Ipoteza eficienței tamponării

  1. José María Moreno-Navarrete, doctor și
  2. José Manuel Fernández-Real, MD, doctorat ⇓

  1. Departamentul de Diabet, Endocrinologie și Nutriție, Institut d’Investigació Biomèdica de Girona (IdIBGi), CIBEROBN (CB06/03/010) și Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), Girona, Spania
  1. ↵Autor corespondent: José M. Fernández-Real, jmfernandezreal.girona.icsgencat.cat .

Este cunoscut faptul că obezitatea este asociată cu un grup de boli metabolice, cum ar fi dislipidemia, hipertensiunea, rezistența la insulină, diabetul de tip 2 și ateroscleroza (1). Modificările sistemului imunitar înnăscut sunt din ce în ce mai recunoscute ca fiind legate intrinsec de căile metabolice la om (2). Elementul central al bolilor metabolice este rezistența la insulină asociată cu un status inflamator de grad scăzut (3). Mecanismele prin care citokinele proinflamatorii, cum ar fi factorul de necroză tumorală (TNF) -α, interleukina (IL) -6 și IL-1α, interacționează cu cascadele de transducție a semnalului insulinei celulare au fost mai bine înțelese în ultimii ani (4-6 ).). In vivo, a fost bine demonstrată o corelație directă între citokinele circulante proinflamatorii circulante și rezistența la insulină (3,7). Originea acestei activități inflamatorii crescute în obezitate și diabetul de tip 2 este practic necunoscută. Homeostazia sistemului imunitar este provocată de insulte externe continue, cum ar fi dietele bogate în acizi grași saturați (8), modele moleculare asociate cu agenții patogeni precum lipopolizaharida (LPS) (9), produse finale avansate de glicație (AGE) (10), sarcina infecției (11) și stresul oxidativ (12). Aceste insulte continue ar putea duce la un nivel cronic scăzut de inflamație asociat cu rezistența la insulină.

proteine

Aici, analizăm semnificația potențială a disfuncției neutrofilelor la subiecții cu diabet zaharat de tip 2 și consecința profilului modificat al proteinelor antimicrobiene care detectează tulburările metabolice legate de obezitate.

DISFUNCȚIA NEUTROFILĂ ÎN BOLI METABOLICE

Având în vedere că 60-70% din leucocitele din sânge sunt granulocite și peste 90% din granulocite sunt neutrofile, celulele polimorfonucleare (PMN) sunt cea mai mare fracțiune de celule albe din sânge. PMN posedă o varietate de funcții, inclusiv chemotaxie, aderență la endoteliu și agenți străini, fagocitoză și activitate microbicidă. PMN sunt capabili să pătrundă și să migreze în țesuturile infectate și să distrugă microorganismele invadatoare după internalizare, producând mai mulți agenți toxici, cum ar fi speciile reactive de oxigen (ROS), proteazele (elastaza) și proteinele care interferează cu dezvoltarea bacteriană.

Elgazar-Carmon și colab. (23) au raportat că hrănirea cu conținut ridicat de grăsimi determină o recrutare semnificativă a neutrofilelor în țesutul adipocitar intra-abdominal, atingând un vârf de 3-7 zile și cedând după aceea. Din acest motiv, autorii au speculat că această recrutare a neutrofilelor ar putea constitui un eveniment cheie în inițierea cascadei inflamatorii ca răspuns la hrănirea cu conținut ridicat de grăsimi. Aceste neutrofile pot produce factori chimiotactici, permițând infiltrarea macrofagelor și o stare inflamatorie cronică în țesutul adipos. Noțiunea că „infiltratul inflamator cronic” este precedat de un „infiltrat inflamator acut” tranzitoriu dominat de neutrofile este o paradigmă bine stabilită în procesele inflamatorii sistemice.

MARCATORI SPECIFICI DE DIABET DE TIP 2 - DISFUNCȚIE NEUTROFILĂ ASOCIATĂ

Mai multe proteine ​​antimicrobiene produse de neutrofile, cum ar fi lactoferina, proteina bactericidă/cu permeabilitate crescătoare și α-defensinele, au scăzut în asociere cu rezistența la insulină și diabetul de tip 2. Concentrația circulantă a acestor proteine ​​este în paralel cu capacitatea antimicrobiană scăzută a neutrofilelor de la subiecții diabetici de tip 2. Mai mult, una dintre aceste proteine ​​(lactoferina) a prezentat un efect direct asupra metabolismului, îmbunătățind acțiunea insulinei, creșterea activității proteinei AMP kinazei care detectează combustibilul și îmbunătățirea pierderii în greutate (24,25). Aici, rezumăm relația dintre markerii specifici ai disfuncției neutrofilelor și bolile metabolice.

Lactoferina

Lactoferina este o glicoproteină pleiotropă a sistemului imunitar înnăscut care este implicată în tamponarea LPS. Lactoferina este o glicoproteină monomerică de 80 kDa, cu un singur lanț polipeptidic de reziduuri de aminoacizi ~ 690 și două molecule de acid sialic, care este produsă de neutrofile și de mai multe tipuri de celule epiteliale. Neutrofilele sunt singura sursă care contribuie la cantități semnificative de lactoferină care circulă în sânge (26). Lactoferina este pliată în lobi terminali N- și COOH omologi, fiecare cuprinzând două domenii care înglobează un situs de legare a fierului conservat. Această proteină este încărcată pozitiv în regiunea NH2-terminală (primii 60 de aminoacizi) din lobul N la un pH fiziologic, deoarece este bogată în arginină (26). Lactoferina este capabilă să lege și să tamponeze alte modele moleculare asociate cu agenții patogeni, în plus față de LPS, ADN viral și ARN, secvențe CpG și componente solubile ale matricei extracelulare. Această abilitate este asociată cu activitatea antiinflamatorie a lactoferinei, după cum s-a demonstrat în mai multe studii (26), în care lactoferina a reglementat în jos producția de citokine proinflamatorii în linii celulare care acționează prin factor nuclear (NF) -κB (27) și la scăderea secreției de TNF-α și IL-6 la șoareci.

La om, concentrația de lactoferină în circulație în post a fost asociată invers cu IMC, raportul talie-șold, trigliceride în post și glucoză în post și asociată direct cu colesterolul HDL și sensibilitatea la insulină (17,28). Secreția de lactoferină a scăzut semnificativ în sângele integral sub stimul proinflamator (coincubare IL-6) și a crescut semnificativ după sensibilizarea la insulină (rosiglitazonă) (17). Mai mult, concentrația circulantă a lactoferinei a fost asociată cu funcția vasculară la subiecții obezi cu toleranță modificată la glucoză.

Pe de altă parte, două polimorfisme ale genei LTF nesinonime, care produc două modificări ale aminoacizilor în regiunea NH2-terminală, au fost asociate cu dislipidemie în funcție de starea de toleranță la glucoză (28). Concentrațiile de lactoferină circulante, atât la nivelul inițial, cât și la cele stimulate de grăsime, au fost, de asemenea, invers asociate cu lipemia postprandială, parametrii stresului oxidativ și inflamația indusă de grăsime la subiecții cu obezitate severă după aportul acut de grăsime (24). În obezitatea indusă de dietă bogată în grăsimi la șoarecii C57BL/6 J, tratamentul cu lactoferină a dus la scăderea în greutate, scăderea conținutului de grăsime corporală și dimensiunea adipocitelor (25).

In vitro, administrarea lactoferinei a îmbunătățit acțiunea insulinei (creșterea fosforilării 473Ser AKT indusă de insulină) în linia celulară 3T3-L1 de la șoarece și în liniile celulare HepG2 umane, chiar și în acele condiții în care răspunsul la insulină a fost reglat în jos (în condiții proinflamatorii și administrare de dexametazonă ). Mai mult, lactoferina a condus la adipogeneza tocită în contextul fosforilării crescute a 172ThrAMPK și a activității retinoblastomului în celulele 3T3-L1 (29).

Proteină bactericidă/cu permeabilitate crescătoare

Proteina bactericidă/cu permeabilitate crescătoare (BPI) este localizată în granulele azrofile ale neutrofilelor și este o proteină cationică ∼55-kDa cu selectivitate față de bacteriile gram-negative, cel mai probabil datorită afinității sale puternice pentru LPS (30). Pe lângă faptul că este bactericidă, BPI neutralizează și efectele citotoxice ale LPS. Cea mai mare parte a activității de legare antibacteriană și LPS a holo-BPI a fost găsită în fragmentele NH2-terminale de 20 până la 25-kDa ale proteinei (30). rBPI21, reprezentând o proteină recombinantă de 21 kDa și corespunzătoare aminoacizilor 1–193 din BPI uman NH2-terminal (cu excepția faptului că o cisteină este înlocuită cu o alanină în poziția 132), este bactericidă și se leagă și neutralizează endotoxină 31).

Concentrația plasmatică a BPI a fost direct corelată cu sensibilitatea la insulină și concentrațiile de colesterol HDL și a fost asociată invers cu parametrii metabolici (raportul talie-șold, trigliceride în repaus alimentar) și proteina serică de legare a lipopolizaharidelor (LBP) și concentrația LPS (32). Variațiile genetice ale BPI care conduc la concentrații serice mai mici de BPI au fost asociate cu rezistența la insulină și cu markeri inflamatori circulanți crescuți (32). În plus, nivelul BPI circulant a fost raportat recent ca un factor util pentru disfuncția endotelială (33).

Α-defensine umane

A-defensinele umane sunt peptide bogate în arginină, conținând 29-35 aminoacizi. Cele trei punți disulfidice ale acestora leagă cisteinele 1-6, 2-4 și 3-5. A-defensinele umane sunt sintetizate ca 93-100 de aminoacizi prepropeptide cu o peptidă semnal de 19 aminoacizi și un 41-51 aminoacid anionic pro-segment. α-Defensinele se găsesc predominant în neutrofile (în principal DEFA1-3) și în celulele Paneth ale intestinului subțire. Eliberările dependente de stimul de granule citoplasmatice care conțin defensină presintetizată contribuie la răspunsul antimicrobian local (34). Au fost raportate asociații pozitive semnificative între concentrațiile plasmatice de α-defensină (DEFA1-3), sensibilitatea la insulină și profilul lipidic nonaterogen și funcția vasculară la bărbații caucazieni aparent sănătoși (35).

Din aceste constatări, este evident că disfuncția metabolică este asociată cu scăderea producției și/sau secreției de lactoferină, BPI și α-defensine din neutrofile. Pentru a contracara producția scăzută a acestor proteine ​​din prima linie de apărare, se pare că organismul crește producția altor proteine ​​antimicrobiene din ficat, grăsime și plămâni, așa cum este descris mai jos.

PROFILUL PROTEINELOR DE SENSIBILARE ANTIMICROBIANĂ ÎN BOLI METABOLICE

CD14 solubil

sCD14 a fost asociată în mod semnificativ și invers cu rezistența la insulină, raportul talie-șold, tensiunea arterială sistolică și diastolică și markerii inflamatori (receptori solubili ai TNF-α, sTNFR1 și sTNFR2), după controlul trigliceridelor în repaus și a stării de fumat (45) . Interesant, variațiile genetice care conduc la concentrații serice mai scăzute de sCD14 au fost asociate cu rezistența la insulină și markeri inflamatori crescuți (45). sCD14 ar putea fi, de asemenea, un marker al rezistenței și disfuncției hepatice la insulină. De fapt, scăderea concentrației serice de sCD14 a fost asociată cu cele mai ridicate activități de alanină aminotransferază din ser (46). Aceste asociații aparent protectoare ale sCD14 cu parametrii metabolici (sensibilitate la insulină, tensiune arterială, leziuni hepatice) sunt susținute de activitățile antiinflamatorii ale sCD14, neutralizând efectele LPS în modelele in vitro. În plus, o relație directă între sCD14 și funcția endotelială la subiecții diabetici de tip 2 sa dovedit a fi opusă asocierii inverse a acestor parametri la subiecții nediabetici (47).

LBP este un marker LPS important. LBP este o proteină de 65 kDa prezentă în sânge la concentrații mari (∼2-20 μg/mL) (48). LBP este un reactant în fază acută, derivat predominant din ficat, iar nivelurile plasmatice cresc dramatic după provocarea inflamatorie, inclusiv sepsisul bacterian (48). Deși structura moleculară a LBP nu este pe deplin cunoscută, LBP leagă în mod clar LPS (și substructurile LPS, cum ar fi lipida IVa) prin recunoașterea lipidei A (48). Proteina plasmatică LBP accelerează dramatic legarea monomerilor LPS de la agregate la CD14 (49), sporind astfel sensibilitatea celulelor la LPS. Mai mult, LBP acționează ca o proteină de transfer lipidic, o funcție în conformitate cu secvența omologiei sale cu lipidele transferazice (proteina de transfer fosfolipidic și proteina de transfer ester de colesterol). LBP se copurifică cu particule HDL și studii suplimentare au arătat că LBP poate transfera LPS la lipoproteine, neutralizând efectele LPS (50).

LBP seric a reflectat concentrația serică de endotoxină (LPS) și a fost asociat negativ cu sensibilitatea la insulină, obezitate și boli cardiovasculare (32,51). Interesant, concentrațiile serice de LBP au fost crescute la pacienții cu diabet zaharat de tip 2 într-un studiu recent (52).

Lipocalina asociată cu gelatinaza neutrofilă

Proteina surfactant A și proteina surfactant D

HIPOTEZA EFICIENȚEI DE BUFERARE

Inflamația cronică de nivel scăzut și rezistența la insulină asociată ar putea fi privite în contextul unui sistem imunitar înnăscut dezechilibrat. Dovezile analizate aici ne-au determinat să propunem ipoteza eficienței tamponării (Fig. 1). O producție modificată de proteine ​​sensibile la antimicrobiene (sCD14 scăzut, BPI, lactoferină, DEFA1-3 și SP-D și LBP ridicat, NGAL și SP-A) au fost asociate cu rezistența la insulină, obezitate, disfuncție vasculară, disfuncție hepatică, și dislipidemie. O pierdere parțială a eficienței tamponării insultelor externe (acizi grași saturați, LPS, AGE și ROS) ar putea crește efectele lor negative asupra metabolismului. Mai mult, rezistența la insulină ar putea duce la un ciclu vicios, scăzând concentrația proteinelor tampon (Tabelul 1).

Efectele profilului proteic modificat de detectare antimicrobiană și al disfuncției neutrofilelor în relația dintre inflamația cronică scăzută și tulburările metabolice legate de obezitate. Insultele externe sunt după cum urmează: diete bogate în acizi grași, modele moleculare asociate cu agenți patogeni (endotoxină, LPS), AGE, sarcina infecției și ROS. Lf, Lactoferrin.

Profil proteic modificat de detectare a antimicrobianelor a sistemului imunitar înnăscut asociat cu rezistența la insulină și tulburări metabolice cronice legate de inflamația scăzută

Eficiența antimicrobiană a neutrofilelor este scăzută în condiții rezistente la insulină, dovadă fiind scăderea nivelurilor circulante de lactoferină, BPI și alte proteine ​​antimicrobiene (α-defensine, SP-D). Activitatea neutrofilă poate fi restabilită prin controlul hiperglicemiei folosind insulină (20,23). Stegenga și colab. (22) au raportat că hiperglicemia a condus la deteriorarea degradării neutrofilelor după administrarea endotoxină intravenoasă la om. Această afectare a funcției neutrofilelor a fost asociată cu un profil metabolic slab la subiecții cu diabet zaharat de tip 2, incluzând o deformare scăzută a neutrofilelor și o producție crescută de ROS și citokine proinflamatorii.

Rezistența la insulină și inflamația cronică de grad scăzut par a fi potențate reciproc, ducând la un ciclu vicios, întărit de un sistem imunitar înnăscut dezechilibrat. Pentru a face față provocărilor continue din mediu, corpul construiește diferite bariere de apărare (Fig. 1). Celulele epiteliale ale pielii constituie prima barieră de apărare. Unele dintre proteinele descrise aici în asociere cu acțiunea insulinei sunt sintetizate și în celulele epiteliale (lactoferină, SP-D, α-defensine). Sub piele, corpul a construit o a doua linie importantă de apărare. Aproape 50% din țesutul adipos este distribuit în depozitul de grăsime subcutanat, sub piele, pe tot corpul. Interesant este că o cantitate crescută de țesut adipos subcutanat este asociată cu un risc redus de a dezvolta diabet de tip 2 (61).

Celulele epiteliale ale mucoasei acoperă, de asemenea, fiecare centimetru al tractului digestiv, cealaltă suprafață de interacțiune cu mediul. Dacă agenții patogeni sunt capabili să perturbe mucoasa, corpul a construit din nou o a doua linie puternică de apărare - țesutul adipos visceral. Cu toate acestea, acest depozit este foarte activ din punct de vedere metabolic, instabil și este în contact strâns cu ± 1 kg de bacterii în intestin. Dacă această barieră este copleșită, bacteriile și produsele bacteriene din intestin ajung în ficat, un tampon structurat important.

De asemenea, corpul nostru interacționează cu mediul prin spațiul alveolar și celulele epiteliale ale căilor respiratorii. SP-urile sunt, de asemenea, membri importanți ai apărării armamentarium.

Boala metabolică poate fi concepută ca un eșec relativ al tuturor acestor apărări ale corpului (proteine ​​imune înnăscute ale pielii, țesutului adipos subcutanat și intestinului și căilor respiratorii). Acest eșec duce la boli inflamatorii cronice, la rezistența la insulină pe termen lung și, în cele din urmă, la diabetul de tip 2 (Fig. 1).

Mulțumiri

Această lucrare a fost parțial susținută de granturi de cercetare de la Ministerul Educației și Științei (SAF2008-02073). CIBEROBN Fiziopatologia obezității și nutriției este o inițiativă a Institutului Salud Carlos III din Spania.

Nu au fost raportate potențiale conflicte de interese relevante pentru acest articol.

Note de subsol

Această publicație se bazează pe prezentările la cel de-al treilea Congres Mondial privind controversele privind consensul în diabet, obezitate și hipertensiune (CODHy). Congresul și publicarea acestui supliment au fost posibile parțial prin granturi educaționale nerestricționate de la AstraZeneca, Boehringer Ingelheim, Bristol-Myers Squibb, Daiichi Sankyo, Eli Lilly, Ethicon Endo-Surgery, Generex Biotechnology, F. Hoffmann-La Roche, Janssen -Cilag, Johnson & Johnson, Novo Nordisk, Medtronic și Pfizer.