Adobe Systems Tuková tkáň OBEZITOLOGIE I – 2022 1 Adobe Systems 2 Osnova ̶vývoj tukové tkáně ̶struktura a funkce adipocytu ̶druhy tukové tkáně ̶funkce tukové tkáně ̶procesy v tukové tkáni (plasticita, browning) ̶ Adobe Systems Tuková tkáň ̶ ̶centrální role v regulaci energetické rovnováhy a homeostázy ̶metabolické, buněčné a endokrinní funkce ̶ ̶studium tukové tkáně, zvláště adipocytů, je základem pro porozumění metabolických abnormalit spojených s vývojem obezity à adipocyty se podílejí na řízení metabolismu lipidů à identifikují, řídí a posílají signály pro udržení energetické rovnováhy ̶koncepce adipocytu jako endokrinní a funkční buňky není dosud zcela pochopena ̶ 3 http://www.arcmedres.com/article/S0188-4409(08)00225-7/fulltext Adobe Systems Funkce tukové tkáně 1. 1.metabolismus lipidů včetně uložení TAG a uvolnění MK 2.katabolismus TAG za účelem uvolnění glycerolu a MK v rámci metabolismu glukózy 3.produkce adipokinů, které zahrnují hormony, cytokiny a další proteiny se specifickými biologickými funkcemi à významný vliv na fyziologické procesy, jako je vývoj a růst adipocytů, a energetickou homeostázu •další funkce: angiogeneze, adipogeneze, metabolismus steroidů, imunitní odpověď, tepelná izolace, ochrana vnitřních orgánů, atd. • 4 http://www.arcmedres.com/article/S0188-4409(08)00225-7/fulltext Adobe Systems 5 Druhy tukové tkáně ̶ ̶dle rozdílů v buněčné struktuře, barvě, lokalizaci, vaskularizaci a funkci: Adobe Systems 6 Druhy tukové tkáně ̶dle rozdílů v buněčné struktuře, barvě, lokalizaci, vaskularizaci a funkci: ̶bílá tuková tkáň - WAT (white adipose tissue) ̶hnědá tuková tkáň - BAT (brown adipose tissue) ̶(béžová tuková tkáň) ̶růžová tuková tkáň ̶ Adipocyt WAT •jedna lipidová kapka, která zabírá 90 % objemu buňky •jádro stlačeno na okraj buněk •cytoplazma tvoří tenký okraj •mitochondrie •malé, protáhlé •krátké, náhodně uspořádané kristy • •unilokulární adipocyty BAT •menší buňky •cytoplazma obsahuje několik lipidových kapek •kruhovité jádro • •mitochondrie •četné, velké •laminární kristy •obsahují UCP-1 •multilokulární adipocyty 7 Adobe Systems 8 Bílý a hnědý adipocyt 9 https://ac.els-cdn.com/S2173509314000336/1-s2.0-S2173509314000336-main.pdf?_tid=d17cdc38-1877-11e8- bfd2-00000aacb361&acdnat=1519376533_d8c447220308bfe732647fbe3125d81c Adobe Systems Původ adipocytů ̶ne zcela jednoznačně pochopený ̶původ pravděpodobně z mezenchymálních kmenových buněk X adipocyty v oblasti hlavy a krku spíše z neuroektodermu ̶více řad prekurzorových buněk - pravděpodobný podíl na rozdílných vlastnostech jednotlivých tukových dep ̶ ̶ ̶ ̶ 10 Adobe Systems Tukové kmenové buňky (Adipose stem cells - ASCs) ̶značná heterogenita mezi různými adipózními depy ̶ASCs izolované z jediného depa VWAT nejsou homogenní populací ̶popsány rozdíly v genové expresi pro geny zapojené do angiogeneze mezi subkutánními a viscerálními zásobami tukové tkáně ̶ 11 Adobe Systems Tukové kmenové buňky ̶z vývojového i funkčního pohledu tak lze na jednotlivá tuková depa pohlížet jako jednotlivé “mini orgány” 12 Adobe Systems Adipogeneze ̶preadipocyt à stimulace à zralý adipocyt ̶vysoce uspořádaný proces, který je zahájen během vývoje plodu a pokračuje po celý život ̶hormonální aktivita a transkripční faktory ovlivňují diferenciaci z preadipocytů na adipocyty ̶jaderný hormonální receptor PPARγ ̶ústředním regulátorem adipogeneze ̶hraje dominantní roli ve vývoji tukové tkáně ̶více exprimován u mladších, než u starších lidí ̶ ̶k diferenciaci dochází spuštěním kaskády transkripčních dějů, která vrcholí expresí aktivovaného PPARγ a CCAAT/enhancer binding proteinu-a (C/EBP-a) 13 http://www.arcmedres.com/article/S0188-4409(08)00225-7/fulltext#sec2 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23834768 PPAR a regulace transkripce: https://youtu.be/BPstJ2eHhYU Adobe Systems Adipogeneze II. •4 fáze, které jsou charakterizovány různým buněčným složením a stavem diferenciace • 1.Zastavení proliferace –příprava preadipocytu v přeměnu na adipocyt 2.Klonální expanze –indukovaná hormonálními signály a reprezentovaná několika mitotickými děleními určenými k synchronizaci buněčného cyklu 3.Časná diferenciace –buněčné dělení zastaveno, charakteristické adipocytární geny se začínají projevovat, začíná akumulace lipidů 4.Terminální diferenciace –indukce transkripce genů typických pro zralé adipocyty • 14 https://pdfs.semanticscholar.org/99b5/3b12271535a93b861671974c6104eb31e3a5.pdf 15 https://pdfs.semanticscholar.org/99b5/3b12271535a93b861671974c6104eb31e3a5.pdf Adobe Systems Vývojové načasování adipogeneze ̶u lidí je vývoj tukové tkáně zahájen během druhého trimestru ̶liší se dle jednotlivých druhů a dle anatomického umístění àBAT se vyvíjí dříve než WAT a lze jej snadno detekovat při narození u většiny savců àsubkutánní tuková tkáň se obvykle vyvíjí dříve než abdominální tuková tkáň ̶ ̶ve stadiích růstu se adipozita zvyšuje hlavně prostřednictvím hyperplazie ̶schopnost diferenciace preadipocytů v dospělosti klesá ̶X zachovaná schopnost obnovy adipocytů ̶další zvyšování adipozity na základě hypertrofie? ̶ ̶ ̶ 16 Adobe Systems Počet adipocytů ̶objem tukové tkáně u dospělých je dán zvýšením velikosti adipocytů (hypertrofie) a zvýšením počtu adipocytů (hyperplazie) àobjem reflektuje rovnováhu v lipidovém metabolismu àpočet reflektuje rovnováhu mezi proliferací preadipocytů, diferenciací a apoptózou à liší se v závislosti na lokalizaci tkáně ̶ ̶dle různých teorií: àpočet adipocytů je fixován během dětství a dospívání àvysoký přísun energie v potravě u dětí: množení adipocytů až dvakrát rychleji àv dospělosti konstantní (ne zcela jednoznačné) àobézní jedinci mají vyšší počet adipocytů již v dětství àceloživotní obnova adipocytů àpoločas náhrady adipocytů u člověka je přibližně 6 měsíců Ø 17 https://ac.els-cdn.com/S2173509314000336/1-s2.0-S2173509314000336-main.pdf?_tid=d17cdc38-1877-11e8- bfd2-00000aacb361&acdnat=1519376533_d8c447220308bfe732647fbe3125d81c https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925443913001658 Adobe Systems Bílá tuková tkáň (WAT) ̶pouze třetina WAT tvořena adipocyty, zbytek tvoří fibroblasty, makrofágy (a jiné leukocyty), stromální buňky, preadipocyty,... ̶rozdíly v přítomných buňkách závisí na anatomické lokalizaci WAT ̶zvýšená velikost adipocytů, přítomnost většího množství a specifických druhů lymfocytů, infiltrace makrofágy a další změny úzce souvisí s rozvojem metabolického syndromu ̶ ̶hlavní zásobárna energie, izolace a mechanická ochrana orgánů, endokrinní funkce ̶menší inervace a vaskularizace než BAT ̶ 18 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0188440908002257?via%3Dihub Adobe Systems Druhy WAT I. ̶subkutánní (SWAT) ̶podkožní tuk ̶za normálních okolností cca 80 % z celkového množství ̶zodpovědný za odlišné tělesné složení mužů a žen ̶ochranný charakter ̶přispívá k regulaci teploty a k tepelné izolaci à na indukci se zřejmě podílí expozice chladu ̶nižší obrat lipidů a vylučování volných mastných kyselin ̶nižší míra hyperplazie v porovnání s VWAT ̶vyšší produkce adiponektinu ̶hýždě, stehna, břicho, dlaně, chodidla ̶ ̶ ̶ ̶ 19 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5638386/ Adobe Systems Druhy WAT II. ̶viscerální (VWAT) ̶distribuován v tělní dutině kolem orgánů ̶za normálních okolností do 20 % ̶vyplňuje prostor mezi orgány a udržuje je v odpovídající poloze ̶největší ložiska se nacházejí kolem omenta, mesenteriia, retroperitoneální oblast, ̶perikardiální, perivaskulární nebo periarteriální, periartikulární, retroorbitální, intramuskulární, atd. ̶nadbytečný VWAT je spojen s insulinovou rezistencí a metabolickými onemocněními a patologickými stavy spojenými s obezitou ̶vyšší obrat adpipocytů, míra lipolýzy a uvolňování FFA ̶vyšší míra uvolňování některých adipokinů ̶ ̶ ̶ ̶ 20 https://www.jci.org/articles/view/129187 mesenterium.jpg retroper.jpg 21 Adobe Systems Distribuce WAT ̶rozložení WAT se mění s věkem ̶genetické faktory ̶zvyšování intraabdominálního tuku a snižování podkožního tuku (i u osob se stabilní hmotností a BMI) ̶ženy: vyšší tělesná akumulace v oblasti hýždí a stehen (gynoidní typ) ̶gluteální adipocyty jsou větší u žen než u mužů ̶ ̶muži mají vyšší tělesnou akumulaci v horní části těla (androidní typ) ̶vyšší riziko metabolických komplikací ̶viscerální adipocyty (mesenteriální a omentální) jsou větší u mužů ̶ ̶množství viscerálního tuku má prokazatelnou spojitost s inzulinovou rezistencí ̶pokud se snížilo množství viscerálního tuku (nikoliv podkožního), tak se IR zlepšila ̶nicméně to neznamená, že subkutánní tuková tkáň nepřispívá k metabolickým abnormalitám, když dochází k nárůstu tělesné hmotnosti ̶ ̶ 22 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2173509314000336 http://www.arcmedres.com/article/S0188-4409(08)00225-7/fulltext wat_distribuce.jpg 23 Adobe Systems Tuková tkáň při obezitě I. ̶při obezitě dochází k narušení funkcí adipocytů – významná hypertrofie (???) ̶hyperplázie, nikoli hypertrofie, je hlavním přispěvatelem k expanzi omentálního VWAT v lidské obezitě ̶ ̶narušena rovnováha v řízení metabolismu lipidů (lipolýza, lipogeneze) ̶narušení transkripční regulace klíčových faktorů řídících adipogenezi ̶nedostatečná citlivost na vnější signály, selhání procesu přenosu signálu ̶ ̶dysfunkční adipocyty ̶abnormální využití MK àlipotoxicita v neadipózních tkáních (játra, pankreas a srdce) ̶ image1.jpeg 24 Zdroj obr.: https://www.intechopen.com/source/html/41436/media/image1.jpeg Adobe Systems Tuková tkáň při obezitě II. ̶nárůst tukové tkáně a hromadění v organismu není prosté zmnožení buněk ̶frakce adipocytů či preadipocytů se zmnožuje (hypertrofie i hyperplazie) ̶ ̶pro dobrou funkci je potřeba à bohaté cévní zásobení (neoangiogeneze) à prorůstání cév pro zásobování buněk ̶ ̶narůstající migrace buněk imunitního systému à pokročilá obezita à až 40 % buněčné frakce z tukové tkáně (monocyty, makrofágy, neutrofily,…) à chemoatraktivní působky à přitahování dalších buněk imunitního systému, atd. àzpětnovazebný okruh – pozitivní zpětná vazba ̶ ̶ 25 Adobe Systems Tuková tkáň při obezitě III. ̶během udržení homeostázy – tuková tkáň v klidu; studie probíhají v obezigenních podmínkách ̶obézní jedinci mají více adipocytů než štíhlí jedinci à hyperplazie musí hrát roli v expanzi WAT během obezity ̶experimenty na myších: ̶vysokotučná strava à výrazný nárůst tvorby nových adipocytů v perigonadálním VWAT, ale ne ve SWAT ̶viscerální depot expanduje hyperplasií, zatímco subkutánní depot ne ̶(spojeno s výsledky in vivo, které prokázaly zvýšení proliferace viscerálních prekurzorových buněk adipocytů) ̶ ̶protichůdné studie: při vysokotučném krmení přispívá hyperplázie k expanzi SWAT více než k expanzi VWAT ̶ ̶faktory ovlivňující expanzi WAT: věk, kmen a pohlaví myší, metody používané k hodnocení adipogeneze, atd.. 26 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5638386/ Adobe Systems Tuková tkáň při obezitě IV. ̶rozdíly v adipogenezi mezi SWAT a VWAT depoty in vivo záleží na pohlaví ̶u samců myší je adipogeneze zvýšena u VWAT (při vysokotučné potravě), ale nikoli u SWAT ̶u samic myší je adipogeneze zvýšena v depotech SWAT a VWAT (při vysokotučné potravě) ̶ à důsledek vlivu pohlavních hormonů na adipogenezi – muži mají častěji „androidní obezitu“, ženy „gynoidní“ – spíše subkutánní tuk ̶ ̶u žen po menopauze dochází ke změně distribuce tuků ve smyslu spíše androidního typu 27 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5638386/ Adobe Systems 28 https://www.nature.com/articles/s41580-018-0093-z Adobe Systems Makrofágy ̶intenzivní výzkum – ovlivnění metabolických a endokrinních funkcí ̶klasicky aktivované makrofágy M1 – prozánětlivé a imunitní funkce ̶alternativně aktivované M2 – protizánětlivá odpověď ̶předpoklad trofického vlivu na vývoj tukové tkáně à makrofágy jsou hlavním zdrojem faktorů ovlivňujících angiogenezi a mohou nepřímo zprostředkovat expanzi tukové tkáně ̶ ̶ Makrofágy při obezitě: ̶zánětlivé makrofágy M1 se hromadí v tukové tkáni během obezity a tím podporují inzulínovou rezistenci ̶alternativní aktivací M2 se zachovává citlivost na inzulín prostřednictvím mechanismu závislého na PPAR 29 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4435780/ Adobe Systems Makrofágy při obezitě ̶hypertrofie tukových buněk vede k postupné fibrotizaci, hypoxii, zánětu a apoptóze adipocytů kritické velikosti, ale i nekrotickým změnám ̶odumřelé adipocyty jsou obklopeny a postupně je odstraňovány makrofágy ̶struktury odstraňování adipocytů se často nazývají „korunkovité struktury“ (crown-like structures) ̶tvorba těchto CLS vyvolává lokální zánětlivou odpověď à zhoršuje fungování blízkých adipocytů, infiltrace dalších buněk imunitního systému ̶ ̶zánět narušuje rovnováhu mezi skladováním a mobilizací MK a přispívá k produkci lipidových mediátorů, které narušují signalizaci inzulínu ̶fibróza tukových buněk podporuje zánětlivé reakce a zvyšuje rezistenci na inzulín v tukové tkáni 30 https://doi.org/10.1007/978-3-319-48382-5_9 Obese-adipose-tissue-expansion-resultant-inflammation-and-metabolic-dysregulation-E.png 31 Zdroj obr.: https://www.researchgate.net/profile/Helen_Roche/publication/236910137/figure/fig3/AS:2719579334246 46@1441851232601/Obese-adipose-tissue-expansion-resultant-inflammation-and-metabolic-dysregulation- E.png 32 https://media.springernature.com/full/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fnutd.2012.3/MediaObject s/41387_2012_Article_BFnutd20123_Fig1_HTML.jpg Obsah obrázku mapa, perokresba Popis se vygeneroval automaticky. https://meyercancer.weill.cornell.edu/news/2015-10-22/skinny-fat-breast-cancer-and-obesity https://www.mdpi.com/2072-6694/12/6/1686/htm Imunitní odpověď tukové tkáně 33 Zdroj: https://www.researchgate.net/figure/Balance-of-immune-responses-in-the-regulation-of-adipose-tissue -function-Lean-adipose_fig3_301280725 Lean tuková tkáň nese různé protizánětlivé imunitní buňky, jako jsou eozinofily, makrofágy M2, Th2 buňky, iNKT buňky a buňky Treg. Tyto imunitní buňky pomáhají udržovat citlivost na inzulín a uchovávají energii ve formě TAG. U obézních je počet prozánětlivých imunitních buněk, včetně neutrofilů, makrofágů M1, žírných buněk, buněk Th1 a CD8 T buněk, značně zvýšený. Současně snížený počet protizánětlivých imunitních buněk zrychluje prozánětlivou odezvu a dysfunkci tukového tkáně. https://doi.org/10.1016/j.coph.2017.08.006 Adobe Systems Produkce látek ve WAT ̶kvantitativně nejdůležitější – mastné kyseliny ̶další molekuly lipidů včetně prostanoidů, cholesterolu, retinolu a steroidních hormonů (pohlavní hormony a glukokortikoidy) ̶ ̶výskyt různých látek ve WAT od neaktivních až po aktivní formy ̶ mohou mít významné autokrinní a parakrinní funkce ̶ ̶adipokiny ̶sekretované adipocyty, ale i jinými buňkami např. infiltrovanými makrofágy 34 Adobe Systems Adipokiny •látky bílkovinné povahy různých chemických struktur (více jak 50 látek) •různé fyziologické role: •imunitní systém (včetně klasických cytokinů jako jsou TNF-alfa, IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IL-4, IL-13 a MCP-1) –podporuje vztah mezi chronickým zánětem a obezitou (zvýšení prozánětlivých adipokinů) – •regulace příjmu energie: leptin •regulace krevního tlaku: angiotensinogen •regulace metabolismu lipidů: retinol binding protein (RBP-4), cholesterol ester transfer protein (CETP) •regulace metabolismu sacharidů: adiponektin, resistin, visfatin •angiogeneze: vaskulárné endoteliální růstový faktor (VEGF) • •mnohé jsou syntetizovány i v BAT 35 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23834768 https://link.springer.com/article/10.1007/s10620-008-0585-3 36 Zdroj: https://ac.els-cdn.com/S2173509314000336/1-s2.0-S2173509314000336-main.pdf?_tid=d17cdc38-1877-11e8- bfd2-00000aacb361&acdnat=1519376533_d8c447220308bfe732647fbe3125d81c Adobe Systems Funkce WAT ̶ = aktivní endokrinní orgán à znaky vychází z produkovaných působků: ̶ ̶vliv adipokinů na metabolismus, citlivost na inzulin, vaskulární homeostázu, angiogenezi, zánět a imunitní buňky ̶ ̶akumulace VWAT je doprovázena hypertrofií adipocytů a nadprodukcí prozánětlivých a proaterogenních molekul (resistin, visfatin, vaspin, TNF, ILE-6, atd.) ̶ ̶adipokiny tedy představují skupinu informačních biomarkerů pro diagnostiku metabolických poruch a předpovědi výsledků širokého spektra onemocnění ̶intenzivní výzkum ̶ ̶ 37 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29461239 38 Adobe Systems Leptin ̶produkt bílé tuková tkáně – koreluje s množstvím tukové tkáně ̶dle homeostatické regulace příjmu potravy – vyšší hladiny leptinu – pocit sytosti ̶představuje důležitý rizikový faktor v souvislosti mezi obezitou a KVO ̶u obézních – vyšší hladiny – souvisejí s leptinovou rezistencí (korelace s BMI) ̶IR nepřímo přispívá k hyperleptinemii: hyperinzuminémie à vede pravděpodobně ke zvýšení exprese obesogenního genu a vyšším hladinám leptinu ̶ ̶vztah inzulinu a leptinu – může odrážet velikost zásob v tukové tkáni ̶chronicky vyšší hladiny leptinu u obézních à snížená citlivost pankreatických β-buněčných receptorů à zvýšená sekrece inzulinu ̶hyperinzulinemie může zhoršit obezitu a dále zvyšovat hladinu leptinu à diabetogenní smyčka pozitivní zpětné vazby 39 https://www.degruyter.com/view/journals/hmbci/18/1/article-p37.xml Adobe Systems Leptin ̶U pacientů s DM II ̶pozitivní korelace s TAG, lipoproteinem (a) [Lp (a)], Apo-A1, glukózou, systolickým krevním tlakem a diastolickým krevním tlakem ̶Negativní korelace s hladinami HDL ̶ ̶Při obezitě ̶zvýšené hladiny leptinu pozorované u obezity deregulovaly kontrolu krevního tlaku a vedly k hypertenzi ̶leptin může být také potenciálním promotorem hypertenze ̶role i při imunitní odpovědi: stimulace proliferace T-lymfocytů, IL-6 a dalších prozánětlivých látek 40 Adobe Systems Adiponektin ̶hladiny v plazmě jsou negativně korelovány s akumulací viscerálního tuku à nižší při obezitě ̶antiaterogenní, antidiabetické a protizánětlivé vlastnosti ̶studie diskutují i hypoadiponektinemii v patogenezi DM2 a hypertenze ̶vysoké hladiny adiponektinu byly spojeny se sníženým rizikem ICHS i IM ̶protizánětlivé působení pomocí tří receptorů (AdipoR1, AdipoR2 a T-kadherin): ̶aktivace AdipoR1 a R2 ̶zvýšená oxidace MK v játrech a svalech ̶zvýšenou produkci laktátu ve svalech ̶snížená glukoneogeneze v játrech a zvýšená absorpce glukózy v buňkách ̶inhibici zánětu a oxidačního stresu ̶ ̶ 41 Adobe Systems Adiponektin ̶Aterogeneze ̶adiponektin inhibuje expresi adhezních molekul v endotelových buňkách a inhibuje proliferaci buněk hladkého svalstva à Inhibuje přeměnu monocytů na makrofágy a tvorbu pěnových buněk a sekreci TNF-α ̶zvyšuje sekreci endoteliálního NO ̶ ̶zvýšené hladiny adiponektinu souvisí se zlepšením diferenciace preadipocytů na adipocyty (u obézních jedinců je proces obvykle narušen) ̶ ̶zvýšení adiponektinu podporuje redukce tělesné hmotnosti, popřípadě thiazolidindiony podporují zvýšenou sekreci adiponektinu aktivací PPAR-y v adipocytech ̶ 42 Adobe Systems Poměr leptin vs. adiponektin ̶protichůdné účinky na subklinický zánět ̶leptin – prozánětlivý vs. adiponektin – protizánětlivý ̶ ̶různé studie: ̶poměr leptinu a adiponektinu interaguje navzájem při modulaci rizika DM2 ̶inverzní vztah mezi leptinem a adiponektinem u pacientů s DM2, obezitou a KVO ̶souvislost rizika DM 2 s poměrem leptin/adiponektin à silnější než u samotného leptinu nebo adiponektinu ̶ ̶poměr L / A může být užitečným indexem pro IR v klinické praxi ̶indikátorem pro hodnocení účinnosti antidiabetické léčby 43 Adobe Systems Funkce WAT dle lokalizace ̶WAT v prsou a hýždích je vysoce citlivá na estrogeny ̶WAT v horní části zad a okolí krku je citlivější na glukokortikoidy ̶VWAT (intraabdominální) se podílí na sekreci adipokinů souvisejících se zánětem a diabetem 2. typu ̶SWAT vykazuje menší sekreci prozánětlivých adipokinů ̶perivaskulární WAT ̶popsán prozánětlivý sekreční profil podobný profilu VWAT ̶perivaskulární (periarteriální) WAT může vzniknout jako fyziologický mechanismus pro regulaci distribuce krevního oběhu mezi orgány a uvnitř orgánů ̶vyšší periarteriální WAT – škodlivý ̶v podmínkách nadbytečné energie – zvýšení usazenin – zvýšená produkce prozánětlivých adipokinů à podpora vývoje atrosklerózy ̶ 44 Adobe Systems Hnědá tuková tkáň (BAT) ̶Výrazně vyšší inervace a vaskularizace oproti WAT ̶Hustá kapilární síť: ̶zásobuje adipocyty substrátem a kyslíkem pro oxidaci ̶efektivní distribuce tepla do zbytku těla ̶ ̶Funkční rozdíl dán přítomností hnědých adipocytů ̶zvýšený výdej energie a produkce tepla à působením tzv. rozpojovacího proteinu-1 (UCP-1) ̶schopnost přímo utilizovat glukózu a MK ̶význam v dětském věku X funkce zachovaná a indukovatelná v dospělosti à BAT získává pozornost jako možnost terapeutického zásahu pro obezitu a metabolická onemocnění včetně DM II ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ adipocyt_brown.png 45 Zdroj obr.: http://www.drhenrywu.com/brown-adipose-tissue-obesity/ Adobe Systems Dýchací řetězec ̶vnitřní membrána mitochondrií ̶využití redukovaných koenzymů (z CC a β-oxidace), přenosu elektronů a protonů přes specifické komplexy ̶produktem DŘ je energie ve formě ATP, teplo a voda ̶ ̶složky DŘ: NADH+H+ , FADH2 , koenzym Q, FeS-protein, cytochromy, transmembránové komplexy (I-IV) ̶výsledek DŘ ̶přenesení 10 H+ do intermembránového prostoru v případě použití NADH+H+ ̶přenesení 6 H+ v případě použití FADH2 ̶aerobní fosforylace, kdy F0F1-ATPasa propouští protony do matrix mitochondrie za tvorby ATP à za každé 4 protony se vytvoří 1 ATP ̶ ̶ ̶ 46 Adobe Systems Uncoupling protein UCP-1 = tzv. rozpojovací protein ̶patří do pětičlenné rodiny UCPs ̶dosud identifikováno 5 homologů UCPs v lidské tukové tkáni ̶ostatní členové UCP rodiny dosud ne zcela prozkoumány ̶UCP-1 – dobře charakterizovaná termogenní role v BAT ̶ ̶po aktivaci rozptyluje protonový gradient generovaný řetězcem pro přenos elektronů à snižuje potenciál mitochondriální membrány à vede k vysoké oxidaci substrátu a ke vzniku tepla (relativně malé množství) ̶ 47 https://biophysicallab.wordpress.com/projects-2/projects/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10653477 Adobe Systems Dýchací řetězec - UCPs dychací řetězec.png 48 Zdroj: https://biophysicallab.wordpress.com/projects-2/projects/ Adobe Systems Hnědé adipocyty I. ̶hnědé adipocyty exprimují fyziologicky vysoké množství UCP-1 ̶bohatá inervace à regulace růstu BAT – sympatikus ̶ ̶β3-adrenoceptory (AR) ̶jsou specificky exprimovány hnědými adipocyty ̶pozitivní korelace mezi hustotou hnědých adipocytů a hustotou adrenergních vláken ̶po aktivaci adrenalinem řídí hnědou termogenní aktivaci adipocytů ̶snižují obezitu u obézních krys ̶expozice chladu stimuluje expanzi BAT prostřednictvím aktivace proliferace a diferenciace hnědých adipózních prekurzorových buněk ̶ ̶ovlivnění chování bílých adipocytů à jak mají metabolicky fungovat ̶koordinují funkci mozku prostřednictvím tukové tkáně ̶ ̶ 49 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ 50 http://www.physiology.org/doi/full/10.1152/ajpendo.00250.2013# Adobe Systems Béžové adipocyty I. ̶Nachází se ve WAT, ale morfologicky a funkčně mají blíže k BAT à lze také narazit na označení brite (brown in white) ̶ ̶Původ je stále kontroverzní: ̶Indukovatelné prakticky ve všech depech WAT, ale s různou účinností ̶Původ z přítomné prekurzorové populace odlišné od typických WAT? ̶Transdiferenciace dospělých bílých adipocytů à stejné prekuruzorové buňky, ale odlišný fenotyp odpovídající spíše BAT? ̶Prakticky veškerá WAT je za extrémních podmínek schopna přeměny (à browning) ̶De-novo adipogeneze X dormantní à aktivace? 51 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5274505/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3764508/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5627770/ https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcvm.2020.00022/ Adobe Systems Béžové adipocyty II. ̶Některé béžové adipocyty: UCP1-negativní, jiné UCP1-pozitivní ̶Mitochondriální morfologie se pohybuje od typického bílého adipocytu až po typický hnědý adipocyt ̶Exprimují UCP-1 při odpovědi na chlad nebo jiné induktory (např. β-adrenergní agonisté nebo PPARy aktivátory) ̶Závislost na externích podnětech pro indukci UCP-1 je charakteristickým znakem béžového tuku ̶ 52 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5274505/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3764508/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5627770/ https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcvm.2020.00022/ adipogeneze.jpg 53 Zdroj.: http://210.27.80.93/arn/Maps/Details?key=21 Adobe Systems tukova tkan.jpg 54 Zdroj obr.: https://media.eurekalert.org/multimedia_prod/pub/web/109143_web.jpg Adobe Systems Distribuce BAT - kojenci • • ̶tenká vrstva interkapsulární BAT ̶perirenální BAT ̶ ̶ podobné morfologické a molekulární rysy jako BAT hlodavců ̶exprimuje geny, které jsou charakteristické pro klasické hnědé adipocyty ̶ ̶po narození se množství BAT snižuje • • – • • • dítě.png 55 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ BAT v dospělosti I. •BAT obecně heterogenní a obsahuje více buněčných typů (hnědé X béžové adipocyty?) • •studie používající PET-CT odhalily vysokou prevalenci metabolicky aktivních oblastí • v supraklavikularní oblasti u dospělých lidských subjektů, kolem štítné žlázy •cervikální, paracervikální, supraklavikulární a paravertebrální, perirenální atd. • •biopsie z těchto oblastí jsou obohaceny o UCP-1-pozitivní buňky • • • • brown-fat-distribution-nedergaard-e1370609910305.jpg 56 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ Adobe Systems BAT v dospělosti II. ̶zjištěná aktivita BAT negativně koreluje s indexem tělesné hmotnosti (BMI) a / nebo tělesným tukem ̶množství BAT klesá s věkem ̶existují vyšší hodnoty detekovatelných BAT u mladých a štíhlých lidí ̶činnost BAT je u mladých lidí s nadváhou nebo obezitou snížena ̶místa s funkčními BAT častější u žen než mužů ̶aktivita BAT se zvyšuje po dlouhodobé expozici chladu ̶(např. 10 dní, teplota prostředí 15 až 16 °C, 6 hodin denně ̶hlavní výstupní parametry: aktivace BAT – PET-CT, energetický výdej nepřímou kalorimetrií před a po expozicí chladu à výrazné zvýšení BAT, výrazné zvýšení celkového E výdaje) ̶ 57 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ Adobe Systems Dlouhodobá expozici chladem ̶u myší: ̶umístění do chladného prostředí à akutně brání svou tělesnou teplotu „třesením“ (tzv. shivering thermogenesis) – svalové kontrakce à zvýšení produkce tepla ̶při dlouhodobé expozici chladu se třesení postupně sníží, ale energetické výdaje zůstávají zvýšené à tzv. nonshivering thermogenesis à lze připsat BAT; adaptivní termogeneze ̶ ̶u člověka: ̶1) dlouhodobá expozice chladu: 12 °C, 8h denně, 31 dní u zdravých mužů vedla k postupnému snižování chvění, zatímco produkce tepla zůstala zvýšená; ale neprozkoumána BAT ̶2) dlouhodobá expozice chladu: 15 až 16 °C, 6h denně, 10 dní; hlavní výstupní parametry: aktivace BAT – PET-CT, energetický výdej nepřímou kalorimetrií před a po expozicí chladu à výrazné zvýšení BAT, výrazné zvýšení celkového E výdaje) 58 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3726172/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4613812/ Adobe Systems Vliv chladu na BAT ̶expozice chladem aktivuje BAT působením na sympatická nervová vlákna ̶sympatikus inervuje hnědé adipocyty na úrovni parenchymu ̶ ̶chronická studená expozice vede k větvení noradrenergních parenchymálních vláken à významně zvyšuje sympatickou inervaci BAT ̶M2 makrofágy vylučují katecholaminy, které zvyšují katabolismus a udržují termoregulační funkce během expozice za studena ̶ cold exposure.jpg 59 Adobe Systems Browning I. ̶nadbytečná WAT – nepříznivé účinky na metabolické zdraví ̶expozice teplem, stárnutí a obezita à „whitening“ ̶ ̶stimulace vývoje béžových adipocytů ve WAT (tzv. „browning") má potenciál naklonit energetickou rovnováhu od skladování k výdeji ̶strategie, která slibuje boj proti rostoucí epidemii obezity a metabolickému syndromu ̶intenzivní výzkum ̶řada perspektivních možností ovlivnění X zatím nízká úspěšnost ̶dle výzkumů na myších: aktivace BAT má příznivé účinky na: ̶adipozitu, inzulinovou rezistenci a hyperlipidemii ̶ 60 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24146030 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcvm.2020.00022/ Adobe Systems https://www.researchgate.net/profile/Alexandra_Paul3/publication/324476714/figure/fig6/AS:614524717 629448@1523525518638/Browning-Whitening-of-WAT-A-The-number-of-beige-adipocytes-in-WAT-can-be-incre ased.png 61 Zdroj obr.:https://www.researchgate.net/figure/Browning-Whitening-of-WAT-A-The-number-of-beige-adipocytes -in-WAT-can-be-increased_fig6_324476714 Adobe Systems Hlavní regulátory hnědnutí ̶chronická expozice chladu ̶fyzická aktivita zvyšuje hnědnutí WAT a výdej energie ̶ ̶agonista PPARγ (agonista peroxizomálně aktivovaného receptoru γ) ̶PGC-1alfa – koaktivátor PPARγ ̶PRDM16 (PR domain containing 16) – determinující faktor hnědnutí ̶irisin (hormonální stimul) ̶FGF21 (fibroblastový růstový faktor 21 ) - působí autokrinním a parakrinním způsobem à zvýšení hnědnutí WAT ̶β-adrenergní stimulace (farmakologická léčba) ̶ ̶ 62 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3764508/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2587487/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4435780/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5274505/ Adobe Systems Browning II. WAT à vystavení určitému podnětu à tendence převzít fenotyp BAT ̶ trio_of_fat.png 63 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3764508/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2587487/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4435780/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5274505/ Adobe Systems Browning III. ̶v bazálním stavu mají béžové adipocyty nízkou termogenetickou aktivitu a malé množství mitochondrií ̶po aktivaci mají mnoho biochemických a morfologických vlastností BAT: ̶ přítomnost multilokulárních lipidových kapiček a mnohočetných mitochondrií àpři plné stimulaci vyjadřují podobné hladiny UCP-1 jako hnědé adipocyty ̶ reverzibilní transdiferenciace ̶expozice teplem – změna opět na adipocyty fenotypicky podobné WAT ̶opětovné vystavení chladu zahrnovalo návrat k fenotypu BAT s UCP-1 ̶opakovaná aktivace po předchozím vystavení chladu velice účinná (epigenetické změny?) ̶zachování fenotypu a metabolické aktivity i po ztrátě UCP-1 ? 64 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3764508/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2587487/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4435780/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5274505/ https://joe.bioscientifica.com/view/journals/joe/241/3/JOE-18-0598.xml Adobe Systems Zvýšení clearance a využití živin hnědými a béžovými adipocyty by mohlo snížit přebytek TAG a glukózy bezova_TT.jpg 65 Zdroj obr.: https://www.nature.com/articles/nrendo.2013.204 66 https://www.mdpi.com/1422-0067/21/17/6241 ADRB3 = adrenergní receptory beta-3 SIRT1 = Sirtuin 1 Adobe Systems Růžová tuková tkáň ̶alveolární epiteliální buňky mléčné žlázy ̶pravděpodobně vycházejí z transdiferenciace subkutánních bílých adipocytů ̶ ̶úkolem je produkovat a vylučovat mléko ̶identifikována v myších podkožních tukových depech během těhotenství a laktace ̶růžové adipocyty: ̶vznikají výhradně v ženských podkožních depech během těhotenství a laktace - alveologeneze ̶splňují definici adipocytu (schopnost uchovat velké množství lipidů) ̶mléčná žláza je v těhotenství a laktaci zbarvená do růžova (i na makroskopické úrovni) ̶ ̶růžové adipocyty, kromě mléčných složek, vylučují leptin ̶zřejmě hraje důležitou roli při prevenci obezity u mláďat 67 http://www.eje-online.org/content/170/5/R159.long Adobe Systems Vývoj alveolů mléčné žlázy ̶během těhotenství alveoly postupně nahrazují tukovou tkáň ̶alveoly mléčné žlázy se vyvíjejí ve dvou fázích dvěma různými mechanismy: ̶ ̶první fáze těhotenství ̶alveoly tvořeny epiteliálními buňkami, které by mohly pocházet z proliferace kmenových buněk ̶postrádají cytoplazmatické kapénky lipidů ̶subkutánní tuk se zmenšuje postupně ̶ ̶druhé stadium těhotenství ̶alveoly složeny z epiteliálních buněk s tukem ̶podkožní adipocyty postupně získají epiteliální vlastnosti, pravděpodobně pod hormonálními stimuly àagregují s růžovými adipocyty a s myoepiteliálními buňkami za vzniku alveolů sekretujících mléko à à ̶ 68 http://www.eje-online.org/content/170/5/R159.long Adobe Systems 69 https://www.researchgate.net/publication/287271156_Mammary_glands_aquaporins_and_milk_production https://www.mdpi.com/2073-4409/8/7/662 Adobe Systems Růžová tuková tkáň II. ̶ ̶výzkum karcinomu prsu: ̶ ̶reverzibilní transdiferenciace white-to-pink by mohla osvětlit biologii karcinomu prsu ̶ ̶dle studií ztráta exprese PPARγ buňkami sekrečních epiteliálních mléčných žláz vytváří vhodné prostředí pro vývoj karcinomu prsu ̶ ̶PPARγ je klíčovým faktorem pink-to-white diferenciaci in vitro 70 http://www.eje-online.org/content/170/5/R159.long Adobe Systems Plasticita tukové tkáně I. ̶tuková tkáň = spousta metabolických, buněčných a endokrinních funkcí ̶ ̶více buněčných typů přispívá k adipogenezi ve vývoji a remodelaci tukové tkáně ̶WAT, BAT, béžové adipocyty, růžové adipocyty ̶různý původ (dosud neobjasněný) ̶ ̶lokalizace tukové tkáně jsou heterogenní a obsahují dynamickou směs buněčných typů a mají různé funkce ̶WAT: adipokiny, které ovlivňují stravovací chování a metabolismus (leptin, adiponektin, resistin, adipsin), zánět, imunitu atd. ̶BAT: hormony a růstové faktory (betatrofin a FGF21) ̶růžové adipocyty: mléčná složka, leptin ̶schopnost hypertrofie a hyperplazie adipocytů ̶ 71 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925443913001658 Adobe Systems Plasticita tukové tkáně II. ̶adipocyty se obměňují po celý život a jsou dynamicky regulovány z hlediska počtu, velikosti a metabolických vlastností ̶ ̶progenitory adipocytů ̶aktivují se během homeostatického obratu a hyperplastické expanze ̶podílejí se na browningu (fenotypový přechod mezi anabolickými a katabolickými stavy) ̶vlastní metabolická plasticita zralých buněk ̶browning, přeměna white-to-pink ̶mobilita a metabolická plasticita tukové tkáně může být zaměřena na terapeutický přínos 72 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925443913001658 DĚKUJI ZA POZORNOST 73