Metabolizmus a bélcsatornában A retinoidmetabolizmus a bélcsatornában túlnyomórészt a vékonybél proximális szakaszán zajlik, a lumen oldalán és az enterocytában. Egyidejű zsírbevitel szükséges a retinoid optimális felszívódásához, az enterocytába való bejutásához, illetve a trigliceridben gazdag kilomikron képződéshez, ami alkotóelemeként tud a retinoid a szervezetbe jutni. A kilomikronba ágyazódnak, és így a keringésbe jutnak az emésztéssel szervezetbe került proretinoid karotinoidok -melyek, mint a β-karotin a bélben retinoiddá alakulnak- és a nem-proretinoid karotinoidok, mint a likopin és lutein. Az emberi plazma, a táplálékból eredően, tartalmaz β-karotint, α-karotint, cryptoxantint, likopint és luteint, mint fő összetevőt, és kisebb arányban zeaxantint, egyéb xantophillineket, polyéneket, mint a fitofluén és fitoén. A legfontosabb lumenben zajló emésztési folyamat a bekerült retinoidok és proretinoid karotinoidok felszabadulása a táplálékmátrixból, illetve emulzifikálásuk szabad zsírsavakkal és epesókkal annak érdekében, hogy a vízben nem oldódó vegyültek bejuthassanak az enterocytába. Míg az étkezéssel szervezetbe került retinolt az enterocyta közvetlenül felveszi, a tápanyagból származó retinil-észtereknek először enzimatikus hidrolízisen kell átesniük a lumenben vagy az enterocyta kefeszegélyén. A táplálékkal felvett proretinoid karotinoidokat elsődlegesen a béllumen enterocytái veszik fel, ahol vagy retinoiddá alakulnak, vagy változatlan formában kilomikronokba csomagolva maradnak. In vivo és in vitro vizsgálatok is igazolták, hogy a β-karotin béllumenből enterocytába történő felvételének kulcsmediátora egy B csoportú, 1-es típusú scavenger receptor (SR-B1). A béllumen Caco-2 sejtjeinek retinol felvétele két koncentrációfüggő módon lehetséges: telítődő és nem-telítődő folyamat útján. Az enterocyták felől történő retinoleffluxot valószínűleg részben a basolaterális koleszterin transzporter ABCA1 (ATP-binding cassette transporter A-családjának, 1-es tagja) segíti. Proretinoid karotinoidok enzimatikus alakulása retinoiddá Az 50-es,60-as évek fordulóján már egyértelmű volt, hogy az emlősök szöveteiben lévő enzimek a β-karotint szimmetrikusan (2 retinaldehidet eredményezve), illetve aszimmetrikusan képesek hasítani. A 90-es években a géntechnológia segítségével meghatározták a cDNS két génjét a Bcmo1 és Bcmo2-t, melyek a β-karotin kétféle hasításáért felelős enzimeket kódolják, és megállapították, hogy egyedül a Bcmo1 génterméknek, ami a központi hasításért felelős enzimet kódolja, van jelentős szerepe a szervezetben a tápanyag proretinoid karotinoid retinoiddá alakításában. Az emlősökben kettő karotinoid hasító, szerkezetileg nagyon hasonló enzim ismert. Az egyik a Bcmo1 által kódolt β-karotin-15,15’-monoxigenáz (BCMO1), a másik a Bcmo2 által kódolt β-karotin-9’,10’-monoxigenáz (BCMO2). BCMO1 egy vízoldékony, Fe 2+-tartalmú, 63 kDa súlyú fehérje, mely megtalálható a vékonybélben, májban, vesékben, tüdőben, bőrben, herékben, a retina pigmentált epitheliumában és számos embrionális szövetben. A BCMO2-hasonlóképpen Fe2+-t tartalmaz és sejten belül, a citoplazmában található meg. Egerekben és görényekben a BCMO2 megtalálható a vékonybélben, májban, vesékben, lépben, agyban és a szívben. Kilomikronok és metabolizmusuk a keringésben Ahhoz, hogy a táplálékkal bekerült retinoid felszívódhasson, keletkező kilomikronként, retinil-észterrel, egyéb táplálékból származó lipidekkel és átalakuláson át nem esett karotinoiddal csomagolva, a nyirokkeringésbe szekretálódik. Az általános keringésbe kerülve a keletkezett kilomikronokban először a lipoprotein-lipáz (LpL) hidrolizálja a triglicerideket, majd a keringésből felvett apolipoprotein E (apoE)-vel megalkotja a kilomikron maradványokat. A táplálékkal bekerült retinoid (kilomikron, kilomikron maradvány) 66-75%-át a máj veszi fel, és ott a máj csillagsejteiben (HSCs) raktározódik, miközben a 25-33%-a kilomikronok és kilomikron-maradványok útján májon kívüli szövetekbe, speciális retinol kötő fehérjéhez (RBP) kapcsolva jut, és ott kiválasztódik. Ennek a postprandialis retinoid közvetítő rendszernek fiziológiás jelentőségét még inkább alátámasztja az a tény, hogy azon emberek illetve egerek is teljesen egészséges fizikai állapotban vannak, akiknél a RBP hiányzik. Ezen esetekben a postprandialis retinoid közvetítő rendszer biztosítja a szövetek retinoid ellátását. Retinoidmetabolizmus a májban A retinoid metabolizmusban és raktározásban kétféle típusú májsejt érintett: a parenchymális sejtek (más néven hepatocyták – májsejtek 66%-át, összfehérje 90%-át teszik ki) és a csillagsejtek (HSCs, más néven zsírsejtek, lipocyták, Ito-sejtek, perisinusoidalis sejtek – májsejtek 6-8%-át, összfehérje 1%-t teszik ki). A hepatocyták központi szerepet töltenek be a retinol felvételében és feldolgozásában, míg a HSCs a retinol raktározásáért felelnek. A Disse-téren átjutott kilomikronmaradványokat kizárólagosan a hepatocyták veszik fel, két lehetséges receptor mediált út egyikén keresztül. A low-density-lipoprotein (LDL) receptor közvetlenül veszi fel az apoE-ben gazdag kilomikronokat, majd ez a komplex endocytosis útján bekebelezésre kerül. Amennyiben ez a receptor hiányzik, a maradványok a Disse-térben apoE mediálta heparin-szulfát-proteoglikán (HSPGs) kötésben különülnek el. A maradványok apoB mediáltan a máj lipázához kötve is elkülönülhetnek, és amint hozzáférhetővé válnak, a LDL receptorokhoz kerülnek, illetve ha elegendő apoE-t tartalmaznak, akkor alternatív receptorhoz, a LDL receptorhoz kapcsolt proteinhez (LRP) kerülnek. A maradványok alakulásuk során felvett LpL elősegíti LRP általi felvételüket. Egyelőre nem tisztázott, hogy milyen receptor mechanizmuson keresztül történik a kilomikronok eltávolítása, de valószínű, hogy az a szervezet aktuális anyagcsere-állapotától függ. A hepatocytába kerülve a retinil-észter endoszómákhoz kapcsoltan gyors hidrolízisen megy keresztül. Ezt számos enzim végzi, melyeket a szakirodalom REH-k (retinil-észter-hidroláz), karboxylészterázok és/vagy lipázok közé sorol. A hidrolízisben szereplő másik fontos enzim együttes, a karboxilészterázok. Számos in vitro vizsgálatban sikerült azonosítani pár jól meghatározott REH-aktivitással rendelkező lipázt, köztük a hepaticus lipázt, LpL-t és a hormon szenzitív lipázt. Miután a hepatocytában a kilomikron retil-észter retinollá hidrolizálódott, a HSC-hez kerül és ott reészterifikálva lipidcseppekben raktározódik. Ez leginkább megfelelő retinoid bevitel során alakul így, míg ezek a raktárak A-vitamin hiány esetén mobilizálhatók. A HSC legjellegzetesebb vonása a cytoplazmájában jelen lévő számos retinil-észter tartalmú lipidcsepp, melyek újabban vélt funkciója a retinoid tárolása. A retinoidoknak erős hatása van a HSC lipidcseppjeinek fiziológiájára. A HSC-be kerülve a retinol CRBPI-hez kötődik, és a LRAT-hoz szállítódik észterifikálás céljából. A CRBPI kötődés a citoszol vizes közegében szállítása miatt fontos, illetve hogy így megakadályozza a májban lévő acil-CoA-függő enzimeket, hogy retinil-észter képződést katalizáljanak. Az LRAT az egyedüli ismert retinol észterifikálásra képes enzim a májban in vivo. Az LRAT és/vagy a belőle keletkező retinil-észter szükséges a HSC-ben a lipidcseppek képződéséhez. Akut májbetegséget követően a máj teljesen egészében regenerálódik. Azonban krónikus sérülés következtében a sérülés helyén a javító folyamatok fibrosus kötőszövet-túltengést eredményeznek, melynek előrehaladásával cirrhosis és esetenként hepatocelluláris carcinóma várható. Emberekben a májbetegség előrehaladásával egyenes arányban csökken a máj retinoidtartalma. Májon kívüli szövetek retinoid felvétele Éhezés állapotában a keringő retinol több mint 95%-a RBP-hez van kötve. Míg a szabad retinol foszfolipid kettősmembránon való spontán transzferjének lehetőségét vizsgálatokkal bizonyították, addig a RBP sejtfelszíni receptorának létezésének igazolására az 1970-es évek óta van igény. 2007-ben Kawaguchi és társai azonosítottak és vizsgáltak egy membránfehérjét, STRA6-t, mely nem az összes, de sok szövetben RBP receptorként viselkedik illetve bizonyították, hogy a STRA6 funkcionálhat RBP receptorként, és a sejtek retinol felvételét is mediálhatja. Érdekes módon szinergiát találtak a STRA6 és a LRAT expresszió között. Ezek alapján egy olyan modell körvonalazódik, ahol a keringő retinol-RBP a sejtfelszíni STRA6-hoz kötődik, ezzel segítve a retinol felvételt és a LRAT átali retinil-észterré átalakítást. Sejtkultúrán és fejlődő egérembrión végzett vizsgálatai azt mutatták, hogy a STRA6 a retinol kétirányú transzportereként működik, és a transzport irányát az intracelluláris retinol koncentráció határozza meg. Ez a megállapítás egy elméleti paradoxont is felold. Ha azt gondoljuk, hogy a STRA6 a retinol felvételt elősegíti, különösen retinsav stimulációjával, akkor bőséges retinsav jelenlétében, a sejt több potenciálisan toxikus retinoidot vesz fel. Ez az állapot viszont azért nem következik be, mert a STRA6 egyben a retinolexportot is segíti, így védve a sejtet. A hipotézist, mely szerint a STRA6 expresszióját retinsav szabályozza, több sejtvonalon is próbálták igazolni. Viszont in vivo vizsgálatokból nyert adatok a STRA6 expressziójának méréséről, nincsenek összhangban. Úgy tűnik, hogy a STRA6 expresszióját genetikai faktorok és fehérje állapotok szabályozzák, és egyben függ az egyed sejtjeinek állapotától, retinoidstátuszától. Függetlenül a STRA6 fiziológiai szerepét célzó vitáktól, a sejtek retinoid homeosztázisában betöltött szerepét támasztja alá emberekben a STRA6 mutációkhoz kapcsolt súlyos fejlődési rendellenességek megjelenése. STRA6 funkciózavart okozó mutációk következményeként több mint 20 embernél diagnosztizáltak anophthalmia/microphtalmia szindrómát valamilyen szív-, tüdő- vagy diaphragma-rendellenességhez kapcsolva. Az említett szövetek rendellenességei általában az anyák retinoidhiányos szindrómájában alakulnak ki. Ebből az összefüggésből következik, hogy a STRA6 tartja fenn az sejtek retinoid homeosztázisát az organogenesis alatt. Érdekes módon eltérés mutatkozik emberekben a STRA6 mutációk súlyos kimenetele és a RBP mutációk közepes súlyosságú klinikai formái között, ami arra engedi a kutatókat következtetni, hogy a STRA6-nak az RBP receptor funkcióján túl vannak más szerepei is. Kilomikron észterek májon kívüli felvételi formái RBP-hiányos egerekben figyelték meg, hogy annak ellenére, hogy csak nyomokban van a keringésükben retinol, és a retinol májból való mobilizálásának képessége is károsodott, ezek az egerek életképesek és termékenyek, és bár átmeneti látásproblémáik vannak, ez a korral megszűnik. Azt a hipotézist, miszerint az egerek egészségének fenntartásában a kilomikronok retinil-észterjeinek fontos szerepe van, alátámasztja, hogy a vizsgálatokban a RBP hiányos egerekben a kilomikron/VLDL plazma frakcióban a keringő retinil-észter koncentráció viszonylag magas volt. A látásproblémák azzal hozhatók összefüggésbe, hogy a szem különösen rosszul képes a retinil-észtert felvenni, míg a többi szerv ezen képessége nem sérül. A vizsgálatok arra is rámutattak, hogy a posztprandiális retinil-észtert használják ezek az egerek a normális embriogenesis fenntartásához is, bővebben a magzati retinoid raktárak kialakításához, az embrio- és organogenesisben pedig a retinol-RBP tölt be közvetlen szerepet. A posztprandiális retil-észter felvételt más szervekben is tanulmányozták. Például rágcsálókban és főemlősök emlőmirigyében a retinil-észter anyatejben való retinoid megoszlása a retinoid beviteltől függ. Illetve fontos lehet még a tüdőben való megoszlás is, ahol a tüdőnek, vélhetően a kilomikronokból származó, posztprandiális retinoid közvetlen jelenlétére van szüksége, ahhoz, hogy retinoid raktárat halmozzon fel. A posztprandiális retinil-észter felszívódás fiziológiai jelentőségének megértésén túl, az érdeklődés másik területe az ebben a folyamatban szereplő biokémiai mechanizmusok leírása. A 1990-es évek közepe után végzett vizsgálatok bebizonyították, hogy a LpL négy leggyakoribb előfordulási formájában (retinil-palmitát, retinil-oleát, retinil-sztearát és retinil-linolát) katalizálja a retinil-észter hidrolízist. A LpL szubsztrátjai a trigliceridek, bár a hidrolízist akkor is megfigyeltek, amikor a trigliceridek nagy része már hidrolizálódott. Ezen kívül egy LpL aktivátorként ismert apolipoprotein C-II-ről derült ki, hogy részt vesz az LpL-katalizált retinil-észter hidrolízisben. Az összegzett eredmények azt mutatják, hogy bizonyos szövetekben (vázizom, szív és zsírszövet) a LpL expresszió és aktivitás az adott szövet kilomikron retinil-észter felvételével arányos. Érdekes módon más szöveteket (vese, tüdő) ez az összefüggés nem érint, ami arra enged következtetni, hogy a májon kívüli retinil-észter felvétel egy másik, LpL-től független mechanizmuson keresztül is zajlik. Másik érdekessége az eredményeknek az a megfigyelés, hogy a szövetek steady-state retinoid szintjei állandóak voltak annak ellenére, hogy a retinoid felvételük növekedett. Ebből az következik, hogy a felvett retinoid többlet a szervezetben újra elosztásra kerül, illetve a szövetek retinoid tároló kapacitása normál retinoid bevitel esetén megmarad. Ezen kívül a vázizom, szív és zsírszövet szerepén túl, a LpL-ről bebizonyosodott, hogy fontos mediátora rágcsálók emlőszövetének kilomikron retinoid felvételének. Egyértelmű, hogy májon kívüli szövetek képesek kilomikronokból posztprandiális retinil-észtereket felvenni, és különösen RBP-hiány esetén ez tartja fenn a normál retinoid homeosztázist, ha megfelelő a táplálék retinoid tartalma. A periféria retinil-észter felvételét mediáló folyamatokat mostanában kezdik feltárni részletesebben. A fehér zsírszövet retinoid homeosztázisa A fehér zsírszövet a májon kívüli retinoid raktár jelentős hányadát alkotja (kifejlett patkány esetén ez kb. 15%). Az adipocytákon és a vascularis zsírszöveten a retinoid metabolizmus fő mediátorai (RBP, CPBPI, CPBPIII) megtalálhatók, alátámasztva ezzel azt, hogy a zsírszövet fiziológiájának fontos része a retinoid mediált jelátadás. A LRAT májban és a legtöbb szövetben történő retinil-észter szintézisben kimutatott fontossága alapján azt gondolnánk, hogy a zsírszövetben is hasonlóan alacsony retinil-észter szint van, ennek ellenére több mint háromszoros mennyiséget írtak le. Ez a megfigyelés azt feltételezi, hogy a zsírszövet retinoid raktárának sejtes állományában egy eddig nem azonosított enzim vesz részt a retinil-észter szintézisben. Számos vizsgálat írja le a retinoid jelátadás fontosságát a zsírszövetben, köztük azt a megfigyelést, miszerint a retinsav gátolja az adipogenesist, vagy, hogy a CRBPI-hiányos egereknél nagyobb az elhízás illetve hogy a CRBPIII-hiányos egereknek a lipid metabolizmusa megváltozik és csökken az elhízásuk. Bár a CRBPIII-t eredetileg celluláris retinol-kötő proteinnek gondolták, a ligandját még nem azonosították. Valószínű, hogy a CRBPIII retinolon kívüli ligandok által tölti be szerepét. RBP a zsírszövetben és a metabolikus kórképek kapcsolata A zsírszövet biológiájában a retinoid jelátvitelen túl, bizonyos metabolikus kórképekben a zsírszövet eredetű RBP új szerepe merült fel. Ahogyan fentebb tárgyaltuk, a RBP eddig megállapított egyedüli szerepe a retinoid raktárak mobilizálása, és a retinol keringésbe való juttatása volt. Sőt a RBP-hiány egerekben és emberekben is viszonylag mérsékelt fenotípusként jelenik meg. Kahn és kollégái által kimutatott RBP-hiányos egerek fokozott inzulinérzékenysége arra enged következtetni, az utókövetéses vizsgálatokkal együtt, hogy a zsírszövet eredetű RBP jelentősen hozzájárul a metabolikus betegségekhez. Kahn és kollégái meggyőzően bizonyították, hogy a RBP fontos mediátor az inzulin rezisztencia kialakulásában elhízás és 2-es típusú diabetes esetén. Yang és társai az előzőleg már ismert tényt, miszerint inzulin-rezisztensek azok az egerek, melyeknél specifikusan a zsírszövetből eltávolították a glukóz transzporter GLUT4-t, azt találták, hogy ezek az egerek a zsírszövetben a RBP-t nagyobb arányban expresszálták, illetve a keringő RBP szintjük is megnőtt. A májukban viszont a RBP szint változatlan maradt, amiből az következik, hogy a keringő szérumfrakció a zsírszövetből származik. Ezen GLUT4-hiányos egerek PPAR-γ agonista rosiglitazonnal való kezelése javította az inzulin érzékenységüket és glükóz toleranciájukat, illetve párhuzamosan a keringő RBP szintjük is normalizálódott. Érdekes módon a megnövekedett RBP szintet nemcsak több egér kísérletben, de diabeteses emberek esetén is megfigyeltek. Összességében azt mondhatjuk, hogy a megnövekedett keringő RBP szint az inzulin rezisztenciával, míg az alacsony szérum RBP a megnövekedett inzulin érzékenységgel függ össze. Ezek alapján elmondható, hogy a RBP egy új elhízásért felelős faktor, és a human 2-es típusú diabetes potenciális terápiás célpontja. Az utókövetéses vizsgálatok alapján ezen a ponton nincs egyetértés. Mindenképpen további vizsgálatokra van szükség, hogy véglegesen igazolódjon emberben a megnövekedett szérum RBP szint és az inzulin rezisztencia közötti kapcsolat. A RBP metabolikus betegségekben betöltött szerepe is homályos még, hisz nem tudjuk, hogy hatása retinoid jelátadáson keresztül, vagy valamilyen ezidáig nem ismert mechanizmuson keresztül alakul ki. Mindenesetre a retinoidok biológiájának egy izgalmas területe nyílt meg ezen eredmények alapján. A szív retinoidhomeosztázisa A retinoid biológiájának másik fontos területe a szív. Jól megalapozott tény, hogy a retinsav az embrionális fejlődés alatt a szív kifejlődésének fontos jelátvivő molekulája, és egyre több bizonyíték van arra is, hogy a szívbetegségekben és a szív kompenzációs átalakulási folyamataiban (remodeling-ben) is fontos faktor. A retinsav bevitel szív patológiás szöveteire kifejtett jótékony hatása számos állatkísérletben mutatkozott meg. In vitro patkány cardiomyocytákkal végzett vizsgálatok és állatkísérletek nyomán született meg az a feltételezés, hogy a retinsav in vivo képes a szív hipertrófiás folyamatait elnyomni. A retinsavas kezelés hatékonynak bizonyult a szív remodeling csökkentésében elkötött aortájú patkány és myocardiális infarktus patkánymodellje esetén. Myocardiális infarktus kísérletekben a szív retinoid metabolizmusának növekedése együtt jár a májraktárakból szív felé történő retinoid mobilizálással az infarktusos állatok esetén. A retinsav kórfolyamatok progressziójára kifejtett jótényok hatásával szemben a retinoid-hiánynak nem kívánatos hatásai vannak a szívre, mint például nőstény patkányokban leírtak szív remodeling-et és kamrai zavarokat. Emberek esetén még nincsenek hasonló adatok, de folyamatosan végeznek vizsgálatokat, hogy a retinoid kezelés szívbetegségekre való terápiás hatásait feltárják. A szem retinoidhomeosztázisa Az elmúlt 10 évben a szem retioid metabolizmusával kapcsolatban jelentős kísérleti eredmények születtek. Nevezetesen a retinoid metabolizmusban és transzportban érintett genetikai szembetegségek és gének közötti régóta vizsgált kapcsolatot sikerült pontosabban leírni. A központi kérdést Wald és társai vetették fel, akiket az érdekelt, hogyan lesz a transz-retinoidból energetikailag kevésbé stabil 11-cisz-retinoid, ami a látáshoz szükséges. Az 1980-as években végzett munkák nyomán, Rando és kollégái illetve mások arra gondoltak, hogy létezik egy isomerohydroláz enzim, ami a fent említett átalakítást végzi. Azt feltételezték, hogy ez az isomerhydroláz az észter kötés hidrolíziséből meríti az energiát a sztereoizomériás átalakításhoz, hogy a transz configurációból 11-cisz formát csináljon. Újabban kiderült, hogy ez az izomerohydroláz egy retina pigment epithelium protein (RPE), RPE65. Ahogyan a 2.2. részben említettük, a RPE65 szerkezetileg a BCMO1-re és BCMO2-re emlékeztet, és hozzájuk hasonlóan tartalmaz egy Fe2+ - kötő helyet, ami a katalitikus tevékenységéhez szükséges. A PRE65 korábbi irodalmakban sejtfelszíni RBP-nek írják le, de ez tévesnek bizonyult. A szem retinoid metabolizmusának megértése szempontjából fontos folyamatot sikerült felderíteni, melynek során fényinger hatására termelt transz-retinoid a fotoreceptor külső részéből a RPE-hez kerül, és vissza alakul 11-cisz-retinoiddá. Ehhez a folyamathoz szükség van egy retina specifikus ATP-kötő kazetta transzporterre, ún. ABCR v. ABCA4 molekulára, ami a pálcikák és csapok külső részének lemezmembránján helyezkedik el. Fény hatására a retinát elárasztja a foszfatidil-etanolamin, ami a transz-retinal lemezmembránról cytoplazma térbe való ABCR-katalizált szállításának szubsztrátja. Szintén fontos előrelépés volt még a retinol dehyrogenáz enzimnek az azonosítása, mely a retina külső részén a transz-retinal, transz-retinollá való redukcióját katalizálja. Feltételezhetően ebben a folyamatban más dehydrogenázok is közreműködnek, melyek közül Palczewski és munkatársai egy másik fotoreceptor dehydrogenázt, a RDH12-t azonosítottak. Összegezve az elmúlt 10 évben a szem retinoid metabolizmusának részleteiről sokat megtudott a szakma. Ezáltal is a szem marad az a szerv, ahol a retinoid metabolizmus folyamatait legpontosabban értjük. Eredeti közlemény: Vitamin A Metabolism: An Update Nutrients. 2011; 3(1): 63–103. Szemlézte: Pásztor Viktória dr.