Leptin – hormon tukových buněk

Objev bílkovinného hormonu tukových buněk, leptinu (z řeckého leptos – hubený) a jeho příprava vzbudily pozornost a vyvolaly přechodné naděje na podstatný pokrok v léčení otylosti. Ty se promítly i do informace v březnovém čísle Vesmíru (75, 175, 1996/3). Není divu – obezita sužuje značnou část populace ekonomicky rozvinutých zemí a výdaje spojené jak se snahou snížit nadváhu, tak s léčením následků otylosti jsou mimořádně vysoké. Ve Spojených státech se odhadují až na 70 miliard dolarů ročně (40 miliard dolarů stojí léčení a následky obezity, dalších nejméně 30 miliard utratí Američané za dietní přípravky, kurzy, volně prodávané léky apod.). Odpovídající čísla z České republiky sice nejsou známa, ale zdravotně ekonomické důsledky lze odhadnout na více než deset miliard korun ročně.

Otylost nemusí znamenat, že regulace chybí – mnozí obézní se opakovaně vracejí k určité váze, bohužel podstatně vyšší, než je zdravotně únosné. Přitom regulace hmotnosti u „normálních“ osob (tedy takových, které nemají s váhou žádné problémy) je až neuvěřitelně přesná: pokud připustíme, že vcelku obvyklý nárůst hmotnosti o 10 kg za 20 let je projevem nepřesnosti systému udržování stabilní hmotnosti, činí odchylka mezi přijatou a vydanou energií méně než 50 kJ/den, což odpovídá pověstnému kousku mrkve. Tak přesná regulace vyžaduje zpětnovazební kontrolu. Její centrum je již dávno umísťováno do hypotalamu (části mezimozku). Z hypotalamu jsou regulační signály odváděny k jednotlivým orgánům prostřednictvím neuropeptidu Y, což je látka výrazně zvyšující příjem potravy, a pravděpodobně také prostřednictvím sympatického nervového systému, který ovlivňuje výdej energie. Informace o stavu tukových zásob se předává z tukové tkáně do hypotalamu právě prostřednictvím leptinu. Tím se zpětná vazba uzavírá.

Tento gen se podařilo klonovat výzkumné skupině J. Friedmana z Lékařského institutu Howarda Hughese a Rockefellerovy univerzity v New Yorku (Nature 372, 425, 1994). V 70. letech tomu ovšem předcházely pokusy D. Colemana v Jacksonově laboratoři ve státě Maine. Vypěstoval modelové kmeny obézních (ob) a diabetických (db) myší. Jestliže byl krevní oběh ob myší spojen s krevním oběhem normálních, divokých myší, snížil se u ob myší příjem potravy a poklesla hmotnost. Jestliže byla ob myš propojena s db myší (také obézní), snížil jedinec ob příjem potravy tak radikálně, že zašel hladem! (Stejně dopadla i divoká myš, zatímco db jedinec nedoznal změny.)

Z toho Coleman usoudil, že ob jedincům chybí regulující působek, kterého mají db myši nadbytek, jenže na něj nereagují. A vyslovil i názor, že db gen kóduje nefunkční receptor pro produkt ob genu – pro leptin .

Jeho názory se nyní velmi přesně potvrdily. Práce Friedmanovy skupiny přinesla strukturu nejen myšího ob genu, ale také lidského, z 84 % shodného. Ukázala, že u ob myší porucha genu kódujícího leptin vede k produkci nefunkčního proteinu. Tím dochází k otevření zpětnovazebné smyčky.

Záhy se ukázalo, že u obézních lidí není přítomna stejná porucha ob genu a že produkce leptinu je dokonce zřetelně vyšší (asi o 3/4) než u zdravých lidí. Možnost stanovit koncentraci leptinu u lidí pak potvrdila, že jeho hladiny odpovídají množství tukové tkáně, resp. jejímu podílu na tělesné hmotnosti, a také věku a inzulinu schopnému reakce potřebné k obranyschopnosti organizmu.

U obézních dosahují v průměru 31 ± 24 ng/ml, zatímco u kontrolních osob 7,5 ± 9,3 ng/ml. Vysoký rozptyl je dán tím, že absolutní hladiny u jednotlivců se liší více než o jeden řád a hodnoty u některých pacientů s indexem BMI (body mass index – podíl tělesné hmotnosti a druhé mocniny výšky, viz též Vesmír 68, 26, 1989/1) přes 40 a pod 20 se překrývají! Souběžně byly testovány další zvířecí modely otylosti a u postižených jedinců byla zjišťována zvýšená exprese ob genu nebo koncentrace jeho produktu. U všech testovaných modelů byly naměřeny zvýšené hladiny leptinu.

Leptin, produkt ob genu, je vytvářen výhradně v tukových buňkách (adipocytech), ale existují výrazné regionální rozdíly: u potkanů a myší je exprese genu výraznější v tuku uvnitř břicha než v tuku podkožním. Většina studií nalézá expresi ob genu jen v diferencovaných tukových buňkách, ale u jistého typu obézních potkanů byla mRNA prokázána i v prekurzorech tukových buněk. V hnědé tukové tkáni potkanů je ob mRNA vyjádřena méně než v bílé tukové tkáni, u ob myší však exprimuje hnědá tuková tkáň stejný nadbytek ob genu jako bílý tuk, zatímco u kontrolních zvířat není ob mRNA v hnědé tukové tkáni prokazatelná.

Podle zatím jediné studie má leptin trojrozměrnou strukturu příbuznou spirálním cytokinům (IL-2 a růstovému faktoru). Podávání leptinu ob myším vedlo k poklesu tělesné hmotnosti a množství tuku, snížení hladiny cukru a koncentrace inzulinu v krvi. Normalizovalo i metabolizmus, teplotu a tělesnou aktivitu. Množství přijaté potravy kleslo podle dávky leptinu až na jednu čtvrtinu. Omezení potravy na toto množství obézním myším, kterým nebyl leptin podáván, vedlo jen k částečnému poklesu hmotnosti a úbytku tukové tkáně. Podávání leptinu vedlo dokonce ke korekci sterility samiček ob myší.

Zatímco ob samci mají jen sníženou schopnost rozmnožování, samičky zůstávájí prepubertální a nikdy neovulují. Mají sníženou hladinu gonadotropinů (hormonů povzbuzujících činnost pohlavních žláz), jejichž podávání může plodnost obnovit – redukce hmotnosti omezením stravy k tomu nevede. Podávání leptinu do dutiny břišní však vedlo k říji, březosti a porodu živých mláďat. Tyto poznatky ukazují, že leptin hraje mnohem širší úlohu, než je udržení normální hmotnosti, protože samotná obezita není u myší překážkou reprodukce. Podávání leptinu neobézním myším vede k významnému poklesu tělesné hmotnosti (až o 12 %) a k redukci tělesného tuku (ze 12,2 na 0,7 %).

Potvrdilo se, že db gen u myší a gen pro leptinový receptor jsou totožné. Receptor byl prokázán u myši jednak v chorioidním cévním pleteni, jednak v hypotalamu (bazální části mezimozku), ale také v plicích, ledvinách a vaječnících (Cell 83, 1263, 1995). Je příbuzný gp130 proteinu signálně-převodní části receptorů pro interleukin 6, faktor stimulující kolonie granulocytů (G-CSF) a faktor bránící leukemii (LIF). Je známo již pět forem tohoto receptoru (OB-Ra až OB-Re), poslední je rozpustný a mohl by být transportním proteinem. db myši mají gén kódující bílkovinu receptoru mutovaný, a tudíž u nich vzniká nefunkční receptor.

Hladovění způsobuje výrazný, až 95% pokles exprese ob mRNA, který je rychle odstraněn obnoveným příjmem potravy. Na zvýšenou expresi ob mRNA u db myší nemělo hladovění vliv! U lidí vedl pokles hmotnosti o 10 % ke snížení hladiny leptinu o 53 %. Chlad (4 – 6 ^oC) způsobuje výrazný pokles hladiny ob mRNA v hnědé tukové tkáni (podle jiné studie i v bílé tukové tkáni) potkanů již po 2 – 4 hodinách.

V několika dosud publikovaných studiích byl sledován především vztah mezi inzulinem a leptinem, resp. expresí ob mRNA. Inzulin vede k výraznému zvýšení exprese ob mRNA, a to více v tuku uvnitř břicha než v podkožním. U hladových potkanů zvýšil ob mRNA na úroveň kontrolních zvířat, odstranil účinek streptozotocinu, který snižuje expresi ob mRNA až o 80 %. V kultuře tukových buněk zvýšil inzulin produkci leptinu dvakrát až třikrát, zatímco volné mastné kyseliny ji snížily na polovinu.

Jinde než u ob myší nebyla tato příčina obezity zjištěna. Naopak, ve všech ostatních případech nacházíme více či méně zvýšené hladiny leptinu, na které organizmus přiměřeně nereaguje. Jak ukázali japonští badatelé, i krmení zcela normálních, divokých potkanů vysokotukovou dietou má za následek obezitu a zvýšenou expresi ob genu v jejich tukové tkáni. To však nevede k očekávanému poklesu příjmu potravy a úpravě stoupající hmotnosti. Na druhé straně by klesající množství tuku při mentální anorexii mělo cestou nízkých hladin leptinu vést ke zvýšené chuti k jídlu a úpravě stavu. Velmi nízké až neměřitelné hladiny leptinu byly u těchto pacientek skutečně prokázány, aniž by choroba spontánně ustupovala. Leptin se tak za patologických situací stává spíše indikátorem stavu tukových zásob než účinným regulačním prvkem. To velmi připomíná stav nadměrné koncentrace a nedostatečného účinku inzulinu v krvi u diabetu II. typu (cukrovky nevyžadující podávání inzulinu).

I když vývoj dospěje k lidskému preparátu leptinu, významný účinek na obézní pacienty nelze očekávat. Ani příprava superúčinných obdobných preparátů není u takto velké bílkoviny pravděpodobná – u inzulinu se dosud nic takového nepodařilo. Přesto nalezení leptinu představuje podstatný krok ve výzkumu otylosti, který je právem označován za jeden z nejvýznamnějších objevů roku 1995.