Επίδραση της λεπτίνης στους ενδοκυτταρικούς μηχανισμούς μεταγωγής σήματος και στις αθηρογόνες ιδιότητες των μονοκυττάρων ανθρώπου

Abstract

Atherosclerosis is a disease which is threatening to reach pandemic proportions in the developed world. Its negative effects on the quality of life of the individual, as well as its socioeconomic impact have led to it being a major research target worldwide. The present study focuses on the effects of the hormone leptin on the atherogenic properties of human monocytes. Leptin is an adipose tissue-derived hormone which lowers food intake when energy stores are high by acting on the hypothalamus. Consequently, its blood levels are particularly high in obese patients. Apart from its anorectic action leptin, leptin has many other modes of action, affecting a wide variety of cell types. Monocytes are cells of the immune system participating in atherogenic procedures and which are affected by leptin. In the present study, the effect of leptin on the atherogenic properties was studied. Leptin was used at concentrations which ranged from low normal (1.6ng/ml) to high hyperleptinaemic (1600ng/ml). It was oobserved that leptin at hyperleptinaemic concentrations enhanced such atherogenic properties of monocytes as adhesion to and migration through the extracellular matrix protein laminin-1. These properties are pertinent to monocyte-endothelial cell interaction and the migration of monocytes to the subendothelial space. Additionally, at the same hyperleptinaemic concentrations leptin increased surface expression of the scavenger receptor CD36 and through it, oxidized low density lipoprotein (oxLDL3) phagocytosis. These properties are related to monocytes becoming foam cells, fundamental components of atheromatous plaques. The above mentioned leptin-induced effects imply that hyperleptinaemic individuals, such as obese patients, are particularly vulnerable to these atherogenous properties of monocytes. In other experiments, leptin was not found to increase surface expression of CD68, another scavenger receptor, as well as that of integrin subunits CD11a, CD11b, CD18, CD29 and CD49b, at least for the incubation time implemented. Regarding the signal transduction pathways through which leptin enhanced the above mentioned properties, monocyte adhesion to laminin-1 involved NHE1, PI3K, conventional PKCs, the actin cytoskeleton and NADPH oxidase, migration through laminin-1 involved the same proteins but not NADPH oxidase. Leptin induced surface expression of CD36 and oxLDL phagocytosis involved NHE1, PI3K, conventional PKCs and NADPH oxidase. Moreover, at normal to high normal concentrations, leptin increased oxidative stress produced by monocytes through a mechanism involving NHE1, PI3K, conventional PKCs and NADPH oxidase. At the same time, at the same concentrations leptin increased the activity of superoxide dismutase, as well as of NHE1. The latter being visualized as an increase in intracellular pH. Taken altogether these results indicate that leptin increases oxidative stress produced by monocytes, something which could have detrimental effects on the cells themselves or/and induce oxidative damage to LDLs and extracellular matrix components, thus contributin to atherogenous phenomena. Additionally, leptin did not have any effect on the binding levels of the protective protein Hsp70 on NHE1, however it did increase glutahtionylation levels of Hsp70 molecules already bound to NHE1. In conclusion, in the present study it was demonstrated that leptin enhances certain human monocyte atherogenous properties in a dose-dependent manner. The signalling pathways induced by leptin in order to convey these atherogenous properties involves NHE1, PI3K, conventional PKCs, NADPH oxidase and the actin cytoskeleton.

Η αθηρωμάτωση είναι μια ασθένεια η οποία τείνει να εξελιχθεί σε μάστιγα για τους κατοίκους των αναπτυγμένων χωρών. Οι αρνητικές επιπτώσεις που επιφέρει στην ποιότητα της ζωής του ατόμου, αλλά και ευρύτερα σε κοινωνικό και οικονομικό επίπεδο την έχουν καταστήσει σπουδαίο ερευνητικό στόχο παγκοσμίως. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της ορμόνης λεπτίνης στις αθηρογόνες ιδιότητες των ανθρώπινων μονοκυττάρων. Η λεπτίνη είναι μια ορμόνη που παράγεται από το λιπώδη ιστό η οποία μέσω επίδρασης στον υποθάλαμο έχει ως πρωταρχικό στόχο την παύση της λήψης τροφής από τον οργανισμό όταν τα ενεργειακά αποθέματα επαρκούν. Ως εκ τούτου, τα επίπεδά της στο αίμα εμφανίζονται ιδιαιτέρως αυξημένα σε καταστάσεις παχυσαρκίας. Η δράση της λεπτίνης, δεν περιορίζεται στην ανορεκτική της δράση, αλλά έχει ποικίλες δράσεις επιδρώντας σε μεγάλη ποικιλία κυτταρικών τύπων. Ένας από τους τύπους κυττάρων στους οποίους επιδρά η λεπτίνη είναι τα μονοκύτταρα, κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος τα οποία συμμετέχουν στους αθηρωματικούς μηχανισμούς. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της λεπτίνης σε ιδιότητες των μονοκυττάρων που μπορούν να χαρακτηριστούν αθηρογόνες. Χρησιμοποιήθηκαν συγκεντρώσεις λεπτίνης οι οποίες κυμαίνονταν από χαμηλές κανονικές (1,6ng/ml) εώς υψηλές υπερλεπτιναιμικές (1600ng/ml). Διαπιστώθηκε ότι σε υπερλεπτιναιμικές συγκεντρώσεις η λεπτίνη ενίσχυε αθηρογόνες ιδιότητες των μονοκυττάρων όπως την προσκόλληση στο συστατικό της εξωκυττάριας ουσίας λαμινίνη-1, καθώς και τη μετανάστευση διαμέσου αυτής. Οι ιδιότητες αυτές σχετίζονται με την αλληλεπίδραση των μονοκυττάρων με τα ενδοθηλιακά κύτταρα και τη μετακίνησή τους στον υποενδοθηλιακό χώρο. Επίσης, στις ίδιες συγκεντρώσεις ενίσχυσε την επιφανειακή έκφραση των υποδοχέων ρακοσυλλεκτών CD36 και μέσω αυτών τη φαγοκύττωση μετρίως οξειδωμένων λιποπρωτεϊνων χαμηλής πυκνότητας (oxLDL3), ιδιότητες που σχετίζονται με τη μετατροπή των μονοκυττάρων προς αφρώδη κύτταρα, βασικά συστατικά της αθηρωματικής πλάκας. Η ενίσχυση των παραπάνω ιδιοτήτων από τη λεπτίνη υποδηλώνουν ότι υπερλεπτιναιμικά άτομα, όπως οι παχύσαρκοι ασθενείς, είναι ιδιαιτέρως ευάλωτα σε αθηρωματικά γεγονότα. Αντιθέτως, η λεπτίνη δεν φάνηκε να ενισχύει την επιφανειακή έκφραση του υποδοχέα ρακοσυλλέκτη CD68, καθώς και των υπομονάδων των ιντεγκρινών CD11a, CD11b, CD18, CD29 και CD49b τουλάχιστον για το χρονικό διάστημα επώασης που εφαρμόστηκε. Όσον αφορά στα μονοπάτια μεταγωγής σήματος που εκκινούνται από τη λεπτίνη και εντείνουν τις παραπάνω αθηρωματικές ιδιότητες των μονοκυττάρων, στην προσκόλληση στη λαμινίνη-1 φαίνεται να συμμετέχουν ο ΝΗΕ1, η PI3K, συμβατικές PKC, ο κυτταροσκελετός της ακτίνης και η NADPH οξειδάση, στη μετανάστευση στη λαμινίνη-1 οι ίδιες πρωτεϊνες πλην της NADPH οξειδάσης, ενώ στις διαδικασίες επιφανειακής έκφρασης του υποδοχέα CD36 και στη φαγοκύττωση των oxLDLs συμμετέχουν ο ΝΗΕ1, η PI3K, συμβατικές PKC και η NADPH οξειδάση.