Polimorfizmy genów białek uczestniczących w przemianach gospodarki lipidowej

Wewnątrzustrojowej degradacji podlegają zarówno lipidy spożywane wraz z pokar-mem, jak i ich wewnątrzustrojowe zasoby zgromadzone w tkance tłuszczowej. Lipaza lipoproteinowa śródbłonka naczyń (LPL) katalizuje reakcję hydrolizy triglicerydów, uwalniając wolne kwasy tłuszczowe i glicerol z lipoprotein krążących w łożysku naczy-niowym. Bierze ona udział w katabolizmie chylomikronów, VLDL i IDL w naczyniach krwionośnych tkanek pozawątrobowych, tkanki tłuszczowej i mięśni (mięśnia sercowego i mięśni szkieletowych) [403]. Jeżeli LPL zostanie uaktywniona w naczyniach tkanki tłuszczowej, triglicerydy uwolnione z lipoprotein wędrują do komórek tłuszczowych, gdzie ulegają zmagazynowaniu. Inaczej natomiast kształtuje się sytuacja przy zwiększonej aktywności LPL w tkance mięśniowej. W wyniku działania tego enzymu w mięśniach uwolnione z triglicerydów wolne kwasy tłuszczowe nie są magazynowane, lecz spalane, co sprzyja zmniejszaniu zasobów tłuszczowych w organizmie.

Aktywatorem tego enzymu jest apolipoproteina CII, heparyna i glikozaminoglikany, które wiążą LPL do komórek śródbłonka. Dożylne podanie heparyny osobom zdrowym na czczo powoduje bardzo szybkie pojawienie się aktywności lipolitycznej [403].

Ak-tywność LPL w naczyniach krwionośnych tkanki tłuszczowej wzrasta wraz ze wzrostem stężenia insuliny we krwi, jest skorelowana dodatnio ze stopniem insulinooporności [404–406]. Wzrasta również po dożylnym podaniu glukozy bądź insuliny [407].

Aktywność LPL jest hamowana przez apoCIII, jak i przez siarczan protaminy [408].

Całkowity brak aktywności poheparynowej LPL jest charakterystyczną cechą hiperli-poproteinemii typu I [408].

Aktywność LPL jest wyższa u kobiet, obniża się wraz z wiekiem u obu płci [409].

Znaczenie lipazy lipoproteinowej w patomechanizmie otyłości pokazuje schematycznie ryc. 7.

Ryc. 7. Schemat przemian wolnych kwasów tłuszczowych w komórce tkanki tłuszczowej. WKT – wolne kwasy tłuszczowe; FABP – białko transportujące wolne kwasy tłuszczowe; HSL – hormonozależna lipaza adipocytów (E.C. 3.1.1.3); LPL – lipaza lipoproteinowa (E.C. 3.1.1.34); DAG – dwuacyloglicerol; (+) aktywacja; (–) hamowanie

Tkanka tłuszczowa jest największym organem magazynującym energię w organiz-mie (10–15 kg tłuszczu u szczupłej osoby, co jest równoważne 135 000 kcal lub za-wartości energetycznej 200 posiłków). 95% triglicerydów organizmu jest zawarte w tkance tłuszczowej i tylko niewielki procent w wątrobie i mięśniach [393, 409]. Mniej niż 0,1% lipidów zawarte jest we krwi krążącej, ale w większości zasoby tkanki tłusz-czowej pochodzą z zawartych w pożywieniu triglicerydów dostarczanych z krwią w postaci VLDL i chylomikronów [410].

W okresie między posiłkami insulina aktywuje hormonozależną lipazę adipocytów HSL (ryc. 7), która uwalnia kwasy tłuszczowe i glicerol, aby zaopatrzyć inne organy w potrzebną energię. Niewielkie ilości kwasów tłuszczowych syntetyzuje de novo wątroba i tkanka tłuszczowa na drodze lipogenezy z glukozy [411–415]. Dieta boga-towęglowodanowa zwiększa wątrobową lipogenezę kilkakrotnie (2–4 razy) [416–419].

Uwalniane z tkanki tłuszczowej wolne kwasy tłuszczowe wiążą się z albuminą i są wykorzystywane w miarę potrzeb przez mięśnie (oksydacja), wątrobę (oksydacja, syn-teza triglicerydów, wydzielanie VLDL) i magazynowane przez adipocyty (reestryfika-cja do triglicerydów). Metabolizm adipocytów (uwalnianie WKT i magazynowanie

triglicerydów) jest regulowany na drodze hormonalnej przez insulinę i katecholaminy oraz przez czynniki pokarmowe (stan po- i przedposiłkowy) oraz ćwiczenia fizyczne [412–414]. Aktywność lipazy lipoproteinowej w naczyniach krwionośnych adipocytów jest wysoka w otyłości. Pomimo utraty masy ciała podczas odchudzania aktywność lipazy pozostaje podniesiona, organizm próbuje w ten sposób zabezpieczyć zmagazy-nowane triglicerydy podczas głodzenia i uzupełniać je podczas karmienia [415]. Lipaza w mięśniach jest regulowana odwrotnie niż lipaza adipocytów [406]. Wysiłek fizyczny zwiększa aktywność LPL w mięśniach i zmniejsza aktywność lipazy w adipocytach, ułatwiając tym samym odchudzanie [414]. Jak się okazuje, na korzystny wzrost ak-tywności LPL w tkance mięśniowej wpływają przede wszystkim hormony, takie jak:

adrenalina, noradrenalina, glukagon oraz kortykosteroidy, których poziom znacząco wzrasta w okresie pracy mięśniowej oraz stanu głodzenia. Jak wynika z badań, lipaza lipoproteinowa jest szczególnie aktywna podczas wysiłków tlenowych. Z tego też tytułu wysiłek fizyczny (głównie aerobowy) oraz dieta z ograniczoną podażą kalorii ma ogromne znaczenie w redukowaniu wewnątrzustrojowych zasobów tłuszczu [414].

Zawartość triglicerydów w tkance tłuszczowej zależy w dużym stopniu od aktyw-ności lipazy lipoproteinowej dostarczającej substrat w postaci wolnych kwasów tłusz-czowych (WKT) z triglicerydów, chylomikronów i VLDL [413]. Ekspresja i aktywność lipazy lipoproteinowej są wysokie w okresie poposiłkowym, szczególnie po posiłku zawierającym węglowodany. Ogromny wpływ na aktywność LPL, zarówno w mięśniach, jak i w tkance tłuszczowej, ma insulina. Hormon ten, którego poziom znacząco wzrasta po spożyciu węglowodanów, ma zdolność silnego hamowania LPL w tkance mięśniowej oraz uaktywniania go w obrębie komórek tłuszczowych, co sprzyja powstawaniu niekorzystnych proporcji w składzie ciała.

Triglicerydy zgromadzone w komórkach tłuszczowych, podobnie jak lipoproteiny, mogą ulegać rozpadowi do kwasów tłuszczowych przy udziale hormonozależnej lipazy adipocytów (HSL). Na jej aktywność ogromny wpływ wywierają hormony, szczególnie adrenalina, glukagon, hormon wzrostu, glikokortykosteroidy. Jak wiadomo, największy wzrost wydzielania tych hormonów obserwuje się podczas pracy mięśniowej, dlatego wysiłek fizyczny odgrywa ogromną rolę w procesie rozpadu triglicerydów tkanki tłuszczowej. W komórkach tkanki tłuszczowej insulina nasila powstawanie nowych kwasów tłuszczowych oraz uaktywnia ponowne tworzenie triglicerydów. Jest to więc kolejny dowód przemawiający za niekorzystnym oddziaływaniem insuliny na gospo-darkę tłuszczową w organizmie [406–414].

Pobieranie z krwiobiegu kwasów tłuszczowych zależy od ich budowy chemicznej.

Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe w przeciwieństwie do krótkołańcuchowych nie mogą być transportowane w poprzek błony adipocytu na zasadzie dyfuzji biernej.

Wymagają wyspecjalizowanych białek transportujących: CD36 – translokazy kwasów tłuszczowych [420] i białka wiążącego wolne kwasy tłuszczowe (FABP) [421, 422].

Gen lipazy lipoproteinowej (ryc. 8) jest zlokalizowany na chromosomie 8p22 i zajmuje 30kpz [423–425]. Cechuje go dość duża zmienność, choć większość mutacji jest stosunkowo rzadka w populacji [426, 427]. Opisano ponad 50 mutacji prowadzą-cych do utraty funkcji białka, wywołująprowadzą-cych rodzinną chylomikronemię, której wystę-powanie jest rzadkie i spotyka się około 1:1 000 000 osób w populacji europejskiej [428]. Najczęściej występuje polimorfizm identyfikowany enzymem restrykcyjnym

Hind III, zwany LPL-H, którego przyczyną jest zamiana T→G w intronie 8 [429], oraz polimorfizm identyfikowany enzymem restrykcyjnym Pvu II, zwany LPL-P, którego przyczyną jest zamiana C→T w intronie 6. Analizę danych z piśmiennictwa, wykazu-jących wpływ badanych polimorfizmów intronowych LPL-P i LPL-H na rozwój oty-łości, przedstawia tab. 7. Jak wynika z tych danych, te dwa polimorfizmy są związane ze zdolnością do akumulacji estrów cholesterolu w tkance tłuszczowej i ze zwiększoną zawartością lipidów i lipoprotein we krwi, a w konsekwencji z dodatkowym ryzykiem rozwoju miażdżycy i cukrzycy typu 2 [203, 430–435]. Ponieważ obydwa polimorfizmy występują w sekwencji intronowej, niektórzy autorzy sugerują, że mutacje te są tylko markerami genetycznymi współwystępującej mutacji powodującej zmianę sekwencji aminokwasowej enzymu bądź też innej umiejscowionej w części promotorowej genu [436].

Ryc. 8. Schemat niektórych poznanych funkcjonalnych mutacji w genie lipazy lipoproteinowej i miejsce występowania badanych polimorfizmów

Tabela 7 Analiza opublikowanych badań w różnych grupach etnicznych dotyczących związku

polimorfizmu LPL-H i LPL-P z rozwojem otyłości i jej konsekwencji

Piśmien-nictwo Populacja Częstość homozygot

i heterozygot Obserwacja, znaczenie

G/G Polimorfizm LPL-H może wzmagać dyslipidemię w otyłości.

i 0,66 u mężczyzn Polimorfizm ten wywiera wpływ na stężenie cholesterolu całkowitego i cholesterolu LDL.

1.5.3.2. Polimorfizm apolipoproteiny CIII (apoCIII) w pozycji 3238 w odcinku regulatorowym 3’

Apolipoproteina CIII (apoCIII) jest składnikiem chylomikronów, VLDL i HDL [440]. Synteza tego białka następuje w wątrobie i częściowo w jelicie. ApoCIII jako inhibitor lipazy lipoproteinowej jest ważnym regulatorem stężenia triglicerydów we krwi [441, 442]. Wykazano również, że apoCIII hamuje wiązanie lipoprotein zawiera-jących apoE do receptora LRP w komórkach wątroby [408].

Gen apoCIII został zmapowany na chromosomie 11 w locus 11q23.3, gdzie graniczy z genami apolipoproteiny AI i AIV [408]. Badania ostatnich lat wykazały, że istnieje silne sprzężenie pomiędzy 5 poznanymi polimorfizmami w regionie promotorowym tego genu z polimorfizmem restrykcyjnym SstI w regionie regulatorowym końca 3’.

Polimorfizmy te występują we fragmencie regulatorowym wrażliwym na insulinę (IRE), powodującym ujemną regulację aktywności transkrypcyjnej genu apoCIII przez insu-linę. Polimorfizm w regionie promotora i w odcinku regulatorowym na końcu 3’ tego genu ma znaczenie w regulacji stężenia triglicerydów [440]. Polimorfizm restrykcyjny SstI jest mutacją wywołaną przez substytucję nukleotydu cytozynowego przez nukleo-tyd guaninowy w pozycji 3238 regionu regulatorowego końca 3’ tego genu. Jest zwią-zany z niższymi obserwowanymi stężeniami triglicerydów, cholesterolu i niższymi stężeniami apoCIII, co wiąże się z obniżonym ryzykiem wystąpienia miażdżycy [443].

Badania udowodniły silny związek podwyższonego stężenia apoCIII ze zwiększo-nymi stężeniami triglicerydów u ludzi [443, 444]. Wiele badań pokazuje również silną asocjację pomiędzy polimorfizmem restrykcyjnym SstI w genie apoCIII z hipertrigli-cerydemią w populacji rasy białej i u Arabów [445–447].

1.5.3.3. Polimorfizm transportera kwasów tłuszczowych (FABP-1) 48A→G w intronie 8

Rodzina białek wiążących kwasy tłuszczowe (ang. fatty acid binding proteins – FABP) to białka transportujące kwasy tłuszczowe (WKT) do komórek, głównie mięś-niowych, gdzie ulegają one β-oksydacji (termogeneza), lub do adipocytów w celu ich akumulacji [448].

W białej tkance tłuszczowej u ludzi zachodzi ekspresja trzech białek transportują-cych kwasy tłuszczowe. Są to: receptor CD36 (homologiczny do mysiej translokazy kwasów tłuszczowych – ang. fatty acid translocase – FAT); białko transportujące kwasy tłuszczowe (ang. the fatty acid transport protein – FATP) oraz białko wiążące kwasy tłuszczowe (ang. fatty acid binding protein – FABP) [449]. FABP zlokalizowane jest po zewnętrznej części błony komórkowej, natomiast FATP i CD36 w jej środkowej war-stwie. Najnowsze badania pokazują, że FATP ma własności katalityczne, ułatwiające połączenie kwasów tłuszczowych z CoA i utworzenie acyloCoA [450]. Powstaje w ten sposób gradient WKT w poprzek membrany adipocytów. CD36 może transportować kwasy tłuszczowe z wnętrza adiocytów na zewnątrz bądź w odwrotnym kierunku, a kierunek transportu jest zależny od położenia CD36 we wnętrzu błony komórkowej i stężenia insuliny. Mechanizm regulacyjny tego procesu nie jest do końca poznany i prawdopodobnie jest regulowany przez aktywację kinazy 3-fosfo-inozytolu (kinazy PI3) [451].

Gen FABP-1 jest u człowieka zlokalizowany w regionie p11 na chromosomie 2.

Często występująca u Europejczyków mutacja A→G w intronie 8 przyczynia się do defektu transportu dokomórkowego WKT, upośledzając w ten sposób metabolizm energetyczny ustroju [144].

Inna poznana mutacja T54 w FABP-2 (jelitowa izoforma tego białka), badana w australijskiej populacji Aborygenów, powoduje różnice genotypowe we wchłanianiu tłuszczów i zmiany w ich metabolizmie [145]. Ta sama mutacja u Japończyków po-woduje nadmierną akumulację podskórnej tkanki tłuszczowej i rozwój insulinoopor-ności [146].

Potwierdzają to również inni autorzy na podstawie swoich badań, że mutacje w regionie 5’ genu FABP-2 zaburzają jego aktywność transkrypcyjną i wywołują zmie-niony metabolizm lipidów, wpływając na ich nadmierną akumulację [452].

Badania dotyczące zmienności w genie FAPB-1 są nieliczne i wskazują na zabu-rzenia w transporcie lipidów oraz zaburzoną homeostazę energetyczną, prowadzącą do otyłości, w szczególności u kobiet [144].

1.5.3.4. Mutacja genu receptora “scavenger” typu B (SR-BI) w C→T w eksonie 8 typu silent (Arg)

Receptor “scavenger” typu B jest receptorem dla lipoprotein, znajdującym się na powierzchni komórek wątroby, nadnerczy, jąder i jajników [408, 409]. Jest on uważany za specyficzny receptor dla HDL zarówno na komórkach wątroby, jak i tkankach od-powiedzialnych za steroidogenezę (ryc. 9). SR-BI jest receptorem odpowiedzialnym za końcową fazę “transportu zwrotnego cholesterolu”. Jego polimorfizm może wywierać wpływ na różnice międzyosobnicze w stężeniu lipoprotein HDL, będące miarą zagro-żenia miażdżycą [453]. Autorzy sugerują również, że receptor SR-BI bierze udział w jelitowym transporcie lipoprotein i może regulować lipemię poposiłkową. Regulując wchłanianie substancji energetycznych z przewodu pokarmowego, może mieć wpływ na regulację masy ciała [454]. Inna powszechnie występująca mutacja tego receptora w eksonie 1 (G→A) wpływa na obniżenie stężenia triglicerydów w przebiegu testu obciążenia lipidami [454]. Gen receptora SR-BI jest zlokalizowany na chromosomie 12 w pozycji 24.31, w której w badaniach sprzężeń znaleziono sprzężenie o Lod score>2 [40, 453].

1.5.3.5. Polimorfizm genu białka transportującego estry cholesterolu (CETP) w intronie 1 G→A

Białko transportujące estry cholesterolu (ang. cholesteryl ester transport protein – CETP) odgrywa istotną rolę w metabolizmie lipoprotein. CETP jest białkiem surowi-czym o masie molekularnej 74 000 kDa i o aktywności transferazy. CETP uwalnia estry cholesterolu z lipoprotein HDL i transportuje je do lipoprotein bogatych w apoB (LDL, VLDL), wymieniając je na triglicerydy (ryc. 9). Odgrywa więc znaczącą rolę nie tylko w metabolizmie cholesterolu, lecz i triglicerydów, usuwając je z lipoprotein VLDL [455].

Gen CETP zlokalizowany jest na chromosomie 16 w pozycji q21. W miejscu tym w badaniach HERITAGE zaobserwowano istotne sprzężenie z BMI [40].

Mutacja powodująca całkowity brak CETP współwystępuje z bardzo wysokimi stężeniami cholesterolu HDL [455]. Gen białka CETP jest bardzo polimorficzny. Zna-leziono wiele mutacji w regionach regulatorowych tego genu. Jedną z najczęściej cy-towanych jest mutacja w intronie 1. Mutacja ta związana jest z obniżoną aktywnością białka CETP, zwiększeniem stężenia cholesterolu HDL i obniżeniem stężenia chole-sterolu we frakcji LDL [456]. Pokazano również, że allel A polimorfizmu intronowego w intronie 1 białka CETP jest związany z wyższymi stężeniami triglicerydów podczas lipemii poposiłkowej [456].

Ryc. 9. Schemat udziału białka transportującego estry cholesterolu (CETP) i receptora SR-BI w tran-sporcie cholesterolu i triglicerydów pomiędzy lipoproteinami. ABC1 – receptor dla lipoprotein HDL na komórkach obwodowych; LCAT – acylotransferaza lecytyna:cholesterol; LDLR – receptor dla lipoprotein LDL; CE – estry cholesterolu; TG – triglicerydy; B – apolipoproteina B; SRA – receptor obwodowy typu

“scavenger”

1.5.4. Polimorfizmy genów białek uczestniczących w regulacji gospodarki