальна молекула (Малюнок 2).

Ідентифікація фактора транскрипції ChREBP як медіатора дії глюкози

Донедавна сигнальний шлях, ініційований глюкозою для активації транскрипції генів-мішеней, не був відомий. Ідентифікація елементів вуглеводної відповіді (ChoRE) у промоторі глюкозочутливих генів припустила існування фактора транскрипції, що передає ці ефекти. Відкриття фактора транскрипції ChREBP (вуглеводний реагуючий елемент білка) групою Уєда в 2001 р. підтвердив цю гіпотезу. ChREBP характеризується ядерними екстрактами печінки щурів, які харчуються раціоном, багатим вуглеводами, завдяки здатності взаємодіяти з L-PK ChoRE [14]. ChREBP - це білок 94,6 кДа з висококонсервативною структурою між видами, з 82% гомологією послідовності між людьми, щурами та мишами [15]. Цей фактор транскрипції містить кілька функціональних доменів, включаючи сигнал локалізації ядер (NLS), ДНК-зв'язуючий домен типу bHLH-LZ (основний домен, спіраль-петля-спіраль, лейцинова блискавка) та багаті проліном домени, що беруть участь у білково-білкових взаємодіях.

Для того, щоб підтвердити роль ChREBP як головного медіатора транскрипційної дії глюкози, наша команда розробила заважаючу техніку РНК (RNAi) для вибіркового пригнічення експресії ChREBP. У гепатоцитах, виділених від мишей, трансфікованих RNAi ChREBP, висока концентрація глюкози (25 мМ) більше не здатна стимулювати експресію гліколітичного (L-PK) та ліпогенного (ACC, FAS) генів [16]. Крім того, накопичення ліпідів значно зменшується за відсутності ChREBP у цих клітинах. Ці результати вказують на те, що ChREBP є важливою детермінантою синтезу ліпідів в пробірці. Згодом аналіз шляхом імунопреципітації хроматину дозволив показати, що ChREBP діє безпосередньо, взаємодіючи з промоторами цих генів [17], утворюючи гетеротетрамер з його білковим партнером, фактором транскрипції. Макс-подібний білок X (Mlx) [18].

Регулювання діяльності ЧРЕБП

Регулювання трансативаційної діяльності ChREBP. Регулювання трансактивуючої активності ChREBP вимагає встановлення механізму фосфорилювання/дефосфорилювання, що контролює його клітинне розташування, а також активність зв'язування ДНК. Таким чином, згідно із запропонованою в даний час моделлю, за наявності низьких концентрацій глюкози ChREBP був би неактивним у цитозолі у фосфорильованій формі на Ser196 та Thr666. Транслокація ChREBP в ядро та його здатність зв'язуватися з ДНК у відповідь на високі концентрації глюкози, мабуть, контролюються механізмом дефосфорилювання, що передається фосфатазою 2А (PP2A), специфічно активованою ксилулозою 5-фосфатом (Xu5P). G6P: 6-фосфат глюкози.

Участь ChREBP у розвитку інсулінорезистентності та жирової хвороби печінки

Небагато досліджень розглядали функції ChREBP у природніх умовах. У 2004 році група Уєди генерувала мишей, визнаних недійсними для гена ЧРЕБП [23]. У печінці цих мишей експресія генів гліколізу (L-PK) та ліпогенезу (ACC, FAS) знижена. Отже, печінка цих мишей містить менше тригліцеридів, що підтверджує важливість ChREBP у контролі синтезу печінкових ліпідів. у природніх умовах. Ця робота також дозволила вперше продемонструвати участь ChREBP у контролі гомеостазу вуглеводів. Дійсно, у мишей, у яких дефіцит білка ChREBP, розвивається непереносимість глюкози та резистентність до інсуліну.

ChREBP та жирова хвороба печінки: модель ob/ob миші

Хоча він сильно експресується в печінці, ChREBP також експресується в інших тканинах, що беруть участь у гомеостазі вуглеводів, таких як жирова тканина, м’язи, підшлункова залоза та мозок. Отже, інтерпретація загальної ануляції ChREBP у мишей є складною. Для вивчення наслідків інвалідації ChREBP конкретно в печінці наша група розробила підхід RNAi, опосередкований аденовірусом, у патофізіологічному контексті стеатозу печінки, як у мишей ob/ob. У цих мишей спостерігається дефіцит гена, що кодує лептин, гормон, синтезований жировою тканиною, який діє централізовано, інгібуючи споживання їжі та збільшуючи витрати енергії [24]. Миші Ob/ob гіперфагічні, неактивні та страждають ожирінням. Вони також стійкі до інсуліну і розвивають жирову хворобу печінки, частково завдяки посиленому гліколізу та ліпогенезу [25].

Інсулінорезистентність та стеатоз печінки

Хоча багато досліджень як на людях, так і на тваринах встановили зв'язок між резистентністю до інсуліну та жировою хворобою печінки, механізми, що пояснюють цей зв'язок, чітко не встановлені. Нещодавнє дослідження, проведене командою Шульмана, припускає, що жирова хвороба печінки, індукована надмірною експресією GPAT1 в печінці, є достатньою для розвитку інсулінорезистентності [29]. Відповідно до цієї концепції, зменшення стеатозу після пригнічення експресії ChREBP у мишей ob/ob супроводжується відновленням печінкової чутливості до інсуліну. Дійсно, поки фосфорилювання інсуліну протеїнкінази B (Akt/PKB) та ERK1 та ERK2-кіназ (позаклітинні регульовані сигналом кінази 1 і 2), основних молекулярних гравців у сигнальному шляху інсуліну [30], знижується у мишей ob/ob, інгібування ChREBP дозволяє відновити це фосфорилювання, що свідчить про поліпшення чутливості до інсуліну у мишей, які отримували печінку ob/ob [26] ].

У фізіологічному контексті однією з основних дій інсуліну в печінці є пригнічення експресії ферментів глюконеогенезу, відповідальних за вироблення печінкової глюкози під час голодування. В умовах резистентності до інсуліну це гальмо піднімається, і вироблення печінкової глюкози сприяє появі гіперглікемії. У мишей ob/ob, які отримували аденовірус, що несе ChREBP RNAi, поліпшення сигнального шляху інсуліну в печінці супроводжується зниженням експресії ключових ферментів у глюконеогенезі і, таким чином, сприяє зниженню рівня цукру в крові у мишей [26].

Цікаво, що чутливість до інсуліну відновлюється не тільки в печінці, але і в скелетних м’язах та жировій тканині, де фосфорилювання Akt у відповідь на інсулін значно підвищується. Оскільки ослаблення експресії ChREBP впливає на печінку певним чином, метаболічні наслідки, що спостерігаються в м'язах і жировій тканині, є непрямими і, ймовірно, пояснюються покращенням рівня ліпідемії, рівня цукру в крові та інсулінемії у цих мишей.

Хоча ліпогенез de novo бере участь у накопиченні тригліцеридів у печінці хворих на НАЖХП, участь ChREBP у людей не продемонстровано. Однак цікаво відзначити, що ген, що кодує ChREBP, був ідентифікований як приналежний до видаленої хромосомної області при синдромі Вільямса-Борена, нервово-розвиваючому захворюванні (WBSCR14) [14, 31], при якому приблизно 75% пацієнтів мають зміни їх толерантності до глюкози або тихого діабету, що можна пояснити відсутністю ChREBP [32].

Висновок

Нещодавнє відкриття фактора транскрипції ChREBP дозволило зробити важливий прогрес у розумінні контролю метаболізму глюкози. ChREBP, здається, є центральним регулятором перетворення харчової глюкози в ліпіди в печінці. Послаблення його експресії покращує фенотип ob/ob мишей, припускаючи, що терапевтичний підхід для зниження активності ChREBP може мати сприятливі ефекти при лікуванні метаболічних захворювань, пов'язаних з резистентністю до інсуліну та стеатозом печінки.

Дякую

Автори висловлюють подяку Рено Дентену, Фаділі Бенхамед, П'єру-Дамієну Денешо, Вероніку Фово, Фаб'єну Фуфелю, Ізабель Ено та Паскалю Ферре за їхній внесок у реалізацію цієї роботи. Фінансову підтримку надали Національне агентство з досліджень (ANR-05 PCOD-035-02), Національна програма досліджень діабету (PNRD-2005) та ALFEDIAM.

Список літератури

Список малюнків

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.