Гормон лептин и проблемы репродукции

Обзор

Гормон лептин и проблемы репродукции

ПЕРЕДЕРЕЕВА ЕЛИЗАВЕТА ВАЛЕРЬЕВНА, ЛУШНИКОВА АННА АЛЕКСАНДРОВНА, ФРЫКИН АНТОН ДМИТРИЕВИЧ, ПАРОКОННАЯ АНАСТАСИЯ АНАТОЛЬЕВНА

JOURNAL OF MALIGNANT TUMOURS

В обзоре представлены результаты современных исследований роли гормона лептина в регуляции репродуктивных функций у человека. Ключевые слова: лептин, репродукция Malign Tumours 2012;2:35-39. © 2012 RUSSCO

введение

Гормон лептин представляет собой низкомолекулярный а-спиральный белок (16 кДа, 167 аминокислот), который по своей кристаллической структуре относится к семейству цитокинов. Молекулы лептина циркулируют в крови, как в свободной, так и в связанной с другими белками форме. Лептин играет важную роль в регуляции метаболизма и функций нейроэндокринной системы, включая гипофиз, гипоталамус, надпочечники, иммунную систему (рис. 1).

Лептин, продуцируемый адипоцитами, взаимодействует с длинной изоформой лептинового рецептора LRb в ядрах гипоталамуса, активируя обмен веществ, тонус симпатической нервной си-

стемы, функции щитовидной железы, синтез половых гормонов и гормонов роста. Лептин усиливает иммунный ответ, активируя LRb на Т-клетках, а также повышает чувствительность к инсулину и регулирует массу тела путем ингибирования чувства голода (насыщения): (+) - стимулирующее действие, (-) - ингибирующее действие.

В последние годы появились экспериментальные данные об участии лептина в индукции и регуляции хронических воспалительных процессов и дегенеративных заболеваний, в том числе, аутоиммунных патологий, диабета 2-го типа и рака [1]. У человека лептин синтезируется клетками белой и бурой жировой ткани, скелетных мышц, желудка и плаценты. Адипоциты подкожной жировой клетчатки вырабатывают в 2,5 раза больше лепти-

Рис.1 Схема важнейших регуляторных функций лептина.

Репродукция

Рост

^rEkf

ниоталамус LRb

Уровень ^ метаболизма

и симпатический Иммунная

tohvc система

t

Кортик остер опды

Устойчивость к леппшу

ч0

ЛЕПТИН

Аппетит Чувствительность

к ИНСУЛИНУ

Е

/депо] umi

j=f в''

- _ __ депонирование \__„

ирл в ад] то цп т.IX

на, чем висцеральный жир. Лептин действует на центры голода и насыщения в гипоталамусе, участвует в регуляции энергетического гомеостаза и контролирует массу тела путем снижения биосинтеза и высвобождения нейропептида Y, вызывающего чувство голода. Секреция лептина, как и других гормонов, непостоянна: ее пик наблюдается около полудня, а минимальный уровень - после полуночи. Исследователи полагают, что при ожирении возникает компенсаторная резистентность гипоталамуса к центральному действию лептина, что в последующем по механизму отрицательной обратной связи приводит к гиперлеп-тинемии. Считается, что лептин является связующим звеном между адипоцитами и Р-клетками поджелудочной железы и стимулирует секрецию инсулина при снижении чувствительности к инсулину. Была выявлена прямая зависимость между уровнем лептина и степенью инсулинорезистент-ности с учетом изменений объема жировой ткани у женщин в постменопаузе. В исследованиях как in vitro, так и in vivo было обнаружено, что лептин функционирует как фактор роста, стимулирует ан-гиогенез, пролиферацию гемопоэтических клеток и Р-клеток поджелудочной железы. Кроме того, подавляя синтез нейропептида Y в гипоталамусе, лептин стимулирует секрецию гормона роста в гипофизе. Полагают, что уровень лептина является сигнальным маркером достаточного накопления жировой ткани [2]. Этот процесс необходим для полового созревания, регулярности менструальных циклов и обеспечивает способность к репродукции. У здоровых детей в препубертатном периоде уровень лептина повышается параллельно увеличению массы тела, достигая своего максимума в период полового созревания. Таким образом, лептин рассматривают в качестве одного из пусковых факторов, инициирующих половое созревание [3, 4].

лептин и репродукция

В последнее время активно проводится исследование роли лептина не только в развитии ожирения и поддержании энергетического гоме-остаза, но и в регуляции репродуктивных функций человека (5). В развитых странах наблюдается тен-

Место работы авторов: Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва, Россия Контактная информация: Лушникова Анна Александровна, лаборатория онкогеномики ФБГУ «РОНЦ им.Н.Н.Блохина» РАМН, тел.+7 (499) 323 58 66, Email: LAN21@yandex.ru Статья получена 01 мая 2012; утверждена в печать 06 августа 2012

денция массового ожирения в детском и половозрелом возрасте. Это создает целый ряд проблем, включая нарушение фертильности у женщин репродуктивного возраста, низкую эффективность экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и невынашивание беременности. Популяционные исследования в ряде стран Европы и США в период 1990-2005 гг. выявили увеличение доли женщин репродуктивного возраста, страдающих ожирением, с 9,9% до 16,0% . Жировая ткань является эндокринным органом, продуцирующим адипо-кины - лептин и адипонектин, которые регулируют жировой обмен и риск развития новообразований, включая рак простаты, молочной железы, эндометрия (6). Как правило, уровень лептина в крови у женщин с высоким (> 25) индексом массы тела также повышен. Это приводит к нарушению секреции яичниками гонадотропного гормона и стероидов, к аномальному созреванию фолликулов, нарушеню овуляции и к дефектам развития эндометрия, а также к дефектам имплантации и раннего эмбриогенеза, которые негативно влияют на женскую фертильность. В норме концентрация свободного лептина в сыворотке крови достигает максимума в последней лютеиновой фазе и снижается в ранней фолликулярной фазе. При ожирении такая цикличность содержания лептина, а также эстрадиола, часто нарушается и затрагивает процесс овуляции. В лютеиновой фазе цикла лептин стимулирует апоптоз, а также синтез просто-гландина F2a, активируя регрессию желтого тела. Баланс концентрации лептина обеспечивает лю-теолиз и апоптоз клеток желтого тела в отсутствие беременности. Однако при оплодотворении и имплантации яйцеклетки этот баланс важен для нормального развития желтого тела. В культуре лютеинизированных гранулезных клеток, полученных от женщин - участниц программы ЭКО, избыточная концентрация лептина подавляла экспрессию эстрадиола этими клетками. Отмечено, что нарушение нормального баланса лептина негативно влияет на функции яичников, снижая секрецию эстрадиола в гранулезных клетках. Кроме того, лептин может регулировать овуляцию, стимулируя протеолиз и высвобождение содержимого фолликулов (7).

В период беременности уровень лептина в крови повышается, а после родов или прерывания беременности - падает. При беременности лептин дополнительно продуцируется в плаценте и в плодных оболочках, а также в тканях матки, ингибируя сокращение гладкой мускулатуры матки (3,8) . В последнее время появились данные о плейотропном влиянии лептина на репродукцию и течение беременности. В частности, экспрес-

сия лептина в плаценте усиливает пролиферацию и дифференцировку трофобластных клеток. Продукция лептина в плаценте регулируется 17ß-эстрадиолом, который играет ключевую роль в имплантации бластоцита, в дифференцировке и инвазии трофобласта, а также в регуляции роста сосудистой сети матки и в активации протеинки-назных сигнальных путей (9).

При ожирении и аномальной концентрации лептина в сыворотке, как правило, наблюдаются патологические изменения эндометрия и низкая вероятность имплантации оплодотворенной яйцеклетки в матку, а также привычное невынашивание беременности (9). Рецепторы лептина обнаружены в покровном и в железистом эпителии эндометрия, их взаимодействие с лептином активирует пролиферацию клеток стромы и эпителия эндометрия, что обеспечивает успешную имплантацию яйцеклетки. Имеются данные о вкладе лептина в патогенез эндометриоза путем аутокринной и паракринной регуляции (11,12). Многовариантный анализ 2527 замужних бездетных женщин и контрольной группы многодетных замужних женщин показывает, что с ростом массы тела у них увеличивается риск циклов без овуляции, а риск низкой фертильности статистически значим уже при индексе массы тела > 23,9 (13). Как правило, при ожирении обнаруживается гиперлептинемия и резистентность к лепти-ну. Такая резистентность вызвана несколькими причинами: нарушением продукции различных изоформ лептинового рецептора, инактивацией молекул лептина за счет связывания с белками крови, нарушением транспорта гормона через гематоэнцефалический барьер и инсулинорези-стентностью. Показано, что гиперинсулинемия и инсулинорезистентность связаны с высокой концентрацией свободного лептина в крови, независимо от индекса массы тела (14).

Лептин регулирует целый ряд нейроэндо-кринных функций. В частности, нарушение взаимодействия молекул лептина со своим рецептором приводит к гипоталамической аменорее. Связывание молекул лептина с длинной изофор-мой лептинового рецептора опосредует сигнальную трансдукцию и стимулирует синтез множества нейропептидов в гипоталамусе, которые играют ключевую роль в половом созревании и репродукции. Описаны мутации гена Lep, кодирующего лептин у человека, которые приводят к гиполептинемии и резкой задержке гонадо-тропной функции гипофиза с развитием гипого-надизма, обусловленного недостаточностью го-надотропин-высвобождающего гормона (GnRH). Выявлена миссенс-мутация гена Lep, ассоции-

рованная с врожденным дефицитом лептина, ожирением средней степени и признаками ги-погонадотропного гипогонадизма. Редкая мис-сенс-мутация в экзоне 6 гена LepR (Р316Т) также ассоциирована с ранним ожирением, выраженной гиперфагией, гипогонадотропным гипогона-дизмом, нейроэндокринной и метаболической дисфункцией (15, 16, 17).

Лептин не синтезируется клетками яичника, но его концентрация в фолликулярной жидкости близка к концентрации этого гормона в крови. Действие лептина на функции яичников неоднозначно и зависит от стадии полового созревания. Было обнаружено, что лептин влияет на активность стероидогенных ферментов и флоллику-логенез. С помощью иммуноцитохимических методов транскрипты генов Lep и LepR (мРНК), кодирующих лептин и его рецепторы, были выявлены в яичниках взрослых женщин и подростков, а также в эмбриональных яичниках на 2-3 неделе беременности. Экспрессия лептина и длинной изоформы его рецептора, а также соответствующие мРНК, были выявлены в овоцитах примордиальных и более зрелых фолликулов, а экспрессия лептина - в гранулезных клетках (18). Имеются также данные о ключевой роли лептина в развитии поликистоза яичников. Показано, что у пациенток с этим синдромом, снизивших массу тела до нормального значения, менструальный цикл нормализовался, значительно реже наблюдались олиго- или ановуляции и возрастала вероятность беременности. Это связано с восстановлением баланса гормонов, регулирующих развитие фолликулов и созревание яйцеклеток. (5). Гиперлептинемия, ассоциированная с избыточным весом и ожирением, рассматривается как фактор риска хронической олиго- или ановуляции, которая вызвана как резистентностью к инсулину, так и лептин-зависимыми функциональными нарушениями в яичниках (19, Gambineri А., 2006).

лептин-зависимый сигналинг и РАК

Лептин - многофункциональный гормон с функциями цитокинов, который может активировать важнейшие сигнальные пути, индуцируя клеточную пролиферацию, инвазию, ангиогенез и рост опухоли (рис 2).

В норме поддерживается баланс между про-лиферативной активностью лептина и антипро-лиферативной - адипонектина. По-видимому, нарушение этого баланса вследствие гиперэкспрессии лептина и его рецептора с последующей гиперактивацией клеточных сигнальных

Рис 2. лептин-зависимая активация клеточных сигнальных путей индуцирует рост опухоли. При гиперэкспрессии лептина и различных изоформам его рецептора (LepR) происходит гиперактивация киназ-ных сигнальных путей, ускоряющая пролиферацию, миграцию клеток и ангиогенез, при этом блокируется апоптоз.

(ЛК-ЙТЛТ МЛ1*К Р1Ж

1_1

^Пролиферация клеток |

[М| щщцщГ клеток ..]

ЛНГ110Г«Н1Я Щ

Щ Акл тпогтиу! "Д | .Лип шпопточ |

путей играет решающую роль в индукции целого ряда опухолей, включая рак молочной железы, колоректальный рак, глиобластомы, рак простаты и эндометрия (20, 21). Показана ассоциация некоторых неоплазий с определенными аллелями и полиморфизмами генов Lep/LepR. Например, генотип Gln223Arg LepR описан как молекулярный маркер прогрессии и прогноза немелкоклеточного рака легкого у китайских больных (22). Носительство полиморфизма LEPR Q223R вносит статистически значимый вклад в риск рака молочной железы в странах Восточной Азии (23). Мета-анализ 1065 европейских и американских пациенток с первичным инвазив-ным раком молочной железы и 1108 здоровых женщин выявил ассоциацию генотипа LEP - 2548 АА с повышенным риском развития опухолей молочной железы, особенно при избыточной массе тела (24). ПЦР-анализ геномной ДНК 308 тунисских пациенток с раком молочной железы и 222 здоровых женщин контрольной группы позволил обнаружить ассоциацию аллельных вариантов LEP9(-2548)GA и LEP(-2548)AA, а также LEPR 223QR и LEPR 223 RR с высоким риском заболевания. Аллель LEP (-2548)А был ассоциирован с низкой безрецидивной выживаемостью, а аллель LEPR 223R - с низкой общей выживаемостью больных раком молочной железы (25). Предварительный анализ генетических изменений, обусловливающих гиперэкспрессию лепти-на и его рецептора, показывает важную роль ал-лельных полиморфизмов Lep/LepR в повышении риска развития опухолей репродуктивной сфе-

ры. Средний уровень лептина в крови и опухолях российских больных с доброкачественными и злокачественными опухолями молочной железы и повышенной массой тела превышает средне-популяционный, что может иметь прогностическое значение (26). В последнее время основными мишенями для митогенов и воспалительных цитокинов, включая лептин, считают стволовые опухолевые клетки (27). Некоторые исследователи рассматривают активирующий комплекс Lep-LepR как уникальную молекулярную мишень для прогноза и терапии рака молочной железы, особенно при избыточном весе и ожирении пациенток (28).

Таким образом, гормон лептин обеспечивает целый ряд важнейших механизмов репродукции: синтез и секрецию гонадотропного гормона, продукцию лютеинового и фолликуло-стимулирующего гормонов, функциональную регуляцию стероидных гормонов, пролиферацию клеток эндометрия и эпителиальных клеток железы, апоптоз клеток при регрессии желтого тела, подавление синтеза гормонов яичника, зависимого от инсулина и инсулиноподобного фактора роста, и другие процессы. Длительное поддержание высокой концентрации лепти-на в крови и тканях, по-видимому, усиливает риск развития опухолей репродуктивной сферы вследствие пролиферативной активности этого гормона и лептин - зависимой активации клеточных сигнальных путей (6). Популяционные исследования показывают, что ожирение или избыточный вес негативно влияют на фертильность, как женщин, так и мужчин. Иммуноферментный анализ концентраций лептина и тестостерона у 154 мужчин, 130 из которых страдали различными нарушениями сперматогенеза, выявил ряд закономерностей. Была показана отрицательная корреляция между уровнем лептина в крови и уровнем тестостерона (р<0,001). Уровень лептина у фертильных мужчин и у пациентов с бесплодием разной степени, имеющих высокий индекс массы тела (>24), был значительно больше, чем у фертильных и нефертильных мужчин с индексом <24. При этом аномальный уровень лептина был ассоциирован со сниженной фертильностью (29). Бесплодие у мужчин с избыточной массой тела и ожирением многие исследователи связывают с нечувствительностью к лептину и с ин-гибированием лептин-зависимых механизмов активации гонадотропина, тестостерона и экспрессии пептида Kiss1 в гипоталамусе, а также с другими нарушениями, которые обусловливают снижение фертильности (30). Более того, пациенты с избыточной массой тела по сравнению с

нормальным весом значительно хуже поддаются лечению бесплодия. Беременные с избыточным весом находятся в группе риска с высокой частотой осложнений, как у матери, так и у плода (4). Дальнейший анализ роли лептина в регуляции различных функций организма, включая репродуктивную сферу, позволит решить проблемы, связанные с избыточной массой тела, дисфункцией яичников, невынашиванием беременности и пери/постнатальными нарушениями обмена веществ, а также с развитием опухолей репродуктивной сферы.

литература

1. likuni N., Lam Q.L., Lu L. et al. Leptin and inflammation// Curr Immunol.Rev. 2008. - Vol. 4, N 2. - P. 70-79

2. Cottrell E.C., Mercer J.C. Leptin receptors/ Handb Exp Pharmacol.- 2012 - Vol . 209.- P.3-21.

3. Cervero A., Domínguez F., Horcajadas J.A. et al. The role of leptin in reproduction // Curr Opin Obstet Gynecol 2006 Vol 18, N 3, P. 297-303

4. Brannian J.D. Obesity and fertility // S D Med. -2011. - Vol 64, N 7. - P. 251-254.

5. Brewer C.J., Balen A.H. The adverse effects of obesity on conception and implantation // Reproduction. -2010. - Vol. 140, N 3. - P. 347-364.

6. Paz-Filho G., Lim E.L., Wong M.L., Licinio J. // Associations between adipokines and obesity-related cancer // Front Biosci. - 2011. - Vol.16. - P. 1634-1650.

7. Ghizzoni L., Barreca A., Mastorakos G. et al. Leptin inhibits steroid biosynthesis by human granulose-lutein cells // Horm Metab Res. - 2001. - Vol. 33, N 6. - P. 323-326.

8. Moyniham A.T., Hehir M.P., Glavey S.V. et al. Inhibitory effect of leptin on human uterine contractility in vitro // Am J Obstet Gynecol. - 2006. - Vol. 2. - P.504-509

9. Gambino Y.P., Maymó J.L., Pérez Peréz A. et al. Elsevier Trophoblast Research Award Lecture: Molecular mechanisms underlying estrogen functions in trophoblastics cells

- focus on leptin expression. Placenta. - 2011. - Dec., e. 23.

10. Tamer Erel C., Senturk L.M. Thr impact of body mass index on assisted reproduction// Curr.Opin Obstet Gynecol . - 2009. - Vol. 21, N3. - P. 228-235.

11. Wu M.H., Chuang P.C., Chen H.M. et al. Increased leptin expression in endometriosis cells is associated with endometrial stromal cell proliferation and leptin gene up-regulation // Mol Hum Reprod. - 2002. - Vol. 8, N 5.

- P.456-464.

12. Lima-Couy I., Cervero A., Bonilla-Musoles F. Et al. Endometrial leptin and leptin receptor expression in women with severe/moderate endometriosis // Mol Hum Re-prod. - 2004. - Vol. 10, N 11. - P. 777-782.

13. Hassan M.A., Killick S.R. Negative lifestyle is associated with a significant reduction in fecundity // Fertil Steril.

- 2004. - Vol.81, N 2. P. 384-392.

14. Segal K., Landt M., Klein S. Relationships between insulin sensitivity and plasma leptin concentration in lean and obese men.// Diabetes. - 1996. - Vol. 45, N 7. - З. 988-991.

15. Beate K., Josef N., Nicolas de R., Wolfram K. Genetics of isolated hypogonadotropic hypogonadism: role of GnR receptor and other genes // IntJ.Endocrinol.-2012; 2012:147893

16. Fischer -Popovszky P., von Schnurben J., Moepps B. et al. A new missense mutation in the leptin gene causes mild obesity and hypogonadism without affecting N cell responsiveness // J. Clin.Endocrinol. Metab. - 2010. -Vol.95, N 6. - P.2836-2840.

17. Mazen I., El-Gamma M., Abdel-Hamid M. et al. Ho-mozygoty for novel missense mutation in the leptin receptor gene (P316N) in two Egyptian cousins with severe early onset obesity // Mol Genet Metab. - 2011. - Vol. 102, N 4. - P. 461-464.

18. Abir R., Ao A., Jin S. Leptin and its receptors in human fetal and adult ovaries// Fertil Steril. - 2005. - Vol.84, N 6. - P. 1779-1782).

19. Pasquali R., Gambineri A. Metabolic effects of obesity on reproduction // Reprod Biomed Online. - 2006. -Vol. 12, N 5. - P. 542-551.

20. Cirillo D., Rachiglio A.M., la Montagna R. et al. Leptin signaling in breast cancer: an overview // J.Cell Bio-chem. - 2008. - Vol. 105, N 4. - P. 956-964.

21. Han G., Wang L., Zhao R. et al. Leptin promotes human glioblastoma growth through activating signal transducers and activators of transcription 3 signalling// Brain Res bull. - 2011. - Nov.30.

22. Li Y., Geng J., Wang Y. et al. The role of leptin receptor gene polymorphism in determining the susceptibility and prognosis of NSCLC in Chinese patients // J.Cancer Res Clin Oncol. - 2011. - Nov.30.

23. Liu C., Liu L. Polymorphisms in three obesity-related genes (LEP, LEPR, and PON1) and breast cancer risk: a meta-analysis // Tumor Biol. - 2011. - N 6. - P. 1233-1240.

24. Cleveland R.J., Gammon M.D., Long C.M. et al. Common genetic variations in the LEP and LEPR genes, obesity and breast cancer incidence and survival // Breast Cancer Res Treat. - 2010. . - Vol. 120, N 3. - P. 745-752.

25. Snoussi K., Strosberg A.D., Bouaouina N. et al. Leptin and leptin receptor polymorphisms are associated with increased risk and poor prognosis of breast carcinoma // BNC Cancer. - 2006. - Feb 20. - P. 6-38.

26. Лушникова А.А., Передереева Е.В., Пароконная А.А. и др. Продукция лептина в опухолевой ткани и плазме крови при фиброаденоме и раке молочной железы. Молекулярн. Медицина. - 2011. - № 3. - С.36-40.

27. Feldman D.E., Chen Ch., Punj V. et al. Pluripotency factor-mediated expression of the leptin receptor (OB-R) links obesity to oncogenesis through tumor-initiating stem cells // PNAS. - 2011. - Dec.29.

28. Guo S., Liu M., Wang G. et al. Oncogenic role and the therapeutic target of leptin signaling in breast cancer and cancer stem cells// Biochim Biophys Acta. - 2012. -Jan 24.

29. Jahan S., Bibi R., Ahmed S., Kafeel S. Leptin levels in infertile males // J.Coll Physicians Surg Pak. - 2011. - Vol. 21, N 7. - P. 393-397

30. Teerds K.J., de Rooij D.G., Keijer J. Functional relationships between obesity and male reproduction: from humans to animal models // Hum Reprod Update. - 2011. - Vol. 17, N 5. - P. 667-683.