Role natriuretických peptidů v regulaci metabolismu tukové tkáně u pacientů s chronickým srdečním selháním

Cílem sdělení je shrnout nedávné poznatky o mechanismech a důsledcích zvýšené lipolýzy v tukové tkáni pacientů s chronickým srdečním selháním. S použitím mikrodialýzy podkožního tuku in vivo jsme ukázali, že spontánní lipolytická aktivita u pacientů s chronickým srdečním selháním je zvýšená oproti zdravým kontrolám a že bioaktivní forma natriuretického peptidu B-typu (BNP1-32) přispívá lipolýze.

Souhrn

Přestože pacienti s chronickým srdečním selháním měli významně zvýšenou hladinu plazmatického imunoreaktivního natriuretického peptidu B-typu, senzitivita tukové tkáně na exogenní bioaktivní formu natriuretického peptidu B-typu byla u chronického srdečního selhání zvýšena, pravděpodobně v důsledku deficitu endogenních bioaktivních forem natriuretického peptidu B-typu. Lipolytický efekt natriuretického peptidu B-typu může přispívat ke zvýšené mobilizaci neesterifikovaných mastných kyselin a vést k rozvoji inzulinorezistence a kachexie doprovázející srdeční selhání.

Summary

Melenovsky, V., Polak, J. The role of natriuretic peptides in regulating the metabolism of fat tissues in patients with chronic heart failure

This paper presents a review of recent advances in understanding of mechanisms and functional consequences of increased lipolysis in patients with chronic heart failure. Using micro-dialysis of subcutaneous fat, we have demonstrated, for the first time, that spontaneous lipolysis is increased in CHF patients, as compared to the “healthy” control group, and that bioactive form of B-type of natriuretic peptide (BNP 1-32) contributes to lipolysis in humans. Despite markedly elevated levels of immunoreactive BNP in the blood plasma, the responsiveness of adipose tissue to BNP1–32 was not attenuated in chronic heart failure patients, possibly reflecting a deficiency of endogenous bioactive BNP. Lipolytic effects of BNP can contribute to excessive fatty acid mobilization in advanced CHF, insulin resistance and cardiac cachexia.

Chronické srdeční selhání (ChSS) je provázeno řadou endokrinněmetabolických změn, které zasahují do regulace energetického metabolismu periferních tkání a které se mohou uplatňovat v progresi onemocnění. Jednou z takto ovlivněných tkání je tuková tkáň zajišťující ukládání a mobilizaci lipidů v závislosti na daném fyziologickém stavu a metabolické potřebě zejména kosterního či srdečního svalu.(1) Neesterifikované mastné kyseliny (NEMK) uvolněné z tukové tkáně v procesu lipolýzy (hydrolýzy uložených triglyceridů) představují za fyziologických podmínek majoritní energetický substrát pro srdeční sval. Abnormálně zvýšené hladiny NEMK však mohou mít negativní dopad na srdeční funkci a mohou představovat jeden z faktorů progrese srdečního selhání díky rozvoji myokardiální lipotoxicity a inzulínové rezistence (Obr. 1).(2–8) Zvýšená lipolýza může také vést k depleci tukové tkáně a přispívat k rozvoji kardiální kachexie. Přestože je obezita významný rizikový faktor pro rozvoj srdečního selhání, několik prospektivních studií prokázalo, že úbytek tukové tkáně a pokles tělesné váhy u pacientů s již přítomným srdečním selháním jsou paradoxně spojeny s významně zhoršenou prognózou. Například ve studii V-HeFT II byl váhový úbytek > 6 % během 9 měsíců sledování spojen s téměř dvojnásobným rizikem úmrtí (Obr. 2). Patofyziologická podstata paradoxního vztahu mezi obezitou a prognózou ChSS není dosud objasněna.

Obr. 1 Schéma efektů natriuretického peptidu B typu (BNP) na orgánový metabolismus u srdečního selhání. Zatímco efekt BNP na renální funkce a cévy má adaptační efekt, dlouhodobé BNP-mediované zvýšení lipolýzy v tukové tkáni může vést k nepříznivým efektům na myokard a celkový stav pacienta.

Obr. 2 Prognostický význam váhového úbytku > 6 % vstupní váhy, posouzený za 9 měsíců od zařazení do studie V-HeFT II. Kumulativní přežívání pa-
cientů s chronickým srdečním selháním zařazených do studie (podle Anker et al.,
Lancet, 2003, 361, p. 1077–1083).

Regulace uvolnění NEMK z tukové tkáně je tedy jeden z potenciálních terapeutických cílů k příznivému ovlivnění energetiky myokardu a k zabránění metabolickým komplikacím selhání.(9–12) Jak bylo uvedeno, mnohé endokrinní změny (aktivace RAS, elevace plazmatických katecholaminů a natriuretických peptidů) provázející ChSS přímo zasahují také do regulace lipolýzy. Vyšší hladiny NEMK při ChSS bývají tradičně dávány do souvislosti se zvýšením lipolýzy skrze adrenergní aktivaci(13) a zvýšené hladiny TNF-?.(14) V nedávné době však byla identifikována schopnost natriuretických peptidů regulovat lipolytické procesy v adipocytech.(15, 16) Laboratoř vedená doc. Vladimírem Štichem (3. LF UK, Praha) přispěla v minulosti k popsání vlivu atriálního natriuretického peptidu (ANP) na regulaci lipolýzy během fyzické aktivity,(11, 17–19) lipolytický účinek BNP (natriuretický peptid typu B, také brain-derived natriuretic peptide) byl však zatím demonstrován pouze v in-vitro experimentech.(20, 21) U pacientů s ChSS nebyl vliv natriuretických peptidů na regulaci lipolýzy v podkožní tukové tkáni pacientů dosud studován. Proto jsme na základě dostupných poznatků připravili projekt, jehož cílem bylo zkoumat mechanismy, funkční význam a důsledky abnormalit lipolýzy u ChSS za pomoci mikrodialyzačních technik (grant IGA MZ CR NS/10497–3). Jedním z výsledků projektu byl článek publikovaný v roce 2011 v Journal of the American College of Cardiology, “Lipolytic effects of B-type natriuretic peptide 1-32 in adipose tissue of heart failure patients compared with healthy controls”, který se zaměřil na roli BNP.(22) O aktuálnosti toho tématu a zájmu redakce JACC hovoří i doprovodný komentář k článku.(23) Studium regulace lipolýzy in-vivo: metoda tkáňové mikrodialýzy

Mikrodialýza podkožní tukové tkáně je metoda umožňující studium regulace lipolýzy in-vivo přímo v podkožní tukové tkáni. Při mikrodialýze je do podkožní tukové tkáně zavedena mikrodialyzační sonda (makroskopicky podobná běžně užívané intravenózní kanyle), jejíž stěna je tvořena membránou se submikroskopickými otvory umožňujícími přestup a výměnu látek mezi tkáňovým mezibuněčným prostředím a dialyzačním roztokem, kterým je mikrodialyzační kanyla konstantně promývána.(17, 24) Tato metoda umožňuje opakovaný sběr vzorků intersticiální tkáňové tekutiny v reálném čase a následnou kvantitativní analýzu molekul v ní obsažených. V případě studia lipolýzy je jako marker lipolytické aktivity užívána koncentrace glycerolu, který je konečným produktem hydrolýzy triglycerisrdečního dů, avšak s úspěchem jsme tuto metodu aplikovali i při studiu vysokomolekulárních látek.(25) Tento přístup také umožňuje studium účinku bioaktivních substancí přímo v tukové tkáni, bez vyvolání systémových efektů. V případě naší studie byly použity noradrenalin a rekombinantní humánní BNP s cílem popsat lipolytickou odpověď na tyto substance v podkožní tukové tkáni pacientů s ChSS a zdravých kontrol.

Regulace lipolýzy v tukové tkáni za fyziologických podmínek

Humorální regulace lipolýzy v tukové tkáni je zprostředkována interakcí lipolytických hormonů, mezi nimiž jsou nejvýznamnější katecholaminy, ANP (atriální natriuretický peptid), růstový hormon či glukagon, a anti-lipolytických působků, z nichž dominantní roli zaujímá in-vivo inzulín. S postupným rozvojem poznání byla identifikována schopnost některých adipokinů, zejména IL-6 a TNF-?, indukovat lipolýzu. Ačkoli je počet působků zasahujících do regulace lipolýzy poměrně rozsáhlý, byly identifikovány pouze dva konečné prvky intracelulárních signalizačních kaskád, na nichž konvergují všechny pro- i antilipolytické faktory. Těmito výkonnými molekulami přímo regulujícími buněčné pochody nezbytné k indukci lipolýzy jsou proteinkináza A (alostericky aktivovaná cAMP) a proteinkináza G (alostericky aktivovaná cGMP). Je tedy zřejmé, že kontrola intracelulární koncentrace cAMP a cGMP je klíčovým faktorem v regulaci lipolýzy a řada faktorů zasahujících do lipolýzy přímo či nepřímo ovlivňuje intracelulární koncentrace těchto sekundárních poslů, případně modifikuje genovou expresi proteinů nezbytných pro lipolýzu (mimo jiné tímto mechanismem je zprostředkován lipolytický efekt TNF-?). Výsledná koncentrace cAMP a cGMP je pak dána souhrou mezi jejich produkcí a degradací. V následující části bude shrnut vliv základních faktorů podílejících se na regulaci lipolýzy.

Katecholaminy-indukovaná lipolýza

Účinek katecholaminů (adrenalinu a noradrenalinu) na lipolýzu se uplatňuje za fyziologických podmínek zejména při fyzické zátěži. Jejich účinek je zprostředkován aktivací membránových receptorů (zejména ß2- a ?2-adrenergní receptory). Jejich aktivace má však opačné efekty, jelikož jsou spřaženy s odlišnými G-proteiny. Aktivace ß2-adrenergních receptorů na povrchu adipocytů, které jsou spřaženy s Gs-proteinem, vede k nitrobuněčné aktivaci adenylát-cyklázy, produkci cAMP a aktivaci proteinkinázy A, která fosforylací aktivuje hormon-senzitivní lipázu.(26) Naopak aktivace ?2-adrenergních receptorů, které jsou spřaženy s Gi-proteinem, vede k potlačení produkce cAMP a poklesu lipolýzy. Paralelní přítomnost ß2- a ?2-adrenergních receptorů na povrchu lidských adipocytů, jež byla demonstrována in vitro funkčními studiemi s použitím selektivních ligandů,(27) umožňuje precizní kontrolu výsledné lipolýzy, na kterou má vliv relativní zastoupení ß2- a ?2-adrenergních receptorů a afinita jednotlivých aminů k těmto receptorům.

Lipolytická dráha regulovaná natriuretickými peptidy Vedle katecholaminů byla v roce 2000 popsána regulace lipolýzy zprostředkovaná ANP (atriální natriuretický peptid).(9) ANP stimuluje adipocytární membránový receptor (NPR-A subtyp), který je spojen s nitrobuněčně lokalizovanou guanylát cyklázou, po jejíž aktivaci dochází k elevaci buněčné koncentrace cGMP a aktivaci cGMP-dependentní kinázy (PKG). PKG následně fosfohormon-senzitivní lipázu a tak stimuluje lipolýzu.(28) ANP výrazně stimuluje lipolýzu in vitro v izolovaných lidských adipocytech a tento účinek je specifický jen pro lidskou tukovou tkáň, jelikož efekt ANP je např. u hlodavců zcela zanedbatelný.(21) V tukové tkáni je též bohatě přítomen NPR-C subtyp receptoru pro natriuretické peptidy, který je nefunkční a uplatňuje se při degradaci natriuretických peptidů – tímto faktem je vysvětlován nález systematicky nižších hladin BNP u obézních osob oproti osobám neobézním.

Intravenózní nebo lokální (pomocí mikrodialýzy) infúze farmakologických dávek rekombinantního humánního ANP stimuluje mobilizaci lipidů z tukové tkáně nezávisle na aktivaci sympatického nervového systému.(9) Fyziologická relevance ANP v regulaci lipolýzy je dále podpořena faktem, že plazmatická hladina ANP se během fyzické zátěže zvyšuje 2–3krát, společně se zvyšující se lipolytickou aktivitou v tukové tkáni.(11) Ačkoli BNP je strukturálně podobný ANP a váže se na stejné buněčné receptory (byť s nižší afinitou než ANP), jeho účinky v lidské tukové tkáni in vivo nebyly dostatečně prozkoumány, stejně tak jako jeho úloha v regulaci lipolýzy za různých patologických stavů. Naše práce jako první dokumentovala, že podání rekombinantního BNP1-32 (bioaktivní forma natriuretického peptidu B-typu) přímo do tukové tkáně pomocí tkáňové mikrodialýzy vede u zdravých dobrovolníků i u pacientů s ChSS k rapidnímu zvýšení lipolýzy.(22) Lipolytický efekt BNP byl u obou skupin dokonce výraznější než efekt lokálně podaných katecholaminů ve stejné molární koncentraci.

Negativní regulace lipolýzy: zásadní vliv inzulínu

Zatímco obě dosud zmíněné dráhy vedou ke stimulaci lipolýzy v tukové tkáni, inzulín patří mezi nejvýznamnější negativní regulátory lipolýzy. Expozice adipocytů inzulínu rapidně inhibuje lipolytické procesy a snižuje uvolňování NEMK i glycerolu z adipocytů.(29, 30) Signalizační dráha zprostředkovávající tento efekt je identická s klasickou tyrozinkinázovou signalizací inzulínového receptoru zahrnující autofosforylaci tyrozinových reziduií inzulínového receptoru, fosforylaci a prostorové přeskupení IRS proteinů a dalších signalizačních proteinů inzulínové signalizační kaskády.(31) V kontextu inzulínem indukované inhibice lipolýzy je klíčovým enzymem PDE3B (fosfodiesteráza 3B), který degraduje intracelulární cAMP, čímž je omezena aktivita proteinkinázy A, a následně inhibována fosforylace HSL a lipolýza (Obr. 3). Ačkoli nejsou dosud známy veškeré detailní mechanismy spojující inzulínovou signalizační kaskádu s aktivací PDE3B, pravděpodobným mediátorem této vazby je proteinkináza B (PKB/Akt).(30, 32) Vedle této přímé vazby, která je zodpovědná za akutní antilipolytický efekt inzulínu, existují i důkazy o vazbě nepřímé, zprostředkované vlivem inzulínu na genovou expresi, například inhibicí exprese genu pro ATGL.(33) Rozvoj inzulínové rezistence v tukové tkáni s následnou nedostatečnou inhibicí lipolýzy a zvýšeným uvolňováním NEMK může být jedním z iniciálních faktorů rozvoje metabolických chorob spojených s obezitou, ale i s progresí srdeční insuficience.(29, 34)

Obr. 3 Mechanismy regulující lipolytickou aktivitu v lidské tukové buňce. ANP (atriální natriuretický peptid), BNP (natriuretický peptid B-typu), cAMP cyklický adenozin-3‘,5‘-monofosfát ), cGMP (cyklický guanozin-3‘,5‘-monofosfát), NPR-A (natriuretic peptide receptor type A, receptor pro natriuretické peptidy typ A), β1,2,3 a α2-AR (adrenergní receptor typu β1,2,3 a α2), NEMK (neesterifikované mastné kyseliny), PKA (proteinkináza A), PKG (proteinkináza G), HSL (hormone-senzitivní lipáza), IR (inzulínový receptor), AC (adenylát cykláza), GC (guanylát cykláza), IRS1/2 (insulin receptor substrate 1 a 2), PI3-K (fosfatidyl inositol-3 kináza), PKB (proteinkináza B), PDE-3B (fosfodiesteráza-3B).

BNP-dependentní regulace lipolýzy u srdečního selhání

Experimenty provedené v rámci této studie přinesly zajímavé poznatky o metabolických změnách v tukové tkáni pacientů s ChSS. Přestože jsou plazmatické hladiny imunoreaktivního BNP u těchto pacientů oproti zdravým subjektům typicky několikařádově zvýšené, k našemu překvapení jsme zjistili, že tuková tkáň ChSS pacientů i zachovává funkční citlivost k exogenně podané bioaktivní formě BNP1-32 a není přítomna BNP rezistence. Zachovalou citlivost tukové tkáně k účinkům BNP jsme pozorovali jak pro adipocyty, kde dochází ke zvýšení lipolýzy, tak v kapilární síti, kde dochází účinkem BNP k vazodilataci. Tento nález může svědčit pro to, že elevace imunoreaktivního BNP u pacientů s ChSS je podmíněna kumulací neaktivních forem tohoto hormonu, zatímco hladina bioaktivní formy BNP1-32 je ve skutečnosti u ChSS nízká, a to díky váznoucí konverzi pro-BNP či akcelerovanému katabolismu BNP1-32. Na tuto skutečnost ukázaly nedávné práce, ve kterých bylo sérum zdravých osob a pacientů s ChSS analyzováno za použití hmotnostní spektrometrie a jiných proteomických metod, které umožní odlišit různé molekulární subspecie BNP.(35, 36)

Lokální stimulace katecholaminy naopak nevedla u pacientů s ChSS k adekvátní lipolytické odpovědi ani k ovlivnění lokální krevní perfúze, což může být dáno jak paralelní terapií betablokátory, tak procesem desenzitizace adipocytů k účinkům katecholaminů a sníženému množství membránových receptorů i jejich aktivitě. Důležitým nálezem je také nález zvýšené bazální lipolýzy u pacientů s ChSS v porovnání s kontrolními subjekty.(22) Na základě našich pozorování je tedy možné formulovat hypotézu, že BNP je dominantním faktorem regulujícím lipolýzu a tělesné složení u pacientů s ChSS. Dalším zajímavým nálezem je přítomnost inverzní korelace mezi BNP indukovanou lipolytickou odpovědí a obsahem tělesného tuku v těle, přesně měřeného pomocí DEXA metody. Pacienti s ChSS obsahem tuku v těle jsou tedy více rezistentní na BNP indukovanou lipolýzu, naopak tuková tkáň kachektických pacientů s ChSS reaguje na BNP více. Tento nález může částečně vysvětlit paradoxní vztah mezi obezitou a prognózou pacientů s ChSS – vyšší citlivost tukové tkáně k lipolytickým účinkům BNP u pacientů se sníženým obsahem tuku v těle může představovat pozitivní zpětnou vazbu, díky které dochází k rychlé progresi kardiální kachexie. Pokud bude dalším výzkumem prokázána kauzální souvislost mezi mírou lipolýzy v adipocytech a progresí ChSS, mohly by farmakologické postupy zacílené na inhibici BNP-dependentní lipolýzy představovat terapeutickou modalitu v prevenci progrese ChSS.

Podpořeno grantem IGA MZ ČR NS 10497–3.

Prohlášení autora o spolupráci s farmaceutickými firmami: nespolupracuje s žádnou firmou.


O autorovi: 1MUDr. Vojtěch Melenovský, CSc., 2MUDr. Jan Polák, Ph. D.
1IKEM, Klinika kardiologie, Praha

2Department of Medicine, John Hopkins University, Baltimore, USA

e-mail: vojtech.melenovsky@ikem.cz

Role natriuretických peptidů v regulaci metabolismu tukové tkáně u pacientů s chronickým srdečním selháním
Ohodnoťte tento článek!