Circulerende angiogene cellen en obese adolescenten: focus op de leptine-pathway
Link tussen obesitas en cardiovasculaire ziekten
Leptine: friend or foe?
Obesitas is een aandoening die onder andere gepaard gaat met een verhoogde bloeddruk, verhoogd vetgehalte in het bloed en een pro-inflammatoire status. Dit leidt tot een verstoring van de normale werking van het endotheel (endotheeldisfunctie) wat resulteert in endotheelschade. Het endotheel is een cellaag die de binnenzijde van een slagader aflijnt en is belangrijk voor de regeling van de spierspanning van bloedvaten. Endotheeldisfunctie treedt al op jonge leeftijd op en is een eerste stap in de ontwikkeling van slagaderverkalking.
De vasculaire homeostase is zowel afhankelijk van de grootte van de schade als van de capaciteit tot herstel van het endotheel. Vroeger dacht men dat enkel mature endotheelcellen de plaats innamen van verloren gegane endotheelcellen. Recent is gebleken dat ook andere cellen hiertoe bijdragen. Enerzijds zijn er de endothelial outgrowth cells (EOC); deze progenitorcellen kunnen differentiëren tot endotheelcellen om zo in het beschadigd endotheel te integreren. Anderzijds heb je de circulerende angiogene cellen (CAC); deze zijn witte bloedcellen en oefenen eerder een paracriene werking (effect op naaste cellen) uit door een waaier aan pro-angiogene stoffen vrij te stellen die EOC’s aantrekken en stimuleren in hun werking.
Leptine is een hormoon gesecreteerd door vetcellen. Leptine zorgt voor een verminderde voedingsinname door in te werken op de hypothalamus. Obesen hebben - enigszins contradictorisch - hoge leptine-waarden: ze hebben een leptineresistentie zowel ter hoogte van de hypothalamus als ter hoogte van CAC’s. De negatieve (pro-atherogeen) effecten van leptine komen tot uiting doordat leptine inwerkt op endotheelcellen, vasculaire gladde spiercellen en bloedplaatjes. De positieve (pro-angiogeen) effecten worden deels gemedieerd door CAC’s, waarbij migratie van deze cellen naar beschadigd endotheel bevorderd wordt. Obesen zijn echter resistent tegen de leptine effecten, waardoor ze geen verminderd hongergevoel hebben en hun CAC’s ook niet reageren op de pro-angiogene effecten van leptine.
De leptine effecten op CAC’s gebeuren via de leptine-pathway waarbij leptine bindt met de leptinereceptor. Hierbij spelen een aantal proteïnen een belangrijke rol. Janus kinase 2 of JAK2 bindt met deze receptor en wordt geactiveerd om zelf de leptinereceptor te fosforyleren. Hierdoor dient deze receptor als bindingsplaats voor STAT-proteïnen die ook gefosforyleerd worden. Hierna ondergaan deze proteïnen een verplaatsing naar de celkern waar ze de expressie van genen verantwoordelijk voor de pro-angiogene effecten van leptine stimuleren. Deze proteïnen zijn signaal transducers en activators van de transcriptie. De leptine-pathway wordt met andere woorden door JAK/STAT gemedieerd. SH2B1 heeft een positieve invloed op deze pathway door de activiteit van JAK2 te bevorderen. PTP-1B, SOCS3 en SH2B2 zijn inhibitoren van deze pathway door JAK2 te defosforyleren waardoor JAK2 geblokkeerd wordt. Er werd reeds vastgesteld dat obese volwassenen verhoogde concentraties van deze eiwitten hebben, welke verlagen na gewichtsverlies.
De doelstelling van deze thesis was 1) om een hyperleptinemie bij obese adolescenten te kunnen bevestigen en 2) de expressie van genen betrokken in de JAK-STAT-pathway bij obese adolescenten te onderzoeken. Dit is namelijk tot nu toe nog niet onderzocht geweest op m-RNA-niveau in CAC’s en bovendien niet bij obese adolescenten, wat dit project net zo interessant maakt.
Hiervoor werden 16 obese en 20 gezonde, niet obese adolescenten geïncludeerd. De leeftijd varieert tussen de 12 en de 18 jaar. Van elk kind werd er bloed genomen. Het serum diende voor het meten van het leptinegehalte. Perifere bloed mononucleaire cellen werden geïsoleerd uit het bloed en werden 7 dagen in cultuur gehouden. Op dag 7 werden de CAC’s geoogst en verder bewaard in een product dat het RNA stabiliseert bij -80°C. Nadien werd het RNA geïsoleerd. De RNA-concentratie werd gemeten en ook de kwaliteit werd nagegaan. Het RNA werd dan omgezet in cDNA zodat een PCR-array uitgevoerd kon worden. De PCR-array was specifiek voor de JAK/STAT-pathway, waarbij de expressie van 84 genen werd onderzocht.
We hebben de expressie van 84 genen van de JAK/STAT-pathway onderzocht. Een aantal genen hebben een relevante upregulatie die belangrijk zijn voor de functie van CAC’s. Een aantal andere genen vertonen geen relevant verschil in expressie tussen de 2 groepen, maar waarvan in de literatuur wel is geweten dat deze (PTP-1B, SOCS3) duidelijk upgereguleerd zijn in obese volwassenen.
SH2B2 is upgereguleerd in CAC’s van de obese adolescenten, maar de 2 andere inhibitoren (PTP-1B, SOCS3) tonen geen opvallend verschil in expressie tussen de 2 groepen. Opmerlijkelijk was cycline D1, want deze blijkt de JAK/STAT-pathway ook te inhiberen door te binden met STAT3. Trombine is zelf upgereguleerd en verhoogt de expressie van deze cycline D1. NOS2 of iNOS wordt geïnduceerd door inflammatie en is dus niet continu aanwezig. NOS2 katalyseert de vorming van NO dat in een oxidatief milieu resulteert in de productie van peroxynitriet dat de expressie van iNOS zelf verhoogt. NOS2 is in CAC’s van de obese adolescenten upgereguleerd en dit wordt geassocieerd met een verhoogde oxidatieve stress waardoor deze CAC’s hun functie niet meer optimaal kunnen uitvoeren.
Wat kunnen we nu besluiten? Hyperleptinemie bij obese adolescenten hebben we kunnen bevestigen. Wat betreft de leptineresistentie kan men deze toeschrijven aan een verhoogde expressie van SH2B2 en cycline D1. Ook kan men spreken over een verhoogde oxidatieve stress in CAC’s van obese adolescenten.
Deze bevindingen suggereren dat er verschillen zijn tussen obese volwassenen en obese adolescenten. Aanvullend dienen deze resultaten aan de hand van een Western blot op proteïne-niveau bevestigd worden, bovendien kunnen dan zowel de niet geactiveerde als de gefosforyleerde vormen van JAK en STAT onderzocht worden. Ook kunnen de effecten van deze factoren op CAC’s in vitro uitgestest worden. Verder onderzoek is dus zeker noodzakelijk om uitsluitsel te kunnen geven over de bijdrage van deze factoren aan de verstoorde functie van CAC’s vastgesteld bij obesen.
