Многие клинические и экспериментальные исследования позволили установить связь между висцеральным ожирением и хронической воспалительной реакцией в жировой ткани больных ожирением, ответственной за его метаболические осложнения [18–21].

Воспаление – типовой общепатологический процесс, одним из инициаторов которого являются сахара, белки, бактериальные липополисахариды (LPS) и липоолигосахариды, известные как патоген-ассоциированные молекулярные структуры (pathogen-associated molecular pattern (PAMPs)) [22]. Кроме того, в воспалении участвуют молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждением (damage-associated molecular pattern (DAMPs)), к которым относят алармины (ядерный белок HMGB1 (high mobility group box 1)), группа кальций-связывающих белков S100, белки теплового шока (heat shock proteins HSP), мочевая и гиалуроновая кислота, фибриноген и др. Индукторы воспаления связываются с белками-рецепторами, такими как TLRs, и активируют биологические реакции в резидентных клетках [23]. Важную роль в инициации воспаления жировой ткани играет нарушение взаимоотношений между адипоцитами и макрофагами [11, 12, 13]. Метаболические нарушения смещают баланс между про- и противовоспалительными регуляторами макрофагов в сторону образования М1-макрофагов и развития дисфункции адипоцитов. Адипоциты страдающих ожирением лиц секретируют провоспалительные цитокины (интерлейкины 1 и 6 (interleukin (IL-1, IL-6)), лептин, фактор некроза опухоли альфа (tumor necrosis factor alpha (TNF-α)), хемокины (моноцитарный хемоаттрактантный белок (monocyte chemoattractant proteins (МСР-1)) и макрофагальный воспалительный белок (macrophage inflammatory protein (MIP-1)), которые способствуют рекрутированию иммунных клеток и активируют воспалительные сигнальные сети [20]. Таким образом, связанное с ожирением хроническое воспаление является важной составляющей патогенеза ИР.

В то же время в ряде работ сообщалось, что нейтрализация провоспалительных путей, управляемых TNFa, IL-1 или IL-6, усугубляет метаболические осложнения [24]. Так, фактор, ассоциированный с рецептором фактора некроза опухолей (Tumor-Necrosis Receptor Associated Factor (TRAF)), может блокировать данные провоспалительные сигналы [25]. Продемонстрировано, что дефицит TRAF-1 предотвращал развитие ожирения путем индукции липолитических путей [26]. Индуцированный воспалением липолиз необходим для высвобождения энергетических ресурсов во время стресса и развития инфекционного процесса. Таким образом, низкоуровневое вялотекущее хроническое воспаление важно для защиты от развития дисфункции адипоцитов [27]. Неалкогольный жировой гепатоз тесно связан с ожирением и МС, однако у некоторых пациентов данное заболевание развивается при отcутствии ожирения [19]. В экспериментальных условиях подтверждено, что высокожировая диета в течение 6 месяцев приводила к развитию ожирения печени и хронического воспаления, характеризующегося повышением уровня TNF-α, IL-13 и IL-18. После 12 месяцев данной диеты наблюдалась гиперэкспрессия IL-6, IL-10, IL-13, циклооксигеназы-2 (COX-2) и TLR. По заключению авторов, данный иммунный ответ оказывает защитный эффект, предотвращая развитие метаболических нарушений [19].

Эти результаты позволяют предположить, что провоспалительная сигнализация не является исключительно патогенной при ожирении. На сегодняшний день остается спорным, действительно ли данный процесс является исключительно неблагоприятным для организма. В связи с этим особенно актуальным является изучение воспалительных сигнальных путей, участвующих в модуляции хронического воспаления жировой ткани, которые практически не раскрыты.

Образ-распознающие рецепторы (pattern recognition receptors (PRRs)) представляют собой белки, локализованные на поверхности клеток иммунной системы, которые способствуют обнаружению молекулярных паттернов, образованных от патогенных микроорганизмов [28]. Функционально данные рецепторы делятся на сигнальные (TLRs) и эндоцитозные (маннозные рецепторы макрофагов). В последнее время TLRs получают все больше внимания, поскольку являются центральными участниками как врожденных, так и адаптивных иммунных реакций [29].

TLRs распознают патогены, локализованные внеклеточно или находящиеся в эндосомах. Идентифицировано 13 TLRs человека (TLRs1–13). Каждый из TLRs отвечает за распознавание определенного набора молекулярных паттернов. После синтеза TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9 находятся в эндоплазматическом ретикулуме и переходят в эндолизосомный отдел клетки при ее активации (эндосомальные TLRs), в то время как TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR10 локализуются только на плазматической мембране клеток (TLRs, экспрессируемые на клеточной мембране или поверхностные TLRs) [30]. Лигандами для TLRs, экспрессируемых на мембране клетки, служат компоненты микробных мембран, бактериальные протеины и белки вирусов, для эндосомальных TLRs – нуклеиновые кислоты микробов [31]. В распознавание лигандов в наибольшей степени вовлечены TLR2, TLR4, TLR7, TLR8, TLR9. Важной особенностью TLRs является их участие в развитии иммунного ответа на вирусные и бактериальные инфекции [32]. Все эндосомальные TLRs распознают нуклеиновые кислоты микробов, TLR3 распознает двухцепочечную РНК, TLR7 и TLR8 – одноцепочечную РНК, а TLR9 распознает ДНК [33].

Структура TLRs представлена двумя доменами. N-концевая часть TLRs имеет LRR домен (Leucine-Rich Repeat domain), связывающий лиганд. С-концевая часть TLRs имеет TIR домен (Toll/interleukin-1 receptor and Resistance domain), локализована в цитоплазме и взаимодействует с молекулами сигнальных путей [34]. Через TIR сигнал передается на соответствующие киназы, которые активируют факторы транскрипции, ответственные как за индукцию врожденного иммунного ответа посредством экспрессии различных провоспалительных цитокинов и антимикробных факторов, так и за стимуляцию приобретенного иммунного ответа, презентацию антигенов и ряд других процессов [28]. В передаче сигнала задействованы сигнальные пути с участием MyD88 (myeloid differentiation protein 88 (MyD88)), TIRAP (TIR-доменсодержащие адапторы), TICAM1 (TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF)) и TICAM2 (TIR-containing adaptеr molecule). Все TLRs (кроме TLR3, передающего сигнал через TRIF) реализуют свое действе посредством сигнального пути MyD88. TLR4 активирует как MyD88-зависимые, так и эндосомальные, TRIF-зависимые сигнальные пути [34].

TLRs широко представлены на поверхности клеток иммунной системы (макрофаги, дендритные, тучные клетки, нейтрофилы, базофилы, В- и Т-клетки, натуральные киллеры) и неиммунных клетках (фибробласты, эпителиальные клетки, кератиноциты) [29]. Кроме того, адипоциты также экспрессируют TLRs, которые активно участвуют не только в антибактериальной и противовирусной защите, но и вовлечены в инициацию хронического воспалительного состояния жировой ткани [35]. Наибольший интерес представляют TLR2, TLR4 и TLR10, экспрессируемые на клеточной мембране, а также TLR9, относящийся к эндосомальным TLRs.

Несколько исследований продемонстрировали роль TLR2 и TLR4 в распознавании продуктов перекисного окисления липидов, активных форм кислорода, которые участвуют в патогенезе развития ИР и сахарного диабета 2 типа [36]. Окислительный стресс способствует экспрессии провоспалительных цитокинов, включая IFN-γ, IL-1β, IL-6, TNF-α и регулирует экспрессию TLR2/4 через MAPK/NF-kB зависимую сигнализацию (митоген-активированная протеинкиназа МАРК)/ядерный фактор каппа B (nuclear factor-kappa B (NF-kB)), участвуя в развитии метаболического воспаления [35]. Рецептор NLRP3 (nod-like receptor with pyrin domain containing 3) признан центральной воспалительной молекулой в PRR-путях, играющих значимую роль в индукции и прогрессировании воспаления за счет влияния на секрецию различных воспалительных цитокинов [37]. NLRP3 играет ключевую роль в активации TLR, которая зависит от связывания белка MyD88 [38], активирующего NF-kB и митоген-активированный белок. Это свидетельствует о том, что TLR играет важную роль в регулировании воспаления посредством рецептора NLRP3 (рис. 1).

Рисунок 1. Участие толл-подобных рецепторов (TLRs) в сигнальных механизмах воспаления в жировой ткани и инсулинорезистентности

Примечание. Насыщенные жирные кислоты, церамиды, липополисахариды (LPS – от англ. lipopolysaccharide) грамотрицательных бактерий активируют TLR4. Тогда как жирные кислоты, поступающие с пищей, а также пептидогликан и липопротеины грамположительных бактерий активируют TLR2 и TLR1/6. Кроме того, питательные вещества, такие как насыщенные жирные кислоты и их метаболиты, церамиды, могут взаимодействовать с TLR4 и косвенно активировать этот рецептор посредством производства амфотерина или негистонового ядерного белка (HMGB-1, от англ. –high-mobility group box 1). В связывании TLR4 и LPS участвует MD-2 (от англ. – myeloid differentiation factor 2), образуя так называемый TLR4/MD-2 комплекс. После стимуляции лигандами TLRs адапторные молекулы MyD88 (от англ. – myeloid differentiation protein 88) рекрутируют киназу, связанную с рецептором IL-1R (IRAK от англ. – IL-1R-associated kinase), которая, в свою очередь, может активировать либо митоген-активированный протеинкиназой (MAPK от англ. – mitogen-activated protein kinase) сигнальный путь, либо стимулировать ядерный фактор транскрипции kB (NF-kB от англ. – nuclear factor-kappa B). Запуск MAPK или NF-kB сигналинга детерминирует синтез провоспалительных цитокинов (TNF-a, IL-6, IL-8, IL-12, INF-γ и т.д.), вызывающих воспаление жировой ткани. Среди них IL-1β модифицируется в зрелую форму под воздействием комплекса NLRP3 (от англ. – nod-like receptor with pyrin domain containing 3), состоящего из NLRP3, ASC (от англ. – apoptosis-associated speck-like protein) и каспазы-1 (от англ. – caspase-1). Oкислительный стресс (ROS) в ответ на высокий уровень жирных кислот, церамидов или глюкозы может вызвать активацию каспазы-1 комплекса NLRP3, которая, в свою очередь, способствует образованию IL-1β. Воспалительный сигналинг, вызванный LPS или насыщенными жирными кислотами через TLR4/MD-2, может ингибировать фосфорилирование инсулинового рецептора (pIRS, от англ. – phosphorylation of insulin receptor substrate protein (IRS), от англ. – insulin receptor substrate proteins).

Существует большое количество исследований, проведенных в условиях in vitro и связывающих активность TLR4 с развитием ИР [39–44]. Инсулинорезистентные лица имеют повышенный уровень свободных жирных кислот, которые являются лигандами для провоспалительного TLR4 [41]. Данный рецептор экспрессируется моноцитами, играющими ключевую роль в развитии ИР и активирующимися при ожирении и сахарном диабете 2 типа. Инфильтрируя жировую ткань, моноциты становятся тканевыми макрофагами и секретируют хемокины для дальнейшего облегчения рекрутирования иммунных клеток, тем самым потенцируя воспаление. Моноциты и макрофаги являются одними из основных источников цитокинов, таких как TNF-α и IL-1, которые ингибируют инсулиновую сигнализацию посредством активации MAPK и ингибитора kB киназы β (IKKß) для NFkB, который является провоспалительным ядерным транскрипционным фактором. Повышение уровня свободных жирных кислот у лиц с нормальным индексом массы тела стимулирует экспрессию TLR4 и активирует MAPK в циркулирующих моноцитах [42]. Таким образом, провоспалительное состояние, характерное для ожирения и диабета 2 типа, может быть вызвано провоспалительными моноцитами и макрофагами, активированными повышенным уровнем свободных жирных кислот посредством TLRs. Кроме того, экспрессия TLR4 в периферических мононуклеарных клетках снижается в случае потери веса у лиц с избыточной массой тела с МС [43]. Воспаление жировой ткани, опосредованное TLR2/4, играет ключевую роль в активации ренин-ангиотензиновой системы [44]. Известно, что как гиперурикемия, так и ренин-ангиотензиновая система тесно связаны с множественными метаболическими заболеваниями. Мочевая кислота способна регулировать активность ренин-ангиотензиновой системы в адипоцитах. Представленные данные позволяют предположить, что ингибирование TLR4 может подавлять развитие хронического воспаления при ожирении.

Недавние исследования выявили связь между воспалением жировой ткани, связанным с ожирением и повышенной экспрессией TLRs, и семейством Kruppel-подобных факторов транскрипции (Kruppel-like factors (KLFs)), играющим важную роль в дифференцировке адипоцитов [45].

Бактериальные ингредиенты являются одними из главных лигандов TLRs [46]. Так, LPS являются лигандами TLR4, которые присутствуют в клеточной стенке грамотрицательных бактерий. Пептидогликан и липотейхоевая кислота являются лигандами TLR2, присутствуя в клеточной стенке грамположительных бактерий. Очевидно, что микрофлора кишечника человека содержит основные лиганды TLRs. Новые данные демонстрируют, что нарушение кишечной микрофлоры является триггером развития ожирения в результате нарушения сигнализации TLRs [47]. В связи с этим TLRs могут быть терапевтической мишенью у пациентов с ожирением и связанными с ним заболеваниями [48].

Эти исследования подчеркивают способность TLR4 функционировать в качестве метаболического регулятора.

Адипоцитарный TLR9 является предполагаемым новым защитным фактором при воспалении жировой ткани, сопровождающем ожирение [49]. Данный рецептор представлен в разнообразных иммунных клетках. Природными лигандами TLR9 служат участки ДНК бактерий и вирусов [33]. Экспрессия TLR9 значительно повышена в висцеральной жировой ткани у пациентов с недиабетическим ожирением и коррелирует с системными уровнями резистина, что требует дальнейшего изучения.

Недавно противовоспалительные свойства были обнаружены у TLR10, единственного члена семейства TLR с ингибирующей активностью. Показано, что TLR10 влияет на морфологию жировой ткани при ожирении [18]. У людей, страдающих ожирением, у лиц с полиморфизмом гена TLR10 наблюдалось снижение инфильтрации макрофагов в жировой ткани, сопровождающееся тенденцией к снижению уровня лептина и повышению уровня адипонектина в плазме крови. У здоровых лиц с одинаковыми полиморфизмами в гене TLR10 не наблюдалось различий в концентрациях лептина и адипонектина в плазме крови.

Таким образом, TLRs (TLR2, TLR4, TLR9, TLR10) играют значимую роль в патофизиологии ожирения, и их дальнейшее изучение может являться эффективным направлением для подавления хронического воспаления жировой ткани.

Результаты исследований Subramanian S. и соавт. свидетельствуют о потенциальной патофизиологической роли в индуцированной ожирением резистентности к инсулину не только TLRs, но и рецептора конечных продуктов гликирования белков (receptor for advanced glycation end products (RAGE)), триггерного рецептора, экспрессируемого на миелоидных клетках (triggering receptor expressed on myeloid cells (TREM-1)) и амфотерина или негистонового ядерного белка (DNA-binding high-mobility group box 1 (HMGB-1)) [14].

RAGE является трансмембранным гликопротеином типа I, опосредующим различные физиологические функции. Кроме того, данный рецептор является главным медиатором врожденного иммунного ответа, инициирующим развитие воспалительного процесса посредством индукции провоспалительных цитокинов и хемокинов [50]. Продемонстрировано, что RAGE вовлечен в развитие хронического вялотекущего воспаления при метаболических процессах и ИР, индуцированной ожирением [51]. Передача сигналов через RAGE активирует провоспалительный ядерный фактор транскрипции NF-kB, который, в свою очередь, поддерживает экспрессию RAGE. Повреждение тканей при воспалительной реакции сопровождается выработкой лигандов RAGE, которые приводят к RAGE-опосредованному синтезу NF-kB р65 мРНК [50].

Одним из лигандов RAGE является протеин HMGB1 – негистоновый хромосомный белок [52]. Было показано, что связывание HMGB1 с RAGE приводит к снижению концентрации RAGE на поверхности клеток. Являясь важным эндогенным провоспалительным фактором, HMGB1 участвует в патогенезе многих заболеваний. Данный белок является сигнальной молекулой тревоги, вырабатываемой в результате инициации макрофагального ответа на провоспалительные стимулы и при повреждении клеток [53]. Амфотерин относится к молекулярным паттернам, ассоциированным с повреждением (DAMPs). При нарушении функции адипоцитов наблюдается пассивное высвобождение клеточного содержимого, включая HMGB1, во внеклеточную среду. Внеклеточный HMGB1 действует как аллармин, стимулируя активацию резидентных иммунных клеток жировой ткани. Эти клетки секретируют дополнительный HMGB1, который, в свою очередь, активирует/рекрутирует дополнительные иммунные клетки и индуцирует гибель адипоцитов [54]. Во внеклеточном пространстве HMGB1 реализует свое провоспалительное действие через RAGE или TLRs [53]. В результате взаимодействия с ними происходит активация клеток сосудистого эндотелия, макрофагов и моноцитов, экспрессирующих провоспалительные цитокины (IL-β, IL-10, IL-12, TNFa) [55]. HMGB1 способствует высвобождению цитокинов через митоген-активированную протеинкиназу MAPK, ERK1/2 и NF-kB пути. В исследовании Jiang H. и соавт. показано, что существуют тесные взаимоотношения между TLR4, HMGB1 и NF-kB [56]. Так, HMGB1 активирует TLR2 и TLR4, что приводит к инициированию воспаления через MyD88 и NF-kB и высвобождению провоспалительных цитокинов [57]. Таким образом, HMGB1 инициирует молекулярную сигнализацию, которая завершается высвобождением провоспалительных цитокинов и развитием хронического воспаления.

HMGB1 является лигандом не только для RAGE и TLR, но и TREM-1 [14]. Активация TREM-1 – важный механизм хронического воспаления, которое может привести к развитию ИР, индуцированной ожирением. Активация TREM-1 сопровождается повышенной секрецией TNF-α, хемокинов и цитокинов (IL-6, IL-8 и IL-12). При МС наблюдается TREM1-индуцированная активация TLRs в липидных рафтах. Кроме того, TREM-1 взаимодействует не только с TLR, но и с RAGE.

Показано, что пациенты с сахарным диабетом 2 типа, страдающие ожирением, имели более высокую экспрессию TREM-1 в сочетании с HMGB1, RAGE, TLR4 и TLR2 по сравнению с пациентами, страдающими ожирением без диабета [14].

Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о потенциальной патофизиологической роли TLRs в индуцированной ожирением резистентности к инсулину, которые тесно взаимосвязаны с другими сигнальными путями.

Ожирение является актуальной медико-социальной проблемой мирового уровня, требующей решения в связи с распространенностью и глобальными затратами со стороны системы здравоохранения. Жировая ткань – не только место депонирования энергетических субстратов, но и источник секреции провоспалительных и противовоспалительных медиаторов, участвующих в развитии хронического латентного системного воспалительного процесса в организме при ожирении.

Хроническое воспалительное состояние играет ключевую роль в патофизиологии ИР, индуцированной ожирением. Метаболический сигнал при ожирении способствует поляризации макрофагов в М1-направлении и запуске иммунного ответа по Тh1 типу, вызывая хроническое воспаление в жировой ткани. Возможным патофизиологическим звеном развития ИР при воспалении могут быть толл-подобные рецепторы (TLRs), воспринимающие метаболический сигнал. В то же время индуцированный воспалением липолиз необходим для высвобождения энергетических ресурсов во время стресса и развития инфекционного процесса. Таким образом, низкоуровневое вялотекущее хроническое воспаление важно для защиты от дисфункции адипоцитов. Эти результаты позволяют предположить, что провоспалительная сигнализация не является исключительно патогенной при ожирении. На сегодняшний день остается спорным, действительно ли данный процесс является исключительно неблагоприятным для организма. В связи с этим особенно актуальным является изучение воспалительных сигнальных путей, участвующих в модуляции хронического воспаления жировой ткани.

Очевидно, что дальнейшее изучение воспалительных сигнальных путей с участием TLRs, инициирующих развитие хронического воспаления жировой ткани, позволит разработать новые и эффективные терапевтические стратегии в отношении ожирения и его метаболических осложнений.

Источник финансирования. Подготовка и публикация рукописи проведены на личные средства авторского коллектива.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов. Все авторы внесли значимый вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию статьи перед публикацией.