Abstrakt
Fyzické cvičení urychluje mobilizaci volných mastných kyselin z bílé adipocyty poskytovat palivo pro energii. To se děje v několika tkáních a pomáhá regulovat stav metabolismu celého těla. Za těchto podmínek, hydrolýzu triacylglycerolů (TG), která se nachází v bílých adipocytech je známo, že být rozšířena prostřednictvím aktivace těchto lipolytické události, která je označována jako „lipolytické kaskády.,“Důkazy skutečně ukázaly, že lipolytické reakce v bílých adipocytech jsou upraveny kontinuálním cvičením (ET) prostřednictvím adaptivních změn molekul, které tvoří lipolytickou kaskádu. Během posledních několika desetiletí bylo identifikováno mnoho molekul souvisejících s lipolýzou. Poznámky, objev nového lipázy, známý jako tukové triglyceridů lipázy, zvýraznilo existující koncepty hormon-senzitivní lipáza-závislé hydrolýzou TG v bílých adipocytech., Tento přehled popisuje změny lipolytických molekul bílých adipocytů, které jsou výsledkem ET, což zahrnuje molekulární regulaci TG lipáz lipolytickou kaskádou.
1. Úvod
Obezita, která vyplývá z energetického příjmu, který převyšuje výdej energie, je hlavní globální zdravotní problém nejen ve vyspělých zemích (západní svět), ale v nízko – a středněpříjmových zemích (méně rozvinutých zemí) ., Bílé adipocyty jsou schopny ukládání přebytečné energie jako triacylglycerolů (TG), a hrají klíčovou roli v energetickém metabolismu tím, že poskytuje volné mastné kyseliny (FFA) a glycerolu přes hydrolýzu TG. Indukce lipolýzy, stejně jako inhibice syntézy TG v bílých adipocytech, byla považována za cíl léčby prevence a zlepšení obezity a jejích souvisejících poruch., Proto, objasňující mechanismy a základní fyzické cvičení indukované změny lipolytické molekul v bílých adipocytech by být užitečné pro vytvoření nové metody pro cvičení, terapie, stejně jako pro pochopení biologických významů lipolytické události, samotné.
tato objasnění lipolýzy prokázala, jak je ektopická akumulace lipidů v kosterním svalu a játrech úzce spojena se syndromem inzulínové rezistence a diabetem ., Zejména tok svalové mastných kyselin je známo, že hrají klíčovou roli v rozvoji abnormality svalů a celého těla energetického metabolismu , které prokazují, že zvýšení spotřeby intramuskulárních lipidů přes mitochondriální β-oxidace by bylo prospěšné pro prevenci obezity-související poruchy. V předchozích studiích bylo prokázáno, že ET zvyšuje metabolické využití lipidů u zdravých i obézních lidí a snižuje ukládání lipidů v játrech ., Kromě toho, zdá se, že ET-indukované ztráty absolutní obsah lipidů v bílých adipocytech samo o sobě má pozitivní vliv na snížení hladiny redistribuce lipidů do jiných tkání, přes útlum syntetický substrát obsah, který je, FFA a glycerol. ET by tedy byl vysoce účinným nástrojem pro snížení ektopické akumulace tuku a/nebo zvýšení hydrolýzy TG v samotných bílých adipocytech.,
molekulární mechanizmy lipolýzy v bílé adipocyty jsou známo, že být regulovány především hierarchické aktivace lipolytické kaskády, který je upraven tak, přes to jak α – a β-AR-cAMP výrobní systém, čímž se distálně vyvození přechod na hydrolytické působení lipázy. Stimulace těchto dvou ARs vyvolává opačné účinky: α-antilipolytický a β-lipolytický (podrobnosti jsou popsány v další části)., Bylo prokázáno, že úplná aktivace lipolýzy v bílých adipocytech se získává pouze tehdy, když byly katecholaminy v přítomnosti antagonisty an-AR u člověka, i když u hlodavců nejsou pozorovány žádné změny . Tato antilipolytická složka, která působí proti lipolýze zprostředkované β-AR, byla dobře známá jako“ / β-adrenergní rovnováha“. Na druhé straně Arner a jeho kolegové ukázali, že-ARs modulují lipolýzu v klidu, zatímco β-ARs modulují lipolýzu během fyzického cvičení, i když v lidských bílých adipocytech existuje /β-adrenergní rovnováha., Kromě toho bylo prokázáno, že počet -ARs v jerboa, plch, potkan je nižší než u lidí , což naznačuje, že katecholaminy-indukované lipolýzy u hlodavců, které mají nízký počet -ARs, je regulována prostřednictvím změny v β-lipolytické funkce. Proto experimenty pomocí jerboa, plch, potkan by být užitečné pro objasnění fyzické cvičení indukované molekulární změny v lipolytický molekul v lidských bílých adipocytů, protože -ARs modulovat lipolytické reakce během cvičení u lidí ., Bylo všeobecně uznáváno, že ET usnadňuje hormonálně stimulovanou lipolýzu v bílých adipocytech u savců . Nicméně, účinky na ET na obou molekulární chování a vyjadřování koncentrace lipolytických molekul v bílých adipocytech zůstávají chybějící kousky skládačky, ačkoli nedávný důkaz označila oba nové lipázy a lipolytické kofaktory: adipose triglyceride lipáza (ATGL) , PAT rodiny proteinů , komparativní genové identifikace-58 (CGI-58) , a lipotransin .,
účelem tohoto přezkumu je, aby se maršál skutečnost, že cvičení odborné přípravy (ET) vyvolané změny v lipolytický molekul přes β-AR, běžně vyjádřené v bílé adipocyty člověka a hlodavců. Zavedené výsledky tohoto přezkumu jsou smíchány s výsledky získanými z lidských a experimentálních zvířat. Nicméně projednání tohoto pohledu se zdá umožnit prohloubení porozumění lipolytické události v bílé tukové buňky po ET, protože ET vyvolané adaptivní změny lipolytické molekul v bílé adipocyty jsou univerzální mechanismus v savčích druhů., Společně jsou nejprve nastíněny v současné době známé mechanismy lipolytické kaskády a molekulární chování lipáz a kofaktorů. Pak je pozornost zaměřena na et-indukované adaptivní změny lipolytických molekul, které byly získány hlavně z našich studií bílých adipocytů.
2. Základní Struktura Lipolytické Kaskády v Bílých Adipocytech
Lipolýzy v bílé adipocyty je regulována mnohostranný jev, který se vztahuje především k odlišné časové kontroly, jako jsou hormonální stimulace prostřednictvím katecholaminů., Hormonální aktivace lipolýzy v adipocytech je zprostředkována tradičním procesem transdukce signálu závislého na táboře(Obrázek 1 (a)). Stimulace G-protein vázané receptory (GPCRs), který je, -, -, a -adrenergních receptorů (β-ARs), indukuje konformační změnu Ga podjednotky heterotrimeric G bílkovin (Gaßy), která vede k uvolnění HDP a GTP závazné. Aktivovaný plyn vede k aktivaci adenylylcyklázy (AC) a k produkci cAMP., Nicméně, stimulace GPCRs, že je, -adrenergních receptoru , receptoru adenosinu , a prostaglandinu E2 receptory , které stimulují Gai, způsobuje inaktivaci AC a snižuje produkci cAMP, což vede k útlumu lipolytické reakce. Kromě toho, inzulín zmírňuje intracelulárního cAMP výroby prostřednictvím zvýšení fosfodiesterázy-3B (PDE-3B) činnosti, která mění cAMP na AMP přes aktivaci protein kinázy B/AKT (Obrázek 1(b))., Zvýšení intracelulárního cAMP úrovni fosforyluje a aktivuje cAMP-dependentní protein kinázy A (PKA) a následně fosforyluje hormon-senzitivní lipáza (HSL); je dobře známo, že fosforylace HSL na Ser563, Ser659, a Ser660, cAMP-dependentní proteinkinázy (PKA), zvyšuje její enzymatickou aktivitu a že extracelulární regulované kinázy (ERK) indukuje fosforylace HSL na Ser600 v 3T3-L1 adipocytech , i když neexistují žádné studie podporující tento výsledek v primární savců bílé adipocyty., Fosforylovaný HSL aktivuje hydrolýzu TG v adipocytech translokací HSL z cytoplazmy na povrch lipidových kapiček . Na druhé straně byl hlášen inhibiční účinek inzulínu na aktivitu HSL a amp aktivovaná proteinová kináza (AMPK) zeslabuje aktivitu HSL zvýšením jeho fosforylace při Ser565 .,
(a)
(b)
(a)
(b)
V roce 2004, tři skupiny nezávisle publikoval objev enzymu, který by mohl rozpouštějí TG a pojmenoval jej triglyceridů tukové lipáza (ATGL). Na rozdíl od HSL nemá ATGL žádnou specificitu pro hydrolýzu MG, esterů cholesterolu nebo retinylesterů., ATGL dělá, nicméně, mají substrátová specificita pro TG, která je 10-krát vyšší než pro DG , což znamená, že selektivně působí jako první krok v TG hydrolýze a že jeho hydrolytická funkce není omezena na katabolismu kapičky lipidů v tukové tkáni. Kromě toho byly v oblasti C-terminálu u lidí identifikovány dvě fosforylační místa ATGL, at Ser404 a Ser428 . Na rozdíl od HSL však funkční role enzymové fosforylace, protože zahrnuje proteinové kinázy, zůstávají neznámé., Společně, oba HSL a ATGL zákona hierarchicky regulovat TG hydrolýza: ATGL iniciuje lipolýzu tím, že odstraní první FA z TG, v pořadí, produkují DG; HSL generuje další FA z DG a MG produkovat glycerol (Obrázek 2). Při těchto událostech hraje fosforylace lipáz ústřední roli při regulaci enzymové aktivity a je úzce spojena s katabolismem adipocytů.
3. Regulace lipolýzy koordinovaným působením lipáz a kofaktorů
objev perilipinu 1 poskytl důkaz kofaktorů, které existují v cytoplazmě a na povrchu lipidových kapiček ., Perilipin 1 je zakládajícím členem perilipin, adipophilin, a TIP47 rodiny (dále PAT/perilipin rodiny bílkovin), lipidů kapička-coated proteiny a vyjadřuje se převážně v bílé tukové tkáně, kde kabáty lipidových kapének, a v steroidogenní tkáně . Perilipin 1 má tolik jako šest lokalit fosforylace (Ser81, Ser222, Ser276, Ser433, Ser492, a Ser517) v adipocytech prostřednictvím PKA ., Několik studií uvádí, že perilipin 1 je multifunkční a je schopen snížit bazální lipolýzy prostřednictvím kombinace HSL s lipidové kapičky se tvoří bariéru a podporuje lipolýzu pohyb perilipin 1 km od kapičky tuku prostřednictvím lipázy-závislé a nezávislé mechanismy . Navíc, CGI-58, také známý jako α/β hydrolázy domény obsahující protein 5 (ABHD5), bylo zjištěno, že zvýšení TG hydrolázy činnost ATGL v důsledku přímé interakce s ATGL proteiny ., CGI-58 má také schopnost být spojeno s perilipin 1 , prokazující, že lokalizace obou perilipin 1 a CGI-58 jsou centrálně podílí se na organizaci a regulaci lipolytické efektorové interakce v obou bazální a hormon-stimulovat státy. Schéma koncepčního konsensu je popsáno níže (obrázek 3). Za bazálních podmínek, CGI-58 lokalizuje na lipidové kapičky povrchy s perilipin 1, i když ATGL existuje převážně v cytoplazmě , což vede k zeslabení interakce ATGL s CGI-58 ., HSL se také nachází zcela v cytoplazmě, kde je nonfosforylován a odstraněn z lipidových kapiček, čímž se snižuje hydrolyzační aktivita TG v adipocytech . V kontrastu, hormonální aktivace β-ARs-PKA vyvolává asociace CGI-58 s ATGL v roztříštěné lipidové kapičky po rychlé, během několika minut, disociace PKA-fosforylované perilipin 1 na Ser517 a CGI-58 ., Během té doby, PKA podporuje fosforylaci a translokaci fosforylované HSL na Ser659 a Ser660 z cytoplazmy do lipidových kapének , a, podle pořadí, perilipin 1 se chová jako lešení bílkovin vázat HSL s lipidové kapičky , což má za následek upozornění, maximální lipolytické reakce. Sériové modifikační události lipolytických molekul, které podporují lokalizaci lipáz, by tak hrály klíčovou roli při adaptivní změně lipolytické odpovědi v bílých adipocytech fyzickým cvičením.,
(a) Basal and inactivated conditions
(b) Hormone-activated conditions
(a) Basal and inactivated conditions
(b) Hormone-activated conditions
4. Vliv ET na Počet β-ARs, Což Je Prvním Krokem v Mobilizaci Lipolytické Kaskády
Jak je uvedeno ve výše uvedených oddílech, stimulace β-ARs-AC systém v bílých adipocytech za následek změny v intracelulární cAMP výroby a v následnou aktivaci PKA., Tak, zvýšení počtu β-ARs, které jsou exprimovány na povrchu buněk, se očekává, že hrát klíčovou roli v upregulace lipolýzu, která je způsobena ET. V ET však existuje malé množství důkazů, které nenaznačují žádnou změnu počtu β-ARs, které jsou měřeny hydrofobními ligandy, ve srovnání s primárními adipocyty sedavých kontrolních potkanů., Kromě toho, vyšetřování pomocí hydrofilní ligandy ukázaly, že úroveň β-ARs na povrchu buněk je výrazně snížily v důsledku ET u potkanů , což ukazuje, že hladiny β-ARs ET, nejméně v části, by mohly být internalizovány do cytoplazmy, spíše než být zvýšena na povrchu buněk. Navíc u potkanů bylo prokázáno, že zvýšení vazby β-ARs-AC je pozorováno u bílých adipocytů z ET ., Tyto výsledky ukazují, že zvýšení lipolýzy vyvolané ET není závislé na počtu β-ARs, ale spíše na zvýšení asociační účinnosti Jak β-ARs, tak GS proteinů. Zvýšení lipolýzy vyvolané ET by tedy mohlo být zprostředkováno adaptivní změnou v post β-ARs.
V ET, opakované vystavení vysoké hladiny plazmatických katecholaminů během záchvaty denní cvičení by mohlo být pravděpodobné, že vyvolat downregulation a změna lokalizace β-ARs do cytoplazmy v bílých adipocytech., Některé velmi elegantní studie prováděné Shenoy a spolupracovníci ukázali, že -ARs mít funkční obratu cyklu z buněčného povrchu do cytosolu prostřednictvím ubikvitinace v katecholaminů na dávce závislým způsobem. Všimněte si, že adaptivní změna adipocytů v reakci na ET se zdá být výsledkem integračního účinku záchvatů akutního cvičení. Porozumění akutním událostem obchodování vyvolaným cvičením společnosti-AR by proto podpořilo objasnění adaptivního moderování β-ARs ET., V krysí primární epididymálních adipocytů, naše výsledky získané z akutní cvičení prokázala, že lokalizace -ARs na povrchu buněk byl upregulován alespoň 3 hodiny po cvičení s omezenou interakci β-arrestin 2 a -AR, vzhledem k tomu, že se vrátil k sedavý způsob ovládání úrovně 24 hodin po cvičení (viz Obrázek 4). Ztráta kombinace β-ar-ar-2 a-AR vedla ke snížení ubiquitinace v AR, což oslabilo internalizaci-ARs do cytoplazmy. Internalized-ARs však byly schopny rychlé recyklace na povrchu buňky ., Spolu, obrat -ARs, která byla vyvolána tím, že každý zápas cvičení může být výsledkem snížené hladiny -ARs na povrchu buněk po ET, protože v tomto případě, tam byly žádné změny v celkovém množství β-AR (Obrázek 4).
5. Adaptivní Změny v G-Proteinů Obvyklé Fyzické Cvičení
je známo, že oba Gs protein α podjednotky (Gsa) a Gi protein α podjednotky (Gia), která jsou oddělena od β – a γ-podjednotek stimulací α – a β-ARs, hrát klíčovou roli v synergické působení AC v bílých adipocytech., ET údajně vyvolal významné zvýšení AC aktivity potkaních bílých adipocytů, doprovázené poklesem hladin Gia proteinu, ale nezpůsobil žádnou změnu hladin GSA proteinů v potkaních bílých adipocytech . Kromě toho ET významně snížil hladiny proteinu Gia2, který převážně inhibuje AC aktivitu, v potkaních bílých adipocytech a na krysích pankreatických ostrůvcích . Tyto výsledky naznačují, že ET pozitivně reguluje signální transdukční systémy inhibicí funkce Gia v tukových buňkách, což vede k aktivaci AC., Mechanismus(y), kterým ET indukuje downregulaci proteinu Gia2, však není znám. V naší předchozí studii, akutní cvičení přechodně downregulated úrovně Gia2 proteinů alespoň 3 hodiny po výkonu prostřednictvím ubiquitin-proteasomal degradace strojních zařízení v rat bílé adipocyty (Obrázek 5), což naznačuje možnost, že down-regulaci Gia2 bílkovin v ET může být také spojena s akutní cvičení indukované proteolýzy akce, protože ET je často definována opakovat záchvaty akutní cvičení., Ve skutečnosti je známo, že podpora systému ubiquitin-proteasome je závislá na intracelulárním ATP, který se produkuje v několika buňkách během cvičení . Hladiny MuRF-1, svalové specifické ligázy E3, jsou navíc údajně sníženy ET u pacientů s chronickým srdečním selháním . V ET tedy může být nápadný účinek cvičení na produkci buněčné energie a selektivní transkripční systémy jedním ze spouštěčů downregulace proteinů Gia2 v bílých adipocytech (obrázek 5). Takový závěr však vyžaduje další studium.,
6., Manipulace lipolytických molekul fyzickým cvičením k zásobování energií
pochopení regulačních mechanismů, které jsou základem bazální a hormonálně stimulované lipolýzy v adipocytech, se v posledních letech vyvinulo. O účinku ET na molekulární chování lipolytických proteinů, tedy perilipinu 1 a CGI-58, je však málo známo v bílých adipocytech., V krysu, ET studie ukázaly, žádné změny v intracelulární cAMP akumulace v bílých adipocytech ve srovnání s sedavý způsob ovládání , což naznačuje možnost, že molekulární chování lipolytické proteiny, které se vyskytují v buňce, hraje klíčovou roli v ON-indukované zvýšení lipolytické reakce., Opravdu, naše předchozí studie ukázaly, že bílé adipocyty získané z ET krysa zvýšení úrovně katalytické podjednotky PKA proteiny a PKA-ukotvení proteinu 150 (AKAP150), který podporuje navázání PKA a jeho substrátu, s aktivací obou PKA a HSL v lipidové kapičky zlomek adipocytů homogenátu . Tyto výsledky by vysvětlit jevy, kterým ET-indukované ukotvení AKAP150 k PKA zvyšuje velikost tábor signalizace v bílé adipocyty, i když akumulace intracelulárního cAMP nepodaří zvýšit jako výsledek ET., V krysu, úrovně HSL v adipocytech údajně jsou upregulovány ET navzdory obezitě nebo normálních okolností v individuální , což naznačuje, že AKAP150-zprostředkované posílení působení PKA snadno vyvolává interakce PKA s HSL, čímž se aktivuje fosforylace HSL v cytoplazmatické prostor. U potkaních bílých adipocytů je však fosforylace HSL akutním cvičením doprovázena zvýšením produkce intracelulárního tábora . Funkční změna v AKAP150 by tedy mohla hrát klíčovou roli při adaptivním augmentaci lipolytických odpovědí ET v bílých adipocytech.,
Alsted a jeho kolegové byli první zpráva, že úrovně ATGL bílkovin se výrazně zvýšil v lidském kosterním svalu ET , ačkoli tukové tkáně se používá k identifikaci ATGL . Je pozoruhodné, že smazání ATGL v myši zhoršuje sportovní výkon a že ATGL knockout myši nevykazují žádné zvýšení cirkulujících FFA v krvi během cvičení , což naznačuje, že molekulární změny v ATGL, stejně jako HSL, hraje roli v zásobování FFA z bílých adipocytech během fyzické cvičení jako palivo pro metabolismus., K dnešnímu dni je však málo známo o účinku ET na molekulární změny ATGL v bílých adipocytech. V poslední době, u potkanů jsme prokázali, že mRNA, proteinu úrovně ATGL, a HSL všechny proteiny jsou upregulovány ET a DNA-vazebné aktivity peroxisome proliferation-activated receptor-γ 2 (PPAR-γ2) jsou úzce spojeny s ET-indukované upregulace ATGL . Za těchto podmínek byla vazba CGI-58 na ATGL významně zvýšena na lipidové kapičky s disociací CGI-58 a perilipinu 1., Tyto výsledky naznačují, že zrychlení lipolytických odpovědí vyvolané ET je alespoň částečně zprostředkováno hyperfunkcí nově syntetizovaného proteinu transkripční aktivací ATGL. Mezitím, není tam žádný důkaz, zda PKA-zprostředkovaná fosforylace ATGL se podílí na hydrolýze TG ET, ačkoli alespoň jeden předchozí studie prokázala, že zvýšená fosforylace ATGL v Ser406, PKA-zprostředkovaná fosforylace stránky, jak během půstu a středně jeden záchvaty cvičení je spojena se zvýšenou mírou lipolýzy u myší ., V naší pilotní studii ET vykazovala vyšší hladiny fosforylovaného ATGL ve srovnání se sedavou kontrolou u epididymálních bílých adipocytů potkanů (nepublikovaná data). Tyto výsledky naznačují možnost, že ET by mohlo způsobit fosforylace vyvolaná konformační změny v proteinu struktury ATGL, což by mohlo mít za následek hypercombination CGI-58 na lipidové kapičky , čímž se zvyšuje lipolytické odpovědi krysy v bílých adipocytech., Na závěr několik výsledků ukázaly, že lokalizace a/nebo fosforylace lipolytické molekuly, jako např. perilipin 1, CGI-58, HSL, a ATGL, má ústřední funkci v ET vyvolané adaptivní změny lipolýzy v bílé adipocyty a že AKAP150-zprostředkované aktivace PKA hraje také klíčovou roli v tomto mechanismu (Obrázek 6).
7., Závěr
je dobře zdokumentováno, že cvičení střední intenzity urychluje lipolytické reakce v lidských bílých adipocytech . V této recenzi, studie, které ukazují, jak ET a akutní cvičení o mírné intenzitě uvedeno, že mírné intenzity ET jasně vyvolává zvýšení lipolýzy v bílé adipocyty s orchestrální úprava v lipolytický molekuly v pozitivním způsobem. O vysoce intenzivním cvičení indukovaném chování lipolytických molekul v bílých adipocytech je však dosud známo jen málo. K objasnění tohoto bodu jsou zapotřebí další studie.,
objasnění molekulárních změn vyvolaných HE v lipolytické kaskádě by se vztahovalo nejen na prevenci obezity, ale také na objasnění metodiky pokroku v účinnosti cvičení. Nicméně, v bílých adipocytech není kompletní důkaz existuje vysvětlit mechanismus(y), na kterých se ON-vyvolané adaptivní změny v lipolýza., Zejména, nejsou tam žádné nové pohledy na změny v G protein-coupled receptorů, ani do rodiny G-proteinů a související modifikace události, které přinesla ON, i když několik získané výsledky naší studie ukázaly, že ubiquitin-proteazomový systém hraje roli v akutní cvičení-zprostředkované zesílení lipolytické kaskády prostřednictvím vyjádření úrovně i -AR a Gia2 proteiny., Nicméně, je pozoruhodné, že více než 200 genů, které regulují lipidové kapičky morfologie byly identifikovány v Drosophila , což naznačuje, že nové molekuly, které jsou neznámé v savčích druhů, by bylo vztahující se k regulaci lipolytické události v bílé adipocyty s nebo bez cvičení., V blízké budoucnosti, hledání nových molekul s cílem objasnění jejich funkce v rámci cvičení-konkrétní způsobem bude vrhnout nové světlo na výpočty vysoce účinné lipolytické systém cvičení a zvýšení biologické chápání bílé adipocyty jako „vozidlo“ pro skladování a dodávky energie.,r>
střet zájmů
autoři prohlásili, že nedochází ke střetu zájmů.
tato práce byla částečně podpořena grantem na vědecký výzkum japonského ministerstva školství, kultury, sportu, vědy a techniky.