Нейропептид Y ( NPY ) — это нейропептид из 36 аминокислот, который участвует в различных физиологических и гомеостатических процессах как в центральной, так и в периферической нервной системе. Он секретируется вместе с другими нейротрансмиттерами, такими как ГАМК и глутамат . [5] [6] [7] [8]
В автономной системе он вырабатывается в основном нейронами симпатической нервной системы и служит сильным вазоконстриктором , а также вызывает рост жировой ткани. [9] В мозге он вырабатывается в различных местах, включая гипоталамус , и, как полагают, имеет несколько функций, в том числе: увеличение потребления пищи и накопление энергии в виде жира, снижение тревожности и стресса, снижение восприятия боли, влияние на циркадный ритм , снижение добровольного потребления алкоголя, снижение артериального давления и контроль эпилептических припадков. [8] [10]
Было установлено, что нейропептид Y синтезируется в ГАМКергических нейронах и действует как нейротрансмиттер во время клеточной коммуникации . Нейропептид Y экспрессируется в интернейронах . [11] NPY оказывает большую часть своих эффектов через рецепторы нейропептида Y , в основном Y1 , Y2 , Y4 и Y6 . [7] [8] Все рецепторы были указаны как участники постсинаптической передаточной активности, но было обнаружено, что рецептор Y2 также участвует в пресинаптической обработке. [6]
Белок-рецептор, на который действует NPY, представляет собой рецептор, сопряженный с G-белком , в родопсин- подобном 7-трансмембранном семействе GPCR. У млекопитающих выявлено пять подтипов рецептора NPY, четыре из которых функциональны у людей. [12] Подтипы Y1 и Y5, как известно, играют роль в стимуляции кормления, тогда как Y2 и Y4, по-видимому, играют роль в подавлении аппетита ( сытости ). Некоторые из этих рецепторов относятся к наиболее высококонсервативным рецепторам нейропептидов [ требуется ссылка ] .
Высокие концентрации синтеза и действия нейропептида Y были обнаружены в гипоталамусе и гиппокампе , особенно в дугообразном ядре (ARC) и зубчатой извилине . Было обнаружено, что дугообразное ядро имеет одну из самых высоких концентраций NPY. Это позволяет NPY регулировать нейроэндокринное высвобождение различных гипоталамических гормонов, таких как лютеинизирующий гормон . [13] Рецепторы нейропептида Y1 были обнаружены в самой высокой плотности в зубчатой извилине наряду с различными другими областями мозга. [14]
NPY способен модулировать митохондриальную сеть, влияя на экспрессию многих генов, вовлеченных в митохондриальные функции и динамику. Было обнаружено, что в грудной мышце гены продукции АТФ (несопрягающий белок, UCP ; ядерный фактор эритроида 2, подобный 2, NFE2L2 ) и ген динамики (митофузин 1, MFN1 ) были повышены ( P < 0,05) при низкой дозе NPY, в то время как высокая доза снижала ( P < 0,05) маркеры митохондриальной динамики (митофузин 2, MFN2; митохондриальная динамин-подобная ГТФаза OPA1, OPA1 ) и увеличивала ( P < 0,05) гены, вовлеченные в митохондриальный биогенез (D-петля, рецептор, активируемый пролифератором пероксисом гамма, PPARG ). [15]
Нейропептид Y , как было показано, играет важную роль в нейрогенезе в различных частях мозга. Две особые области мозга, где NPY влияет на нейрогенез, — это субвентрикулярная зона и зубчатая извилина гиппокампа . В этих областях происходит рост и пролиферация клеток во взрослом возрасте . [16]
Зубчатая извилина в значительной степени участвует в пролиферации клеток , процессе, модулируемом различными внутренними факторами, включая нейропептид Y. Уменьшение или устранение NPY, высвобождаемого интернейронами, снижает рост клеток в этой области мозга. NPY влияет на нейрогенез, взаимодействуя с сигнальными путями киназы ERK . [17] Кроме того, NPY действует на рецепторы Y1, присутствующие на мембранах клеток-предшественников, и стимулирует их , чтобы увеличить пролиферацию клеток. [16]
Подобно зубчатой извилине, было обнаружено, что NPY увеличивает клеточную пролиферацию и дифференциацию в субвентрикулярной зоне , специфически активируя рецепторы Y1 в пути ERK1/2. Кроме того, NPY был обнаружен в нейронных волокнах, которые проходят через субвентрикулярную зону и распространяются на другие области мозга. Было обнаружено множество других эффектов и физиологических процессов, связанных с NPY в субвентрикулярной зоне, многие из которых включают паттерны миграции нейронов . [18]
Было обнаружено, что после блокирования экспрессии NPY в обонятельном эпителии мышей количество обонятельных клеток-предшественников уменьшилось вдвое. Это, в свою очередь, привело к тому, что у мышей в целом развилось меньшее количество обонятельных клеток. Это исследование продемонстрировало влияние NPY на клетки-предшественники . [19]
После выделения нейропептида Y (NPY) из свиного гипоталамуса в 1982 году исследователи начали размышлять об участии NPY в гипоталамически-опосредованных функциях. В исследовании 1983 года NPY-ергические аксональные терминалы были расположены в паравентрикулярном ядре (ПВЯ) гипоталамуса , и самые высокие уровни иммунореактивности NPY были обнаружены в ПВЯ гипоталамуса. [20]
Шесть лет спустя, в 1989 году, Моррис и др. сосредоточились на местоположении ядер NPY в мозге. Более того, результаты гибридизации in situ в исследовании показали самые высокие клеточные уровни мРНК NPY в дугообразном ядре (ARC) гипоталамуса. [21]
В 1989 году Хаас и Джордж сообщили, что локальная инъекция NPY в ПВЯ привела к острому выбросу кортиколиберина (CRH) в мозге крысы, доказав, что активность NPY-ергического гормона напрямую стимулирует выброс и синтез CRH. [22]
Последняя работа стала знаковой в исследованиях NPY. Значительный объем работы уже был проделан в 1970-х годах по CRH и его участию в стрессе и расстройствах пищевого поведения, таких как ожирение . [23] Эти исследования в совокупности положили начало пониманию роли NPY в орексигенезе или потреблении пищи.
Поведенческие анализы в орексигенных исследованиях, в которых крысы являются модельным организмом, были проведены совместно с иммуноанализами и исследованиями гибридизации in situ, чтобы подтвердить, что повышение активности NPY-ергической системы действительно увеличивает потребление пищи. В этих исследованиях экзогенный NPY, [24] глюкокортикоид дексаметазон ( который активирует NPY в базомедиальном гипоталамусе), [25] или N-ацетил [Leu 28, Leu31] NPY (24-36) [26] вводятся в третий желудочек [24] или на уровне гипоталамуса с помощью канюли . [25] [27]
Кроме того, эти исследования единогласно демонстрируют, что стимуляция активности NPY-ергического типа посредством введения определенных агонистов NPY увеличивает потребление пищи по сравнению с исходными данными у крыс. Влияние активности NPY-ергического типа на потребление пищи также демонстрируется блокадой определенных рецепторов NPY (рецепторов Y1 и Y5), что, как и ожидалось, подавляет активность NPY-ергического типа; таким образом, снижает потребление пищи. Однако исследование 1999 года, проведенное Кингом и соавторами, продемонстрировало эффекты активации ауторецептора NPY Y2, который, как было показано, подавляет высвобождение NPY и, таким образом, регулирует потребление пищи при его активации. [28] В этом исследовании высокоселективный антагонист Y2, BIIE0246, вводился локально в ARC. Данные радиоиммунологического анализа после инъекции BIIE0246 показывают значительное увеличение высвобождения NPY по сравнению с контрольной группой. Хотя фармакологический период полураспада экзогенного NPY, других агонистов и антагонистов все еще неясен, эффекты не являются долгосрочными, и организм крысы использует превосходную способность регулировать и нормализовать аномальные уровни NPY и, следовательно, потребление пищи. [24]
Исследование на генетически тучных крысах продемонстрировало роль NPY в ожирении . [29] Четыре основных фактора, способствующих ожирению у крыс:
При ожирении можно наблюдать хронически повышенные уровни NPY, это наблюдалось у крыс, которых кормили пищей с высоким содержанием жиров в течение 22 недель, и приводило к гормональному расстройству, которое увеличивало высвобождение NPY из-за дефектного сигнала лептина по сравнению с контрольными крысами. У людей повышенные уровни свободного NPY были обнаружены у женщин с ожирением, а не у их более худых коллег, однако анализ человеческого гипоталамуса на концентрацию NPY сложнее, чем у крыс. [31] Во время отлучения от груди у крыс наблюдается ранняя экспрессия генных мутаций, которые увеличивают гипоталамическое высвобождение NPY у крыс, однако у людей несколько генов обычно связаны с результатами ожирения и метаболического синдрома. [31] В большинстве случаев ожирения повышенная секреция NPY является центральным / гипоталамическим сопротивлением сигналам гормонов с избытком энергии, таким как лептин, что может быть результатом различных причин в ЦНС. У грызунов, устойчивых к ожирению, при питании диетой, способствующей ожирению, было значительно меньше рецепторов NPY в гипоталамусе, что предполагает повышенную активность нейронов NPY у тучных крыс, что означает, что снижение высвобождения NPY может быть полезным для снижения заболеваемости ожирением наряду с потреблением здоровой диеты и физическими упражнениями. Это необходимо будет увидеть в исследованиях на людях, прежде чем рассматривать этот путь потери веса, хотя в настоящее время есть некоторые доказательства, которые предполагают, что NPY является значимым предиктором восстановления веса после потери веса для поддержания прежнего уровня запаса энергии. [31]
Более того, эти факторы коррелируют друг с другом. Устойчивые высокие уровни глюкокортикостероидов стимулируют глюконеогенез , что впоследствии вызывает увеличение уровня глюкозы в крови, что активирует высвобождение инсулина для регулирования уровня глюкозы, вызывая его обратный захват и хранение в виде гликогена в тканях организма. В случае ожирения, которое, как предполагают исследователи, имеет сильную генетическую и диетическую основу, резистентность к инсулину препятствует высокой регуляции уровня глюкозы в крови, что приводит к патологическим уровням глюкозы и сахарному диабету . [32] Кроме того, высокие уровни глюкокортикостероидов вызывают увеличение NPY путем прямой активации рецепторов глюкокортикостероидов II типа (которые активируются только относительно высокими уровнями глюкокортикостероидов) и, косвенно, путем отмены отрицательной обратной связи кортикотропин-рилизинг-фактора (CRF) на синтез и высвобождение NPY. Между тем, вызванная ожирением инсулинорезистентность и мутация рецептора лептина (ObRb) приводят к отмене ингибирования активности NPYergic и, в конечном итоге, к потреблению пищи через другие механизмы отрицательной обратной связи для их регулирования. Ожирение у крыс было значительно снижено путем адреналэктомии [33] или гипофизэктомии . [34]
Исследование показало, что нейропептид Y может быть использован в качестве биосенсора для раннего выявления детского ожирения [35]
Роль нейропептида Y привлекла значительное внимание из-за его участия в алкоголизме из-за его разнообразного спектра физиологических эффектов. [36] Было показано, что нейроны NPY взаимодействуют с дофаминергическими путями вознаграждения и эмоций в прилежащем ядре и миндалевидном теле соответственно. Было показано, что уровни экспрессии NPY и предпочтения алкоголя демонстрируют обратную зависимость . Уровни экспрессии зависят от интересующей области мозга. Это указывает на то, что базовые уровни NPY, возможно, могут влиять на врожденные предпочтения алкоголя. [7]
Предыдущие исследования выявили анксиолитические эффекты NPY в качестве возможной терапевтической лекарственной мишени для алкоголизма. [37] Как уже говорилось ранее, уровни NPY и потребление этанола показывают обратную зависимость, поэтому увеличение доступности NPY может снизить потребление алкоголя. Создав химический антагонист для рецептора Y2, который будет косвенно действовать как агонист и стимулировать рецепторы Y1, потребление алкоголя было успешно снижено у крыс. [36] Кроме того, другое похожее исследование выявило, что экспрессия NPY может быть связана с поведенческой регуляцией в отношении алкогольной зависимости . Было обнаружено, что введение нейропептида Y снижает поведение, связанное с запоем . [38] Хотя было показано, что экспрессия гена NPY , мРНК или уровни нейропептида не зависят от длительного потребления алкоголя, но изменения происходят во время отмены алкоголя. Эти результаты показывают, что нейропептид Y оказывает различное влияние на потребление алкоголя. [36]
Два результата показывают, что NPY может защищать от алкоголизма :
Нейропептид Y считается анксиолитическим эндогенным пептидом, и его уровни могут модулироваться стрессом. NPY имеет связи с осью HPA и, как полагают, необходим для модуляции стресса . [41] Было показано, что более высокие уровни рецепторов Y1 и Y5 в миндалевидном теле приводят к снижению уровня тревожности . [42] Кроме того, рецептор Y1 связан с анксиолитическим действием в переднем мозге, в то время как Y2 связан с мостом . [11]
И наоборот, более высокие уровни NPY могут быть связаны с устойчивостью к посттравматическому стрессовому расстройству и восстановлением после него [43] , а также с ослаблением реакции страха, что позволяет людям лучше себя вести в условиях экстремального стресса. [44]
Исследования мышей и обезьян показывают, что повторяющийся стресс — и диета с высоким содержанием жиров и сахара — стимулируют высвобождение нейропептида Y, что приводит к накоплению жира в области живота . Исследователи полагают, что, манипулируя уровнями NPY, они могут устранить жир из тех областей, где он не нужен, и накапливать его в тех местах, где он необходим. [9] [45]