CC BY
157
Раздел 3 ЭКОЛОГИЯ
Ведущие эксперты раздела:
ДМИТРИЙ МИХАЙЛОВИЧ БЕЗМАТЕРНЫХ - кандидат биологических наук, доцент, ученый секретарь Учреждения Российской академии наук Института водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН, ответственный за электронную версию журнала и работу с Российским индексом научного цитирования - http://elibrary.ru/ (г. Барнаул)
МАРИЯ ГЕННАДЬЕВНА СУХОВА - доктор географических наук, доцент Горно-Алтайского государственного университета (г. Горно-Алтайск)
УДК 616
Т.Г. Опенко, н.с. НИИ терапии СО РАМН, Новосибирск, E-mail: nsk217@rambler.ru
РОЛЬ АДИПОКИНОВ В ПАТОГЕНЕЗЕ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО СИНДРОМА
Анализ научных публикаций показывает, что важнейшую роль в развитии метаболических нарушений, сопровождающих метаболический синдром, играют гормоны белой жировой ткани, адипокины лептин, адипонектин и резистин.
Ключевые слова: метаболический синдром, адипокины, лептин, адипонектин, резистин.
Метаболический синдром (МС) принадлежит к «болезням цивилизации» и идентифицируется как главная причина заболеваемости и смертности от сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) в мире. Понятие МС широко используется в научных исследованиях для обозначения совокупности факторов, повышающих риск заболеваний сердца. Российское научное общество кардиологов определяет понятие МС как состояние, характеризующееся увеличением массы висцерального жира, снижением чувствительности периферических тканей к инсулину и гиперинсулинемией (ГИ), инсули-норезистентностью (ИР), нарушениями углеводного, липидного, пуринового обмена и артериальной гипертензией (АГ) [1].
Патогенез МС тесно связан с увеличением синтеза инсулина под действием физиологических стимуляторов -глюкозы, аминокислот, жирных кислот [2; 3] и ацетилхолина [4]. В результате этого увеличивается образование и накопление веществ большой молекулярной массы: гликогена, жиров, белков, нуклеиновых кислот, гликозаминогликанов [2; 3]. Прогрессирование ГИ приводит к усилению митоген-ного действия инсулина, что проявляется в экспрессии генов-стимуляторов синтеза ДНК, РНК, тканевоспецифических белков и к индукции процессов клеточного роста и дифференцировки в целом [3; 5]. ГИ в свою очередь приводит к развитию ИР, что так же является стимулом к увеличению продукции инсулина. Порочный круг замыкается.
Большой интерес с практической точки зрения представляет собой вопрос о пусковом моменте, приводящем к развитию каскада взаимозависимых событий, приводящих
к развитию МС. В 1990 г. Р. Bjomtorp сделал предположение, что таким пусковым моментом может быть определенный стиль жизни, сопровождающийся избыточным высококалорийным питанием и недостаточной физической активности, в сочетании с алкоголизацией, курением и стрессами. Эти факторы в комплексе приводят к нарушениям липидного обмена и избыточному накоплению жира в белой жировой ткани [6]. Дальнейшие исследования в этом направлении подтвердили это. В настоящее время концепция факторов риска является ведущей среди гипотез, объясняющих развитие МС в популяции.
Огромную роль в патогенезе МС играют гормоны, образующиеся в белой жировой ткани. Белая жировая ткань представлена унилокулярными адипоцитами, содержащими энергетический запас в виде триглицеридов, а также преади-поцитами, фибробластами, иммунными и другими клетками; она имеет обильную сосудистую и нервную сеть и расположена главным образом в подкожной области и вокруг внутренних органов [7; 8]. Усиление питания и увеличение уровня инсулина в крови стимулирует синтез триглицеридов в печени и накопление их в белой жировой ткани. Наоборот, снижение уровня инсулина в результате голодания или выброса адреналина или глюкокортикоидов или роста гормональной стимуляции приводит к липолизу и усилению окисления жирных кислот в мышечных клетках [9].
Гормональная активность белой жировой ткани была в последние годы хорошо изучена. В жировой ткани активированные макрофаги продуцируют цитокины - фактор некроза опухоли-а (ФНО-а) и интерлейкин-6. Здесь же секре-
тируются С-реактивный белок, внутриклеточный фактор адгезии-1, тромбоцитарно-эндотелиальные факторы адгезии-1, моноцитарный хемо-аттрактант-1 и факторы коагуляции (активатор ингибитора плазминогена-1), которые связаны с ССЗ [10]. Кроме этого, жировая ткань секретирует полипеп-тидные гормоны: лептин, адипонектин, резистин [11] и ферменты, регулирующие биосинтез и активацию стероидных гормонов [12]. В целом, секретируемые жировой тканью факторы объединяются под названием адипокины.
Впервые предположение о существовании фактора, секреция которого пропорциональна энергетическим запасам в жировой ткани и который контролирует пищевое поведение, вес и массу белого жира, высказал G.C.Kennedy в 1953 г. [13]. Эта идея была подтверждена открытием моно-генных мутаций, приводящих к ожирению, и в экспериментах на грызунах [14].
В настоящее время роль адипокинов в регуляции физиологических функций известна. Низкие уровни лептина при голодании приводят к улучшению усвоения пищи, уменьшению расхода энергии и изменениям в работе нейроэндокринной и иммунной систем, направленным на сбережение запасов энергии. При избыточном потреблении пищи уровень лептина повышается, что приводит к снижению усвоения питательных веществ и увеличению расхода энергии, предотвращая развитие ожирения. Регуляция этих процессов происходит в гипоталамусе и в стволе мозга. Лептин регулирует обмен глюкозы и жиров через ферменты AMP-активированную протеинкиназу (AMPK) и стеароил-СоА-десатуразу-1, которые находятся в печени и мышцах. Ади-понектин и резистин так же контролируют энергетический баланс и чувствительность к инсулину через центральные и периферические органы-мишени.
Локус, ответственный за ожирение был определен геном lep, который кодирует секрецию белка лептина [15]. Мыши и гомозиготные по гену lep люди с мутацией Lepob/ob отличались сильным аппетитом, ранним ожирением, инсулиноре-зистентностью, стеатозом, гипоталамическим гипогонадиз-мом, дефицитом тиреоидных и ростовых гормонов и иммуносупрессией [16]. Лептин образуется в основном в адипо-цитах, небольшое количество - в желудке, молочной железе, плаценте, скелетных мышцах и, возможно, в мозге [17; 18]. Он имеет молекулярную массу 16 кДа и циркулирует в свободной или связанной форме. Концентрация лептина в жировой ткани и плазме крови прямо пропорциональна объему жировой ткани в организме, размерам адипоцитов и содержанием в них триглицеридов. Уровень лептина выше у женщин, чем у мужчин и при нормальной массе тела, и при ожирении. Половой диморфизм объясняют большим количеством подкожного жира у женщин, подавлением продукции лептина андрогенами и стимуляцией эстрогенами [18]. Инсулин, глюкокортикоиды и цитокины (ФНО-а и ИЛ-6) повышают уровень лептина, а холод и андрогенная стимуляция понижают его [19].
Секреция лептина имеет суточный ритм. У человека и приматов пик наблюдается ночью, у грызунов - утром. Физиологический смысл этого явления, вероятно, связан с суточным ритмом жизни. Снижение уровня лептина во время голодания происходит параллельно снижению уровня глюкозы и инсулина. Через несколько часов после еды уровень лептина повышается [19]. Предполагается, что пищевая
регуляция лептина осуществляется через уровень инсулина, а не глюкозы, потому что уровень лептина выше при гипе-ринсулинемии [20]. В противоположность этому, уровень адипонектина уменьшается при увеличении уровня инсулина или глюкозы [21].
Лептин поступает к нейрональным мишеням, проникая в мозг через транспортные системы мозжечка в обход гемато-энцефалического барьера. В клетках дугообразного ядра гипоталамуса он непосредственно подавляет активность нейронов, синтезирующих орексигенные пептиды, отвечающие за аппетит, потребление пищи и накопление веса. Это нейропептид Y (NPY), агути-связанный пептид (AgRP), меланоцит-стимулирующий гормон (a-MSH). Лептин так же индуцирует синтез анорексигенных пептидов, которые уменьшают потребление пищи и накопление массы - про-приомеланокортина (POMC), кокаин- и амфетамин-регулирующего транскрипта (CART), кортикотропин-рилизинг-гормона и тиротропин-рилизинг-гормона [17; 22; 23]. Результаты исследований подтверждают это [8].
Врожденный дефицит лептина у людей и у грызунов приводит к развитию прожорливости, ожирения, иммунодепрессии и гипоталамического гипогонадизма [24]. Приобретенный вследствие голодания или липодистрофии дефицит лептина также стимулирует потребление пищи и подавляет иммунитет, симпатическую нервную систему, половые и тиреоидные гормоны [25]. Однако у большинства тучных людей уровни лептина высокие, и они не отвечают на его введение, что предполагает наличие у них лептин-резистентности [11]. Исследования показали, что лептин-резистентность у тучных грызунов сопровождается ухудшением транспорта лептина через гематоэнцефалический барьер [24]. Вследствие ослабления чувствительности мозга к лептину включается процесс избыточного накопления триглицеридов в жировой ткани, мышцах, печени и поджелудочной железе.
По данным K.A. Takahashi и R.D. Cone, быстрое снижение уровня лептина во время голодания и при его врожденном дефиците приводит к деполяризации нейронов NPY и AgRP. Это явление может лежать в основе гиперфагии [27]. R.S. Ahima и др. нашли, что врожденный дефицит лептина приводит к уменьшенному весу мозга, нарушает миелиниза-цию и редуцирует некоторые нейроны и белки нейроглии. У взрослых мышей Lepob/ob эти явления частично исчезают при введении лептина [28]. У людей ежедневное подкожное введение рекомбинантного человеческого метионил-лептина в течение 6 месяцев полностью устраняет его дефицит в сером веществе передней сингулярной борозды и нижней части затылочной доли и в мозжечке при врожденной недостаточности лептина [29]. Лептин усиливает развитие аксональных связей аркуатного и паравентрикулярного ядер у новорожденных мышей [30]. Анорексигенное действие леп-тина связано с усилением ингибиторных синапсов и ослаблением возбудительных синапсов в гипоталамусе [31]. При разрушении дугообразного ядра у животных развивается ожирение [32; 33]. Разрушение NPY и MCH уменьшает ожирение у мышей с недостаточностью лептина [34].
Лептин играет важную роль в предотвращении накопления триглицеридов вне жировой ткани. У худых здоровых людей лептин оказывает косвенное воздействие на мышцы и печень, где стимулирует фосфорилирование и включает
AMPK. Активированная AMPK тормозит ацетил-КоA-карбоксилазу (ACC) и активирует малонил-КоA-декарбоксилазу. При этом замедляется выполняемый ACC катализ малонил-КоA, и тормозится синтез жирных кислот. Малонил-КоA в свою очередь ингибирует карнитин-пальмитил-трансферазу-1 (CPT-1), которая контролирует транспорт жирных кислот в митохондриях, и транспорт замедляется. В результате АМРК, воздействуя на АСС и мало-нил-СоА, активирует CPT-1 и окисление жирных кислот. Таким образом, лептин включает каскад реакций, в результате которых уменьшается накопление триглицеридов в печени и мышцах и увеличивается окисление жирных кислот [35].
Лептинрезистентность приводит к снижению активности АМРК и активации ферментов липогенеза - АСС, синта-зы жирных кислот, стеароил-СоА-десатуразы-1, которая катализирует синтез мононепредельных жирных кислот (в основном, олеиновой и пальмитиновой). Малонил-СоА подавляет активность CPT-1, уменьшая окисление жирных кислот. В результате увеличивается приток жирных кислот, развивается стеатоз, формируются кальцинаты и накапливаются продукты метаболизма, все это нарушает функцию скелетной и сердечной мускулатуры, печени и панкреатических островков [36]. В целом, лептин оказывает противотуч-ное и повышающее чувствительность к инсулину действие через ингибицию стеароил-СоА-десатуразы-1, которая действует на АМРК [36].
Механизмы, приводящие к развитию лептин-резистентности в мозге, нарушению транспорта лептина через гематоэнцефалический барьер, усилению активности тирозин-фосфотазы-1В и нарушению регуляции нейропептидов, изучаются [18; 37]. Эти нарушения приводят к увеличению аппетита и веса, но меньшей степени, чем врожденный дефицит лептина [36].
В природных условиях лептин очень важен для выживания особей и сохранения биологического вида. В периоды голода он ограничивает зависимый от тиреоидной функции термогенез и энергетически затратную репродукцию и стимулирует потребление пищи и накопление. В лабораторных условиях это подтверждается тем, что у гетерозиготных пациентов и мышей с частичным дефицитом лептина масса тела увеличивается [38]. Кроме того, лептин играет важную роль в регуляции объема жировой ткани у здоровых субъектов. Когда энергетическое потребление эквивалентно затратам, объем белой жировой ткани остается постоянным и другие ткани содержат малое количество жира.
Лептин регулирует чувствительность к инсулину и функцию панкреатических Р-клеток. Делеция гена lep индуцирует инсулинорезистентность в клетках мозга и диабет, в то время как введение лептина приводит к понижению уровня инсулина и нормализации уровня глюкозы [46]. Через гипоталамус лептин уменьшает инсулинорезистентность клеток печени и продукцию глюкозы у грызунов, получающих высокожировое питание [40].
Другой важный адипокин - адипонектин циркулирует в плазме крови в довольно высокой концентрации (мг/мл) [41] и представляет собой гомотример в виде низкомолекулярного (LMW) и высокомолекулярного (HMW) комплексов [42].
Концентрации общего количества адипонектина и HMW-комплекса в плазме выше у женщин, чем у мужчин,
частично из-за подавления адипонектина тестостероном. В отличие от лептина, уровень адипонектина снижается при ожирении, увеличивается при голодании и уменьшается при усиленном питании [41]. Дефицит адипонектина приводит к инсулинорезистентности, снижению толерантности к глюкозе и гиперлипидемии, увеличивает риск сосудистых поражений и атеросклероза [41].
Уровни HMW-комплекса адипонектина являются высоко прогностическими для определения чувствительности к инсулину [43].
Адипонектин подавляет глюконеогенез и усиливает окисление липидов, что связано с активацией AMPK и инги-бицией ACC в печени и мышцах, в то же время он оказывает противовоспалительный эффект [41]. Адипонектин передает сигнал через два рецептора AdipoRl и AdipoR2, которые широко встречаются в паравентрикулярных ядрах, миндалине и коре мозга и вызывают фосфорилирование и активизацию AMPK, ингибирование АСС в печени, мышцах и кровеносных сосудах [41]. Эксперессия AdipoRl и AdipoR2 в печени уменьшается при ожирении (у мышей), и это связано с ослаблением деятельности AMPK и инсулинорезистентностью
[44]. Дефицит AdipoRl и AdipoR2 предотвращает связывание адипонектина и вызвает стеатоз, воспаление, оксидативный стресс и инсулинорезистентность [44]. Кроме того, дефицит AdipoRl увеличивает сниженный расход энергии, увеличивает содержание жира в организме и вызывает инсулиноре-зистентность, а дефицит AdipoR2 приводит к более высокому расходу энергии, более скудному фенотипу, уменьшает холестерин плазмы крови и нормализует уровни глюкозы
[45].
При ожирении адипонектин активизирует окисление жирных кислот, и это приводит к уменьшению массы жира в организме [46]. У мышей Lepob/ob повышение уровня адипо-нектина привело к уменьшению потребления пищи и увеличению расхода энергии. Одновременно у тучных мышей уменьшились инсулинорезистентность и уровень медиаторов воспаления в жировой ткани [47]. Результаты исследований свидетельствуют, что адипонектин действует как “гормон голодания”, контролирующий многие важные метаболические и иммунные процессы в организме [48].
Адипонектин играет определенную роль и в регуляции сосудистого тонуса, гиперполяризуя нейроны с рецепторами к окситоцину и индуцируя смешанные ответы гиперполяризации-деполяризации в нейронах с рецепторами к вазопрес-сину в паравентрикулярном ядре гипоталамуса [49].
Введение адипонектина полностью устраняет нарушения, вызванные его дефицитом, увеличивает окисление жирных кислот, подавляет глюконеогенез, ингибирует адгезию моноцитов, трансформацию макрофагов, пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток в сосудистой стенке [41]. При введении адипонектина в кровь уменьшается объем жировой ткани, увеличивается расход энергии и окисление жирных кислот. Постоянное введение адипонектина уменьшает потребление пищи, снижает вес, уровень глюкозы и липидов у тучных крыс [46]. Секреция лептина и адипонек-тина обратно пропорциональна сезонным изменениям массы белой жировой ткани у млекопитающих, впадающих в спячку [50]. Было выдвинуто предположение о центральном действии адипонектина в регуляции метаболизма [21].
В целом, адипонектин и лептин стимулируют энергетический расход, снижают уровень глюкозы и липидов, увеличивают экспрессию CRH и индуцируют иммунореактивность [21].
Еще один белок, продуцируемый адипоцитами у грызунов и макрофагами у человека - резистин, является цистеин-содержащим пептидом и тоже циркулирует в крови. У грызунов он играет роль медиатора инсулинорезистентности
[51]. Уровень циркулирующего резистина, измеренный методом иммуноблоттинга, был повышен у тучных мышей. Введение рекомбинантного резистина приводило к нарушению толерантности к глюкозе, тогда как иммунонейтрализация резистина у тучных мышей снижала уровень глюкозы
[52].
У человека резистин синтезируется в основном в макрофагах [53], хотя некоторые исследования показали, что и в адипоцитах тоже [54].
Исследования показали, что при ожирении, атеросклерозе, воспалительном процессе, диабете 2 типа уровень резистина повышается [55]. Высокий уровень резистина ассоциирован с высокими уровнями TNF а-рецептора-2, IL-6 и липопротеинфосфолипазой A2, а также со степенью кальцификации коронарных артерий [56]. Введение низких доз липополисахаридов в эксперименте вызвало лихорадку и привело к увеличению уровня адипозо-TNF а и IL-6 и инсу-линорезистентности, что подтвердило связь между воспалением, адипокинами и метаболизмом глюкозы [57].
При ожирении повышается уровень резистина, а гипер-резистинемия приводит к нарушению углеводного гомеостаза. Роль резистина была изучена на мышах линии Lepob/ob, с ожирением и инсулинорезистентностью, связанным с генетическим дефицитом лептина. Потеря резистина усиливает ожирение у мышей Lepob/ob через снижение уровня метаболизма, даже без увеличения потребления пищи. Дефицит резистина повышает толерантность к глюкозе и чувствительность к инсулину у тучных мышей, что приводит к луч-
шему усвоению глюкозы мышечной и жировой тканью. Наоборот, у мышей линии C57BL/6J с индуцированным диетой ожирением дефицит резистина тормозит продукцию глюкозы печенью и повышает в периферических тканях потребность в глюкозе. Дефицит резистина усиливает процессы фосфорилирования в мышцах и печени и понижает уровень супрессора 3-сигнального цитокина и это подтверждает его важную роль в развитии инсулинорезистентности при генетически обусловленном или алиментарном ожирении [58].
Уровень резистина выше у женщин, чем у мужчин. Он снижается при голодании и повышается при усиленном потреблении пищи [59], прямо пропорционально содержанию в крови инсулина и глюкозы. Систематическое введение трансгенным грызунам резистина уменьшает способность инсулина подавлять производство глюкозы в печени [60]. Наоборот, снижение резистина повышает чувствительность к инсулину через активацию AMPK [61]. Резистин ингибирует липогенез, в то время как его снижение приводит к увеличению запасов жира в организме и повышению чувствительности к инсулину [62].
Обработка резистином ядер гипоталамуса вызывает ин-сулинорезистентность клеток печени и экспрессию маркеров воспаления в гипоталамусе [63].
Таким образом, не вызывает сомнения факт, что пусковым моментом в развитии метаболического синдрома в значительной степени является такой образ жизни, когда недостаток физической активности сопровождается избыточным потреблением высококалорийных продуктов питания. Эти условия приводят к тому, что объем белой жировой ткани и содержание триглицеридов в адипоцитах увеличиваются, и развивается каскад взаимосвязанных нарушений обмена, приводящих к гиперинсулинемии и инсулинорезистентно-сти. Анализ научных публикаций позволяет прийти к выводу, что важнейшую роль в развитии метаболических нарушений, сопровождающих МС, играют адипокины: лептин, адипонектин и резистин.
Библиографический список
1. Диагностика и лечение метаболического синдрома. Российские рекомендации. - М., 2008. - № 6 (6), Приложение 2 к журналу «Кардиоваскулярная терапия и профилактика».
2. Розен, В.Б. Основы эндокринологии. - М.: Изд-во МГУ, 1994.
3. Hutton, J.C., Siddle K. Peptide Hormone Secretion: A Practical Approach. - Oxford, England: IRL Press of Oxford University Press, 1990.
4. Альбертс, Б. Молекулярная биология клетки: в 3 т. / Б. Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис [и др.]; пер. с англ. - М.: Мир, 1994.
5. Перцева М.Н. Современные достижения в изучении сигнальных механизмов действия инсулина и родственных ему пептидов / М.Н. Перцева, А.О. Шпаков, С.А. Плеснева // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1996. - №3.
6. Bjorntorp P. Obesity and Diabetes. In Alberti KGMM, Krall L.P, eds. //The diabetes Annual 5. Amsterdam, Elsevier; 1990; 373-395.
7. Cinti, S. Anatomy of the adipose organ. Eat Weight Disord 5:132-1342, 2000.
8. Ahima, R.S., Qi Y., Singhal N.S. et al. Brain Adipocytokine Action and Metabolic Regulation. Diabetes 55:S145-S154, 2006.
9. Lafontan, M., Langin D. Cellular aspects of fuel mobilization and selection in white adipocytes. Proc Nutr Soc 54:49-63, 1995.
10. Wellen, K.E., Hotamisligil G.S. Obesity-induced inflammatory changes in adipose tissue. J Clin Invest 112:1785-1788, 2003.
11. Badman, M.K., Flier J.S. The adipocyte as an active participant in energy balance and metabolism. Gastroenterology 2007:132:2103-2115.
12. Belanger, C., Luu-The V., Dupont P., Tchernof A. Adipose tissue intracrinology: potential importance of local androgen/estrogen metabolism in the regulation of adiposity. Horm Metab Res 34:737-745, 2002.
13. Kennedy, G.C. The role of depot fat in the hypothalamic control of food intake in the rat. Proc R Soc Lond B Biol Sci 140:578-596, 1953.
14. Harris, R.B., Hervey E., Hervey G.R., Tobin G. Body composition of lean and obese Zucker rats in parabiosis. Int J Obes 11:275-283, 1987.
15. Zhang, Y., Proenca R., Maffei M. et al. Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue. Nature 372:425-432, 1994.
16. Farooqi, I.S., Matarese G., Lord G.M. et al. Beneficial effects of leptin on obesity, T cell hyporesponsiveness, and neuroendocrine/metabolic dysfunction of human congenital leptin deficiency. J Clin Invest 110:1093-1103, 2002.
17. Ahima, R.S., Saper C.B., Flier J.S., Elmquist J.K. Leptin regulation of neuroendocrine systems. Front Neuroendocrinol 2000, 21:263-307.
18. Flier, J.S. Obesity wars: molecular progress confronts an expanding epidemic. Cell 116:337-350, 2004.
19. Ahima, R.S., Flier J.S. Leptin. Annu Rev Physiol 62:413-37, 2000.
20. Stefan, N., Fritsche A., Haring H., Stumvoll M. Acute stimulation of leptin concentrations in humans during hyperglycemic hyperinsulinemia: influence of free fatty acids and fasting. Int J Obes Relat Metab Disord 25:138-142, 2001.
21. Qi Y., Takahashi N., Hileman S.M. et al. Adiponectin acts in the brain to decrease body weight. Nat Med 10:524-529, 2004.
22. Cowley, M.A., Smart J.L., Rubinstein M. et al. Leptin activates anorexigenic POMC neurons through a neural network in the arcuate nucleus. Nature 411:480-484, 2001.
23. Ahima, R.S. Central actions of adipocyte hormones. Trends Endocrinol Metab 16:307-313, 2005.
24. Hommel, J.D., Trinko R., Sears R.M. et al., Leptin receptor signaling in midbrain dopamine neurons regulates feeding. Neuron 2006, 51:801-810.
25. Ahima, R.S., Prabakaran D., Mantzoros C. et al. Role of leptin in the neuroendocrine response to fasting. Nature, 1996, 382:250-382.
26. Munzberg, H., Myers M.G. Molecular and anatomical determinants of central leptin resistance. Nat Neurosci 8:566-570, 2005.
27. Takahashi, K.A., Cone R.D. Fasting induces a large, leptin-dependent increase in the intrinsic action potential frequency of orexigenic arcuate nucleus neuropeptide Y/agouti-related protein neurons. Endocrinology 146:1043-1047, 2005.
28. Ahima, R.S., Bjorbaek C., Osei S. Flier J.S. Regulation of neuronal and glial proteins by leptin: implications for brain development. Endocrinology 140:2755-2762, 1999.
29. Matochik, J.A., London E.D., Yildiz B.O. et al. Effect of leptin replacement on brain structure in genetically leptin-deficient adults. J Clin Endocrinol Metab 90:2851-2854, 2005.
30. Bouret, S.G., Draper S.J., Simerly R.B. Trophic action of leptin on hypothalamic neurons that regulate feeding. Science 304:108-110, 2004.
31. Pinto, S., Roseberry A.G., Liu H. et al. Rapid rewiring of arcuate nucleus feeding circuits by leptin. Science 304:110-115, 2004.
32. Bates, S.H., Stearns W.H., Dundon T.A. et al. STAT3 signalling is required for leptin regulation of energy balance but not reproduction. Nature 421:856-859, 2003.
33. Balthasar, N., Dalgaard L.T., Lee C.E. et al. Divergence of melanocortin pathways in the control of food intake and energy expenditure. Cell 123:493-505, 2005.
34. Segal-Lieberman, G., Bradley R.L., Kokkotou Eet al. Melanin-concentrating hormone is a critical mediator of the leptin-deficient phenotype. Proc Natl Acad Sci USA 100:10085-10090, 2003.
35. Kahn, B.B., Alquier T., Carling D., Hardie D.G. AMP-activated protein kinase: ancient energy gauge provides clues to modern understanding of metabolism. Cell Metab 1:15-25, 2005.
36. Cohen, P., Miyazaki M., Socci N.D. et al. Role for stearoyl-CoA desaturase-1 in leptin-mediated weight loss. Science 297:240-243, 2002.
37. Zabolotny, J.M., Bence-Hanulec K.K., Stricker-Krongrad A. et al. PTP1B regulates leptin signal transduction in vivo. Dev Cell 2:489-495, 2002.
38. Farooqi, I.S., Keogh J.M., Kamath S. et al. Partial leptin deficiency and human adiposity. Nature 414:34-35, 2001.
39. Coppari, R., Ichinose M., Lee C.E. et al. The hypothalamic arcuate nucleus: a key site for mediating leptin's effects on glucose homeostasis and locomotor activity. Cell Metab, 2005, 1:63-72.
40. Pocai A., Morgan K., Buettner C. et al. Central leptin acutely reverses diet-induced hepatic insulin resistance. Diabetes, 2005, 54:3182-3189 19.
41. Kadowaki T., Yamauchi T. Adiponectin and adiponectin receptors. Endocr Rev 26:439-451, 2005.
42. Ahima, R.S., Lazar M.A. Adipokines and the peripheral and neural control of energy balance. Molecular Endocrinology. First published ahead of
print January 17, 2008 as doi:10.1210/me.2007-0529.
43. Pajvani, U.B., Hawkins M., Combs T.P. et al. Complex distribution, not absolute amount of adiponectin, correlates with thiazolidinedione-mediated improvement in insulin sensitivity. J Biol Chem 279:12152-12162, 2004.
44. Yamauchi, T., Nio Y., Maki T. et al. Targeted disruption of AdipoR1 and AdipoR2 causes abrogation of adiponectin binding and metabolic actions. Nat Med, 2007, 13:332-339.
45. Bjursell, M., Ahnmark A., Bohlooly-Y. M. et al. Opposing effects of adiponectin receptors 1 and 2 on energy metabolism. Diabetes, 2007, 56:583-593.
46. Shklyaev, S., Aslanidi G., Tennant M. et al. Sustained peripheral expression of transgene adiponectin offsets the development of diet-induced obesity in rats. Proc Natl Acad Sci U S A 100:14217-14222, 2003.
47. Kim, J.Y., van de Wall E., Laplante M. et al. Obesity-associated improvements in metabolic profile through expansion of adipose tissue. J Clin
Invest, 2007, 117:2621-2637.
48. Kubota, N., Yano W., Kubota T. et al. Adiponectin stimulates AMP-activated protein kinase in the hypothalamus and increases food intake. Cell Metab, 2007, 6:55-68.
49. Hoyda, T.D., Fry M., Ahima R.S., Ferguson A.V. Adiponectin Selectively Inhibits Oxytocin neurons of the paraventricular nucleus of the hypothalamus. J Physiol, 2007, Oct 18.
50. Florant, G.L., Porst H., Peiffer A. et al. Fat-cell mass, serum leptin and adiponectin changes during weight gain and loss in yellow-bellied marmots (Marmota flaviventris). J Comp Physiol 174:633-639, 2004.
51. Steppan, C.M., Bailey S.T., Bhat S. et al. The hormone resistin links obesity to diabetes. Nature 409:307-312, 2001.
52. Banerjee, R.R., Rangwala S.M., Shapiro J.S. et al. Regulation of fasted blood glucose by resistin. Science 303:1195-1198, 2004.
53. Lazar M.A. Resistin- and obesity-associated metabolic diseases. Horm Metab Res, 2007, 39:710-716.
54. Utzschneider, K.M., Carr D.B., Tong J. et al. Resistin is not associated with insulin sensitivity or the metabolic syndrome in humans. Diabetolo-gia 48:2330-2333, 2005.
55. Reilly, M.P., Lehrke M., Wolfe M.L. et al. Resistin is an inflammatory marker of atherosclerosis in humans. Circulation 111:932-939, 2005.
56. Anderson, P.D., Mehta N.N., Wolfe M.L. et al. Innate immunity modulates adipokines in humans. J Clin Endocrinol Metab, 2007, 92:2272-2279 26.
57. Lo J., Bernstein L.E., Canavan B. et al. Effects of TNF-alpha neutralization on adipocytokines and skeletal muscle adiposity in the metabolic syndrome. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2007, 293:E102-109.
58. Yong, Qi, Zhenying Nie, Yun-Sik Lee et al. Loss of Resistin Improves Glucose Homeostasis in Leptin Deficiency. Diabetes 55:3083-3090, 2006.
59. Rajala, M.W., Qi Y., Patel H.R. et al. Regulation of resistin expression and circulating levels in obesity, diabetes, and fasting. Diabetes, 2004, 53:1671-1679.
60. Rajala, M.W., Obici S., Scherer P.E., Rossetti L. Adipose-derived resistin and gut-derived resistin-like molecule-beta selectively impair insulin action on glucose production. J Clin Invest, 2003, 111:225-230.
61. Muse, E.D., Obici S., Bhanot S. et al. Role of resistin in diet-induced hepatic insulin resistance. J Clin Invest, 2004, 114:232-239.
62. Kim, K.H., Lee K., Moon Y.S., Sul H.S. A cysteine-rich adipose tissue-specific secretory factor inhibits adipocyte differentiation. J Biol Chem, 2001, 276:11252-11256.
63. Singhal, N.S., Lazar M.A., Ahima R.S. Central resistin induces hepatic insulin resistance via neuropeptide Y. J Neurosci, 2007, 27:12924-12932.
Статья поступила в редакцию 10.11.10
УДК 546.47:633.844:622.344(574.42-35)
М.С. Панин, д-р биол. наук, проф., проректор по научной работе и международным связям, заведующий кафедрой экологии и географии Семипалатинского государственного педагогического института, Республика Казахстан, г. Семей, E-mail: pur@sgpi.kz; Д.А. Аскарова, асп. каф. экологии и географии Семипалатинского государственного педагогического института, Республика Казахстан, г. Семей, E-mail: danara.84@mail.ru
ВЛИЯНИЕ ПЫЛИ УСТЬ-КАМЕНОГОРСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ОАО «КАЗЦИНК» НА НАКОПЛЕНИЕ ЦИНКА В ПРОРОСТКАХ ГОРЧИЦЫ ЛИСТОВОЙ (BRASSICA JUNCEA L.)
Исследовано действие пылевых выбросов свинцово - цинкового комбината на проростки горчицы листовой в условиях модельного опыта на темно - каштановой почве. Внесение пыли, содержащей цинк, приводило к более интенсивному накоплению его в надземной части, чем в корнях проростков. Установлена зависимость концентрации цинка в проростках от его валового содержания и концентрации подвижных форм в почве.
Ключевые слова: пылевые выбросы, цинк, горчица листовая, продуктивность, вынос, коэффициент накопления.
Пылевые выбросы промышленных предприятий являются одним из основных способов попадания в окружающую среду многих химических элементов и их соединений. Промышленная пыль играет важную роль в загрязнении атмосферного воздуха, а также в образовании зон техногенного загрязнения, фиксируемых снеговым покровом и почвами. Все это представляет непосредственную угрозу для живых организмов.
Среди промышленных предприятий г. Усть- Каменогор-ска основным загрязнителем является металлургический комплекс ОАО «Казцинк», состоящий из цинкового, свинцового заводов и аффинажного производства. Общая масса пылевых выбросов от Усть-Каменогорского металлургического комплекса ОАО «Казцинк» составляет 217,14 т/год [1].
Выращивание кормовых или сельскохозяйственных растений, используемых в пищу, вблизи указанных территорий потенциально опасно. Цинк выполняет в растительных организмах многие биохимические функции и в оптимальных дозах им необходим. Большинство растений имеют защитные механизмы, предотвращающие попадание избыточных количеств металлов в надземные органы. Однако, и эти барьерные функции имеют предел и при избыточных концентрациях цинка в почве не способны в полной мере обеспечить защиту растения от его токсического действия, что может привести впоследствии к различным заболевания и даже гибели.
В связи с этим было изучено влияние пылевых выбросов свинцово - цинкового металлургического предприятия на темпы роста, продуктивность и накопление цинка проростками горчицы листовой.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Был заложен модельный вегетационный опыт согласно методике З. И. Журбицкого [2]. Для опытов выбрали незагрязненную фоновую тёмно - каштановую среднесуглини-
стую почву, отобранную в 60 км от города Семей на полях бывшей сельскохозяйственной опытной станции. Содержание гумуса в исходной почве 1,23 %, физической глины-8,7%, рНводн. - 7,11, илистой фракции-4,9%, ЕКО - 9,1 м-экв/100 г. По градации В.Б. Ильина [3], изучаемая почва по степени буферности к загрязнению тяжелыми металлами является средней. Технологическую пыль Усть-Каменогорского металлургического комплекса ОАО «Каз-цинк» собирали с фильтров. В литературе имеется информация о том, что растения семейства капустных интенсивно накапливают в надземной части ТМ [4; 5; 6; 7], поэтому в качестве тест - объекта выбрали однолетнее травянистое растение горчицу листовую Brassica ]'тсеа L. Искусственное загрязнение пылью производили в сухом виде в соотношениях 0,1; 0,5; 1,0; 5,0; 10,0 и 15% технологической пыли к 1 кг воздушно-сухой массе почвы в пластиковый сосуд, рассчитанный на 1 кг почвы. В контрольный вариант пыль не вносили. Из расчета количества семян 12 кг/га [8], в каждый сосуд высаживали по 20 проростков. В течение 30 суток сосуды находились на рассеянном свету. За 100% принимали зелёную массу растения и корни, выращенные на контрольной почве в одинаковых условиях с вариантами загрязнения.
Валовое содержание цинка в исследуемой пыли и почве определяли атомно-абсорбционным методом, концентрацию мобильных форм соединений цинка в пыли и почве и содержание цинка в корнях и надземной части проростков - фото-колориметрическим химическим методом по прописи Г.Я. Ринькиса [9]. Определяли водорастворимую форму цинка (экстрагент бидистиллированная вода), кислоторастворимую (1 н. раствор соляной кислоты) и обменную (ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН = 4,8).
За фитотоксический эффект принимали снижение биомассы тест-культуры на 10 и более процентов от контрольного варианта.
