Descoperirea
leptinei în 1994 de Jeffrey Friedman şi colab. a revoluţionat înţelegerea
controlului neurohormonal al apetitului şi metabolismului.
Cercetările
au debutat în 1973, când Coleman şi colab. au studiat şoarecii obezi (ob/ob) cu diabet (db/db) comparativ cu şoarecii sănătoşi („wild type“); concluziile
studiilor sale au fost că şoarecii ob/ob
nu pot sintetiza un factor de control al saţietăţii, în timp ce şoarecii db/db îl sintetizează, dar sunt rezistenţi
la acţiunea sa. Acest factor a fost identificat de Friedman abia după 21 de
ani: leptina – produsul genei denumite ob
– este factorul ce determină senzaţia de saţietate, astfel încât şoarecii ob/ob dezvoltă precoce obezitate cu
apetit mult crescut din cauza mutaţiilor de la nivelul genei leptinei; ulterior
s-a descoperit că şoarecii db/db, deşi
cu secreţie normală de leptină, dezvoltă obezitate severă şi diabet zaharat ca
urmare a mutaţiilor receptorului pentru leptină.
Aceste
descoperiri princeps au arătat că ţesutul adipos participă în mod activ, prin
substanţele secretate (denumite ulterior adipokine), la controlul aportului
alimentar prin modularea senzaţiilor de foame şi de saţietate, precum şi la
implicaţiile metabolice ale obezităţii.
Leptina
este o proteină cu greutatea moleculară de 16 KDa şi 146 de aminoacizi,
codificată de gena ob aflată pe
cromozomul 7q13.3; este sintetizată sub forma unui lanţ polipeptidic format din
167 de aminoacizi, dar circulă în plasmă după clivarea unui polipeptid cu 21 de
aminoacizi de la capătul N-terminal, numit peptid semnal. Nivelurile serice de
leptină la persoanele non-obeze sunt cuprinse între 1 şi 10 µg/l.
Leptina
aparţine familiei de citokine helicoidale tip I – un grup de proteine formate
din patru helixuri, din grupă făcând parte IL2, IL4, factorul de stimulare a
coloniilor granulocitare, factorul de stimulare a coloniilor de macrofage şi
hormonul de creştere. În structura leptinei intră patru helixuri antiparalele;
helixurile A şi B şi respectiv C şi D sunt legate între ele prin bucle lungi,
în timp ce helixurile B şi C sunt legate printr-o buclă scurtă (fig. 1).
În
structura leptinei mai intră un fragment helicoidal scurt, hidrofob, E (situat
perpendicular pe bucla CD, cu rol de a „îmbrăca“ reziduurile hidrofile de la
suprafaţa buclei CD), precum şi o legătură disulfurică între două resturi de
cisteină situate în poziţiile 96 şi respectiv 146 (legătura între resturile de
cisteină este conservată la nivelul tuturor speciilor şi are un rol important
în conservarea structurii leptinei, care îi asigură legarea de receptorii
specifici).
Leptina
este produsă în primul rând în ţesutul adipos, dar şi la nivelul stomacului, ţesutului
muscular, cordului, ţesutului epitelial mamar, hipofizei şi placentei.
După
secreţie, leptina circulă în plasmă atât liberă, cât şi legată de o serie de
proteine de legare. În afara formei solubile a receptorului leptinic, în 2006
au fost identificate alte cinci tipuri de proteine – SLIP 1–5 (serum leptin interacting proteins);
SLIP 1 este chiar proteina C reactivă (PCR), în timp ce SLIP 2 este clusterina
(proteină implicată în preluarea resturilor celulare şi în apoptoză);
proteinele SLIP 3–5 nu au fost încă identificate.
Receptorii
leptinei (ObR) au fost identificaţi la sfârşitul anului 1995 – începutul anului
1996. Sunt codificaţi de gena db situată
pe cromozomul 1 şi aparţin superfamiliei receptorilor pentru citokine clasa I,
fiind cei mai apropiaţi ca structură de receptorul gp130 pentru IL-6 şi pentru
factorul de stimulare a coloniilor granulocitare (G-CSF).
În
afara receptorului in extenso (ObRb),
mai există cinci izoforme (ObR a, c, d, e, f) cu diferite lungimi ale capătului
C-terminal; izoformele ObRd şi ObRf sunt descrise exclusiv la şoareci (ObRd) şi
respectiv la şobolani (ObRf), în timp ce la om s-au descris izoformele ObRa, b,
c. Izoforma ObRe este o formă de secreţie a receptorului, lipsindu-i domeniile
transmembranar şi citoplasmatic; nu a fost descrisă la oameni, dar un
echivalent solubil al receptorului pentru leptină a fost obţinut prin
proteoliza izoformelor ObRa şi b.
Structura
şi izoformele receptorului leptinic descris la şoarece sunt redate în fig. 2. Receptorul integru, ObRb conţine
cel mai lung domeniu intracitoplasmatic, cu rol esenţial în semnalizarea
intracelulară, în timp ce izoformele ObRa, ObRc şi ObRd au domenii
intracitoplasmatice reduse, având rol îndeosebi în legarea şi endocitoza
leptinei.
Componentele
receptorului sunt: două zone omoloage la nivelul receptorilor citokinici – aşa-numitele
CRH1 şi CRH2 (citokine receptor homology
module), formate din lanţuri de câte 100 aminoacizi fiecare; două domenii
cu structură asemănătoare fibronectinei – FN III (fibronectin type III domain) cu rol în activarea receptorului; un
domeniu cu structură asemănătoare imunoglobulinei (Ig-like); izoforma ObRb,
singura capabilă să transmită semnalul intracelular, mai posedă la capătul
C-terminal un lanţ de 302 aminoacizi.
Receptorul
ObRb este bine exprimat în hipotalamus, în zona ce controlează aportul
alimentar, efectele anorexigene ale leptinei exprimându-se prin legarea
acesteia de ObRb; atât şoarecii cu deficit de leptină (ob/ob), cât şi cei cu mutaţii ale receptorului leptinic (db/db) au un fenotip caracterizat prin
obezitate severă, cu aport alimentar crescut şi cu scăderea consumului
energetic. Mutaţiile leptinei şi ale receptorului său au fost descrise şi la
oameni.
Receptorul
este de asemenea intens reprezentat şi la nivelul celulelor endoteliale
determinând experimental angiogeneză, la nivelul limfocitelor T, celulelor
hematopoietice şi celulelor epiteliale ale intestinului subţire. Receptorul
leptinic nu are activitate kinazică intrinsecă, aşa că utilizează kinazele
citoplasmatice JAKs (cytoplasmic-associated
Janus kinases) pentru semnalizarea intracelulară.
În
momentul legării leptinei de receptorul specific se declanşează mai multe căi
de semnalizare (fig. 3):
1. Se activează proteinkinazele JAK2, care se
autofosforilează şi fosforilează reziduurile tirozinice ale domeniului
intracelular al receptorului; STAT1, STAT2 şi STAT5 se leagă de reziduurile
tirozinice, în timp ce STAT3 dimerizează şi se translochează la nivelul
nucleului, unde modulează expresia genelor c-fos, c-jun, erg1, SOCS3, AP1; creşterea
expresiei proteinei SOCS3 este o modalitate de autoreglare a activităţii
receptorului – proteina SCOS3 se leagă de reziduurile fosforilate dintr-o
regiune specifică a receptorului ObRb – Src
homology phosphatase-2 (SHP2) şi inhibă activitatea tirozin-kinazei JAK.
2.
Regiunea SHP2 de la nivelul receptorului are şi rolul de a activa calea MAPK
incluzând p38, p42/44 şi ERK1/2, cale ce controlează expresia genică a
citokinelor şi chemokinelor.
3.
Legarea leptinei de receptor mai determină activarea fosfolipazei C (PLC), ceea
ce conduce la activarea proteinkinazei C, urmată de stimularea JNK.
Leptina
are numeroase roluri, de la controlul aportului alimentar şi al consumului
energetic la efecte metabolice şi asupra homeostaziei glucidice, la modularea
funcţiei reproductive, controlul sistemului imun, hematopoieză, angiogeneză,
formarea osoasă şi vindecarea rănilor. Deficitul congenital de leptină se
manifestă la om nu doar prin obezitate morbidă, ci şi prin hipogonadism
hipogonadotrop şi un risc mai mare de deces prin infecţii.
La
nivelul hipotalamusului, leptina scade apetitul şi creşte consumul energetic,
semnalizând hipotalamusului când organismul are destule rezerve energetice şi
acţionând în consecinţă ca un „adipostat“. Acţiunile leptinei se exercită atât
în mod acut, cât şi cronic: pe termen scurt, leptina acţionează ca semnal de saţietate,
iar pe termen lung nivelurile plasmatice zilnice de leptină comunică sistemului
nervos central statusul energetic al organismului.
La
nivel central, cea mai mare concentraţie de receptori pentru leptină se află în
hipotalamusul bazomedial, care include nucleii arcuat, dorsomedial şi
ventromedial. Principalul sediu de acţiune al leptinei este reprezentat de două
populaţii neuronale situate la nivelul nucleului arcuat ale căror axoni se
proiectează la nivelul hipotalamusului lateral (fig. 4): neuronii secretanţi de POMC şi respectiv neuronii pentru
cocaină/ derivaţii de amfetamină – CART (cocaine
and amphetamine related transcript), la acest nivel leptina determinând
secreţia de POMC şi de CART care se materializează, prin intermediul a MSH,
într-un stimul anorexigen; neuronii secretanţi de NPY, unde inhibă eliberarea
acestuia, cu rol orexigen.
O
serie de neuroni de „rang 2“, care sintetizează TRH şi CRH şi care sunt
localizaţi în neuronii paraventriculari, sunt influenţaţi indirect de leptină
prin intermediul mediatorilor din nucleul arcuat – se exercită astfel efectele
leptinei de creştere a termogenezei şi a secreţiei hormonale hipofizare.