5. PODSUMOWANIE I UWAGI KOŃCOWE
5.2. ROLA ŻYWNOŚCI W POWSTAWANIU OTYŁOŚCI
W badaniach ostatnich lat wykazano, że na wzmocnienie motywacji do jedzenia wpływają okresy diety restrykcyjnej i poszczenia [522]. Wzrost konsumpcji, który jest funkcjonalnym następstwem postu, znacząco wpływa na regulację masy ciała, szcze-gólnie u osób otyłych [523]. Natomiast różnorodność dostępnego pożywienia, które jest uważane za smaczne, jeszcze silniej wzmaga motywację do jedzenia w nadmiarze w stosunku do zapotrzebowania energetycznego [524–526]. Poszukiwanie smacznego pożywienia i wzmaganie motywacji do jego jedzenia jest w części regulowane przez szlak dopaminergiczny w mózgu. Redukcja sygnału dopaminergicznego, która zwią-zana jest z obniżonym stężeniem receptorów dopaminergicznych, jest sprzężona z otyłością. Wykazano, że badany polimorfizm receptora dopaminergicznego D2 w regionie regulatorowym 3’ C→T jest związany z niższą gęstością tych receptorów na powierzchni neuronów [516, 527] i ma znaczenie w odczuwaniu walorów sma-kowych pożywienia. Współczesna epidemia otyłości jest częściowo wynikiem tego, że przemysł spożywczy produkuje coraz smaczniejsze i różnorodniejsze produkty.
Człowiek podczas swojego rozwoju w trakcie 2,5-milionowej historii naturalnej walczył z głodem o przeżycie, dlatego też adipocyty podczas ewolucji wykształciły mechanizmy pozwalające na gromadzenie bardzo znacznych ilości kalorii w okresie dostępu pożywienia. Mogły one być wykorzystywane konsekwentnie w okresie jego braku. Ewolucja genetyczna utrwaliła u ludzi polimorfizmy genów predysponujące do genotypu oszczędnego. Podczas ostatnich dekad nastąpiła bezprecedensowa zmiana w dostępie człowieka do pożywienia. Nawracające okresy niedożywienia zastąpione zostały przez niekończące się przejadanie. Dodatkowo, konsekwencje tego stanu zosta-ły wzmocnione poprzez zmniejszony wysiłek fizyczny, który nastąpił w wyniku zasto-sowania nowoczesnych technologii i zmiany trybu życia, głównie na siedzący. Mecha-nizmy kompensacyjne, buforujące konsekwencje metaboliczne przejadania, są zdolne do kompensacji tylko krótkotrwałych zmian w równowadze kalorycznej, ale długo-trwałe przejadanie doprowadzało do coraz powszechniejszego rozwoju tzw. chorób z przejadania.
Aby wyjaśnić główne przyczyny toksyczności nadmiaru jedzenia, powstającej w wyniku braku mechanizmów kompensacyjnych, należy rozważyć modele:
1) równowaga kaloryczna, w której metabolizm ustrojowy działa sprawnie;
2) krótkotrwałe okresy „przejadania”, które mogą być kompensowane przez dodat-kowe mechanizmy (leptyna, insulina);
3) nadmiar kalorii, których utylizacja jest kompensowana przez dodatkowe mecha-nizmy, prowadzące do rozwoju otyłości;
4) nadmiar kalorii, który jest tak duży i długotrwały, że nie może być skompenso-wany przez dodatkowe mechanizmy i powoduje rozwój insulinooporności.
Rozwój insulinooporności tłumaczy model toksycznego działania kwasów tłusz-czowych w tkankach niezdolnych do magazynowania triglicerydów. Poniżej przedsta-wiono trzy sytuacje, jakie zachodzą w tkankach, które do swojego metabolizmu zuży-wają duże ilości wolnych kwasów tłuszczowych, nie mając możliwości ich magazy-nowania. Modele te nie dotyczą tkanki tłuszczowej.
Ryc. 76a. W stanie równowagi kalorycznej: ilość dostarczanych i zużytych kwasów tłuszczowych przez komórkę są sobie równe
Ryc. 76b. W skompensowanym dodatnim bilansie energetycznym: ilość dostarczanych do komórki kwasów tłuszczowych jest większa od zużytych przez komórkę w procesach metabolicznych. Kompen-sacja nadmiaru WKT polega na dodatkowej aktywacji czynników transkrypcyjnych dla enzymów włą-czonych w szlaki β-oksydacji WKT (translokacja kwasów tłuszczowych do mitochondriów – CPT-1 i acylokoenzym A – ACO) oraz aktywację UCP-2 (białko rozprzęgające łańcuch oddechowy) i urucho-mienie dodatkowego szlaku rozpraszania energii w postaci ciepła. Ten mechanizm kompensacyjny działa tylko w przypadku czynnego przekaźnictwa na drodze leptyna–receptor leptyny
Ryc. 76c. W nieskompensowanym dodatnim bilansie energetycznym: ilość dostarczanych do komórki kwasów tłuszczowych jest większa od zużytych przez komórkę w procesach metabolicznych. Brak kompensacji w wyniku nieczynnego szlaku leptyna–receptor leptyny (w wyniku mutacji lub leptynoopor-ności). Magazynowanie WKT zachodzi w komórkach adipocytów, wywołując otyłość, a w innych komór-kach wywołuje lipotoksyczność. Dodatkowo obniżona ekspresja PPAR-α powoduje, że nadwyżka WKT wiąże się z PPAR-γ, powodując na tej drodze nadekspresję enzymów lipogenezy: karboksylazy acylo-koenzymu A (ACC) i syntazy wolnych kwasów tłuszczowych (FAS). Jest to przyczyna ektopowej aku-mulacji triglicerydów, wzrostu nieoksydatywnego metabolizmu triglicerydów, wywołująca powstawanie nadtlenków lipidowych i lipoapoptozę
Dodatni bilans energetyczny i brak mechanizmów kompensacyjnych przez długi okres jest przyczyną wtórnej hiperinsulinemii, która aktywując transkrypcję SREBP-1c (ang. sterol response element binding protein-1), wpływa na hipertrofię adipocytów, a aktywując IGF-1, wzmaga ich proliferację. Wytwarzają się w ten sposób dogodne warunki do magazynowania triglicerydów w tkance tłuszczowej. Obserwuje się równo-legle wzrost w krążeniu stężenia WKT, IGF-1 (działających na lipogenezę) oraz lepty-ny (działającej przeciwnie). Wzrost ekspresji SREBP-1c działa ponadto na gromadze-nie się lipidów w innych tkankach, gromadze-nie tylko w tkance tłuszczowej [528, 530].
Rola czynników regulujących te procesy jest obecnie szeroko badana, a główny nurt tych badań skupia się nad udziałem czynników transkrypcyjnych i ich polimorfi-zmów. Czynniki transkrypcyjne, działając plejotropowo na regulację metabolizmu, mogą przyczyniać się do przesunięcia granicy pomiędzy kompensacją a jej brakiem w procesie adaptacji do nadmiernego przyjmowania energii [491]. Istotna jest również możliwość regulacji tych czynników przez substancje pokarmowe, takie jak glukoza czy kwasy tłuszczowe.
Dlatego w tej pracy zwrócono szczególną uwagę na wpływ polimorfizmu PPAR-γ2 Pro12→Ala, który redukuje aktywność czynnika transkrypcyjnego PPAR-γ o około 20–
–30% [494]. Opierając się na wynikach otrzymanych w badaniach heterozygotycznych myszy PPAR-γ knock-out (myszy homozygotyczne obumierają w życiu płodowym), stwierdzono, iż myszy te są bardziej insulinowrażliwe, a niedobór aktywności tego czyn-nika transkrypcyjnego ma działanie ochronne przed rozwojem insulinooporności [491].
W badanych rodzinach z terenu Małopolski również daje się zauważyć, że osoby będące nosicielami allelu Ala są mniej narażone na wystąpienie cukrzycy typu 2 (OR = 0,413, 95% CI; 0,220–0,735). Badania innych naukowców na dużych grupach potwierdzają protekcyjne działanie tego polimorfizmu przeciw insulinooporności [531].
Metaanaliza badań dotyczących mutacji Pro12Ala przedstawiona w postaci raportu [532, 533] potwierdza znaczenie tego polimorfizmu w różnych grupach etnicznych w redukcji ryzyka wystąpienia cukrzycy typu 2 i insulinooporności.
Obniżenie aktywności PPAR-γ wpływa zabezpieczająco na wynikającą z długo-trwałego „przejadania”, szczególnie pokarmem bogatym w tłuszcz, hipertrofię adipo-cytów, otyłość i insulinooporność [534]. Jednakże obserwacja ta daje podstawę do koncepcji użycia antagonistów RXR (receptora jądrowego, którego ligandem jest reti-nol) w terapii otyłości [535]. W badaniach na myszach, poddanych diecie bogatotłusz-czowej, stosowanie antagonistów receptora RXR (HX531) zabezpieczało te myszy przed przybieraniem na wadze. Stosowanie HX531 u heterozygotycznych PPAR-γ2 knock-out myszy przez 4 tygodnie doprowadzało do utraty białej tkanki tłuszczowej, zjawiska podobnego do lipoatrofii u ludzi [536]. Badania te jasno wskazują na udział składników pokarmowych mających wpływ na działanie czynników transkrypcyjnych w regulacji poziomu otyłości i insulinooporności.
Endogenne kwasy tłuszczowe i ich pochodne są fizjologicznymi aktywatorami PPAR-γ, stąd też od ich poziomu w krążeniu zależy w znacznym stopniu podatność na przybieranie na wadze. Polimorfizmy genetyczne wpływające na zaburzenia lipolizy po spożyciu posiłku, takie jak polimorfizmy lipazy lipoproteinowej i polimorfizm lipa-zy wątrobowej hepatocytów, mają dodatkowo wpływ na niekorlipa-zystne oddziaływania bogatotłuszczowej diety w rozwoju otyłości. Badany w niniejszym opracowaniu
poli-morfizm lipazy lipoproteinowej LPL-H, wywołujący zmianę w pozycji 495 w intronie 8 tymidyny na guaninę, powodował, że u homozygot GG obserwowano wyższe stęże-nia triglicerydów na czczo, wyższe stężestęże-nia cholesterolu LDL i niższe stężestęże-nia HDL.
Nie było to związane z wyższymi stężeniami WKT na czczo i w trakcie trwania lipemii poposiłkowej. Może to tłumaczyć współdziałanie obu polimorfizmów w rozwoju oty-łości poprzez podwójne hamowanie aktywności PPAR-γ. Analogicznie, polimorfizm w intronie 6 lipazy lipoproteinowej zwany LPL-P, allel T współdziała z polimorfi-zmem PPAR-γ2 Pro12→Ala w rozwoju otyłości. Ciekawe jest także to, że nie wyka-zano interakcji pomiędzy polimorfizmami lipazy a polimorfizmem w genie PPAR-γ Pro12Ala w zabezpieczeniu przed rozwojem insulinooporności. Osoby, które posiadają jednocześnie allel G (homozygoty Ala/Ala i heterozygoty Pro/Ala) i allel G (LPL-H) nie różniły się stężeniem insuliny na czczo, natomiast różnił je wczesny wyrzut insuli-ny (po 30 i 60 minutach), który w teście tolerancji glukozy był podwyższoinsuli-ny. Świad-czy o tym również wskaźnik DELTA, który obrazował wczesny wyrzut insuliny.
Insulina, która reguluje metabolizm nie tylko glukozy, lecz także lipidów, zarówno na etapie translacji, jak i mechanizmów posttranslacyjnych, działa – jak wykazano ostatnio – na około 800 genów, skutkując w ich krótkotrwałej regulacji [537]. Insulina reguluje geny enzymów lipolitycznych, takich jak np. lipazy hormonozależnej adipocy-tów, inhibitora lipazy lipoproteinowej apoCIII i czynników transkrypcyjnych takich nadrodzin, jak FOX i SREBP-1c. Jednymi z możliwych ogniw regulacyjnych przekaź-nictwa insuliny z genami regulującymi lipolizę są mechanizmy łączące aktywację re-ceptora insulinowego i aktywację IRE (ang. insulin response element) w promotorach genów posiadających tę sekwencję. Sekwencja ta – T(G/A)TTT(T/G)(G/T) – jest ak-tywowana przez czynnik transkrypcyjny wprost bądź uruchamiany na drodze przekaź-nictwa sygnałowego, pochodzącego od receptora insulinowego. Jak dotąd, mechanizm ten nie jest w pełni poznany i sugeruje się, że istnieje wiele różnych możliwości akty-wacji tego szlaku [538–540]. Sugeruje się też udział PIP3 (3’,4’,5’-trifosforanu fosfa-tydyloinozytolu) aktywowanego przez kinazę 3-fosfoinozytolu (kinazę-PI3), która aktywując kinazę białkową B (PKB – inaczej nazywaną Akt), powoduje fosforylację czynnika transkrypcyjnego FOX-C2. Ufosforylowany FOX-C2 traci powinowactwo do IRE, co skutkuje obniżeniem aktywności transkrypcyjnej genów posiadających se-kwencję IRE. Przykładem takiej regulacji przez insulinę jest hamowanie ekspresji apolipoproteiny CIII na poziomie transkrypcji. Niewystarczająca ujemna regulacja genu apoCIII może doprowadzić do nadprodukcji apoCIII, która z kolei hamując lipa-zę lipoproteinową, interferuje z usuwaniem triglicerydów z osocza [541]. Insulina dzia-ła również na indukcję transkrypcji SREBP-1c, której aktywacja wymaga także czyn-nika transkrypcyjnego z nadrodziny FOX [542].
Rola SREBP-1c polega na wytworzeniu poprzez sekwencyjne trawienie w obrębie sia-teczki śródplazmatycznej peptydu sygnałowego działającego na sekwencje SRE (ang.
sterol response element) w jądrze komórkowym. Sekwencję SRE (TCACNCCAC) mają geny biorące udział w syntezie kwasów tłuszczowych (syntaza kwasów tłuszczowych – FAS, karboksylaza – acetylo-CoA – ACC, desaturaza SCD-1 i acylotransferaza glicerol-3- -fosforanowa – GPAT). Insulina zatem na tej drodze promuje syntezę triglicerydów [543].
Obserwowany jednocześnie wpływ polimorfizmu lipazy lipoproteinowej i czynnika transkrypcyjnego PPAR-γ2 wpływa na otyłość, jednocześnie nasilając swoje działanie,
a mechanizmy kompensacyjne, związane z regulacją poprzez insulinę poziomu lipi-dów, zacierają wpływ na ochronę przed rozwojem insulinooporności allelu Ala.
Insulina wpływa aktywująco na lipazę lipoproteinową, zlokalizowaną na po-wierzchni adipocytów oraz na jedno z białek błonowych transportujących kwasy tłusz-czowe do wnętrza adipocytów (FABP-1). Kwasy tłusztłusz-czowe uwalniane w wyniku lipolizy przez LPL są pobierane do wnętrza adipocytów przez FABP-1 [544].
Wpływ polimorfizmu czynnika transkrypcyjnego FOX-C2 na rozwój otyłości wy-nika z jego nadrzędnego działania regulującego homeostazę ustroju i równowagę po-między wykorzystywaniem energii z łatwo dostępnych w okresie poposiłkowym skład-ników cukrowych a magazynowaniem ich nadmiaru pod postacią triglicerydów w tkance tłuszczowej. Czynnik ten również uczestniczy wspólnie z czynnikiem PPAR-γ w ostat-niej fazie dojrzewania adipocytów [545].