Az étel mint hormon

Absztrakt

Az ételből származó tápanyag-szubsztrátok aktiválhatják az intracelluláris jelátviteli kaszkádokat az anyagcsere-egészség szabályozása érdekében.

Az étrend óriási hatással van egészségünk számos aspektusára, ugyanakkor a tudományos konszenzus arról, hogy mit eszünk, hogyan befolyásolja a biológiánkat, továbbra is megfoghatatlan. Ez különösen igaz az elhízásról folyó vitára. Míg a tudományos közösségben sokan arra koncentrálnak, hogy a magas zsírtartalmú étrend hogyan vezethet megnövekedett testtömeghez (1), mások azt állítják, hogy a feldolgozott szénhidrátokat kellene hibáztatnunk (2). Lehetséges, hogy ez a makrotápanyagokra (azaz zsírokra, fehérjékre és cukrokra) való összpontosítás nem megfelelő?

Az élelmiszerek és az anyagcsere-egészség kölcsönhatásáról szóló közelmúltbeli közbeszéd nagy része két alapvető megközelítésen alapszik (lásd az ábrát). Az egyik a táplálkozási epidemiológia, amelyben a különböző ételeket fogyasztó emberek populációit összehasonlítják az olyan egészségügyi mutatókkal, mint a testtömeg, azzal a céllal, hogy meghatározzák, mely étrendek többé-kevésbé „egészségesek”. A másik a biokémia, amelynek célja annak meghatározása, hogyan dolgozzák fel a különböző makrotápanyagok az energiát. E két megközelítés által nyújtott értékes információk ellenére egyik sem eredményezte az anyagcsere-egészséget javító vagy a testsúlycsökkentő étrendek ajánlásának lefordítható tudományos alapját az érintett lakosság nagy százaléka számára, talán azért, mert az ételeket csak makrotápanyag-tartalma szempontjából figyelembe véve az élelmiszer és a testünk kölcsönhatásának összetettsége.

A táplálkozási epidemiológia és a biokémiai megközelítések, amelyek elsősorban a makrotápanyagok fogyasztása és az anyagcsere eredmények közötti kapcsolatra összpontosítanak, nem nyújtottak lefordítható tudományos alapot az anyagcsere-egészséget javító diéták széles körének ajánlására. Alternatív megoldásként, ha étrendünket jelzőmolekulák összegyűjtéseként értjük, amelyek a sejtfelszíni és a nukleáris receptorok jelátvitelén keresztül hormonszerű hatást fejtenek ki, új betekintést nyújthat az étkezés és az anyagcsere-betegség kapcsolatába. Sőt, ez a keret végül lehetővé teheti számunkra, hogy alulról felfelé táplálkozási javaslatokat tegyünk - azon alapulva, hogy az egyes élelmiszerek képesek megváltoztatni a releváns jelátviteli utakat.

Egyre több bizonyíték kínál alternatív perspektívát. Vagyis a táplálékból származó keringő szubsztrátumok specifikus közvetlen és közvetett hatást fejtenek ki a receptorok és a jelátviteli utak aktiválására, az üzemanyag és az alapvető mikroelemek biztosítása mellett. Végül az étel a „hormonok” koktéljának tekinthető. A hormon az egyik szervben termelődő szabályozó vegyület, amelyet a vér a test másik részén található specifikus sejtek stimulálása vagy gátlása céljából szállít. A hormonok úgy hatnak a célszövetekre, hogy a sejtfelszíni receptorokon hatnak az aktivitás megváltoztatására intracelluláris jelátviteli kaszkádokon keresztül, vagy nukleáris receptorokon keresztül a gén transzkripciójának szabályozására. Bár az élelmiszer nem termelődik a szervezetben, összetevői a vérben haladnak, és a tápanyag-szubsztrátok jelzőmolekulaként működhetnek a sejtfelszíni vagy a magreceptorok aktiválásával.

A táplálkozási epidemiológia példaként említette az omega-3 zsírsavak fogyasztásának előnyeit a kardiometabolikus szindróma és a súlygyarapodás elleni védelemben (3). Az egyszerű biokémia mégsem képes kielégítően megmagyarázni, hogy az omega-3 zsírsavak miért vezethetnek előnyökhöz más zsírsavakhoz képest. Az omega-3 zsírsavak kötődnek és aktiválják a GPR120 sejtfelszíni receptort (4), amely fontos anyagcsere-szövetekben expresszálódik, beleértve a zsírszövetet és az izmokat. A csökkent GPR120 jelátvitel gyulladással, súlygyarapodással és a glükózkontroll károsodásával jár együtt mind egerekben, mind emberekben (4, 5). Így az érbetegségek kockázatára gyakorolt jótékony hatások teljes spektrumának előteremtése érdekében az elfogyasztott omega-3 zsírsavakat nem egyszerűen energiatermelés céljából dolgozzák fel, hanem emellett a GPR120-on keresztül hatnak a kulcsszövetekben az anyagcsere-végpontok javítása érdekében.

Míg a GPR120 aktiválása látszólag véd a súlygyarapodás ellen, addig más lipidekkel aktivált receptorok ellenkező hatást fejtenek ki. A peroxiszóma proliferátor által aktivált γ receptor (PPARγ) például egy olyan nukleáris receptor, amelyet különféle zsírsavak aktiválnak, és szabályozza a lipid- és glükóz-anyagcseréhez fontos gének transzkripcióját. Farmakológiai agonistákkal történő fokozott PPARγ aktivitás fokozza a zsírszövetben a lipidek tárolását, és az agyban is hiperfágia kialakulásához vezet, kettős hatások, amelyek elősegítik a testzsír felhalmozódását (6–8). Ezzel összhangban a PPARγ aktivitás csökkentése az agyban csökkenti a magas zsírtartalmú étrend fogyasztását, ezáltal tompítva a súlygyarapodást (6, 8). Ezek a tanulmányok megalapozzák annak megértését, hogy a magas zsírtartalmú étrend összetevői hogyan okozzák a túlfogyasztást és a súlygyarapodást azáltal, hogy aktiválják az agyban található specifikus zsírsavreceptorokat.

Amellett, hogy közvetlenül hat ezekre a speciális zsírsavreceptorokra, bizonyíték van arra, hogy egyes étkezési zsírsavak a klasszikus hormonok működését is módosítják. Például a gyomorból származó ghrelin hormon növeli a táplálékfelvételt és a súlygyarapodást azáltal, hogy kötődik receptorához, a növekedési hormon szekretagóg receptorához (GHSR). Ahhoz azonban, hogy a ghrelin hatékonyan jelezzen, először zsírsavat kell mellékelni a peptidhez mellékláncként. Különböző étkezési zsírokból származó különböző zsírsav mellékláncok megváltoztatják a ghrelin képességét az élelmiszer-bevitel növelésére (9). Ezek a zsírsav oldalláncok a bevitt ételből származnak, nem pedig a zsírszövetből (10). Ily módon a specifikus étrendi komponensek hormonszerű metabolikus hatásokat fejthetnek ki egy peptidhormonnal való fizikai interakció révén.

A zsírsavak nem az egyetlen közvetlen forrása a „hormonoknak” ételeinkben; bizonyos aminosavak a jelátviteli utakat is aktiválhatják. A legtöbbet az elágazó láncú aminosavak, köztük a leucin, amelyek aktiválják a rapamicin (mTOR) útját az emlősökben. Az mTOR egy szerin-treonin kináz, amely szabályozza a sejtciklus progresszióját, növekedését és inzulinhatását (11). A leucin közvetlenül aktiválja az mTOR útvonalat a központi idegrendszerben az étkezés és a testtömeg csökkentése érdekében (12, 13).

Az élelmiszer-összetevők kölcsönhatásba lépnek a bélflórával, hogy indirekt jelátviteli kaszkádokat indukáljanak a testben. Például az emészthetetlen komplex szénhidrátokat, beleértve az élelmi rostokat is, a bél mikrobiotája metabolizálja, és rövid láncú zsírsav (SCFA) végtermékekké fermentálja - főleg acetáttá, propionáttá és butiráttá (14). Ezek az SCFA-k kötődnek és aktiválják a sejtfelszíni receptorok szabad 2 zsírsav-receptorát (FFAR2) és az FFAR3-t, hogy megváltoztassák a gazdaszervezet anyagcseréjét. Például az FFAR2 és 3 expresszálódik az entero-endokrin L sejteken, amelyek az inkretin hormon glükagonszerű peptid – 1-t (GLP-1) termelik. Az L-sejtek SCFA-val történő stimulálása GLP-1 szekréciót indukál, de ez a hatás FFAR2 vagy kisebb mértékben FFAR3 hiányában csökken (15). Az acetát és a propionát szintén aktiválja az FFAR2-t az adipocitákon, hogy fokozza a súlycsökkentő leptin hormon expresszióját. Ily módon a bél mikrobiotája által módosított specifikus étrendi szénhidrátok jelezhetik a specifikus receptorokon, hogy megváltoztassák az egész test energiáját és a glükóz anyagcserét.

Az étel hormonként való megtekintése jelentősen befolyásolhatja, hogyan adunk étrendi javaslatokat az egészség elősegítésére vagy bizonyos betegségek kezelésére. Ahelyett, hogy csak táplálkozási epidemiológiát használnánk az egészséges emberek által elfogyasztott termékek azonosítására, képesek lennénk az étrendeket alulról felfelé tervezni - azon képességük alapján, hogy megváltoztathatják-e a jelátviteli utakat olyan szövetekben, amelyekről tudjuk, hogy az anyagcsere-betegséghez kapcsolódnak. Ezen túlmenően ez a keret azt sugallja, hogy téves lehet az az érv, hogy a zsír vagy a cukor a hibás az elhízás növekvő előfordulásáért. A makrotápanyagokat energiatermelő biokémiai tulajdonságaik alapján osztályozzák, nem pedig azon képességük alapján, hogy a hormonokhoz hasonló módon aktiválják-e a receptorokat. Termelékenyebb lehet megvizsgálni egy adott étrend jelző tulajdonságait, hogy megértsük, elősegíti-e a súlygyarapodást vagy a fogyást. Ezeknek az élelmiszer- és élelmiszer-metabolit-receptor kölcsönhatásoknak az azonosítása új lehetőségeket kínál az étkezés és a betegségek, köztük az elhízás közötti kapcsolat megértésére.