Адипоцит

Адипоци́т — основной тип клеток, из которых, в основном, состоит жировая ткань. Адипоциты представляют собой округлые клетки, содержащие одну или несколько жировых капель в цитоплазме. В зависимости от принадлежности к белой или бурой жировой ткани адипоциты делят на белые и бурые, которые отличаются морфологически и функционально. Белые адипоциты участвуют в жировом обмене, обладают способностью накапливать триглицериды и другие липиды, которые в дальнейшем используются организмом для выработки энергии, продуцируют ряд гормонов (лептин, адипонектин, резистин[en] и другие), бурые адипоциты осуществляют термогенез[en].

Микрофотография белой жировой ткани

Адипоциты могут давать начало опухолямдоброкачественным липомам и злокачественным липосаркомам. Накопление жира в адипоцитах тесно связано с развитием ожирения.

СтроениеПравить

 
Морфология адипоцитов трёх видов: белого, бежевого и бурого

Клетки жировой ткани, накапливающие жир, называют адипоцитами. Одиночные адипоциты имеют шарообразную форму. Жировую ткань принято подразделять на белую и бурую согласно её цвету. Адипоцит белой жировой ткани содержит одну большую каплю нейтрального жира (такие адипоциты также называют унилокулярными), которая занимает центральную часть клетки и окружена тонким слоем цитоплазмы, в утолщённой части которого залегает уплощённое ядро. В цитоплазме адипоцитов содержатся в небольших количествах и другие липиды: холестерин, фосфолипиды, а также свободные жирные кислоты. Эти мелкие жировые включения особенно выражены у незрелых адипоцитов. Зрелый адипоцит имеет крупные размеры, от 50 до 150 мкм. Так как липиды вымываются ксилолом и другими растворителями, использующимися при приготовлении гистологических препаратов, унилокулярные адипоциты при рассмотрении с помощью светового микроскопа выглядят пустыми[1].

Адипоциты бурой жировой ткани, по сравнению с клетками белой жировой ткани, имеют больше митохондрий и вместо одной крупной жировой капли содержат множество мелких жировых включений в цитоплазме (такие адипоциты называют мультилокулярными[2]). Бурый цвет обеспечивается железосодержащими пигментами цитохромами, расположенными в митохондриях. Изменения бурой жировой ткани при голодании выражены меньше, чем белой. Бурая жировая ткань наиболее выражена у новорождённых и животных, впадающих в спячку[3], но есть и у взрослого человека[4][5].

Белую жировую ткань, которая приобрела некоторые черты бурой жировой ткани, называют «бежевым жиром»; в её клетках, бежевых адипоцитах, вместо одной крупной жировой ткани имеется несколько включений меньшего размера, увеличивается количество митохондрий и повышается уровень экспрессии гена UCP1, кодирующего белок термогенин[6].

Четвёртый тип адипоцитов был недавно описан в составе подкожной жировой ткани мышей во время беременности и лактации, когда жировая ткань в молочных железах существенно сокращается, а железистая часть, наоборот, разрастается. Новосформированные эпителиальные клетки, входящие в состав железистой части, называют розовыми адипоцитами. Они появляются в результате прямой трансдифференцировки[en] белых адипоцитов в эпителиальные клетки, продуцирующие молоко. Образование розовых адипоцитов обратимо, и по завершении лактации они превращаются обратно в белые адипоциты, восстанавливая жировую часть молочной железы[7].

ФизиологияПравить

Метаболизм жировПравить

 
Схема липолиза в адипоцитах

Жировая ткань играет важную роль в поддержании уровня свободных жирных кислот и триглицеридов в крови, а также вносит вклад в развитие инсулинорезистентности (особенно абдоминальный жир). Адипоциты также могут запасать триглицериды, поступающие с пищей и циркулирующие в крови в составе хиломикронов, липиды, синтезируемые печенью и циркулирующие в кровотоке в виде липопротеинов очень низкой плотности, кроме того, свободные жирные кислоты и глицерин могут синтезироваться в самих адипоцитах. Хиломикроны и липопротеины очень низкой плотности при поступлении в жировую ткань гидролизуются липопротеинлипазой на люминальной поверхности кровеносных капилляров. Свободные жирные кислоты поступают в адипоциты по механизму активного транспорта и диффузии. В адипоцитах жирные кислоты в ходе реакции этерификации присоединяются к глицерин-3-фосфату[en] с образованием триглицеридов, которые поступают в жировую каплю[8].

В жировой ткани идёт постоянное поступление и выход свободных жирных кислот. Результирующее направление движения свободных жирных кислот контролируются гормонами инсулином и лептином. Если инсулин повышен, то вход свободных жирных кислот в жировую ткань превышает её выход, и выход жирных кислот из жировой ткани возможен только при низком уровне инсулина в крови. Уровень инсулина повышается при поступлении в организм углеводной пищи, которое приводит к росту концентрации сахара в крови[9]. Инсулин также стимулирует поглощение глюкозы адипоцитами и способствует её преобразованию в жир[10].

При нервной или гуморальной стимуляции адипоцитов жировые запасы мобилизуются и клетки высвобождают жирные кислоты и глицерин. Норадреналин, выделяемый надпочечниками и постганглионарными[en] симпатическими окончаниями, активирует гормончувствительную липазу[en], которая расщепляет триглицериды на поверхности липидных капель. Эта липаза также активируется гипофизарным гормоном роста. Свободные жирные кислоты диффундируют через мембраны адипоцитов и эндотелиальных клеток, выходят в кровоток и связываются с белком альбумином. Более гидрофильный глицерин свободно плавает в крови и поглощается печенью. Инсулин ингибирует гормончувствительную липазу[11]. Мобилизацию адипоцитов также запускают адреналин[12] и адренокортикотропный гормон[13][14].

Продукция гормоновПравить

 
Структура лептина — пептидного гормона, продуцируемого адипоцитами

Молекулы, продуцируемые жировой тканью, играют важнейшую роль в поддержании метаболического гомеостаза, и нарушения в их образовании могут приводить к развитию ожирения и ряда патологических состояний, связанных с ожирением, поэтому жировую ткань рассматривают как эндокринный орган. Гормоны жировой ткани в совокупности называют адипокинами. Адипокины представляют собой разновидность цитокинов (сигнальных белков). Первым открытым адипокином стал гормон лептин, описанный в 1994 году. Лептин играет роль в поддержании нормальной массы тела и передаёт сигнал, свидетельствующий о насыщении, в гипоталамус. Лептин также контролирует липогенез в гепатоцитах, подавляя путь биосинтеза жирных кислот[en], и способствует окислению жирных кислот в мышцах. Наиболее обильно продуцируется адипокин, известный как адипонектин. Он повышает чувствительность к инсулину, и его введение мышам, страдающим ожирением, позволило частично преодолеть инсулинорезистентность. К числу адипокинов также относится фактор некроза опухоли α (TNFα), который вовлечён в формирование инсулинорезистентности за счёт подавления сигнального пути инсулина[en]. В жировой ткани TNFα продуцируют макрофаги и другие иммунные клетки. У людей и мышей, страдающих ожирением, в жировой ткани возрастает экспрессия провоспалительного цитокина[en] интерлейкина 6 (IL-6), однако его роль в метаболизме глюкозы неясна[7]. Также к числу адипокинов относят аспросин[15], резистин[en][16], апелин[17], хемерин[en][18], CCL2[19] и некоторые другие цитокины. Лептин и резистин продуцируются преимущественно подкожной жировой тканью[20]. Кроме того, и у женщин, и у мужчин жировая ткань является главным периферическим источником ароматазы, которая участвует в синтезе эстрогенов[21].

ТермогенезПравить

 
Схема термогенеза в бурой жировой ткани

Основная функция бурой жировой ткани — термогенез. У животных в конце спячки и новорождённых детей в бурую жировую ткань поступает норадреналин, который, как и в белой жировой ткани, стимулирует гормончувствительную липазу и запускает гидролиз триглицеридов. Однако, в отличие от белых адипоцитов, в бурых адипоцитах свободные жирные кислоты не высвобождаются в кровь, а быстро метаболизируются, что сопровождается повышением потребления кислорода и продукцией тепла. Локальное повышение температуры в бурой жировой ткани приводит к нагреванию омывающей её крови, которая передаёт тепло на весь организм. Усиленная продукция тепла в бурых адипоцитах возможна благодаря тому, что в их внутренних митохондриальных мембранах в большом количестве содержится трансмембранный разобщающий белок термогенин, или UCP1. В присутствии свободных жирных кислот термогенин позволяет протонам поступать из межмембранного пространства непосредственно в матрикс митохондрии без прохождения протонов через АТФ-синтазу. Вместо образования АТФ энергия протонов идёт на выделение тепла[22]. Считается, что термогенин является симпортером протонов и свободных жирных кислот, но конкретный механизм его действия неясен[23]. Известно, что термогенин ингибируют АТФ, АДФ и ГТФ[24]. Термогенез в бурых адипоцитах также может активироваться при переедании[25].

РазвитиеПравить

Как и другие клетки соединительной ткани, адипоциты происходят от мезенхимальных стволовых клеток[en]. Мезенхимальные стволовые клетки дают начало преадипоцитам, которые похожи на крупные фибробласты с цитоплазматическими липидными включениями. Первоначально липидные капли молодого белого адипоцита изолированы друг от друга, но вскоре они сливаются с образованием единой большой жировой капли. Белые адипоциты развиваются вместе с меньшей популяцией бежевых адипоцитов, которые присутствуют в зрелой белой жировой ткани. При адаптации к низким температурам белые адипоциты частично обратимо превращаются в бурые, приобретают большое количество мелких липидных капель вместо одной крупной, их профиль экспрессии генов становится близок к таковому у бурых адипоцитов (в частности, возрастает экспрессия гена UCP1, кодирующего термогенин), и так называемые бежевые адипоциты приступают к термогенезу[26].

Бурые адипоциты также развиваются от мезенхимальных стволовых клеток, но в других локациях тела эмбриона, отличных от тех, где происходит дифференцировка белых адипоцитов. Бурые адипоциты в ходе эмбрионального развития возникают раньше белых. У человека объём бурой жировой ткани относительно массы тела максимален при рождении, когда наиболее высока потребность в термогенезе, и в детстве почти полностью исчезает через инволюцию и апоптоз адипоцитов. У взрослых бурый жир наиболее активен у людей худощавого телосложения. При адаптации к холоду бежевые адипоциты могут превращаться в бурые, кроме того, возможна пролиферация и дифференцировка бурых адипоцитов от мезенхимальных клеток-предшественников. Автономные нервы не только стимулируют термогенную активность бурых адипоцитов, но также способствуют их дифференцировке и предотвращают апоптоз зрелых бурых адипоцитов[27].

Клиническое значениеПравить

 
Гистологический препарат веретеноклеточной липомы

Белые адипоциты могут давать начало часто встречающимся доброкачественным образованиям — липомам. Злокачественные опухоли, происходящие из жировой ткани — липосаркомы — относительно редки. Доброкачественные опухоли, образованные бурыми адипоцитами, иногда называют гиберномами[en][1].

 
Нормальная мышь (справа) и мышь, страдающая ожирением (слева)

Под ожирением понимают состояние, при котором в организме накапливается избыток жировой ткани[28]. Ожирение повышает риск возникновения многих заболеваний и патологических состояний: сердечно-сосудистых, сахарного диабета 2-го типа, обструктивного апноэ во сне[en], некоторых видов рака, а также остеоартрита[29]. Конвертацию белой жировой ткани в бурую рассматривают как перспективную стратегию терапии ожирения[30].

В настоящее время жировую ткань можно использовать в качестве источника стволовых клеток у взрослых[en]. Стволовые клетки жировой ткани можно легко перепрограммировать в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки[31]. Получение стволовых клеток из клеточного материала самого организма пациента снижает риск отторжения трансплантата и позволяет избежать многих этических проблем, связанных с использованием эмбриональных стволовых клеток[32]. Имеются сведения, что стволовые клетки из разных локаций жировой ткани (абдоминального жира, эпикардиального жира и других) имеют разные свойства[32][33]: скорость пролиферации, иммунофенотип, потенциал дифференцировки и устойчивость к гипоксии[34].

История изученияПравить

Жировая ткань (точнее, бурая жировая ткань) впервые была описана в 1551 году швейцарским медиком и учёным-энциклопедистом Конрадом Геснером (1516—1565)[35]. В 1902 году было отмечено сходство между шейными жировыми отложениями у новорождённых младенцев и млекопитающих, впадающих в спячку. Активное исследование бурой жировой ткани возобновилось в 1960-х годах (в 1964 году Уильям Сильверман и его коллеги доказали, что у человека бурый жир также отвечает за термогенез), и к 1980-м годам установилось мнение, что у взрослых людей бурой жировой ткани нет. Это представление было пересмотрено в конце 2000-х годов[36].

Белые адипоциты, или «жировые везикулы», а также их вклад в рост жировых отложений впервые были описаны в XIX веке. Активное исследование жировой ткани началось лишь в 1940-х годах. В 1940 году было показано, что жировая ткань иннервируется и снабжается кровью. В 1950-х годах была прояснена роль белых адипоцитов в метаболизме липидов, и дальнейшее изучение регуляции работы жировой ткани продолжалось во всей второй половине XX века[37]. Первые данные, свидетельствующие об эндокринной функции белой жировой ткани, появились в 1980-х годах[38].

ПримечанияПравить

  1. 1 2 Mescher, 2016, p. 122.
  2. Mescher, 2016, p. 126.
  3. Афанасьев и др., 2004, с. 231—232.
  4. Nedergaard J., Bengtsson T., Cannon B. Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adult humans. (англ.) // American Journal Of Physiology. Endocrinology And Metabolism. — 2007. — August (vol. 293, no. 2). — P. 444—452. — doi:10.1152/ajpendo.00691.2006. — PMID 17473055. [исправить]
  5. Saito M., Okamatsu-Ogura Y., Matsushita M., Watanabe K., Yoneshiro T., Nio-Kobayashi J., Iwanaga T., Miyagawa M., Kameya T., Nakada K., Kawai Y., Tsujisaki M. High incidence of metabolically active brown adipose tissue in healthy adult humans: effects of cold exposure and adiposity. (англ.) // Diabetes. — 2009. — July (vol. 58, no. 7). — P. 1526—1531. — doi:10.2337/db09-0530. — PMID 19401428. [исправить]
  6. Harms M., Seale P. Brown and beige fat: development, function and therapeutic potential. (англ.) // Nature Medicine. — 2013. — October (vol. 19, no. 10). — P. 1252—1263. — doi:10.1038/nm.3361. — PMID 24100998. [исправить]
  7. 1 2 Colaianni Graziana, Colucci Silvia, Grano Maria. Anatomy and Physiology of Adipose Tissue (англ.) // Multidisciplinary Approach to Obesity. — 2014. — 15 October. — P. 3—12. — ISBN 9783319090443. — doi:10.1007/978-3-319-09045-0_1. [исправить]
  8. Mescher, 2016, p. 123—124.
  9. Amitani M., Asakawa A., Amitani H., Inui A. The role of leptin in the control of insulin-glucose axis. (англ.) // Frontiers In Neuroscience. — 2013. — Vol. 7. — P. 51—51. — doi:10.3389/fnins.2013.00051. — PMID 23579596. [исправить]
  10. Mescher, 2016, p. 124.
  11. Mescher, 2016, p. 124—125.
  12. Stallknecht B., Simonsen L., Bülow J., Vinten J., Galbo H. Effect of training on epinephrine-stimulated lipolysis determined by microdialysis in human adipose tissue. (англ.) // The American Journal Of Physiology. — 1995. — December (vol. 269, no. 6 Pt 1). — P. 1059—1066. — doi:10.1152/ajpendo.1995.269.6.E1059. — PMID 8572197. [исправить]
  13. Spirovski M. Z., Kovacev V. P., Spasovska M., Chernick S. S. Effect of ACTH on lipolysis in adipose tissue of normal and adrenalectomized rats in vivo. (англ.) // The American Journal Of Physiology. — 1975. — February (vol. 228, no. 2). — P. 382—385. — doi:10.1152/ajplegacy.1975.228.2.382. — PMID 164126. [исправить]
  14. Kiwaki K., Levine J. A. Differential effects of adrenocorticotropic hormone on human and mouse adipose tissue. (англ.) // Journal Of Comparative Physiology. B, Biochemical, Systemic, And Environmental Physiology. — 2003. — November (vol. 173, no. 8). — P. 675—678. — doi:10.1007/s00360-003-0377-1. — PMID 12925881. [исправить]
  15. Romere C., Duerrschmid C., Bournat J., Constable P., Jain M., Xia F., Saha P. K., Del Solar M., Zhu B., York B., Sarkar P., Rendon D. A., Gaber M. W., LeMaire S. A., Coselli J. S., Milewicz D. M., Sutton V. R., Butte N. F., Moore D. D., Chopra A. R. Asprosin, a Fasting-Induced Glucogenic Protein Hormone. (англ.) // Cell. — 2016. — 21 April (vol. 165, no. 3). — P. 566—579. — doi:10.1016/j.cell.2016.02.063. — PMID 27087445. [исправить]
  16. Wang H., Chu W. S., Hemphill C., Elbein S. C. Human resistin gene: molecular scanning and evaluation of association with insulin sensitivity and type 2 diabetes in Caucasians. (англ.) // The Journal Of Clinical Endocrinology And Metabolism. — 2002. — June (vol. 87, no. 6). — P. 2520—2524. — doi:10.1210/jcem.87.6.8528. — PMID 12050208. [исправить]
  17. Guo L., Li Q., Wang W., Yu P., Pan H., Li P., Sun Y., Zhang J. Apelin inhibits insulin secretion in pancreatic beta-cells by activation of PI3-kinase-phosphodiesterase 3B. (англ.) // Endocrine Research. — 2009. — Vol. 34, no. 4. — P. 142—154. — doi:10.3109/07435800903287079. — PMID 19878074. [исправить]
  18. MacDougald O. A., Burant C. F. The rapidly expanding family of adipokines. (англ.) // Cell Metabolism. — 2007. — September (vol. 6, no. 3). — P. 159—161. — doi:10.1016/j.cmet.2007.08.010. — PMID 17767903. [исправить]
  19. Christiansen T., Richelsen B., Bruun J. M. Monocyte chemoattractant protein-1 is produced in isolated adipocytes, associated with adiposity and reduced after weight loss in morbid obese subjects. (англ.) // International Journal Of Obesity (2005). — 2005. — January (vol. 29, no. 1). — P. 146—150. — doi:10.1038/sj.ijo.0802839. — PMID 15520826. [исправить]
  20. Katja Hoehn, Elaine N. Marieb. Anatomy & Physiology : [англ.]. — 3rd. — San Francisco, Calif. : Pearson/Benjamin Cummings, 2008. — ISBN 978-0-8053-0094-9.
  21. Stocco C. Tissue physiology and pathology of aromatase. (англ.) // Steroids. — 2012. — January (vol. 77, no. 1-2). — P. 27—35. — doi:10.1016/j.steroids.2011.10.013. — PMID 22108547. [исправить]
  22. Mescher, 2016, p. 126—127.
  23. Fedorenko A., Lishko P. V., Kirichok Y. Mechanism of fatty-acid-dependent UCP1 uncoupling in brown fat mitochondria. (англ.) // Cell. — 2012. — 12 October (vol. 151, no. 2). — P. 400—413. — doi:10.1016/j.cell.2012.09.010. — PMID 23063128. [исправить]
  24. Azzu V., Brand M. D. The on-off switches of the mitochondrial uncoupling proteins. (англ.) // Trends In Biochemical Sciences. — 2010. — May (vol. 35, no. 5). — P. 298—307. — doi:10.1016/j.tibs.2009.11.001. — PMID 20006514. [исправить]
  25. Busiello R. A., Savarese S., Lombardi A. Mitochondrial uncoupling proteins and energy metabolism. (англ.) // Frontiers In Physiology. — 2015. — Vol. 6. — P. 36—36. — doi:10.3389/fphys.2015.00036. — PMID 25713540. [исправить]
  26. Mescher, 2016, p. 125.
  27. Mescher, 2016, p. 127.
  28. Obesity and overweight Fact sheet N°311. World Health Organization (January 2015). Дата обращения: 2 февраля 2016.
  29. Singh A. K., Corwin R. D., Teplitz C., Karlson K. E. Consecutive repair of complex congenital heart disease using hypothermic cardioplegic arrest--its results and ultrastructural study of the myocardium. (англ.) // The Thoracic And Cardiovascular Surgeon. — 1984. — February (vol. 32, no. 1). — P. 23—26. — doi:10.1055/s-2007-1023339. — PMID 6198769. [исправить]
  30. Giordano Antonio, Frontini Andrea, Cinti Saverio. Convertible visceral fat as a therapeutic target to curb obesity (англ.) // Nature Reviews Drug Discovery. — 2016. — 11 March (vol. 15, no. 6). — P. 405—424. — ISSN 1474-1776. — doi:10.1038/nrd.2016.31. [исправить]
  31. Sugii S., Kida Y., Kawamura T., Suzuki J., Vassena R., Yin Y. Q., Lutz M. K., Berggren W. T., Izpisúa Belmonte J. C., Evans R. M. Human and mouse adipose-derived cells support feeder-independent induction of pluripotent stem cells. (англ.) // Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. — 2010. — 23 February (vol. 107, no. 8). — P. 3558—3563. — doi:10.1073/pnas.0910172106. — PMID 20133714. [исправить]
  32. 1 2 Atzmon G., Yang X. M., Muzumdar R., Ma X. H., Gabriely I., Barzilai N. Differential gene expression between visceral and subcutaneous fat depots. (англ.) // Hormone And Metabolic Research = Hormon- Und Stoffwechselforschung = Hormones Et Metabolisme. — 2002. — November (vol. 34, no. 11-12). — P. 622—628. — doi:10.1055/s-2002-38250. — PMID 12660871. [исправить]
  33. Baglioni S., Cantini G., Poli G., Francalanci M., Squecco R., Di Franco A., Borgogni E., Frontera S., Nesi G., Liotta F., Lucchese M., Perigli G., Francini F., Forti G., Serio M., Luconi M. Functional differences in visceral and subcutaneous fat pads originate from differences in the adipose stem cell. (англ.) // PloS One. — 2012. — Vol. 7, no. 5. — P. e36569—36569. — doi:10.1371/journal.pone.0036569. — PMID 22574183. [исправить]
  34. Russo V., Yu C., Belliveau P., Hamilton A., Flynn L. E. Comparison of human adipose-derived stem cells isolated from subcutaneous, omental, and intrathoracic adipose tissue depots for regenerative applications. (англ.) // Stem Cells Translational Medicine. — 2014. — February (vol. 3, no. 2). — P. 206—217. — doi:10.5966/sctm.2013-0125. — PMID 24361924. [исправить]
  35. Cannon B., Nedergaard J. Developmental biology: Neither fat nor flesh. (англ.) // Nature. — 2008. — 21 August (vol. 454, no. 7207). — P. 947—948. — doi:10.1038/454947a. — PMID 18719573. [исправить]
  36. Lee Paul, Swarbrick Michael M., Ho Ken K. Y. Brown Adipose Tissue in Adult Humans: A Metabolic Renaissance (англ.) // Endocrine Reviews. — 2013. — 1 June (vol. 34, no. 3). — P. 413—438. — ISSN 0163-769X. — doi:10.1210/er.2012-1081. [исправить]
  37. Lafontan Max. Historical perspectives in fat cell biology: the fat cell as a model for the investigation of hormonal and metabolic pathways (англ.) // American Journal of Physiology-Cell Physiology. — 2012. — 15 January (vol. 302, no. 2). — P. C327—C359. — ISSN 0363-6143. — doi:10.1152/ajpcell.00168.2011. [исправить]
  38. Krug A. W., Ehrhart-Bornstein M. Newly discovered endocrine functions of white adipose tissue: possible relevance in obesity-related diseases. (англ.) // Cellular And Molecular Life Sciences : CMLS. — 2005. — June (vol. 62, no. 12). — P. 1359—1362. — doi:10.1007/s00018-005-4555-z. — PMID 15924267. [исправить]

ЛитератураПравить

  • Афанасьев Ю. И., Кузнецов С. Л., Юрина Н. А., Котовский Е. Ф. и др. Гистология, цитология и эмбриология. — 6-е изд., перераб. и доп. — М. : Медицина, 2004. — 768 с. — ISBN 5-225-04858-7.
  • Anthony L. Mescher. Junqueira's Basic Histology : [англ.]. — McGraw-Hill Education, 2016. — ISBN 978-0-07-184270-9.