ROLA LEPTYNY W PROCESIE DOJRZEWANIA

Tkanka tłuszczowa największy

„gruczoł” endokrynny

leptyna

rezystyn
a

RBP-4

apelin
a

wisfatyn
a

waspina

omentyn
a

TNF + sR

IL-6 + sR

PAI-1

angiotensynog
en

TGF

adipsyna

AdipoQ

ApoE

IGF-1

ASP

białko
Agouti

steroidy

Czynniki
komplementarne

adiponektyna

Ekspresja niektórych

receptorów

w tkance tłuszczowej

Receptory dla „tradycyjnych
„ endokrynnych hormonów ;
                    - rec. insulinowy
                    - rec. glukagonowy
                    - rec. GH
                    - rec. TSH
                    - rec. Gatrynowy/CCK
                    - rec. GLP-1
                    - rec. Angiotensyny II  t
1 i 2

Receptory dla
katecholamin;
-   

1 2 



Jądrowe hormonalne
receptory;

- rec. glikosterydowy

- rec. witaminy D

- rec. hormonów tarczycy

- rec. Estrogenowy

- rec. Androgenowy

- rec. progesteronowy

Receptory
cytokinowe:

- rec. leptynowy

- rec. IL-6

- rec. TNF

Historia odkrycia leptyny



1958 r. Harvey wykazał obecność
hormonu, który reguluje masę ciała
działając na podwzgórze;



1959 r. Hausberger wykazał, że u myszy z
genetycznie uwarunkowaną otyłością
szczepu C57BL/6J brak jest czynnika
sytości;



1994 Zhang i wsp. zidentyfikowali i zbadali
sekwencję genu otyłości u myszy (gen ob)

GEN OB



Lokalizacja 6 chromosom;



Ekspresja tkanka tłuszczowa; łożysko, tkanka

gruczołowa żołądka; mięśnie szkieletowe,

wątroba.



Koduje mRNA:

u myszy złożone z 4,5 kb

u ludzi 20 kb i zawierające  egzony

poprzedzielane 2 intronami;

produktem jest białko

leptyna

o masie

cząsteczkowej 16 kDa, zbudowane z 167

aminokwasów

Sekwencja leptyny jest w 84% identyczna

u myszy i u ludzi

Leptyna w krążeniu



Cząsteczka złożona ze 146 aminokwasów –

odłączenie 21 aminokwasowego sygnałowego

odcinka wydzielniczego;



Czas półtrwania 25 minut;



U ludzi wiąże się z 2 białkami o masie

cząsteczkowej 176 kDa i 240 kDa, które mogą

zmieniać jej biodostępność

i bioaktywność;



Uwalniana w rytmie dobowym ze

szczytem w godzinach nocnych.

Wydzielanie leptyny



Jest proporcjonalne do masy tkanki tłuszczowej.



Podlega regulacji przez różne inne czynniki, takie jak:

wzrost wydzielania:

insulina;

glikokortykosteroidy;

estrogeny;

TNF-



2 zmniejszenie wydzielania:

androgeny;

GH;

agoniści PPAR-;

FFA;

agoniści receptorów adrenergicznych .

Dlaczego myszy ob/ob są
otyłe ?



Mutacja C-T w obrębie 105
kodonu genu ob powoduje
przedwczesne zakończenie
transkrypcji poprzez brak
kodowania argininy;



W adipocytach 20-krotnie
wzrasta ekspresja
nieprawidłowego mRNA
genu ob przy braku
prawidłowej cząsteczki
leptyny

Do czego to prowadzi ?



Hiperfagii;



Obniżenia termogenezy;



Bezpłodności
(zmniejszenie zawartości
LHRH w podwzgórzu
i gonadotropin w
osoczu;



Rozwoju cukrzycy typu 2.

Jak odchudzić mysz

ob/ob ?



Podać leptynę:

mniej jedzą;

zwiększa się termogeneza;

wraca płodność;

chudną i ustępują

zaburzenia metaboliczne.

A co z innymi otyłymi?



Myszami db/db;



Szczurami fa/fa;



Ludźmi



Nie wykryto u nich mutacji genu ob;



Ekspresja mRNA genu ob jest wyższa niż

u szczupłych;



Nie wykryto mutacji potranslacyjnych

w cząsteczce leptyny;



Stężenie leptyny w surowicy wyższe w

wyniku zwiększonej produkcji przez tkankę

tłuszczową;



Leptynooporność czy defekt receptorowy?

Receptor leptynowy (OB-R)



1995 r. Tartagila i wsp. zidentyfikowali
gen dla receptora leptyny i miejsce jego
ekspresji;



U myszy zlokalizowny na chromosomie 4
a u ludzi na chromosomie 1;



Należy do klasy I rodziny receptorów dla
cytokin

Odmiany OB-R



Ob – Ra (krótki receptor dla leptyny z 4

aminokwasową domeną

wewnątrzkomórkową):

zlokalizowany w splocie naczyniówkowym

mózgu, podwzgórzu, płuca, nerki, tkanka

tłuszczowa;

pełni funkcję transportową.



Ob – Rb (długi receptor dla leptyny z 04

aminokwasową domeną wewnątrzkomórkową):

występuje w jądrze łukowatym podwzgórza

oraz innych okolicach mózgu biorących udział

w regulacji bilansu energetycznego

(jądro brzuszno-przyśrodkowe, boczne

podwzgórze, jądro przykomorowe, jądro

nadwzrokowe);

uczestniczy w przekazywaniu pobudzenia

wewnątrz komórki.



Ob – Rc (z 2 aminokwasową domeną
wewnątrzkomórkową):

pełni funkcję transportową.



Ob – Re (najkrótszy, pozbawiony domeny
przezbłonowej, złożony tylko z 808
aminokwasów:

jest receptorem rozpuszczalnym;

Jest jednym z białek wiążących leptynę
w surowicy.



Receptory leptynowe znajdują się nie tylko

w mózgu, ale również w:

przednim płacie przysadki;

nadnerczach;

wątrobie;

płucach;

sercu;

nerkach;

jądrach;

jajnikach;

macicy;

komórkach beta trzustki;

śledzionie;

węzłach chłonnych;

tkance tłuszczowej.

Mutacje Ob – R u myszy

db/db



punktowa mutacja G-T powoduje
dodanie egzonu między Lys

889

– Pro

890

wielkości 106 bp, który zawiera
przedwczesny sygnał zakończenia
transkrypcji , co prowadzi do syntezy
Ob – R bez domeny
wewnątrzkomórkowej.



Powoduje to całkowitą niewrażliwość
na leptynę, a następnie otyłości.

Mutacje Ob – R u szczurów

fa/fa



Punktowa mutacja dająca zamianę w
pozycji 880 (A – C) w cDNA, a w pozycji
269 łańcucha aminokwasowego –
glutaminy na prolinę w
domenie zewnątrzkomórkowej Ob – R.



Powoduje to istotne zmniejszenie
całkowitego wiązania przez receptor
leptyny.

Ludzie



Nie wykryto podobnych mutacji genu OB – R;



Stwierdzono jedynie polimorfizm w sekwencji

cDNA tego genu w pozycji 668 (A G), co

powoduje zmianę substytucyjną

aminokwasów, glutamina – arginina w pozycji

22.



Jednak polimorfizm ten występuje zarówno

u szczupłych jak i u otyłych.

Jaki jest mechanizm oporności na

leptynę u otyłych ludzi



Mogą istnieć:

Wewnątrznaczyniowy defekt, np.

przeciwciała przeciwko leptynie;

antagoniści leptyny;

zwiększona produkcja białek wiążących
leptynę, które ograniczają ilość wolnej
leptyny docierającej do mózgu;

przyspieszony rozkład i eliminacja z
krążenia.

2) Defekt w systemie transportującym

leptynę do OUN.

) Defekt sygnałowy.

Opisano heterozygotyczne mutacje genu

leptyny prowadzące do jej niedoboru
i otyłości oraz pojedyncze
homozygotyczne mutacje genu ob, która
skutkuje brakiem leptyny, hiperfagią i
otyłością olbrzymią.

Masa tłuszczu

Dostępność

składników

pokarmowych

Krążące

składniki

pokarmowe

Sygnały pokarmowe

np. wolne kwasy

tłuszczowe

Sygnały z tkanki

tłuszczowej

(leptyna,

insulina)

Produkcja
glukozy

Równowaga
energetyczna

Długoczasowe
Sygnały
aferentne

leptyna

insulina

apetyt

Wydatek
energrtyczny

Środowisko
hormonalne

Reprodukcja, wzrost

Grelina

PYY
GLP-1
CCK

Sygnały
aferentne
związane
z posiłkiem

LEPTYNA

Białko

rozprzęgające

(UPC)

Apetyt

NPY

Podwzgórze

Przysadka

Tarczyca

metabolizm

Przepuszczalność

          błony
mitochondrialnej

produkcja

wzrost

wzros
t

wzrost

hamowani
e

stymulacja

obniżeni
e

hamowanie

obniżenie

Wpływ leptyny na regulację łaknienia

tłuszcz

tłuszc

LEPTYNA

Jądro łukowate

podwzgórza

Zmniejszenie uwalniania NPY i
AgRP
Zwiększenie uwalniania POMC

Zmniejszenie

łaknienia

Wzrost sytości

Zwiększenie uwalniania NPY i AgRP
Zmniejszenie uwalniania POMC

Wzrost łaknienia

Zmniejszenie sytości

LEPTYNA

Neurony

NPY/AGRP

Neurony

POMC

Jądro
łukowate

Neurony TRH

TRH

TSH

Przysadka

Jądro
przykomorowe

-MSH

NPY

AGRP

Leptyna a hormony tarczycy

Wpływ leptyny na oś

podwzgórze – przysadka -

nadnercza

LEPTYNA

Nadnercza

glikokortykosteroi

Przysadk

ACTH

Adipocyt

LEPTYNA

barier
a

Leptyna

białko wiążące

leptynę

podwzgórze

GnRH

L
H

FSH

Dojrzewanie pęcherzyka
Spermatogeneza

E2 wzrost
Progesteron obniżenie
Testosteron wzrost

Wpływ leptyny na oś podwzgórze – przysadka –
gonada

Leptyna a dojrzewanie



Wydaje się, że wzrost stężenia leptyny
do wartości progowych aktywuje oś
podwzgórze-przysadka do rozpoczęcia
dojrzewania płciowego.



Leptyna stymuluje podwzgórze do
produkcji GnRH, co z kolei zwiększa
syntezę gonadotropin w przysadce.



Leptyna wywiera również bezpośredni
wpływ na owulację.

Stężenia leptyny podczas cyklu

miesiączkowego



W fazie folikularnej stężenie leptyny

w surowicy obniża się;



Obserwuje się przed owulacyjny pik stężenia

leptyny;



W fazie lutealnej stężenie leptyny w surowicy jest

podwyższone.



Zmiany stężenia leptyny są związane ze zmianami

stężenia progesteronu, estrogenów i LH.

Leptyna a ciąża



Stężenie leptyny w surowicy w czasie ciąży jest

podwyższone, z największym wzrostem w drugim

trymestrze, a po porodzie gwałtownie się obniża.



Wydaje się, że obniżenie stężenia leptyny po

porodzie może odgrywać rolę w zmniejszeniu

płodności w czasie okresu laktacji.



Wzrost stężenia leptyny w czasie ciąży jest nie

tylko efektem zwiększenia masy ciała ale również w

wyniku produkcji leptyny przez łożysko i

rozwijający się płód i uwalnianiu jej do krążenia

matki.



Produkcja leptyny u ciężarnej jest zwiększana także

przez wzrost produkcji innych hormonów, takich jak

insulina, estrogeny i gonadotropiny.



Nie wiadomo czy leptyna syntezowana
przez łożysko działa jako czynnik wzrostu
płodu czy jako sygnał przekazujący
informację o stanie odżywienia między
matką a płodem.



W łożysku obecne są także receptory
leptynowe co sugeruje, że leptyna
odgrywa rolę we wzroście i rozwoju płodu.



Nie obserwowano jednak korelacji między
stężeniem leptyny u ciężarnych a masą
urodzeniową noworodka.

Leptyna a menopauza



Wydaje się, że obniżenie stężenia

leptyny w okresie menopauzy jest

spowodowane zmniejszeniem

stężenia estrogenów.



Ponieważ stężenie leptyny u kobiet

pomenopauzalnych nadal jest

wyższe niż u mężczyzn, wydaje się

że krążące androgeny mogą

również wywierać supresyjne

działanie na stężenie leptyny.

adipocyt

LEPTYNA

Komórka beta

trzustki

INSULINA

TNF –z

aktywowanych
komórek
immunologicznych 

insulina

Leptyna a insulina

Wpływ leptyny na działanie

insuliny u ludzi



Receptory leptynowe występują na ludzkich

hepatocytach wykazano że leptyna moduluje

indukowaną przez insulinę aktywność tych

komórek.



Leptyna jest antagonistą sygnału insulinowego

poprzez zmniejszenie indukowanej przez

insulinę fosforylacji IRS-1, co z kolei zwiększa

ekspresję karboksykinazy PEP a zmniejsza

ekspresję glukokinazy, czego wynikiem jest

nasilenie glukoneogenezy i zmniejszenie

glikogenolizy.



Hiperleptynemia może przyczyniać się do

rozwoju wątrobowej insulinooporności.

Wpływ leptyny

na metabolizm komórkowy



Zmniejszenie wychwytu TG przez tkankę

tłuszczową i mięśnie z jednoczesnym

wzrostem ich stężenia w surowicy.



Wzrost oksydacji FFA.



Zmniejszenie przemian FA do TG w mięśniach.



Zmniejszenie syntezy białek wiążących się

z sekwencją wzmacniającą regionu

promotorowego DNA (CCAAT) w tkance

tłuszczowej, co może ograniczać różnicowanie

i wzrost adipocytów.



Aktywacja syntezy mitochondrialnych białek

rozprzęgających (termogeniny) w WAT, BAT

i mięśniach.

Bezpośrednie metaboliczne i termogenne

działanie leptyny zostało wykazano
głównie

w tkankach gryzoni labolatoryjnych.

U ludzi może mieć znaczenie

marginalne lub nawet żadne.

LEPTYNA a insulinooporność

1) Hamuje produkcję insuliny przez

komórki trzustki;

2) Zwiększa lipolizę w adipocytach i

mięśniach szkieletowych;

) Zwiększa oksydację FFA w mięśniach

szkieletowych

Leptyna a cukrzyca



Wydaje się, że towarzysząca otyłości

hiperleptynemia może uczestniczyć w

rozwoju cukrzycy typu 2, poprzez

supresję sekrecji insuliny indukowanej

przez glukozę oraz przez wpływ na

rozwój insulinooporności w tkankach

obwodowych.



Z drugiej strony leptyna może

wywierać działanie antycukrzycowe

przez zmniejszanie akumulacji

triglicerydów w tkankach.

Wpływ leptyny na funkcję

endotelium



Receptory leptynowe są obecne w komórkach

endotelium, zaobserwowano również indukowaną

przez leptynę fosforylację tyrozyny i aktywację

czynnika transkrypcyjnego Stat, co jest ważne w

regulacji odpowiedzi endotelium na leptynę.



Receptory leptynowe występują ponadto w ścianie

naczyń, zarówno u ludzi jak i u zwierząt .



W badaniach doświadczalnych wykazano, że

przewlekły wlep leptyny na poziomie

porównywalnym do tego, który występuje w otyłości

podnosi ciśnienie tętnicze. Przewlekła

hiperleptynemia powoduje również istotną

dysfunkcję endotelium w postaci zmniejszonej

produkcji i biodostępności NO.



Część z tych działań leptyny może być
efektem aktywacji układu NADPH oksydazy,
który odgrywa decydującą rolę w regulacji
stresu oksydacyjnego w naczyniach.



Poza tym leptyna w tętnicach wieńcowych
może wywierać działanie
naczyniorozkurczowe przez szlak niezależny
od NO.

Leptyna a miażdżyca



Ekspresję receptorów leptynowych
zaobserwowano w blaszkach
miażdżycowych.



W badaniu WOSCOPS, które
prospektywnie oceniało stężenie leptyny
przed i po incydencie kardiologicznym
potwierdzono, że leptyna jest niezależnym
czynnikiem ryzyka miażdżycy.

Leptyna a gospodarka
lipidowa



Zaobserwowano

1) Ujemne korelacje między stężeniem w

surowicy leptyny a stężeniami:

Apoliporoteiny A-I;

HDL;

w populacji osób z wysokim ryzykiem

sercowo-naczyniowym.

2) Natomiast u pacjentek z zespołem PCO

dodatnią korelację między stężeniem leptyny a

stężeniem HDL.

Leptyna a układ

krzepnięcia



Leptyna wykazuje również działanie
pro-zakrzepowe. Receptory leptynowe
są obecne na płytkach krwi a ich
aktywacja zwiększa agregację płytek
krwi.

Wpływ leptyny na mięsień

sercowy



Opisano bezpośrednie działanie leptyny na

mięsień sercowy.



Zaobserwowano, że podawanie leptyny może

powodować upośledzenie funkcji miocytów

komory i wydaje się, że działanie to jest

wywierane na szlak NADPH oksydazy poprzez

receptor dla endoteliny-1.



Inne badania pokazały, że leptyna indukuje

zaburzenie kurczliwości kardiomiocytów poprzez

szlak zależny od NO.

Działania stymulujące

kościotworzenie



Hamuje wytwarzanie osteoklastów przez

stymulowanie produkcji osteoprotegryny

(OPG) i równoczesne zmniejszenie

proosteoklastogenicznego RANK przez

szpikowe komórki osteoblastyczne.



Pobudza osteoblasty do produkcji IGF-I i

TGF-które z kolei stymulują proliferację

komórek osteoprogenitorowych, stymulują

mineralizację macierzy kostnej i hamuje

apoptozę osteoblastów i osteocytów.

Działania hamujące

kościotworzenie



Stymuluje komórki podwzgórza do
produkcji podwzgórzowego czynnika
hamującego osteoblasty (HOBIF) lub
uruchamia procesy nerwowe, które
hamują aktywność macierzy
osteoblastów.



Hamując uwalnianie NPY, zapobiega
aktywacji receptorów Y2R, sygnału
który może imitować aktywność HOBIF.

Inne funkcje leptyny



Stymuluje hematopoezę – proliferacja
i różnicowanie komórek
hematopoetycznych;



Stymuluje angiogenezę, wzrost komórek
endotelialnych i przyspiesza gojenie ran;

Leptyna a układ

immunologiczny



Pobudza proliferację i różnicowanie monocytów.
Indukuje również uwalnianie przez monocyty
cytokin, takich jak TNF-i IL-6 oraz CCL2 i VEGF.



Działając na neutrofile powoduje wzrost
ekspresji CD11b oraz zwiększa ich chemotaksję
i sygnały oksydacyjne, wszystko to jest bardzo
ważne we wrodzonej reakcji immunologicznej i
regulacji kolonizacji skóry i błon śluzowych przez
patogeny.



Najważniejsze działania leptyny zachodzi
na poziomie adaptacyjnej odpowiedzi
immunologicznej, głównie w regulacji
komórek T. Leptyna indukuje produkcję
cytokin (TNF- INF- i IL-2)

wpływających na rozwój limfocytów Th1.



Ponadto leptyna wpływa na wytwarzanie,
dojrzewanie i przeżywanie limfocytów T
CD4+CD45RA a hanuje proliferację
limfocytów pamięci CD4+CD45RO+.



U myszy z brakiem leptyny obserwuje się

oporność na rozwój, niektórych chorób

autoimmunologicznych, a podatność na nie

jest odzyskiwana po podaniu leptyny.



Leptyna może zwiększać reakcje

autoimmunologiczne, co częściowo może być

spowodowane przez redukcję limfocytów T

regulacyjnych.



U pacjentów z chorobami

autoimmunologicznymi obserwuje się

podwyższone stężenia leptyny.

Wpływ leptyny na komórki nowotworowe

badania in vitro

(Garofalo and Surmacz 2006)



Rak piersi:

Wzrost proliferacji komórek;

Wzrost transformacji komórkowej;

Aktywacja szlaków ERK1/2, STAT,

Akt/GKS, PKC-;

Indukuje ekspresję ER

Indukuje ekspresję c-myc;

Indukuje ekspresję aromatazy przez

mechanizm zależny od AP-1.



Rak przełyku:

Zwiększa proliferację komórek;



Rak żołądka:

Zwiększa proliferację komórek poprzez

fosforylację ERK-2 i STAT;



Rak odbytnicy:

Zwiększa inwazyjność komórek przez

szlaki zależne od PI-K, Rho i Rac;

Zwiększa wzrost komórek przez szlak

ERK1/2;

Hamuje apoptozę komórek, stymulując

sygnał NF-B



Rak prostaty:

Wzrost proliferacji komórek;

Supresja apoptozy;



Rak trzustki:

Zmniejsza proliferację komórek;

Stymuluje fosforylację STAT i STAT5b;



Rak jajnika:

Wzrost proliferacji przez szlak ERK1/2;



Rak płuc:

- Wzrost proliferacji przez szlak ERK1/2;



Gruczolak przysadki:

Hamuje proliferację komórek;

Stymuluje apoptozę oraz ekspresję i

fosforylację SOC-



Rak wątroby:

Brak działania;



Białaczka szpikowa:

Wzrost proliferacji komórek;

A zatem leptyna in vitro stymuluje

wzrost, migrację i inwazyjność komórek
nowotworowych. Może także poprzez
wpływ na angiogenezę promować
rozwój nowotworów złośliwych in vitro.

Stężenie leptyny w

surowicy



U otyłych stwierdza się kilkukrotnie wyższe stężenie
leptyny w surowicy, niż u ludzi z prawidłową
masą ciała.



Stężenie leptyny we krwi kobiet jest 2- krotnie wyższe niż
                   u mężczyzn, w porównywalnym wieku, o tym
samym wskaźniku BMI i w obrębie tej samej rasy,
          może to wynikać z działania estrogenów

    na syntezę leptyny oraz z innej ilości
    i rodzaju tkanki tłuszczowej. Ponieważ
    wykazano znacząco większą syntezę
    leptyny przez podskórną niż trzewną
    tkankę tłuszczową .

Stężenie leptyny w

surowicy



Stosowanie diety i redukcja masy
ciała powodują gwałtowne
obniżenie stężenia leptyny w
surowicy. Co może być
mechanizmem kontr regulacyjnym
zapobiegającym dalszej redukcji

  masy ciała w wyniku wzrostu
  łaknienia i zmniejszenia
  wydatku energetycznego.