Жирова хвороба печінки: перехресні зв’язки між ліпідними видами

1. Департамент клітинної смерті та розповсюдження, Інститут біомедичних досліджень Барселони (IIBB), CSIC, Барселона, Іспанія
2. Печінковий відділ, лікарняна клініка і провінція Барселони, IDIBAPS та CIBERehd, Барселона, Іспанія
3. Дослідницький центр ALPD, Медичний факультет Кека, Університет Південної Каліфорнії, Лос-Анджелес, Каліфорнія, США
* Листування на адресу [email protected]

Автори не заявляють про конфлікт інтересів.

Ми дякуємо доктору Марку Еммануелю Дюма за його поради. Ця робота була підтримана грантами SAF-2011-23031, SAF-2012-34831, SAF2014-57674-R та SAF2015-69944-R від гранту Plan Nacional de I + D, Іспанія, PI11/0325 (META) від Інституту Салуд Карлос III, а також за підтримки CIBEREHD; грант центру P50-AA-11999 Дослідницький центр печінки та 2014SGR785. Ми також визнаємо підтримку гранту AGAUR 2011BE100599.

Отримано: 18.03.16 Прийнято: 04.05.16 Цитування

Кожна стаття доступна на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-Non Commercial 4.0.

Анотація

Роль різних видів ліпідів, таких як вільні жирні кислоти та сфінголіпіди, у неалкогольній жировій хворобі печінки (НАЖХП) широко вивчалася протягом останнього десятиліття. Крім того, накопичення вільного холестерину в гепатоцитах відіграє вирішальну роль при переході від стеатозу до стеатогепатиту. Однак внесок цих ліпідів у патологію НАЖХП часто оцінюється індивідуально. Цей огляд намагається охопити основні метаболічні та сигнальні зв’язки між ліпотоксичними видами ліпідів та те, як порушується їх гомеостаз при НАЖХП.

ВСТУП

Отже, хвороба жирової печінки має складну патологію, яка включає багато супутніх змін клітин. 8 У пацієнтів біопсія сироватки крові та печінки у плазмі крові має різні ліпідні ознаки для кожної стадії патології. 9-12 Цей зв'язок між складом ліпідів та тяжкістю захворювання підкреслює, наскільки важливо надалі характеризувати внесок цих молекул у патологію НАЖХП та те, як вони взаємодіють між собою для просування стратегій лікування та профілактики.

Метою цього огляду є опис метаболічних змін ліпідів, викликаних основними ліпотоксичними ліпідами при НАЖХП.

ЖИРНІ КИСЛОТИ

Жирні кислоти (ФК) - це карбонові кислоти з нерозгалуженим аліфатичним ланцюгом різної довжини. У ссавців ФА зазвичай містить до 28 вуглеводів у парних числах, але найбільш поширена довжина в біологічних тканинах коливається в межах 14–20. Крім того, наявність одного або декількох подвійних зв’язків між вуглецями ще більше збільшує різноманітність цих молекул. Насичені FA (SFA), без подвійних зв’язків, становлять 30–40% FA, присутніх у тканинах тварин, у порядку чисельності: пальмітинова кислота (PA) (15–25%), стеаринова кислота (10–20%), міристинова кислота (МА) (0,5–1%) та лауринова кислота (13

Роль ФА середньо-довгих ланцюгів у НАЖХП була більш детально вивчена, ніж ФК з коротшою ланцюгом (14). Сьогодні було продемонстровано, що види ФФА можуть мати протилежні ролі в НАЖХП, особливо коли йдеться про порівняння SFA з ненасиченими. та співавт. 15 відзначили, що дієти з високим вмістом жиру з різним складом жирних кислот спричиняють різні результати: високий прийом поліненасичених ФА знижує експресію ліпогенних генів, регульованих білком 1, що зв'язує регулюючий елемент стеролу (SREBP-1c), та посилює рецептор, активований проліфератором пероксисом ( PPAR) -α-регульовані ліполітичні гени, тоді як дієти, багаті SFA і мононенасиченими FA, індукують печінковий стеатоз. PA є джерелом синтезу FA і кераміду в ендоплазматичному ретикулумі (ER) клітини, а також є найбільш поширеним FA у західних дієтах Однак внутрішньоклітинне збільшення неестерифікованого ПА може бути фатальним, оскільки ця молекула індукує дисфункцію мітохондрій, 16 проникнення лізосом, 17 стрес ER та зміна аутофагії. 18 Подібні ліпотоксичні ефекти спостерігались і з іншими SFA, такими як стеаринова кислота. 19,20 З іншого боку, багато досліджень in vitro повідомляють, що ненасичені жири, такі як олеїнова кислота, можуть захистити клітини від ліпотоксичності ПА. 21-23

Грань між "добрим" і "поганим" стирається, коли в літературі розглядається резистентність до інсуліну. Бюттнер та співавт. 15 виявили, що збагачена оливковою олією дієта призводить до стійкості до інсуліну у щурів. І навпаки, було показано, що поліненасичена FA-олеїнова кислота, основний компонент оливкової олії, має здатність індукувати PPAR-α, тим самим сприяючи окисленню FFA, безпечному зберіганню в TG та забезпеченню захисту від резистентності до інсуліну. 24 Варто зазначити, що дослідження, які повідомляють про участь ненасичених жирів в резистентності до інсуліну, часто проводяться з ліпідними сумішами, 25 що ускладнює виключення можливого втручання інших видів ліпідів у патогенний механізм.

ЖИВІ КИСЛОТИ ТА СФІНГОЛІПІДИ

У сценарії жирової печінки збільшення ПА через його більший прийом їжі та імпорт печінки паливо синтезує новоцерамід. Більше того, ПА та інші SFA можуть діяти як агоністи подібних до давальницького рецептора 4 сигналів 30, як показано, що індукує синтетичні ферменти кераміду в макрофагах31, але чи відбувається це в гепатоцитах, все ще обговорюється. 32,33 PA також може опосередковано викликати синтез цераміду через його ліпотоксичну дію. Наприклад, активні форми кисню або цитокіни, такі як фактор некрозу пухлини альфа (TNF-α), призводять до швидкого накопичення кераміду через АСМ. 34 Ця подія особливо актуальна для ліпідних плотів, мембранних мікродоменів з високою концентрацією сфінголіпідів, холестерину та сигнальних молекул. Вироблений керамід здатний спонтанно самоагрегуватися і реорганізовувати ліпідні плоти, тим самим сплавляючи їх і створюючи великі сигнальні платформи. Отже, керамід відіграє вирішальну роль у клітинній передачі сигналів шляхом кластеризації рецепторів разом. 35

Подібно до ПА, накопичення кераміду викликає ліпотоксичні шляхи, такі як запалення, стрес ER, мітохондріальна дисфункція та проникнення, зміна аутофагії та активація лізосомного катепсину D, як детально розглянуто в інших місцях. 25,36-38 Деякі з цих шляхів можуть, у свою чергу, індукувати керамідні та токсичні похідні, такі як гангліозиди, створюючи порочний цикл. З іншого боку, повідомляється, що сфінгозин-1-фосфат або керамід-1-фосфат є антиапоптотичними та мітогенними. 29 Нещодавно були зроблені спроби розшифрувати роль різних видів керамідів у клітинній сигналізації. Керамід С16: 0 токсичний для макрофагів 39, проте навпаки спостерігається у плоскоклітинних карцином голови та шиї людини, де С16: 0 був антиапоптотичним, а С18: 0 проапоптотичним. 40 Отже, роль видів керамідів, як видається, специфічна для кожного типу клітин, і для характеристики їх клітинних ефектів необхідне подальше дослідження.

Важливо зазначити, що в літературі повідомляється про цільові органели та ліпотоксичні результати щодо ПА та його продукту кераміду. Оскільки ПА можна перетворити на церамід або ініціювати синтез цераміду іншими способами, рекомендується особливо обережно, перш ніж приписувати ліпотоксичну роль ПА. У зв’язку з цим нещодавно ми встановили, що стрес ЕР посилюється синтезованим керамідом de novo після лікування ПА у первинних гепатоцитах. 41 Важливо те, що ми також підтвердили in vivo потенційну токсичну роль МА при попаданні всередину в поєднанні з ПА через стійке вироблення кераміду, що спричиняє серйозні порушення гомеостазу ліпідного обміну, стрес ЕР, запалення та стеатогепатит.

ЖИВІ КИСЛОТИ І ХОЛЕСТЕРОЛ

Холестерин є важливим стеролом для мембран клітин тварин. Молекула інтеркалює між фосфоліпідами, розміщуючи гідроксильну групу поблизу полярного та стероїдного кілець в аполярних зонах. Ця взаємодія знерухомлює і упаковує мембрану, зменшуючи її текучість і проникність, але в той же час захищає мембрану від фазового переходу завдяки більшій відстані між аліфатичними ланцюгами. Окрім своєї структурної функції, холестерин дуже багатий на ліпідних плотах, де він бере участь у формуванні кавеол і є попередником стероїдних гормонів, жовчних кислот та вітаміну D.

Синтез холестерину регулюється його доступністю. Основним механізмом негативного зворотного зв'язку є інгібування білка 2, що зв’язує регулюючий елемент стеролу (SREBP-2), фактор транскрипції, який активує біосинтетичні та холестеринові ферменти, такі як 3-гідрокси-3-метилглутарил-кофермент А (HMG-CoA) редуктаза і ліпопротеїдів низької щільності (ЛПНЩ) відповідно. Подібним чином, холестерин також може безпосередньо зв'язуватися з HMG-CoA-редуктазою, щоб викликати його деградацію протеасомою. 42 Високе споживання холестерину з їжею зменшує його ендогенний синтез. Це регулювання може бути порушено у разі одночасного збільшення інших типів ліпідів, головним чином TG, які є джерелом FA. FA-окислення FA утворює ацетил-CoA, необхідний для першого етапу синтезу холестерину de novo через мевалонатний шлях. Однак доступність ацетил-КоА контролюється різною субклітинною локалізацією цих метаболічних шляхів, що означає, що необхідний попередній експорт з мітохондрій до цитозолю через транспортер цитрату. 43

Гомеостаз холестерину також може регулюватися ядерними рецепторами печінкового рецептора X (LXR) та рецептора фарнезоїду X (FXR). Оксистероли активують LXR, індукуючи транскрипцію генів, що беруть участь у транспорті та кліренсі холестерину, роблячи його потенційною терапевтичною мішенню для атеросклерозу. 44 З іншого боку, активація LXR також індукує ліпогенні фактори транскрипції, такі як SREBP-1c, що означає, що холестерин може опосередковано впливати на стеатоз. Отже, в контексті жирової хвороби печінки інгібування LXR замість активації може бути більш корисним. 45

Катаболізм холестерину в жовчні кислоти починається з його перетворення в 7-α-гідроксихолестерин за допомогою холестеринової 7-α-монооксигенази (CYP7A1), що обмежує швидкість кроку шляху. 46 Жовчні кислоти пов'язують FXR, який пригнічує CYP7A1, діючи як петля негативного зворотного зв'язку. Окрім своєї ролі у підтримці балансу між холестерином та жовчними кислотами, FXR також індукує ліполіз, активуючи PPAR-α та пригнічуючи SREBP-1c. 47 Відповідно, дефіцит FXR у мишей призводить до збільшення рівня печінки та сироватки холестерину та TG, 48 що є ознаками NAFLD. Таким чином, активація FXR природними та синтетичними агоністами в даний час розглядається як одна з основних терапевтичних стратегій НАЖХП. 49 Однак клінічні дослідження показують, що лікування агоністами FXR має деякі небажані побічні ефекти, такі як свербіж або підвищений рівень холестерину LDL, 50 тому необхідні подальші дослідження для розробки модуляторів FXR з більш високою специфічністю до ліполітичної активності.

Збільшення ліпотоксичних FFA, таких як PA, в жировій печінці сприяє стресу ER, який, як було показано, активує SREBP-2. 51 Щодо цього, нещодавно ми спостерігали, що миші, які харчуються дієтами з ПА або ПА плюс МА, мають стрес ER, вищу експресію гена редуктази HMG-CoA та печінковий холестерин. 41 Цікаво, що високий рівень споживання МА, який не розглядається як ліпотоксичний сам по собі, впливає на рівень ліпопротеїдів у сироватці крові та рівень холестерину в печінці. 52 Автори пояснюють цю зміну негативною кореляцією МА з рецептором сміття класу В типу I, ліпопротеїновим рецептором високої щільності та катаболічними ферментами холестерину, але вони не аналізували маркери стресу ER. Більше того, оскільки автори використовували суміш різних жирів, участь інших типів ліпідів у цьому результаті не можна відкидати.

І навпаки, збільшення навантаження холестерину в мембрані ER може порушити запаси кальцію в органелах, що спричиняє стрес ER та входить у порочний цикл. 53 Розгорнута білкова реакція індукує експресію ліпогенних генів, посилюючи накопичення ФА, ліпотоксичність та синтез інших ліпотоксичних ліпідів, таких як кераміди. Наша група також повідомляла, що накопичення вільного холестерину може впливати на інші органели, такі як мітохондрії, виснажуючи мітохондріальний глутатіон та сенсибілізуючи гепатоцити до запальних цитокінів 54 та лізосом, порушуючи мітофагію та подальше видалення пошкоджених мітохондрій. 55

ХОЛЕСТЕРОЛ І СФІНГОЛІПІДИ

Взаємозв'язок між холестерином і сфінголіпідами не стосувався менш безпосередньо, але ці два ліпіди, здається, жорстко регулюються. Холестерин переважно пов'язується зі сфінгомієліном у ліпідних мембранах, і про супутні зміни в їх рівнях повідомлялося в ряді досліджень, детально розглянутих Ridgway 56 та коротко синтезованих у наступних рядках. Очевидним зв'язком між холестерином та сфінгомієліном є їх наявність та вирішальна роль у ліпідних плотах, що свідчить про необхідність належного співвідношення для функціонування цих конкретних мембранних областей. Насправді зниження сфінгомієліну в плазматичній мембрані за допомогою екзогенної обробки сфінгомієліназою знижує регуляцію SREBP-2 і викликає етерифікацію холестерину та його ретроградний транспорт до ER. Однак незрозуміло, чи бере участь у процесі місцеве утворення цераміду за допомогою цього гідролізу сфінгомієліну. На відміну від цього, зниження рівня холестерину може не означати зменшення сфінгомієліну. Це може бути пов’язано з необхідністю сфінгомієліну продовжувати інші важливі для клітини функції та підтримувати мембранну структуру.

Дисбаланс цих ліпідів спостерігається при ряді патологій. Хвороби Німана – Піка є спадковими порушеннями зберігання лізосом з важкими метаболічними та в деяких випадках неврологічними наслідками. Дефіцит кислої сфінгомієлінази та накопичення сфінгомієліну в лізосомах є причиною Німана-Піка типу А та В, тоді як тип С (НПК) спричинений дефіцитом білка NPC 1 або 2, який бере участь у витіканні холестерину з лізосом. Відмітною рисою всіх варіантів Німана-Піка є жирова хвороба печінки з накопиченням сфінгомієліну, холестерину та інших типів ліпідів у лізосомальних компартментах та інших місцях клітин. 57,58 Завдяки тісному взаємозв'язку між холестерином та сфінгомієліном та тому, що ці патології мають спільні риси, лікування пацієнтів із сфінгомієліназами може бути ефективною терапією незалежно від їх генетичного дефекту. Насправді, пацієнти з НПК також мають низьку активність АСМ через вторинне накопичення сфінгомієліну, і лікування сфінгомієліназами виявилося ефективним проти навантаження холестерину в лізосомах клітин НПЦ. 59

Нарешті, подібно до SFA, інші сфінголіпіди, такі як керамід та гангліозиди, можуть викликати стрес ER, 60 тим самим активуючи SREBP-2 та синтез холестерину, як ми нещодавно спостерігали in vivo. 41 Тому на рівень холестерину можуть впливати сфінголіпіди або навпаки, і будуть потрібні подальші дослідження, щоб визначити їх відповідну ліпотоксичну роль у НАЖХП.

ЛІПІДНИЙ ГОМЕОСТАЗ І ГЕНЕТИЧНІ ПОЛІМОРФИЗМИ

Порівняльні дослідження генів-кандидатів у пацієнтів з НАЖХП виявили деякі поліморфізми, пов'язані зі зміненим ліпідним обміном. Наприклад, поліморфізм одного нуклеотиду (SNP) в мікросомному білку, що переносить тригліцериди (MTTP), був ідентифікований в його промоторній області. 61 МТТП бере участь у синтезі та експорті ліпопротеїдів дуже низької щільності (ЛПНЩ), але пацієнти з варіантом SNP схильні до накопичення ТГ у печінці та сироватці крові через знижену експресію білка МТТП. Однак для підтвердження висновків у порівняльних дослідженнях може знадобитися експериментальний дизайн із більшими когортами, оскільки інші роботи часто не повідомляють про ті самі кореляції. 62

Загальногеномні дослідження асоціацій також виявили різні СНП, пов’язані з НАЖХП, як детально розглянуто Anstee and Day. 63 Серед них, SNP rs738409 (Ile148Met) у гені, що містить домішок пататин-подібної фосфоліпази 3 (PNPLA3), в даний час найбільш сильно пов'язаний з накопиченням TG та біохімічними маркерами NAFLD. PNPLA3 - це триацилгліцеринова ліпаза, але цікаво, що присутність SNP пов’язана не тільки зі стеатозом, але також зі стеатогепатитом та фіброзом. 64 Тому необхідні подальші дослідження для повного з’ясування механізмів, за допомогою яких цей алельний варіант сприяє таким патогенним наслідкам.

ВИСНОВОК

Ліпіди відіграють вирішальну роль у сигнальних шляхах клітин та метаболізмі. Дослідження окремих видів ліпідів є потужним інструментом для пошуку можливих терапевтичних стратегій, але також важливо зрозуміти, як метаболічні та сигнальні шляхи взаємодії цих молекул. На рисунку 1 узагальнено, як основні ліпотоксичні види можуть впливати один на одного в контексті жирової печінки, а на рис. 2 - основні шляхи, що порушують ліпідний гомеостаз. Дослідження NAFLD еволюціонували до полювання на шкідливі ліпіди. Беручи до уваги взаємозв'язок, підсумований у цьому огляді, дослідження in vitro та in vivo повинні систематично проводити детальну кількісну оцінку видів ліпідів та експресії метаболічних генів, що повинно розглядатися як необхідне для оцінки трансаміназ у сироватці крові. З цією метою ліпідомія стала вирішальною для виявлення змін у безлічі цих молекул з високою чутливістю, 65 тим самим забезпечуючи основу для пошуку молекулярно-патогенних механізмів.

Рисунок 1: Перехресні зв’язки між ліпідними видами при жировій хворобі печінки.
Ліпотоксичні види ліпідів виділені червоним кольором, темні стрілки представляють ферментативні реакції, зелені та червоні стрілки стосуються змін через стрес або метаболічні шляхи.
MUFA: мононенасичені жирні кислоти; ПНЖК: поліненасичені жирні кислоти; DAG: діацилгілцерол.

Рисунок 2: Шляхи, що впливають на ліпідний гомеостаз при неалкогольній жировій хворобі печінки.
1) Ca2 + збурення, зміна мембрани ER; 2) TLR4; 3) Мітохондріальна дисфункція.
Фактори транскрипції виділені зеленим кольором, а ферменти - фіолетовим.
TLR4: платоподібний рецептор 4; DGAT: дигліцерид ацилтрансфераза; MUFA: мононенасичені жирні кислоти; ПНЖК: поліненасичені жирні кислоти; ЕР: ендоплазматичний ретикулум; АФК: реактивні форми кисню; PPAR-α: рецептор альфа-активованого проліфератором пероксисоми; SPT: серинова пальмітоїлтрансфераза; SREBP: білок, що зв'язує елементи, що регулюють стерол; SMse: сфінгомієліназа.

Подальшу роботу потрібно провести для повного з’ясування складності НАЖХП 66, але очевидно, що властиве їй накопичення ліпідів перетворюється на порушення регуляції ліпідного гомеостазу, при цьому багато типів ліпідів позначаються одночасно і, що важливіше, багато з них мають специфічні біологічні функції.