Как само по себе ожирение, так и связанные с ним инсулинорезистентность (ИР) и сахарный диабет 2-го типа (СД2) ассоциированы с развитием низкоактивного хронического воспаления в метаболически активных органах и тканях, включая адипоциты и макрофаги [1, 2].
В регуляции обмена веществ и работе иммунной системы одновременно участвуют гормоны, биологически активные липиды и цитокины. Эта регуляция осуществляется через единые внутриклеточные сигнальные каскады, активация которых характерна для классического воспаления [2].
Триггерами «метаболического» воспаления служат не вирусы и бактерии, а нутриенты и продукты обмена веществ, однако в дальнейшем вовлекаются все основные компоненты классического воспаления. При ожирении наблюдается выраженная инфильтрация жировой ткани макрофагами [62].
В адипоцитах и макрофагах провоспалительные механизмы могут инициироваться не только внеклеточными медиаторами (цитокины, насыщенные жирные кислоты), но и внутриклеточными событиями, такими как стресс эндоплазматического ретикулума или избыточная продукция свободных радикалов митохондриями. Они активируют систему сигнальных киназ и адаптерных молекул (JNK, IKK, PKR), важных участников провоспалительных внутриклеточных каскадов. Активация данных механизмов ухудшает внутриклеточное проведение сигналов от инсулинового рецептора, что способствует формированию ИР. Эти сигнальные пути задействованы и в прогрессировании атеросклероза [3—5].
В настоящее время известно семейство внутриклеточных белков-шаперонов, связывающих жирные кислоты.
Fatty Acid-Binding Proteins (FABPs) — белки с молекулярной массой 14—15 кДа, которые обеспечивают транспорт и метаболизм липидов в клетках [6, 8]. FABPs облегчают внутриклеточный транспорт липидов в митохондрии и пероксисомы (для дальнейшего окисления), в ядро (для опосредованной липидами регуляции транскрипции), в эндоплазматический ретикулум (для синтеза компонентов клеточной мембраны), в цитоплазму (для формирования жировых капель).
FABPs способны обратимо связываться с гидрофобными лигандами (насыщенными и ненасыщенными длинноцепочечными жирными кислотами, эйкозаноидами и другими биологически активными липидами) с высокой афинностью и селективностью, т.е. действуют как шапероны — белки, обеспечивающие транспорт различных молекул через клеточные мембраны и участвующие в формировании и поддержании третичной структуры белка.
В настоящее время выделено 9 изоформ FABPs, присутствующих в органах и тканях с высоким уровнем метаболизма липидов.
Из семейства FABPs наиболее изученным является FABP4 (адипоцитарный FABP – AFABP, или aP2) — белок, преимущественно экспрессирующийся в адипоцитах. На его долю приходится до 1% от всех растворимых белков жировой ткани [7]. Это основной цитоплазматический белок зрелых адипоцитов.
FABP5 (эпидермальный FABP — E-FABP, или mal1) экспрессируется преимущественно в клетках эпидермиса, но определяется и в адипоцитах [9]. Концентрация FABP5 в 100 раз меньше, чем FABP4. Эти белки на 52% гомологичны по аминокислотному составу и способны переносить жирные кислоты с одинаковой селективностью и аффинностью [8].
Известно также, что FABP4 и FABP5 экспрессируются макрофагами жировой ткани и дендритными клетками [10]. Уровень FABP4 в адипоцитах примерно в 10 000 раз больше, чем в макрофагах [11]. У мышей с врожденным дефицитом FABP4 компенсаторно повышается уровень FABP5 в адипоцитах, но не в макрофагах и дендритных клетках [10]. Экспрессия FABP4 зависит от степени дифференцировки адипоцита; кроме того, транскрипция его мРНК контролируется жирными кислотами, ядерными рецепторами, рецепторами PPARγ, инсулином и рецептором X печени, играющими важную роль в регуляции процессов воспаления и энергетического баланса [12—14].
В макрофагах FABP4 способствует поступлению эфиров холестерина в клетку и формированию пенистых клеток через угнетение системы PPARγ - и Х-рецептора a печени (LXRα). Посредством этого механизма избыток холестерина переносится в печень, а затем выводится из организма с желчью. FABP4 запускает воспалительный ответ через активацию IKK-NF-κB и JNK-AP-1 систем [16]. Экспрессия FABP4 в макрофагах повышается под влиянием конечных продуктов гликозилирования [16]. Аторвастатин подавляет экспрессию FABP4 в макрофагах in vitro [17]. Также показано, что метформин подавляет транскрипцию FABP4 посредством фактора FOXO1 (forkhead box protein O1), приводя к снижению накопления липидов в макрофагах [18]. FABP4 может связываться с янус-киназой 2 (JAK2) и ослаблять проведение сигнала последней, выступая в качестве молекулярного сенсора эндогенных жирных кислот [19]. Дефицит FABP4 коррелирует с уровнем липидов в сыворотке и ассоциируется с низкой частотой атеросклероза, ИБС и ИР. В частности установлено, что FABP4, связываясь с гормончувствительной липазой адипоцитов, активирует липолиз [20]. В адипоцитах FABP4-дефицитных мышей определяется низкий уровень липолиза, а при индукции липолиза у таких мышей снижается секреция инсулина [21].
У FABP4-дефицитных мышей отмечается выраженная прибавка в массе тела и снижение ИР как в условиях индуцированного диетой, так и генетически обусловленного ожирения [22, 23]. При этом увеличение массы тела и жировой ткани не сопровождалось значимыми изменениями углеводного и липидного обмена у мышей как с полным, так и с частичным дефицитом FABP4 [12].
Недостаточность FABP4 предупреждает развитие атеросклероза у аполипопротеин-E-дефицитных мышей, даже в условиях высокожировой диеты [8, 24]. Защитный эффект FABP4-дефицита по отношению к развитию атеросклероза преимущественно обусловлен его действием в макрофагах, а не в адипоцитах [10].
Мыши с повышенной адипоцитарной экспрессией FABP5 характеризуются высоким уровнем базального и гормонстимулированного липолиза и снижением чувствительности к инсулину в условиях диет-индуцированного ожирения [25, 26]. Делеция в гене FABP5 сопровождается повышением чувствительности к инсулину у мышей с ожирением [25].
Мыши с ожирением и сочетанным дефицитом FABP4 и FABP5 отличаются большей чувствительностью к инсулину и меньшим риском развития СД2 и жировой болезни печени, чем мыши с изолированным дефицитом FABP4 или FABP5 [28, 29]. Более того, мыши с сочетанным дефицитом FABP4, FABP5 и ApoE, даже в условиях гиперхолестериновой диеты, выживают лучше, чем мыши с изолированной ApoE-недостаточностью [24]. Кроме того, у мышей с сочетанным дефицитом FABP4 и FABP5 отмечается значительное повышение липогенеза de novo за счет активации синтазы жирных кислот и стеароил-KоА-десатуразы, что увеличивает уровень биологически активных липидов (липокинов) жировой ткани, в частности — пальмитиновой кислоты, которая уменьшает выраженность и прогрессирование печеночного стеатоза, улучшает транспорт глюкозы в скелетные мышцы и в целом препятствует развитию атеросклероза у мышей [30]. Интересно, что липокины, и пальмитат в частности, подавляют экспрессию FABP4 в макрофагах [31]. У людей также выявлена положительная взаимосвязь между уровнем пальмитиновой кислоты в сыворотке и чувствительностью к инсулину, определяемой с помощью эугликемического гиперинсулинемического клэмпа [32].
Экспрессия FABP4 определяется не только в адипоцитах и макрофагах, но и в эндотелиальных клетках артериол и венул в тканях почек, легких и сердца человека [33], в атрезированных фолликулах поликистозно измененных яичников [34]. В ответ на гипоксию клетки, выстилающие сосудистую стенку аорты, значительно повышают экспрессию FABP4, что способствует развитию эндотелиальной дисфункции [35].
Так как FABPs — это внутриклеточные белки, появление их в сыворотке является биохимическим маркером повреждения тканей, клетками которых они вырабатываются. Так, появление в сыворотке FABP3 связано с развитием острого инфаркта миокарда и повреждением миокарда при прогрессирующей сердечной недостаточности, FABP7 появляется в сыворотке при травмах мозга, FABP2 — маркер поражения кишечника [8]. Повышение уровня FABP4 и FABP5 в сыворотке выявлено у лиц с метаболическим синдромом (МС) [36].
Участие FABP4 в развитии атеросклероза у человека подтверждается клиническими исследованиями. Так, экспрессия FABP4 в макрофагах была значимо выше в нестабильных бляшках стенозированных сонных артерий [27, 39].
Известно, что именно активность «метаболического» воспалительного процесса в стенке сосуда и в атеросклеротической бляшке, а не только и не столько диаметр стенозированного сосуда играет определяющую роль в развитии острых сердечно-сосудистых осложнений — инфарктов миокарда и инсультов. Установлена статистически значимая связь между повышением уровня FABP4 в сыворотке при развитии ишемического инсульта и показателями общей и сердечно-сосудистой смертности в отдаленном периоде [37, 38]. Кроме этого, S. Holm и соавт. [37] выявили повышение FABP4 в сыворотке при атеросклерозе сонных артерий и повышенную экспрессию FABP4 в макрофагах нестабильных атеросклеротических бляшек сонных артерий. При эндартерэктомии сонных артерий у 561 пациента установлена высокая экспрессия FABP4 макрофагами нестабильных атеросклеротических бляшек [39].
В исследовании H. Yoo и соавт. [40] показана связь повышения уровня в сыворотке FABP4 со степенью воспалительного повреждения сонных артерий (визуализированного позитронно-эмиссионной томографией) у пациентов, на момент обследования не предъявлявших жалоб и не имевших сердечно-сосудистых заболеваний и СД2 в анамнезе.
Уровень FABP4 в сыворотке положительно коррелирует с толщиной интима-медиа сонных артерий, особенно у женщин [49]. Проспективное 7-летнее исследование больных с терминальной стадией ХПН, находящихся на диализе, обнаружило высокий уровень FABP4 в сыворотке в качестве независимого предиктора сердечно-сосудистой смертности [41]. В работе M. Doi и соавт. [42] выявлена связь между повышением уровня сывороточного FABP4 у лиц моложе 65 лет и ИБС, доказанной при проведении коронароангиографии у 211 мужчин.
Имеются исследования, демонстрирующие раннее повышение уровня FABP4 в сыворотке у взрослых пациентов с СД2 и МС [43, 44]. В китайском проспективном когортном 10-летнем исследовании, включившем 544 пациента, установлена прямая связь между развитием нарушений углеводного обмена и повышением уровня FABP4 в сыворотке; высокий уровень FABP4 оказался предиктором развития СД2, независимым от ожирения, ИР, гликемического индекса [45]. Эти же авторы в другом исследовании, включившем анализ 495 взрослых лиц, показали, что повышенный уровень FABP4 отмечается у пациентов, имевших МС на момент первичного обследования, и у лиц, у которых МС развился через 5 лет; повышение FABP4 являлось предиктором развития МС, независимым от ИМТ [46].
Уровень FABP4 в сыворотке статистически значимо повышается у лиц с избыточной массой тела и ожирением и положительно коррелирует с окружностью талии, артериальным давлением и ИР [48].
X. Terra и соавт. [47] показали, что уровень FABP4 в сыворотке повышен у пациентов с морбидным ожирением и МС, снижается после снижения массы тела (после бариатрического вмешательства), положительно коррелирует с уровнем лептина, инсулина, ФНО-a, С-реактивного белка (СРБ) и интерлейкина-6 и отрицательно — с адипонектином и ассоциирован с повышенной экспрессией мРНК FABP4 в адипоцитах висцеральной, но не подкожной жировой клетчатки.
Установлено раннее повышение уровня FABP4 в сыворотке у беременных женщин, у которых в дальнейшем развилась преэклампсия [50]. В данном исследовании, включавшем 765 пациенток, преэклампсия и наиболее высокий уровень FABP4 чаще отмечались у женщин с избыточной массой тела и ожирением. Однако при внутригрупповом анализе было показано, что повышение уровня FABP4 не зависело от ИМТ беременной женщины. Повышение уровня FABP4 на каждый 1 нг/мл увеличивало риск преэклампсии на 20%. Авторы отмечают, что в отличие от лептина, уровень которого постепенно повышается по мере прогрессирования беременности, и адипонектина, прогрессивно снижающегося при развитии метаболических осложнений беременности, повышение уровня FABP4 уникально и позволяет рано (уже в I триместре беременности) выявить группу риска по преэклампсии.
Эти же авторы, изучая механизмы развития липидных нарушений и макросомии плода у беременных женщин с ожирением и СД (как 2-го типа, так и гестационным) показали, что такие пациентки, как и их новорожденные дети, характеризуются высоким уровнем триглицеридов сыворотки крови. Кроме этого, у рожениц с ожирением и СД отмечается высокий уровень неэтерифицированных жирных кислот в сочетании с низким уровнем триглицеридов и повышенной (более чем в 2,6 раза по сравнению с женщинами с нормальной массой тела) экспрессией FABP4 в плацентарных ворсинах. В культуре первичных трофобластов человека жирные кислоты значительно (в 20—40 раз) повышают экспрессию FABP4 и накопление триглицеридов, а применение синтетического селективного ингибитора FABP4 (BMS309403) значительно ослабляет их эффекты, что предполагает важную роль FABP4 в процессах накопления липидов трофобластами [51].
В литературе описаны полиморфизмы гена FABP4, ассоциированные с метаболическими нарушениями у пациентов с ожирением. В исследовании G. Tuncman и соавт. [52], включавшем 7899 человек, установлено, что полиморфизм T87C в промотерной области гена FABP4 сопровождается низкой экспрессией его мРНК в адипоцитах, низким уровнем триглицеридов в сыворотке и ассоциировано с низким риском развития СД2 и атеросклероза. Однако в многонациональном популяционном исследовании [53], включившем более 3500 пациентов (1529 человек с СД2 и 2147 — контроль), не выявлено взаимосвязи вариантов этого гена (11 однонуклеотидных полиморфизмов, в том числе T87C) с риском СД2. Испанское популяционное исследование [54] также не выявило связи между риском развития СД2 и полиморфизмами этого гена.
Исследования проблемы у детей малочисленны. Т. Reinehr и соавт. [55] показали, что у детей с ожирением уровень FABP4 выше, чем у худых сверстников, положительно коррелирует с процентом жировой массы и уровнем лептина и уменьшается при снижении массы тела. В 2009 г. К. Yun и соавт. [56], обследуя 116 детей в возрасте 9 лет, обнаружили положительную коррелляцию уровня FABP4 с ИМТ и окружностью талии; уровень этого белка не зависел от пола ребенка и не был связан с ИР (базальный индекс HOMA-IR). А. Khalyfa и соавт.[57], обследуя 309 детей в возрасте от 5 до 7 лет, продемонстрировали значимое повышение уровня FABP4 у пациентов с ожирением и его положительную корреляцию с ИМТ, уровнем СРБ и индексом HOMA-IR. Частота выявления полиморфизма rs1054135 гена FABP4 у детей с ожирением была значимо выше, чем у худых сверстников, и ассоциировалась с повышением уровня FABP4 и риском ночного апноэ. Частота другого полиморфизма — rs16909233 была сопоставима у детей с ожирением и нормальной массой тела, но этот полиморфизм ассоциировался с увеличением индекса НОМА-IR [57, 58].
Трехлетнее проспективное когортное исследование [59], проведенное в Корее и включавшее 159 мальчиков допубертатного возраста, продемонстрировало статистически значимую негативную корелляцию между уровнями FABP4 и адипонектина, не зависимую от ИМТ. Пациенты, у которых в течение 3 лет развился МС, исходно имели более высокий уровень FABP4 в сыворотке. Таким образом, высокий уровень FABP4 является предиктором развития МС у детей независимо от стадии полового развития по Таннеру, ИМТ, наличия ночного апноэ и уровня физической активности.
Изучение функций белков-шаперонов FABPs не только способствует пониманию патогенетических механизмов формирования тех или иных нарушений, ассоциированных с ожирением и атеросклерозом, но имеет и прямое практическое значение. Так, FABP3 используется в качестве раннего маркера повреждения миокарда при развитии острого инфаркта наряду с определением тропонина I. FABP3-иммунотест обладает высокой чувствительностью и специфичностью [60]. Применение синтетического ингибитора FABP4 (BMS309403), как показано в опытах на мышах, способствует улучшению метаболизма глюкозы, повышает чувствительность к инсулину, уменьшает жировую инфильтрацию печени, выраженность атеросклеротических повреждений, а в клеточной культуре макрофагов блокирует образование пенистых клеток [61].
Развитие «метаболического» воспаления в жировой ткани способствует «хронизации» ожирения и атеросклероза. FABP4 и FABP5 играют ключевую роль в развитии ассоциированных с ожирением заболеваний. Влияние FABP4 и FABP5 на развитие атеросклероза обусловлено преимущественно их эффектом в макрофагах, а модулирующее действие на чувствительность к инсулину - их эффектами в адипоцитах. FABP4 и FABP5, воздействуя на метаболические и воспалительные процессы, играют важную роль в развитии инсулинорезистентности, СД2 и атеросклероза. Модификация их функций путем создания новых препаратов создает предпосылки для разработки новой стратегии лечения этих заболеваний.