3.1. Polipeptyd aktywujący cyklazę przysadkową

neurony podwzgórzowe są znane z syntezy kilku neuropeptydów o różnych funkcjach centralnych i obwodowych . Wśród nich polipeptyd aktywujący cyklazę adenylanową przysadki (PACAP) należy do rodziny peptydów wazoaktywnych jelitowo/secretin/glukagon. W układzie nerwowym PACAP działa jako wielofunkcyjny peptyd regulujący neuroprzekaźnictwo, wydzielanie hormonalne, przeżywalność neuronów, neuroprotekcję i reakcje neuroimmunologiczne . Peptyd jest również silną substancją przeciwapoptotyczną, przeciwzapalną i rozszerzającą naczynia krwionośne.

zaobserwowano , że PACAP ma działanie ochronne w zwierzęcych modelach choroby Parkinsona (PD), przewlekłej i postępującej choroby, która charakteryzuje się przede wszystkim selektywną utratą neuronów dopaminergicznych w substantia nigra Pars compacta, co prowadzi do deficytu dopaminy w prążkowiu. Coraz więcej dowodów sugeruje, że dysregulacja autofagii skutkuje nagromadzeniem nieprawidłowych białek i/lub uszkodzonych organelli, co jest powszechnie obserwowane w chorobach neurodegeneracyjnych, w tym PD, chociaż czy taka dysregulacja autofagii jest przyczyną lub konsekwencją patologii PD, pozostaje niejasne . Stwierdzono, że poziomy LC3-II są podwyższone w substantia nigra Pars compacta i ciele migdałowatym próbek mózgu PD; ponadto białka lizosomalne zostały zmniejszone, co sugeruje związek między wadą autofagii a PD . Liczne badania na modelach zwierzęcych in vitro i in vivo wykazały, że zastosowanie aktywatorów autofagii zmniejsza neurodegenerację dopaminergiczną, wspierając potencjalne efekty terapeutyczne modulatorów autofagii w PD, chociaż inne badania donoszą również o możliwej szkodliwej roli autofagii . Co ciekawe, inaktywacja autofagii poprzez usunięcie genu atg7 predysponuje zwierzęta do patologii podobnej do PD . Z drugiej strony, niedawno wykazano, że wzrost regulacji Atg7 zwiększa autofagię i jest szkodliwy dla przeżycia neuronów dopaminergicznych . Produkty Atg7 są niezbędne do aktywacji (lipidacji) LC3 . W modelach doświadczalnych in vitro i In vivo PD i PACAP wykazywały nie tylko właściwości antyapoptotyczne, ale także antyautofagiczne, ponieważ zmniejszały autofagowe tworzenie wakuoli i lipidowane poziomy LC3 oraz ekspresję autofagosomalnego białka ładunku p62, które służy jako związek między LC3 a ubikwitynowanymi substratami. PACAP wspierał również prawidłową funkcję mitochondriów w neuronach, które są skazane na śmierć, sugerując tym samym jego rolę ochronną podczas nieprawidłowej mitofagii indukowanej przez PD.

3.2. Substancja P

substancja P (SP) należy do rodziny tachykinin, która obejmuje neuropeptydy wyrażane w komórkach neuronalnych i nonneuronalnych, a także w tkankach nienaruszonych . Wśród jego wielu ról, SP był ostatnio związany ze zwiększoną autofagią w mysich modelach przewlekłego stresu psychicznego . W szczególności, SP zwiększyło poziom LC3-II i beclin-1, ortologu ssaków drożdży atg6 biorących udział w tworzeniu i dojrzewaniu autofagosomu . Zauważono również, że SP aktywuje sygnalizację aferentną pęcherza nadpobudliwego za pomocą autofagii pośredniczącej w LC3-II . Wyniki te pozostają jednak kontrowersyjne, ponieważ obrót autofagosomem nie był badany.

3.3. Peptyd związany z Agouti i peptydy Proopiomelanokortyny

poszczególne populacje neuronów podwzgórzowych mogą kontrolować homeostazę ciała, wyniki neuroendokrynne i zachowanie żywieniowe. W szczególności neurony łukowatego jądra podwzgórza uwalniają specyficzne neuropeptydy, które regulują karmienie. Niektóre z nich zwiększają spożycie pokarmu, takie jak peptyd związany z aguti (AgRP); niektóre inne działają w supresji karmienia, jak anorektyczni proopiomelanocortin (POMC) syntetyzowane przez neurony POMC.

kilka linii dowodów sugeruje rolę autofagii w neuropeptydergicznej regulacji spożycia pokarmu i bilansu energetycznego oraz że regulacja autofagii podwzgórzowej może stać się skuteczną interwencją w takich warunkach, jak otyłość i zespół metaboliczny. Utrata Atg7 w neuronach AgRP zmniejszyła poziom AgRP, spożycie pokarmu (w szczególności odpowiedź refeeding na czczo) i otyłość . Natomiast delecja Atg7 w neuronach POMC zwiększyła spożycie pokarmu i masę ciała . Podobne wyniki uzyskano przy braku Atg12, ale nie Atg5 . Ponadto, selektywna utrata autofagii (tj. utrata Atg7) w neuronach POMC zmniejszyła poziom hormonu stymulującego α-melanocyty (aktywna pochodna POMC), zwiększoną masę ciała i zwiększoną tłustość i nietolerancję glukozy, prawdopodobnie kontrolującą bilans energetyczny . Te zaburzenia metaboliczne były związane z nagromadzeniem agregatów P62-dodatnich w podwzgórzu i zakłóceniem dojrzewania projekcji aksonalnych zawierających POMC . Niedawno wykazano, że w podwzgórzowych liniach komórkowych poddanych niskiej dostępności glukozy, autofagię indukowano poprzez aktywację kinazy białkowej AMPK, która reguluje ssaczemu cel szlaku rapamycyny (mTOR), jednego z najważniejszych inhibitorów procesu autofagii, a następnie zmniejszoną ekspresję POMC . Interesujące jest knockdown AMPK w łukowatym jądrze podwzgórza myszy karmione dietą wysokotłuszczową zmniejszyło aktywność autofagiczną i zwiększyło ekspresję POMC, co doprowadziło do zmniejszenia spożycia pokarmu i masy ciała. W związku z tym zaburzenie produkcji hormonu adrenokortykotropiny pochodzącej z POMC było skorelowane z indukcją stresu siateczkowego endoplazmatycznego i autofagii w przysadce mózgowej szczurów leczonych dietą bogatą w sacharozę; godne uwagi efekty te są odwrócone przez umiarkowany wysiłek fizyczny, który ma korzystną rolę w insulinooporności . Łącznie dane te dostarczają dowodów na to, że autofagia w neuronach POMC/AgRP jest wymagana do prawidłowej regulacji metabolicznej, rozwoju neuronów i kontroli karmienia.

3.4. Neuropeptyd Y

brak składników odżywczych (lub ograniczenie kalorii) może stymulować autofagię i peptyd oreksygenny neuropeptyd y (NPY) w neuronach podwzgórzowych i korowych . NPY jest jednym z najbardziej obfitych neuropeptydów w mózgu i wywiera (poprzez swoje receptory, nazwane od Y1 do 6) ważną rolę w wielu funkcjach fizjologicznych, takich jak przyjmowanie pokarmu, homeostaza energetyczna, rytm dobowy, poznanie, reakcja na stres, neurogeneza i neuroprotekcja .

w mysich podwzgórzowych komórkach neuronalnych i u szczurów zróżnicowanych podwzgórzowych komórkach neuronalnych, NPY zwiększał autofagowy strumień neuronów, jak pokazano w analizie obrotu LC3-II, spadku p62 i wzrostu liczby autofagosomów i autolizosomów . Efekt ten jest wywierany przez aktywację receptorów Y1 lub Y5. Szlak sygnałowy związany z indukcją autofagii przez NPY obejmował aktywację różnych kinaz białkowych, w tym PI3K, ERK1/2-MAPK i PKA. Indukowana przez NPY automatyczna stymulacja strumienia została potwierdzona w podwzgórzu myszy przez nadekspresję in vivo NPY w jądrze łukowatym . Co więcej, w neuronach korowych szczurów NPY stymuluje autofagię (tj. wzrost LC3-II i spadek ekspresji p62) prawdopodobnie poprzez hamowanie aktywności mTOR . U myszy karmionych dietą wysokotłuszczową delecja aktywności AMPK w łukowatym jądrze podwzgórza zmniejszała autofagię i ekspresję NPY, zmniejszając w ten sposób spożycie pokarmu i masę ciała . Odpowiednio, w podwzgórzowych liniach komórkowych autofagię indukowano poprzez aktywację kinazy białkowej AMPK, modulując sygnalizację mTOR i zwiększając poziom NPY .

ponieważ zarówno poziom autofagii, jak i NPY zmniejsza się wraz z wiekiem, zasugerowano, że strategie promowania autofagii i zwiększania NPY, w tym ograniczenie kaloryczne, powodują efekty ochronne opóźniające upośledzenie związane z długowiecznością . Modulowanie autofagii podwzgórzowej może mieć również wpływ na zapobieganie otyłości i metabolicznemu zespołowi starzenia się . Wreszcie, NPY wywiera działanie neuroprotekcyjne w prążkowiu i móżdżku dwóch mysich modeli ataksji spinocerebellar typu 3, choroby charakteryzującej się wadami autofagicznymi. Autorzy sugerowali zatem, że działanie to może być związane z aktywacją mechanizmów klirensu białek, takich jak autofagia, mimo że dodatkowe dane są obowiązkowe dla poparcia tej hipotezy . Ogólnie rzecz biorąc, potencjał NPY do opóźniania neurodegeneracji poprzez stymulację autofagii jako strategii usuwania nieprawidłowych, źle złożonych białek, które powodują choroby neurodegeneracyjne, zasługuje na szczegółowe zbadanie.

3.5. Grelina i leptyna

grelina jest peptydem wytwarzanym głównie w żołądku i wydzielanym do krążenia ogólnoustrojowego. Wykazuje różne działania biologiczne, takie jak regulacja spożycia pokarmu, ruchliwość przewodu pokarmowego i homeostaza energetyczna . Leptyna adipokine, „hormon sytości”, jest peptydem wytwarzanym przez komórki tłuszczowe, który pomaga regulować równowagę energetyczną . Grelina,” hormon głodu ” i działania leptyny są przeciwne. Oba hormony działają jako neuropeptydy w podwzgórzu regulujące karmienie.

ostatnie dowody sugerują, że grelina zmniejszyła zwłóknienie wątroby myszy i to zdarzenie koreluje ze spadkiem LC3-II i wzrostem ekspresji p62 w włóknistych tkankach wątroby . Ponadto grelina promowała przeżywalność kardiomiocytów i utrzymanie wielkości podczas dysfunkcji serca poprzez hamowanie nadmiernej autofagii, co wykazano przez zmniejszenie poziomów LC3-II i autofagowych wakuoli. Efekt ten paraleluje upregulację szlaku mTOR, który prawdopodobnie działa w sposób tłumiony przez AMPK i aktywowany przez P38-MAPK . Natomiast grelina stymulowała poziom insuliny w mięśniach szkieletowych myszy z cukrzycą, przywracając w ten sposób tłumioną autofagię zależną od mTOR . W związku z tym, w ludzkich komórkach raka nabłonka jajnika grelina hamowała mTOR, zwiększała poziomy LC3-II, aw konsekwencji indukowała apoptozę . Podobnie, pod ograniczeniem kalorycznym grelina i NPY synergizują się w neuronach korowych szczura, stymulując strumień autofagiczny poprzez hamowanie mTOR . Ponieważ zaburzenia autofagii występują w chorobach neurodegeneracyjnych związanych ze starzeniem się i wiekiem, wpływ NPY i greliny na aktywację autofagii wskazuje na potencjał terapeutyczny opóźniający proces starzenia. W odpowiedzi na ograniczenie kalorii, hormon wzrostu (GH) i wątroba LC3-II zwiększyły się w celu utrzymania poziomu glukozy we krwi; grelina promuje wydzielanie GH, co sugeruje mechanizm antyhipoglikemicznej roli peptydu u myszy na czczo, pozbawionych tłuszczu .

ostatnio opisano kluczową rolę autofagii w proliferacji komórek raka wątroby i piersi wywołanej leptyną, zarówno w modelu in vitro, jak i w przeszczepie ksenologicznym . W szczególności leptyna powodowała aktywację autofagii i tworzenia autofagosomów poprzez regulację osi p53 / FoxO3, sprzyjając w ten sposób wzrostowi guza i prawdopodobnie inwazji guza. Ponadto stan wątroby otyłych myszy z niedoborem leptyny był związany z blokadą autofagii, chociaż dane są kontrowersyjne i brakuje pomiaru strumienia autofagii/tworzenia autofagosomu . Co ciekawe, fakt, że leptyna indukuje autofagię i działa w patogenezie otyłości, podnosi możliwość roli łączącej otyłość z rozwojem raka spowodowanego produkcją leptyny.

3.6. Somatostatyna, Oreksyna A i peptyd uwalniający gastrynę

Inne neuropeptydy mogą być zaangażowane w inicjację i progresję raka poprzez modulację autofagii. Somatostatyna lub czynnik hamujący uwalnianie somatotropiny (srif) jest małym peptydem, który jest klasycznie uważany za kluczowy endogenny inhibitor GH z podwzgórza . SRIF jest obecny w wielu regionach centralnego i obwodowego układu nerwowego, ale także w obwodowych tkankach nieneuronalnych, takich jak przewód pokarmowy, narządy hormonalne i komórki układu odpornościowego . Funkcjonalnie SRIF działa jako neuroprzekaźnik / neuromodulator i prowadzi działania hamujące wydzielanie wielu substancji biologicznie czynnych . Analogi somatostatyny są obecnie podstawą leczenia akromegalii i nowotworów neuroendokrynnych żołądka i jelit. Niedawno zasugerowano, że przedoperacyjne leczenie agonistami SRIF u pacjentów z akromegalią zwiększyło autofagię i zmniejszyło proliferację komórek w próbkach ex vivo gruczolaków wydzielających GH . W szczególności, leczenie SRIF oznaczało istotne zmniejszenie immunopozycyjności beclin – 1 i zwiększenie barwienia Atg-5, które jest czynnikiem indukującym LC3-II i powstawanie autofagosomów .

oreksyny (lub hipokretiny) są neuropeptydami podwzgórzowymi, które regulują pobudzenie, czuwanie i apetyt . Wykazano, że oreksyna a indukuje tworzenie autofagicznych wakuoli, lipidację LC3-II i wzrost ekspresji beklin-1 w ludzkich komórkach raka jelita grubego . Działanie indukowane oreksyną A występowało poprzez zwiększenie aktywności szlaku ERK. Ponadto neuropeptyd jelitowy zwany peptydem uwalniającym gastrynę i jego receptor ulegają ekspresji w komórkach neuroblastoma i promują angiogenezę, nowotwór i potencjał przerzutowy. Godna uwagi, wzmocniona autofagia zależna od mTOR zablokowała angiogenezę poprzez degradację peptydu uwalniającego gastrynę .

3.7. Angiotensyna II

proces angiogenny i stan śródbłonka naczyń wiąże się z rolą angiotensyny II (Ang-II), hormonu obwodowego, który zwiększa ciśnienie krwi poprzez zwężenie naczyń. Ang-II działa również jako neuropeptyd w ośrodkowym układzie nerwowym i bierze udział w dysfunkcji neuronów .

różne badania sugerują, że autofagia ma ochronny wpływ na uszkodzenia naczyń spowodowane Ang-II, ponieważ jest w stanie usunąć uszkodzone mitochondria i inne organelle komórkowe. Na przykład, w ludzkich komórkach śródbłonka naczyń pępowinowych, ANG-II indukuje starzenie się komórek i apoptozę oraz zwiększa liczbę autofagosomów, ekspresji LC3-II i beclin-1 . Ponadto Ang-II zwiększył strumień autofagiczny w naczyniowych komórkach mięśni gładkich poprzez produkcję mitochondrialnych reaktywnych form tlenu . W nerkach ANG-II zwiększał autofagosomową liczbę podocytów i ekspresję genów autofagowych, takich jak LC3-II i beclin-1, poprzez wytwarzanie reaktywnych form tlenu . Autofagia może zatem odgrywać rolę także w zapobieganiu progresji białkomoczu. U hodowanych noworodków szczurzych kardiomiocytów komorowych donoszono, że przerost kardiomiocytów stymulowany Ang-II regulował ekspresję LC3-II, jak również liczbę autofagowych wakuoli i sugerowano hamowanie indukowanego ANG-II wpływu na autofagię w celu ochrony przed patologicznym przerostem mięśnia sercowego . W tym względzie należy zauważyć, że odnotowano podwójną rolę Ang-II w niewydolności serca związanej z modulacją autofagii, ponieważ niektórzy autorzy sugerowali, że aktywacja autofagii atenuowała przerost wywołany Ang-II i odwrotnie .

3.8. Intermedin, Urocortin 1 i peptyd natriuretyczny mózgu

Intermedin (lub adrenomedullin 2) jest neuropeptydem pochodzącym z POMC wytwarzanym przez podwzgórze, przysadkę mózgową i kilka komórek tkanki obwodowej o wielu funkcjach fizjologicznych . Rola intermedyny w tłumieniu zawału mięśnia sercowego implikuje wzrost LC3-II w modelu niedokrwiennej niewydolności serca szczura, chociaż dynamika autofagiczna pozostaje niejasna . Podobnie, intermedyna zwiększała liczbę lipidowanych LC3 i autofagosomów w przerostowych sercach myszy i hodowanych komórkach poprzez aktywację zarówno szlaków cAMP / PKA, jak i ERK1 / 2-MAPK, prowadząc do zmniejszenia wielkości kardiomiocytów i apoptozy .

Urocortin 1, 40-aminokwasowy peptyd należący do rodziny czynników uwalniających kortykotropinę, jest kolejnym neuropeptydem uwalnianym w wielu obszarach mózgu, ale także na peryferiach, w tym w tkance serca . W szczególności urokortin 1 jest regulowany w niezdrowym sercu i ma rolę kardioprotekcyjną . Zauważono, że zmniejszył autofagię i śmierć komórek w kardiomiocytach narażonych na niedokrwienie / reperfuzję poprzez zmniejszenie ekspresji beclina – 1 . Działanie to wiązało się z aktywacją szlaku sygnałowego PI3K / Akt i nie wymagało ERK1 / 2-MAPK.

peptyd natriuretyczny mózgu (lub komorowy peptyd natriuretyczny) jest 32-aminokwasowym polipeptydem wydzielanym głównie przez komory serca w odpowiedzi na nadmierne rozciąganie kardiomiocytów, ale jest również obecny w centralnym układzie nerwowym, gdzie stanowi ważny układ neuromodulacyjny . Studium przypadku u 75-letniego mężczyzny bez jawnej niewydolności serca wykazało zwiększone stężenie peptydu natriuretycznego mózgu w osoczu, który może być odpowiedzialny za obecność widocznych autofagicznych wakuoli w kardiomiocytach .

4. Wniosek

obecny konsensus jest taki, że rola autofagii w odniesieniu do śmierci komórek jest przede wszystkim ochronna . Rzeczywiście, w większości komórek autofagia występuje na poziomie podstawowym, ale często zwiększa się w niekorzystnych warunkach, aby nadać odporność na stres i promować przetrwanie komórek, jako ważny mechanizm cytoprotekcyjny. Z drugiej strony wysoki lub nadmierny poziom autofagii może wywoływać „autofagię śmierci komórek”, termin używany do opisania śmierci komórek, który jest tłumiony przez downregulację maszyny autofagii . Jak opisano tutaj, ostatnie obserwacje, choć wstępne, wskazują na rolę endogennych neuropeptydów w regulacji autofagii, która zasługuje na dalsze zbadanie. Może to zapewnić lepszą znajomość mechanizmów molekularnych i dynamiki funkcjonalnej procesu autofagicznego, a także jego patofizjologii.

potencjał kliniczny neuropeptydów jest dobrze znany i nie trzeba dodawać, że mnogość receptorów peptydergicznych i cechy transmisji peptydergicznej oferują unikalne i ważne otwory dla rozwoju konkretnych nowych leków . Badanie neuropeptydów w biologii autofagii ma potencjał ułatwiający rozwój opartych na autofagii interwencji terapeutycznych, ukierunkowanych na przykład na neurodegenerację, zaburzenia metaboliczne, raka i infekcję przez różne patogeny. Na przykład wykazano, że urokortyny i inne endogenne neuropeptydy, takie jak wazoaktywny peptyd jelitowy, adrenomedullina, hormon uwalniający kortykotropinę, grelina i hormon stymulujący melanocyty wykazują właściwości przeciwdrobnoustrojowe przeciwko Trypanosoma brucei, promując awarię metabolizmu energetycznego, która powoduje autofagiczną śmierć komórek .

aktywacja autofagii może przynieść korzyści terapeutyczne, chociaż istnieją również okoliczności, w których autofagia umożliwia patogenezę . Ze względu na swoją podwójną rolę patofizjologiczną autofagia była przedmiotem intensywnych badań, aby lepiej poznać jej mechanizm molekularny i odkryć nowe cele terapeutyczne. W związku z tym, w leczeniu chorób związanych z autofagią u ludzi, zarówno aktywatory farmakologiczne, jak i inhibitory procesu autofagii są interesujące jako potencjalni kandydaci na nowe leki . W tym kontekście układ neuropeptydowy może być ekscytującym wyzwaniem.

konflikty interesów

autorzy oświadczają, że nie ma konfliktów interesów dotyczących publikacji niniejszego artykułu.

podziękowania

praca ta została wsparta grantami „Ministero dell’ istruzione, Università e Ricerca” (MIUR, PRIN2015) dla Davide Cervii.