Нейромедиаторы и нейропептиды — биомаркеры метаболических нарушений при ожирении

Авторы:
  • И. В. Гмошинский
    ФГБУН «Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии», Москва, Россия
  • С. А. Апрятин
    ФГБУН «Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии», Москва, Россия
  • В. А. Шипелин
    ФГБУН «Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии», Москва, Россия
  • Д. Б. Никитюк
    ФГБУН «Федеральный исследовательский центр питания и биотехнологии», Москва, Россия
Журнал: Проблемы эндокринологии. 2018;64(4): 258-269
Просмотрено: 981 Скачано: 394

Рассмотрена роль биогенных аминов (серотонина, дофамина) и нейропептидов в регуляции энергетического гомеостаза организма и их значение в качестве маркеров метаболических нарушений при ожирении (Ож). Гомеостаз энергии в организме реализуется за счет конкуренции альтернативных регуляторных механизмов, локализованных, преимущественно, в гипоталамусе (ГТ). На уровне аминергической регуляции — это системы серотонина и дофамина, пептидергической — системы NPY/AgRP и POMC/CART. Связь «метаболического» контура регуляции, реагирующего на дефицит или избыток энергосубстратов, с «гедонистическим», обусловленным получением удовольствия от процесса потребления пищи, осуществляется при участии опиоидных и каннабиноидных рецепторов и их эндогенных лигандов, тесно связанных с указанными пептидергическими и аминергическими регуляторными подсистемами ЦНС. В основе реакций пептидергических и аминергических нейронов ГТ на пищевые и гормональные сигналы лежит взаимодействие соответствующих лигандов со специфическими для них GPCR-рецепторами. Нарушение центральных механизмов рассматривается в качестве одного из главных патогенетических факторов Ож и одновременно как причина неуспешности либо нестойкости редуцирующей диетотерапии. Частичная проницаемость гематоэнцефалического барьера для нейропептидов делает их привлекательными биомаркерами при диагностике метаболических нарушений, характерных для Ож.

Ключевые слова:
  • ожирение
  • гипоталамус
  • серотонин
  • дофамин
  • нейропептиды
  • биомаркеры

КАК ЦИТИРОВАТЬ:

Гмошинский И.В., Апрятин С.А., Шипелин В.А., Никитюк Д.Б. Нейромедиаторы и нейропептиды — биомаркеры метаболических нарушений при ожирении. Проблемы эндокринологии. 2018;64(4):258-269. https://doi.org/10.14341/probl9466

Список литературы:

  1. Лапик И.А., Гаппарова К.М., Чехонина Ю.Г., и др. Современные тенденции развития нутригеномики ожирения. // Вопросы Питания. — 2016. — Т. 85. — № 6. — С. 6—13.
  2. Bojanowska E, Ciosek J. Can we selectively reduce appetite for energy-dense foods? An overview of pharmacological strategies for modification food preference behavior. Curr Neuropharmacol. 2016;14(2):118-142. doi:10.2174/1570159x14666151109103147
  3. Hsu TM, Hahn JD, Konanur VR, et al. Hippocampus ghrelin signaling mediates appetite through lateral hypothalamic orexin pathways. Elife. 2015;4. doi:10.7554/elife.11190
  4. Messina G, Valenzano A, Moscatelli F, et al. Role of autonomic nervous system and orexinergic system on adipose tissue. Front Physiol. 2017;8:137. doi:10.3389/fphys.2017.00137
  5. Londraville RL, Prokop JW, Duff RJ, et al. On the molecular evolution of leptin, leptin receptor, and endospanin. Front Endocrinol (Lausanne). 2017;8:58. doi:10.3389/fendo.2017.00058
  6. Messina G, Dalia C, Tafuri D, et al. Orexin-a controls sympathetic activity and eating behavior. Front Psychol. 2014;5:997. doi:10.3389/fpsyg.2014.00997
  7. Suzuki K, Jayasena CN, Bloom SR. Obesity and appetite control. Exp Diabetes Res. 2012;2012:824305. doi:10.1155/2012/824305d
  8. Burke LK, Heisler LK. 5-Hydroxytryptamine medications for the treatment of obesity. J Neuroendocrinol. 2015;27(6):389-398. doi:10.1111/jne.12287
  9. Herrera CP, Smith K, Atkinson F, et al. High-glycaemic index and -glycaemic load meals increase the availability of tryptophan in healthy volunteers. Br J Nutr. 2011;105(11):1601-1606. doi:10.1017/s0007114510005192
  10. Wu CH, Chang CS, Yang YK, et al. Comparison of brain serotonin transporter using [I-123]-ADAM between obese and non-obese young adults without an eating disorder. Plos One. 2017; 12(2):E0170886. doi:10.1371/journal.pone.0170886
  11. Shabbir F, Patel A, Mattison C, et al. Effect of diet on serotonergic neurotransmission in depression. Neurochem Int. 2013;62(3):324-329. doi:10.1016/j.neuint.2012.12.014
  12. Shabbir F, Patel A, Mattison C, et al. Effect of iet on serotonergic neurotransmission in depression. Neurochem Int. 2013;62(3):324-329. doi:10.1016/j.neuint.2012.12.014
  13. Vucetic Z, Carlin JL, Totoki K, Reyes TM. Epigenetic dysregulation of the dopamine system in diet-induced obesity. J Neurochem. 2012;120(6):891-898. doi:10.1111/j.1471-4159.2012.07649.x
  14. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD. Reward, dopamine and the control of food intake: implications for obesity. Trends Cogn Sci. 2011;15(1):37-46. doi:10.1016/j.tics.2010.11.001
  15. Rada P, Bocarsly ME, Barson JR, et al. Reduced accumbens dopamine in sprague-dawley rats prone to overeating a fat-rich diet. Physiol Behav. 2010;101(3):394-400. doi:10.1016/j.physbeh.2010.07.005
  16. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. Daily bingeing on sugar repeatedly releases dopamine in the accumbens shell. Neuroscience. 2005;134(3):737-744. doi:10.1016/j.neuroscience.2005.04.043
  17. Lee AK, Mojtahed-Jaberi M, Kyriakou T, et al. Effect of high-fat feeding on expression of genes controlling availability of dopamine in mouse hypothalamus. Nutrition. 2010;26(4):411-422. doi:10.1016/j.nut.2009.05.007
  18. Johnson PM, Kenny PJ. Dopamine D2 receptors in addiction-like reward dysfunction and compulsive eating in obese rats. Nat Neurosci. 2010;13(5):635-641. doi:10.1038/nn.2519
  19. Geiger BM, Haburcak M, Avena NM, et al. Deficits of mesolimbic dopamine neurotransmission in rat dietary obesity. Neuroscience. 2009;159(4):1193-1199. doi:10.1016/j.neuroscience.2009.02.007
  20. Alsio J, Olszewski PK, Norback AH, et al. Dopamine D1 receptor gene expression decreases in the nucleus accumbens upon long-term exposure to palatable food and differs depending on diet-induced obesity phenotype in rats. Neuroscience. 2010;171(3):779-787. doii: 10.1016/j.neuroscience.2010.09.046
  21. Naef L, Pitman KA, Borgland SL. Mesolimbic dopamine and its neuromodulators in obesity and binge eating. CNS Spectr. 2015;20(6):574-583. doi:10.1017/s1092852915000693
  22. Geloneze B, De Lima-Junior JC, Velloso LA. Glucagon-like peptide-1 receptor agonists (GLP-1ras) in the brain-adipocyte axis. Drugs. 2017;77(5):493-503. doi:10.1007/s40265-017-0706-4
  23. Blasiak A, Gundlach AL, Hess G, Lewandowski MH. Interactions of circadian rhythmicity, stress and orexigenic neuropeptide systems: implications for food intake control. Front Neurosci. 2017;11:127. doi:10.3389/fnins.2017.00127
  24. Nakajima K, Cui Z, Li C, et al. Gs-Coupled GPCR signalling in AGRP neurons triggers sustained increase in food intake. Nat Commun. 2016;7:10268. doi:10.1038/ncomms10268
  25. Шевченко Ю.С., Мамонтова Т.В., Баранова А.Ф., и др. Влияние изменения образа жизни молодых людей с избыточной массой тела на уровень контролирующих пищевое поведение нейропептидов, инсулинорезистентность и уровень хронического системного воспаления. // Медицинские Новости Грузии. — 2015. — № 11. — С. 50—57.
  26. Vahatalo LH, Ruohonen ST, Makela S, et al. Neuropeptide Y in the noradrenergic neurones induces obesity and inhibits sympathetic tone in mice. Acta Physiol (Oxf). 2015;213(4):902-919. doi:10.1111/apha.12436
  27. Kim YJ, Bi S. Knockdown of neuropeptide Y in the dorsomedial hypothalamus reverses high-fat diet-induced obesity and impaired glucose tolerance in rats. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2016;310(2):R134-142. doi:10.1152/ajpregu.00174.2015
  28. Vahatalo LH, Ruohonen ST, Ailanen L, Savontaus E. Neuropeptide Y in noradrenergic neurons induces obesity in transgenic mouse models. Neuropeptides. 2016;55:31-37. doi:10.1016/j.npep.2015.11.088
  29. Wei W, Pham K, Gammons JW, et al. Diet composition, not calorie intake, rapidly alters intrinsic excitability of hypothalamic AgRP/NPY neurons in mice. Sci Rep. 2015;5:16810. doi:10.1038/srep16810
  30. Cifani C, Micioni Di Bonaventura MV, Pucci M, et al. Regulation of hypothalamic neuropeptides gene expression in diet induced obesity resistant rats: possible targets for obesity prediction? Front Neurosci. 2015;9:187. doi:10.3389/fnins.2015.00187
  31. Tang HN, Man XF, Liu YQ, et al. Dose-dependent effects of neuropeptide Y on the regulation of preadipocyte proliferation and adipocyte lipid synthesis via the PPARgamma pathways. Endocr J. 2015;62(9):835-846. doi:10.1507/endocrj.EJ15-0133
  32. Cote I, Sakarya Y, Kirichenko N, et al. Activation of the central melanocortin system chronically reduces body mass without the necessity of long-term caloric restriction. Can J Physiol Pharmacol. 2017;95(2):206-214. doi:10.1139/cjpp-2016-0290
  33. Butler AA, Girardet C, Mavrikaki M, et al. A Life without hunger: the Ups (and Downs) to modulating Melanocortin-3 receptor signaling. Front Neurosci. 2017;11:128. doi:10.3389/fnins.2017.00128
  34. Girardet C, Mavrikaki MM, Stevens JR, et al. Melanocortin-3 receptors expressed in Nkx2.1(+ve) neurons are sufficient for controlling appetitive responses to hypocaloric conditioning. Sci Rep. 2017;7:44444. doi:10.1038/srep44444
  35. Koch M, Varela L, Kim JG, et al. Hypothalamic POMC neurons promote cannabinoid-induced feeding. Nature. 2015;519(7541):45-50. doi:10.1038/nature14260
  36. Mendez IA, Ostlund SB, Maidment NT, Murphy NP. Involvement of endogenous enkephalins and beta-endorphin in feeding and diet-induced obesity. Neuropsychopharmacology. 2015;40(9):2103-2112. doi:10.1038/npp.2015.67
  37. Clemmensen C, Finan B, Fischer K, et al. Dual melanocortin-4 receptor and GLP-1 receptor agonism amplifies metabolic benefits in diet-induced obese mice. EMBO Mol Med. 2015;7(3):288-298. doi:10.15252/emmm.201404508
  38. Cui J, Ding Y, Chen S, et al. Disruption of Gpr45 causes reduced hypothalamic POMC expression and obesity. J Clin Invest. 2016;126(9):3192-3206. doi:10.1172/JCI85676
  39. Mountjoy KG. Pro-Opiomelanocortin (POMC) neurones, POMC-derived peptides, melanocortin receptors and obesity: how understanding of this system has changed over the last decade. J Neuroendocrinol. 2015;27(6):406-418. doi:10.1111/jne.12285
  40. Бакланов А.В., Бажан Н.М. Изучение относительной экспрессии генов, контролирующих обмен глюкозы в печени, у мышей при развитии меланокортинового ожирения. // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. — 2015. — Т. 101. — № 6. — С. 689—699.
  41. Cyr NE, Steger JS, Toorie AM, et al. Central Sirt1 regulates body weight and energy expenditure along with the POMC-derived peptide alpha-MSH and the processing enzyme CPE production in diet-induced obese male rats. Endocrinology. 2015;156(3):961-974. doi:10.1210/en.2014-1970
  42. Ornellas F, Souza-Mello V, Mandarim-de-Lacerda CA, Aguila MB. Combined parental obesity augments single-parent obesity effects on hypothalamus inflammation, leptin signaling (JAK/STAT), hyperphagia, and obesity in the adult mice offspring. Physiol Behav. 2016;153:47-55. doi:10.1016/j.physbeh.2015.10.019
  43. Jeong JK, Kim JG, Kim HR, et al. A role of central NELL2 in the regulation of feeding behavior in rats. Mol Cells. 2017;40(3):186-194. doi:10.14348/molcells.2017.2278
  44. Vehapoglu A, Turkmen S, Terzioglu S. Alpha-melanocyte-stimulating hormone and agouti-related protein: do they play a role in appetite regulation in childhood obesity? J Clin Res Pediatr Endocrinol. 2016;8(1):40-47. doi:10.4274/jcrpe.2136
  45. Messina G, Viggiano A, Tafuri D, et al. Role of orexin in obese patients in the intensive care unit. J Anesth Clin Res. 2014;5(3):395. doi:10.4172/2155-6148.1000395
  46. Morello G, Imperatore R, Palomba L, et al. Orexin-A represses satiety-inducing POMC neurons and contributes to obesity VIA stimulation of endocannabinoid signaling. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113(17):4759-4764. doi:10.1073/pnas.152130411
  47. Nixon JP, Mavanji V, Butterick TA, et al. Sleep disorders, obesity, and aging: the role of orexin. Ageing Res Rev. 2015;20:63-73. doi:10.1016/j.arr.2014.11.001
  48. Nebigil CG. Prokineticin is a new linker between obesity and cardiovascular diseases. Front Cardiovasc Med. 2017;4:20. doi:10.3389/fcvm.2017.00020
  49. Gardiner JV, Bataveljic A, Patel NA, et al. Prokineticin 2 is a hypothalamic neuropeptide that potently inhibits food intake. Diabetes. 2010;59(2):397-406. doi:10.2337/db09-119
  50. Sarfati J, Guiochon-Mantel A, Rondard P, et al. A comparative phenotypic study of kallmann syndrome patients carrying monoallelic and biallelic mutations in the prokineticin 2 or prokineticin receptor 2 genes. J Clin Endocrinol Metab. 2010;95(2):659-669. doi:10.1210/jc.2009-0843
  51. Beale K, Gardiner JV, Bewick GA, et al. Peripheral administration of prokineticin 2 potently reduces food intake and body weight in mice via the brainstem. Br J Pharmacol. 2013;168(2):403-410. doi:10.1111/j.1476-5381.2012.02191.x
  52. Fang P, Yu M, Gu X, et al. Circulating galanin and galanin like peptide concentrations are correlated with increased triglyceride concentration in obese patients. Clin Chim Acta. 2016;461:126-129. doi:10.1016/j.cca.2016.07.019
  53. Yang JA, Yasrebi A, Snyder M, Roepke TA. The interaction of fasting, caloric restriction, and diet-induced obesity with 17beta-estradiol on the expression of KNDy neuropeptides and their receptors in the female mouse. Mol Cell Endocrinol. 2016;437:35-50. doi:10.1016/j.mce.2016.08.008
  54. Yan Y, Tian L, Xiang X, et al. Chronic gastric electrical stimulation leads to weight loss via modulating multiple tissue neuropeptide Y, orexin, alpha-melanocyte-stimulating hormone and oxytocin in obese rats. Scand J Gastroenterol. 2016;51(2):157-167. doi:10.3109/00365521.2015.1069391
  55. Sekar R, Wang L, Chow BK. Central control of feeding behavior by the secretin, PACAP, and glucagon family of peptides. Front Endocrinol (Lausanne). 2017;8:18. doi:10.3389/fendo.2017.00018
  56. Shibue K, Yamane S, Harada N, et al. Fatty acid-binding protein 5 regulates diet-induced obesity via GIP secretion from enteroendocrine K cells in response to fat ingestion. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2015;308(7):E583-591. doi:10.1152/ajpendo.00543.2014
  57. Vu JP, Larauche M, Flores M, et al. Regulation of appetite, body composition, and metabolic hormones by vasoactive intestinal polypeptide (VIP). J Mol Neurosci. 2015;56(2):377-387. doi:10.1007/s12031-015-0556-z
  58. Martinez VG, O’Driscoll L. Neuromedin U: a multifunctional neuropeptide with pleiotropic roles. Clin Chem. 2015;61(3):471-482. doi:10.1373/clinchem.2014.231753
  59. Li J, Song J, Zaytseva YY, et al. An obligatory role for neurotensin in high-fat-diet-induced obesity. Nature. 2016;533(7603):411-415. doi:10.1038/nature17662
  60. Sam AH, Sleeth ML, Thomas EL, et al. Circulating pancreatic polypeptide concentrations predict visceral and liver fat content. J Clin Endocrinol Metab. 2015;100(3):1048-1052. doi:10.1210/jc.2014-3450
  61. Cabral A, Lopez Soto EJ, Epelbaum J, Perello M. Is ghrelin synthesized in the central nervous system? Int J Mol Sci. 2017;18(3). doi:10.3390/ijms18030638
  62. Collden G, Tschop MH, Muller TD. Therapeutic potential of targeting the ghrelin pathway. Int J Mol Sci. 2017;18(4). doi:10.3390/ijms18040798
  63. Zigman JM, Jones JE, Lee CE, et al. Expression of ghrelin receptor mRNA in the rat and the mouse brain. J Comp Neurol. 2006;494(3):528-548. doi:10.1002/cne.20823
  64. Kohno D, Sone H, Minokoshi Y, Yada T. Ghrelin raises [Ca2+]i via AMPK in hypothalamic arcuate nucleus NPY neurons. Biochem Biophys Res Commun. 2008;366(2):388-392. doi:10.1016/j.bbrc.2007.11.166
  65. Yang SY, Lin SL, Chen YM, et al. A low-salt diet increases the expression of renal sirtuin 1 through activation of the ghrelin receptor in rats. Sci Rep. 2016;6:32787. doi:10.1038/srep32787
  66. Yasrebi A, Hsieh A, Mamounis KJ, et al. Differential gene regulation of GHSR signaling pathway in the arcuate nucleus and NPY neurons by fasting, diet-induced obesity, and 17beta-estradiol. Mol Cell Endocrinol. 2016;422:42-56. doi:10.1016/j.mce.2015.11.007
  67. Deck CA, Honeycutt JL, Cheung E, et al. Assessing the functional role of leptin in energy homeostasis and the stress response in vertebrates. Front Endocrinol (Lausanne). 2017;8:63. doi:10.3389/fendo.2017.00063
  68. Schaab M, Kratzsch J. The soluble leptin receptor. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2015;29(5):661-670. doi:10.1016/j.beem.2015.08.002
  69. Pedroso JA, Silveira MA, Lima LB, et al. Changes in leptin signaling by SOCS3 modulate fasting-induced hyperphagia and weight regain in mice. Endocrinology. 2016;157(10):3901-3914. doi:10.1210/en.2016-1038
  70. Page-Wilson G, Meece K, White A, et al. Proopiomelanocortin, agouti-related protein, and leptin in human cerebrospinal fluid: correlations with body weight and adiposity. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2015;309(5):E458-E465. doi:10.1152/ajpendo.00206.2015