1 Centrul de cercetare, educație și clinică geriatrică, VA Puget Sound Health Care System, Institutul Seattle pentru Cercetări Biomedicale și Clinice și Divizia de Gerontologie și Medicină Geriatrică, Departamentul de Medicină, Universitatea din Washington, 1660 S. Columbian Way, Seattle, WA 98108, SUA

receptor-alpha

Abstract

1. Introducere

Incidența crescută a obezității atât în ​​țările dezvoltate, cât și în cele în curs de dezvoltare este o problemă majoră de sănătate publică [1]. Se consideră că echilibrul energetic modificat care duce la obezitate este cauzal în dezvoltarea sindromului metabolic și a diabetului zaharat de tip 2, condiții a căror incidență crește, de asemenea, la rate alarmante [2, 3]. Povara economică a obezității și diabetului în SUA în prezent depășește 200 de miliarde de dolari anual și se așteaptă să crească [1]. Modificările dietei și stilului de viață nu au adesea succes în reducerea obezității [4-6], iar tratamentele farmacologice disponibile în prezent sunt problematice din cauza efectelor adverse grave [7]. Prin urmare, cercetarea care implică noi căi de control al adipozității este justificată.

Aici vor fi analizate dovezile că interleukina-15 (IL-15) poate inhiba depunerea țesutului adipos atât la animalele de laborator, cât și la subiecții umani. În plus, va fi rezumată reglementarea complexă a expresiei și secreției IL-15. Receptorul specific pentru IL-15, receptorul IL-15-alfa (IL-15Rα), pare să regleze secreția, stabilitatea și activitatea IL-15 [8, 9]. Mai multe polimorfisme cu un singur nucleotid (SNP) la om IL15 și IL15RA au fost descrise care se corelează cu adipozitatea și markerii sindromului metabolic [10-12]. Aceste descoperiri sugerează un model în care variația genetică în IL15RA ar putea modula activitatea și biodisponibilitatea IL-15, care la rândul său reglează adipozitatea. Mai mult, deoarece ARNm IL-15 este extrem de exprimat în țesutul muscular scheletic, unii autori au sugerat că IL-15 poate funcționa ca un factor endocrin derivat din mușchi sau „miokină”, care poate modula compoziția corpului [13-16]. Dovezi în sprijinul și împotriva acestei ipoteze vor fi discutate. Când genetica umană, cultura celulară și studiile pe animale de laborator sunt luate împreună, este clar că IL-15/IL-15Rα axa reglează adipozitatea. Modularea acestei axe ar trebui explorată o nouă țintă pentru controlul obezității la populația umană.

2. Genetica moleculară și expresia IL-15 în ceea ce privește țesutul adipos

IL-15 este o citokină de 14 kDa care a fost inițial izolată pe baza capacității sale de a susține proliferarea limfocitelor T natural killer (NK) [17]. Ulterior, sa constatat că IL-15 este exprimată de monocite, macrofage și alte tipuri de celule implicate în imunitate și reglează o varietate de procese cuprinzând atât imunitatea înnăscută, cât și imunitatea adaptativă, revizuite în [18]. IL-15 prezintă atât acțiuni pro-, cât și anti-inflamatorii într-o varietate de țesuturi și are atât efecte anticancerigene pozitive prin stimularea celulelor NK, cât și efecte dăunătoare, cum ar fi implicarea în boala inflamatorie intestinală (revizuită în [18, 19]). În măsura în care prezenta lucrare se concentrează pe relația IL-15 cu obezitatea, cititorul se referă la recenzii cuprinzătoare ale diverselor funcții ale IL-15 furnizate de Fehniger și Caligiuri [18] și Budagian și colab. [19].

IL-15 face parte din structura familiei de proteine ​​din pachetul cu 4 spirale [17], ai cărei membri prezintă omologie structurală, dar nu neapărat secvențială, [20]. Această familie de proteine ​​include multe citokine care reglează sistemul imunitar și include, de asemenea, factori cu acțiuni în afara sistemului imunitar, cum ar fi IL-6, leptina, hormonul de creștere și eritropoietina [20]. IL-15 este exprimat la nivelul mARN-ului într-o varietate de țesuturi non-mifoide, cu o expresie deosebit de ridicată în mușchiul scheletic și în placentă [17]. IL-15 este, de asemenea, exprimat abundent în mușchiul cardiac, plămânul, ficatul, rinichii, creierul și pancreasul [17]. În placentă, IL-15 reglează un subgrup specific de celule NK implicate în decualizarea endometrială [21].

În țesuturile nelimfoide, IL-15 a fost implicată în procese care variază de la angiogeneză [22] la hipertrofie a mușchilor scheletici [23]. Există rapoarte conflictuale [14, 24] cu privire la expresia mARN-ului IL-15 în adipocite cultivate (revizuite mai jos) și nu a fost efectuat un studiu sistematic al expresiei IL-15 în țesutul adipos in vivo. Atât oamenii, cât și șoarecii de laborator prezintă niveluri detectabile de IL-15 în circulație (de exemplu, [9, 10, 15, 25]), permițând posibilitatea ca IL-15 să exercite efecte endocrine (precum și paracrine) asupra tipuri de celule care nu exprimă IL-15 în sine. Cu toate acestea, țesuturile din care provine IL-15 circulant sunt necunoscute. Datorită expresiei ridicate a IL-15 în mușchiul scheletic și a dovezilor că alte citokine, cum ar fi IL-6, sunt eliberate din mușchi în urma activității fizice, unii investigatori au sugerat funcțiile IL-15 ca miokină care exercită efecte pozitive asupra compoziției corpului prin intermediul unui mecanism endocrin [13-16]. Dovezile conflictuale pentru IL-15 ca miokină sunt analizate mai jos.

După cum sa menționat mai sus, un alt țesut care prezintă o expresie ridicată atât a ARNm-IL-15 cât și a proteinei este placenta [17, 26, 27]. Într-un studiu care a comparat concentrațiile de numeroase citokine din lichidul amniotic și serurile femeilor însărcinate normale, Chow și colab. [27] au raportat concentrații semnificativ mai mari de IL-15 în ser decât în ​​lichidul amniotic, în concordanță cu literatura care indică faptul că multe citokine nu traversează bariera placentară. Cu toate acestea, lipsesc studiile dacă animalele gravide sau femeile însărcinate prezintă niveluri circulante crescute de IL-15 comparativ cu femelele nongravide sau cele care nu sunt gravide. În orice caz, o astfel de observație nu s-ar aplica bărbaților și nu exclude mușchiul scheletic sau alte țesuturi ca surse suplimentare de IL-15 la ambele sexe.

Există rapoarte conflictuale cu privire la faptul dacă IL-15 este exprimată de adipocite. Linia celulară adipogenă de șoarece 3T3-L1 nu exprimă niveluri de ARNm IL-15 detectabile prin PCR în timp real foarte sensibile în orice etapă de diferențiere [14]. Cu toate acestea, un alt studiu a demonstrat că culturile primare de adipocite de porc exprimă mRNA IL-15 la niveluri bazale scăzute, care sunt reglate în sus după stimularea cu interferon-γ [24]. Nu s-a determinat dacă proteina IL-15 a fost produsă sau eliberată în mediul de cultură. Diferențele dintre rozătoare și porcine și/sau între liniile celulare adipogene și culturile primare, precum și între adipocite in vivo și in vitro, sunt destul de posibile.

În obezitate, țesutul adipos dezvoltă un mediu inflamator datorită infiltrării macrofagelor care sunt o sursă de numeroase citokine proinflamatorii [34, 35]. La o tulpină de șoarece extrem de susceptibilă la stres oxidativ, calciu bogat în dietă, coroborat cu o dietă obezigenică, a stimulat semnificativ expresia mARN-ului IL-15 atât în ​​grăsimea viscerală, cât și în țesutul muscular scheletic [36], dar nu s-a determinat ce tipuri de celule au fost responsabile de mesaj regulat IL-15. Nu a fost efectuat un studiu sistematic al expresiei ARNm-IL-15 și proteine ​​în diferite depozite de țesut adipos, în diferite condiții fiziologice. Astfel, dacă adipocitele și/sau țesutul adipos pot exprima și secreta proteina IL-15 în condiții bazale sau în provocări inflamatorii asociate cu obezitatea rămâne neclar.

3. Efectele interleukinei-15 asupra țesutului adipos

Gena IL-15 (IL15; numărul de acces uman U14407) este mapat la cromozomul uman 4q31 și regiunea centrală a cromozomului 8 la șoareci [37]. O cercetare recentă la nivel de genom a variațiilor numărului de copii umane corelate cu obezitatea a relevat o ștergere mare (2,1 Mb) a unei regiuni care a inclus atât IL15 și gena care codifică proteina de decuplare mitocondrială UCP1 [38]. Deoarece rolul UCP1 în modularea echilibrului energetic este bine descris [39], contribuția potențială a pierderii de IL15 prin această mare ștergere nu a fost luată în considerare suplimentar. Cu toate acestea, rezultatele cercetărilor din culturi de celule adipogene, animale de laborator și subiecți umani, toate sugerează că IL-15 poate funcționa și ca un factor antiobesigenic.

Într-un studiu al subiecților umani care cuprinde o gamă largă de indici de masă corporală (IMC), Nielsen și colab. [15] au găsit asociații negative între concentrațiile plasmatice de IL-15 și IMC (

), masa totală a grăsimii (), masa grasă a trunchiului () și masa grasă a membrelor

). Asocieri negative între ARNm muscular IL-15 și parametrii obezității au fost, de asemenea, observate în acest studiu [15]. O constatare similară a fost raportată de Barra și colab. [40] care au observat subiecți umani obezi au prezentat niveluri de IL-15 circulante mai mici decât subiecții slabi. Cu toate acestea, Christiansen și colab. [41] a raportat scăderea concentrațiilor circulante de IL-15 după scăderea în greutate indusă de dietă la subiecții umani obezi. Doi SNP în om IL15 (rs1589241 și rs1057972) sunt asociate cu diferiți predictori ai sindromului metabolic, IMC și forța musculară [10, 11]. Acești SNP sunt localizați în regiunile netranslate (UTR) 5 'și 3' ale genei, sugerând că ar putea modula expresia IL-15.

Șoareci cu ștergere vizată de IL15 (Șoarecii IL-15KO) prezintă cantități mai mari de grăsime corporală decât șoarecii martor [40]. În schimb, șoarecii transgenici care au fost proiectați pentru niveluri circulante ridicate de IL-15 (șoareci IL-15 Tg), exprimați de la un promotor specific mușchiului scheletic, au prezentat niveluri mai scăzute de grăsime corporală decât controalele strâns legate și au fost rezistenți la dieta obezitate [42]. În același studiu, șoarecii care au exprimat niveluri intramusculare ridicate de IL-15, dar care nu au prezentat niveluri serice crescute de IL-15 nu au prezentat diferențe de adipozitate comparativ cu martorii, sugerând că IL-15 trebuie secretat în circulație pentru a-și exercita efectele asupra țesut adipos [42]. Deoarece acesta este un sistem construit artificial, poate modela, dar nu demonstrează, ipoteza că IL-15 derivat din mușchi acționează ca o miokină în starea nativă.

IL-15 a fost, de asemenea, introdus în rozătoare de laborator de tip sălbatic prin injectarea de proteine ​​IL-15 recombinante [13, 40], prin vectori de expresie adenovirali [40] și prin electrotransfer ADN în mușchiul scheletic [15]. În aceste studii, administrarea IL-15 a redus masa grasă cu până la 30% la rozătoarele normale și 10% la rozătoarele obeze. Important, inhibarea depunerii de grăsime a fost observată în absența unui efect al IL-15 asupra consumului de alimente [13, 40]. În plus, în studiile efectuate atât la șoarecii IL-15KO, cât și la șoarecii cu funcție IL-15 Tg descriși mai sus [40, 42], nu au fost observate efecte ale pierderii sau supraexprimării IL-15 asupra consumului de alimente. Prin urmare, este posibil ca efectele IL-15 asupra țesutului adipos să nu se datoreze unui efect indirect al aportului de energie modificat. Cu toate acestea, un raport a indicat tratamentul cronic al șobolanilor cu IL-15, care inhibă ușor absorbția intestinală a triaglicerolilor în mod specific [43]. Masa corporală slabă nu este afectată de IL-15 [13, 40, 42], indicând că IL-15 nu induce o stare cahectică; într-adevăr, injecția recombinantă cu IL-15 poate preveni pierderea masei musculare scheletice la modelele de rozătoare ale cașexiei cancerului [44].

IL-15 recombinant a fost administrat prin injectare în modele de obezitate genetică a rozătoarelor. Injecția cu IL-15 a inhibat depunerea de grăsime atât la obezii de tip sălbatic, cât și la cei cu deficit de leptină (ob/ob) șoareci [45]. Administrarea de IL-15 la șobolani slabi a inhibat, de asemenea, depunerea de grăsime, dar nu a putut inhiba depunerea de grăsime la obezii cu deficit de receptor de leptină (fa/fa) Șobolani Zucker [45]. Șobolanii obezi, dar nu slabi, au prezentat scăderi semnificative ale expresiei țesutului adipos al ARNm pentru două dintre subunitățile receptorului IL-15 heterotrimeric, receptorul IL-2 beta și subunitățile gamma (IL-2Rβ și IL-2Rγ), în timp ce expresia țesutului adipos IL-15Rα ARNm a fost neschimbat [45]. Această observație sugerează că țesutul adipos al șobolanilor obezi Zucker nu a răspuns la IL-15 deoarece subunitățile de semnalizare (IL-2Rβ și IL-2Rγ) a receptorului IL-15 au fost reglate în jos în țesutul adipos în această tulpină și că efectul IL-15 asupra țesutului adipos este direct.

Efectul direct al IL-15 asupra țesutului adipos a fost confirmat folosind culturi de celule adipogene derivate din mai multe specii de mamifere, inclusiv umane [14, 40, 46]. Administrarea recombinantă a IL-15 a inhibat diferențierea preadipocitelor și depunerea lipidelor în linia celulară 3T3-L1 de șoarece nemurit [14]. Mai mult, în adipocitele 3T3-L1 diferențiate, secreția IL-15 stimulată în funcție de doză a factorului adiponectin sensibilizant la insulină și factor antiobesigenic [14]. Rezultate similare au fost observate de un alt laborator care utilizează adipocite porcine primare cultivate, în care IL-15 a stimulat puternic lipoliza și a inhibat modest lipogeneza [46]. În cele din urmă, Barra și colab. [40] a constatat că administrarea de IL-15 la culturile de adipocite umane derivate din lipoaspirate inhibă depunerea lipidelor. Căile moleculare care mediază efectele IL-15 asupra țesutului adipos nu au fost caracterizate în detaliu. Un studiu [47] a sugerat că IL-15 reglează în sus expresia mARN-ului calcineurinei, un factor care inhibă diferențierea adipocitelor. Sunt necesare lucrări suplimentare pentru a confirma și extinde această observație.

4. IL-15 ca potențială miokină

5. Receptorul alfa solubil al IL-15 ca modulator al secreției IL-15

Semnalizarea IL-15 este transdusă fie printr-un receptor heterodimeric cuprinzând IL-2Rβ și IL-2Rγ, sau printr-un receptor heterotrimeric cuprinzând mbIL-15Rα plus IL-2Rβ și IL-2Rγ [67]. IL-2Rβ și IL-2Rγ subunitățile sunt responsabile pentru transducția semnalului, în timp ce mbIL-15Rα are doar o regiune citoplasmatică scurtă și funcționează în primul rând pentru a conferi legare cu afinitate ridicată la complexul receptor [67]. Celulele pot exprima simultan complexe de receptori IL-15 heterodimerici și heterotrimerici sau pot exprima IL-15Rα în absența celorlalte două subunități [67]. Țesutul adipos exprimă toate cele trei subunități ale receptorilor IL-15 la nivelul ARNm [45].

În mod neașteptat, șoareci în care IL-15Rα este șters (IL15RαȘoarecii KO) sunt mai slabi, mai degrabă decât mai grași, decât martorii [68]. Această observație sugerează un rol complex pentru această subunitate de receptor în controlul grăsimii corporale și este în concordanță cu ideea că IL-15Rα poate funcționa în alte roluri decât o componentă a receptorului legat de membrană.

IL-15 necomplexată și cele două tipuri de IL-15/sIL-15Rα complexele par a fi într-un echilibru dinamic în circulație, iar cele două variante de receptori solubili pot concura pentru legarea IL-15 [9]. Cu toate acestea, în timp ce ambele forme facilitează secreția IL-15 și pot crește timpul de înjumătățire IL-15 în circulație, cele două variante au efecte diferențiale asupra bioactivității IL-15; în plus, cele două tipuri de IL-15/sIL-15Rα complexele pot lega diferențial receptorii heterodimerici față de receptorii IL-15 heterotrimerici [8, 9]. Prin urmare, reglementarea diferitelor forme de sIL15Rα poate fi un element important care modulează secreția IL-15 și bioactivitatea.

În acest sens, studiile genetice umane efectuate de trei laboratoare separate au identificat mai multe polimorfisme cu un singur nucleotid (SNP) în IL15RA care influențează muscularitatea, depunerea grăsimii și markerii sindromului metabolic [13, 14, 19]. De exemplu, un SNP (rs2228059) în exonul 3 se corelează cu nivelurile serice de trigliceride la bărbați [11]. O variație de la A la G în marginea exonului 5/intron (acces SNP rs3136618) este asociată cu așa-numitul obezitate în greutate normală/sindromul De Lorenzo, caracterizând femeile tinere cu IMC normale, dar mai mari de 30% grăsime corporală și prezența mai multor markeri ai sindromului metabolic [12]. Într-un studiu separat al subiecților masculini de către un grup diferit, același SNP s-a corelat cu muscularitatea [10]. Acest SNP este aproape de site-ul mbIL-15Rα clivaj de TACE [72]. Dacă IL-15 este diferențial complexat cu sIL-15Rα nu au fost studiate variante în timpul obezității, dar existența mai multor SNP în IL15RA care corelează cu compoziția corpului sugerează că aceasta este o zonă fertilă pentru investigații viitoare.

6. Efectele IL-15 prin intermediul sistemului nervos central (SNC)

Subunitățile receptorilor IL-15 și IL-15 sunt exprimate în mai multe regiuni ale SNC [68, 75, 76]. S-a raportat că IL-15 modulează somnul non-REM [75] și joacă un rol protector în neuroinflamare [76]. Recent, IL15RαS-a raportat că șoarecii KO sunt hiperfagi și hiperactivi, sugerând că IL-15 poate controla căile hipotalamice care reglează echilibrul energetic [68]. Acest domeniu nu intră în sfera de aplicare a prezentei revizuiri. Cu toate acestea, expresia, traficul și efectele IL-15 în SNC sunt un domeniu suplimentar, relativ neexplorat de investigație, care ar putea avea un impact asupra echilibrului cheltuielilor de energie și al consumului de energie.

7. Concluzii

Rezultatele din culturile de celule, animale de laborator și studii la om indică faptul că IL-15 reglează depunerea țesutului adipos printr-un mecanism direct. Există rapoarte contradictorii cu privire la originea țesutului circulant al IL-15 și dacă poate acționa ca o „miokină” circulantă, derivată din mușchi. Indiferent de țesutul de origine, dovezile recente susțin ipoteza că nivelurile circulante de IL-15 și bioactivitatea IL-15 sunt determinate de asocierea diferențială a IL-15 cu sIL-15Rα variante. Concordanța descoperirilor științifice de bază și a studiilor genetice umane sugerează sIL-15Rα, care la rândul său reglează IL-15, este un factor important care influențează compoziția corpului și sensibilitatea la insulină. Mecanismul acțiunii IL-15 asupra țesutului adipos este necunoscut. Prin urmare, investigații suplimentare asupra complexului IL-15/IL-15Rα axa este necesară pentru a determina dacă acest sistem poate fi exploatat pentru reglarea adipozității.

Mulțumiri

Această lucrare este susținută de NIH Grant nr. RO1AG024136 de la Institutul Național pentru Îmbătrânire la LSQ, Institutul Seattle pentru Cercetări Biomedicale și Clinice și prin utilizarea resurselor și facilităților din sistemul VA Puget Sound Health Care, Seattle, WA.

Referințe