آگوتی و AGRP

آگوتی چندین دهه قبل شناسایی و نقش آن در رنگدانه شدن پوست پستانداران مشخص گردید. آگوتی یک عامل سیگنالینگ پاراکرین بوده که از سلول‌های پاپیلاری پوستی، در مجاورت ملانوسیت‌ها، ترشح شده و بر فولیکول مو اثر می گذارد‌. در جوندگان آگوتی فقط در پوست تظاهر می‌یابد. در موش‌های طبیعی (وحشی) پروتئین آگوتی رنگ پوست را از طریق اتصال و مهار گیرنده ملانوکورتین یک (MC1R) تنظیم می‌کند. در موش‌های چاق زردAy ، جهش در نواحی تنظیمی آگوتی باعث تظاهر خارج از محل طبیعی[1] آن و بنابراین چاقی می‌شود.

در انسان آگوتی توزیع گسترده‌ای دارد و در بافت چربی، بیضه، تخمدان، قلب و در سطوح کمتر در کلیه و کبد تظاهر می‌یابد. آگوتی در انسان نقشی در رنگدانه‌سازی نداشته و بنابراین نقش آن در انسان ناشناخته مانده است. مدتی بعد پروتئین شبه آگوتی در مغز شناسایی شد که قادر است گیرنده‌هایMC3R وMC4R را مهار کند. بر این اساس در سال 1997 پروتئین وابسته به آگوتی بر اساس شباهت بسیار به آگوتی کشف گردید. هم آگوتی و همAGRP پروتئین‌هایی با 131 اسیدآمینه می‌باشند. علیرغم شباهت‌های بسیار آگوتی وAGRP اما الگوی توزیع آنها کاملاً متفاوت است. در حالی که تظاهر آگوتی منحصر به فولیکول می‌شود،AGRP در هیپوتالاموس، غده آدرنال و سایر بافت‌هایی چون بیضه، کلیه و کبد تظاهر می‌یابد. بر خلاف آگوتی، اما الگوی مکانیAGRP در موش و انسان بسیار مشابه است و نشان‌دهنده نقش مشابهAGRP در هر دو گونه انسان و موش می‌باشد(25).

 

2-4-1 ساختار ژنی

AGRP انسانی یک ژن نسبتاً کوتاه به طول kb 1/1 بر روی کروموزوم16q22است. AGR(شکل26-2) شامل چهار اگزون بوده که در انسان یک پروتئین 132 اسیدآمینه‌ای و ارتولوگ[2] آن در جوندگان یک پروتئین 131 اسیدآمینه‌ای را رونویسی[3] می‌کند. پروتئین AGRP شامل 9 باقیمانده سیستئین در موقعیتی به هم فشرده می‌باشد که پل‌های دی سولفیدی را تشکیل می‌دهند و برای عملکرد آن بسیار مهم می‌باشند (26).

[1]-Ectopic expression

[2]– Ortholog

[3]-Encode

-4-2 تظاهر بافتیAGRP

بیان AGRP هم در انسان و هم در موش نشان می‌دهد که در هر دو گونه بیشترین بیان در هیپوتالاموس، هسته‌های زیر تالاموسی، و نسخه کوتاه‌تر فاقد اگزون غیر کد کننده [1]5 در آدرنال و سطوح بیانی کمتر آن در بیضه‌ها، ریه، کلیه، نخاع و ریشه‌های پشتی گانگلیا می‌باشد(26).

AGRP همچنین در خوک ،گوسفند، ماهی فوگو[2]، ماهی زبرا[3]، ماهی طلایی، بلدرچین ژاپنی و کبوتر شناسایی شده است. به عنوان مثال مشخص شده است که در جوجه در مغز، غده آدرنال، عضله اسکلتی, بافت چربی بیان می شود. در بسیاری از این گونه‌ها سطح AGRP در نتیجه ناشتایی افزایش می‌یابد که نشان‌دهنده نقش آن در هموستاز انرژی است (12).

2-4- 3 خصوصیات فیزیولوژیکی AGRP

AGRP به سه طریق عمل می کند:

1) تحریک دریافت غذا: شاید مهمترین جنبه ثابت شده عمل AGRP نقش آن در تحریک دریافت غذا باشد. موش‌های تراریخته که دارای تظاهر بیش از حد AGRP می‌باشند دچار افزایش طول بدن، افزایش انسولین، تأخیر در شروع افزایش قند خون[4]، هایپرپلازی جزایر پانکراس و کاهش

سطح کورتیکوسترون می‌شود. این اثرات AGRP که از طریق مغز اعمال می‌شود، هم در انسان و هم در موش هنگامی که به صورت ICVتزریق شود باعث تحریک پراشتهایی می‌گردد. بر این اساس AGRP یکی از قوی‌ترین پپتاید‌های اشتها‌آور است که تا کنون شناخته شده است به طوری که هنگامی که یک وهله تزریق ICV آن انجام می‌شود پراشتهایی را به مدت 7 روز افزایش می‌دهد(28). هر چند مکانیسم این اثر طولانی‌مدت روشن نیست، به نظر می‌رسد اثر آن مستقل از مسدود کردن گیرنده‌های ملانوکورتین باشد (29).

2) سرکوب هزینه انر‍ژی: علاوه بر نقش AGRP در تحریک رفتار دریافت غذا، یافته‌های اخیر بیان می‌کنند که AGRP همچنین هزینه انرژی را سرکوب می‌کند و AGRP از این طریق نیز تأثیر معنی‌داری بر هموستاز انرژی می‌گذارد. تزریق مرکزی AGRP بیان UCP1 و حرارت را در داخل بافت قهوه‌ای چربی (BAT) کاهش می‌دهد که اثر آن شاید از طریق مهار جریان سمپاتیک باشد (30). جالب اینکه تزریق قسمت انتهایی- [5]NAGRP وزن چربی و وزن بدن را در بدون تحریک اشتها، افزایش می‌دهد. بعلاوه کاهش سطح AGRP به میزان 50 درصد با استفاده از مداخله [6]RNA، منجر به افزایش هزینه انرژی و از دست دادن وزن بدن بدون تغییر در دریافت غذا می‌شود (31). این اطلاعات در مجموع بیان می‌کنند که تغییر در هزینه انرژی نقش مهمی در تنظیم هموستاز انرژی به وسیله AGRP ایفا می‌کنند.

3) تنظیم محور هیپوفیز- هیپوتالاموس:  AGRP همچنین علاوه بر اثر بر هزینه انرژی و دریافت غذا بر سیستم‌های فیزیولوژیکی دیگر هم اثر می‌گذارد. شواهد اخیر بیان می‌کنند که AGRP بر عملکرد نرواندوکرین از طریق تنظیم محور هیپوتالاموس هیپوفیز تأثیر می‌گذارد(32). تزریق icv، AGRP انسانی به میمون‌های رسوس فاقد تخمدان[7] منجر به افزایش کورتیزول، هورمون آدرنوکورتیکوتروپین (ACTH) و ترشح پرولاکتین (PRL) می‌شود. به علاوه، تزریق icv، AGRP توانایی IL-1ß را برای افزایش ACTH تحریک می‌کند . این مشاهدات از نقش میانجی AGRP در پاسخ‌های نرواندوکرین به التهاب، که به نوبه خود می‌تواند چاقی و دیابت نوع دو را افزایش دهد، حمایت می‌کند. شواهد همچنین بیان می‌کنند که AGRP اثر مهاری بر محور هیپوتالاموس – هیپوفیز- تیروئید دارد به طوری که مصرف (القاء) [8]AGRP هورمون ترشح کننده TSH یعنی TRH را سرکوب و سطح هورمون‌های تیروئیدی گردش خون را کاهش می‌دهد ( 32).

2-4-4  مکانیسم مولکولی عمل AGRP

شواهد موجود حاکی از آن است که AGRP آنتاگونیست گیرنده ملانوکورتین بوده، اثر MSH-α و سایر آگونیست‌ها را برای تحریک این گیرنده‌ها مسدود می‌کند(33). هرچند مطالعات زیادی  نشان داده‌اند که فراتر از یک آنتاگونیست ساده بوده و به عنوان یک آگونیست معکوس MC4R عمل می‌کند. فعالیت آگونیستی معکوس بیانگر اثر AGRP بر روی رفتار  غذا خوردن و هموستاز انرژی است که مستقل از MSH-α با سایر لیگاندهای گیرنده ملانوکورتین است.

علاوه بر MSH-α ، سایر لیگاندهای مشتق از پرواوپیوملانوکورتین (POMC) از قبیل MSH-ß ، دساسیتیل MSH-α ، ACTH و هورمون بتالیپوتروفیک گیرنده‌های ملانوکورتین را تنظیم می‌کنند.

بیشتر مطالعاتی که به عملکرد AGRP در حالت in vivo می‌پردازند از پپتاید AGRP حاوی بخش انتهایی کربوکسیل[9] استفاده می‌کنند که اثرات پروتئین دارای طول کامل AGRP را تقلید می‌کند. این روش به نظر منطقی می‌رسد چرا که پپتاید‌های مصنوعی ناحیه پایانی آمین، h AGRP(aa-25-51)، و پروتئین میانی،h AGRP(aa-54-82)، پروتئین AGRP انسانی فاقد عمل آنتاگونیستی بر روی MSH-α می‌باشند در حالیکه پپتاید مصنوعی حاوی ریشه پایانی C، h AGRP(aa87-132) ، فعال بوده و از لحاظ قدرت عملکرد مشابه همولوگ موش بالغ است (34).

به علاوه پپتاید (132-87aa )hAGRP قادر است به طور موثری با گیرنده های ملانوکورتین MC3R ، MC4R و MC5R متصل شود و بنابراین اتصالMSH –  را مهار نماید (27).علاوه بر این نقش روشن ناحیه پایانی C یکی از مطالعات جدید نشان داد که ناحیه پایانی N در AGRP که قادر به اتصال با گیرنده هاای ملانوکورتین نیست، بر هزینه کرد انرژی تاثیر داشته و بنابراین اثر آن مستقل از گیرنده های ملانوکورتین است. یک مرتبه تزریق icv ، AGRP ( 132-831-aa ) دریافت غذا را افزایش می دهد در حالیکه تزریق بخش پایانی N  (51-23) aa ) و (82-54)aa برمقدار مصرف غذا تاثیری نداشت(35).

البته باید خاطر نشان ساخت تزریق هر کدام از سه بخش ‌AGRP منجر به کاهش مصرف اکسیژن و درجه حرارت روده بزرگ می شود که هر دو نماینده هزینه کرد انرژی می باشند. تزریق دو ناحیه پایانی N باعث افزایش وزن بدن و وزن چربی مزانتریک و اپی دیدیم، در غیاب پراشتهایی و واکنش متقابل با MC4R می شود (35).

 

2-4-5  نقش فیزیولوژیک AGRP

AGRP نقش های فیزیولوژیک متعددی بر عهده دارد که در زیر به اختصار به آنها اشاره می شود.

1) تعادل منفی انرژی، تظاهر (بیان) درون‌زا  AGRP وNPY در شرایط مختلف فیزیولوژیک تغییر می‌کند. این شرایط عبارتند از : تعادل منفی انرژی یا افزایش نیاز به انرژی، از قبیل محرومیت غذایی یا در حین شیردهی، که طی آنها سطح لپتین و انسولین کاهش و سطح گرلین و CORT افزایش می‌یابد و ترشح AGRP و همچنین NPY را تحریک می‌کند(36).

هم AGRP و هم NPY تحت شرایط تعادل مثبت انرژی، که لپتین و انسولین افزایش و گرلین کاهش می‌یابد، سرکوب می‌شود. از طرفی تظاهر ژن AGRP و NPY در موش‌های صحرایی با رژیم کم‌انرژی در مقایسه با رژیم پرچربی بیشتر است. همچنین تظاهر ژن AGRP در شرایطی مثل پس از تزریق 2-DG یا دیابت ناشی از استرپتوزوتوسین[10] ، که در آنها مصرف گلوکز کاهش می‌یابد، افزایش پیدا می‌کند( 36).

این شواهد در مجموع بیان می‌کنند که AGRP در ARC در پاسخ به کمبود انرژی ترشح شده در شرایط محرومیت از غذا، رژیم کم‌کالری یا افزایش نیاز به انرژی تولید AGRP افزایش می‌یابد تا دریافت غذا تحریک شده، اکسیداسیون چربی همراه با کربوهیدرات کاهش یافته و سنتز چربی افزایش ‌یابد.

2) انتخاب غذا، نشان داده شده کهAGRP نه تنها در دریافت کالری بلکه در انتخاب غذا و ویژگی‌های پاداش‌دهندگی دریافت غذا هم دخالت دارد. AGRP بویژه دریافت غذاهای پرچرب را در جوندگان افزایش می‌دهد. همچنین موش‌های صحرایی که به غذای حاوی 20 درصد محلول ساکروز دسترسی داشتند غذای بیشتری مصرف کردند نسبت به موش‌هایی که به غذای استاندارد دسترسی داشتند (28).

3)بازسازی ذخایر کربوهیدرات، AGRP علاوه بر نقش قوی تحریک‌کنندگی دریافت غذا، ذخایر کربوهیدرات را بازسازی می‌کند و گلوکز‌های اضافی را برای ایجاد اثرات آنابولیکی از جمله لیپوژنز de NOVO به مصرف می‌رساند   ( 36).

4) اثرات حاد و طولانی مدت بر دریافت غذا،AGRP هم اثرات حاد و کوتاه مدت و هم اثرات دراز‌مدت بر روی دریافت غذا دارد. اثر حاد آن احتمالاً از طریق سیستم اوپیوئید و گیرنده‌های مرکزی ملانوکورتین بویژه MC4R است، در حالیکه مکانیسم اثرات طولانی‌مدت آن بر رفتار دریافت غذا ناشناخته است ولی اثر دراز مدت آن احتمالاً از طریق این سیستم صورت نمی‌گیرد و تا حدود زیادی ناشناخته است.  AGRP بر هزینه انرژی و تولید حرارت از طریق ارتباط با سیستمTRH اثر می‌گذارد. به طوری که تزریق بخش انتهاییC آن منجر به کاهش TSH وT4 کل پلاسما در موش‌هی صحرایی می‌شود(37).

 

2-4-6  تنظیم AGRP

AGRP عمدتا از زیر مجموعه های نرونی در داخل هسته های کمانی هیپوتالاموس (ARC ) تولید می شود. با توجه به اینکه ARC واسطه یک سری از سیگنال های متابولیکی محیطی می باشد، این وضعیت آناتومیکی بیان می کند که AGRP همچنین نقشی در هموستازی انرژی ایفا می کند. AGRP  عمدتا از دسته جات نرونی در داخل بخش میانی ARC تولید می شود که همچنین نروپپتایدY (NPY ) را تولید می کنند. NPY  نیز درتنظیم هیپوتالاموسی رفتار دریافت غذا دخالت داشته و با توجه به هم بیانی AGRP  و NPY به نرون های مترشحه این دو نرون های AGRP/NPY  گفته می شود که به عنوان میانجی کلیدی در پاسخ به تخلیه غذایی وتنظیم تعادل انرژی در نظر گرفته می شوند.

AGRP از طریق چندین سیگنال هورمونی و سوبسترایی کنترل می شود.

الف) سیگنال های هورمونی: چندین سیگنال هورمونی بر تظاهرAGRP اثر می گذارند که از جمله مهمترین آنها می توان به لپتین، انسولین، گرلین و گلوکوکورتیکوئیدها اشاره کرد. سیگنال های سیری که دارای اثر طولانی[11] می باشند، از قبیل لپتین یا انسولین،  باعث کاهش AGRP شده درحالیکه حفظ سطوح فیزیولوژیکی این هورمون ها، افزایش ناشی از ناشتایی AGRP را مسدود می کند (38). فقدان گیرنده های انسولین یا لپتین در مغز منجر به افزایش معنی دار تظاهر AGRP شده ،‌همچنین AGRP درموش های چاق با کمبود لیپتین[12]، صرف نظر از ناشتایی افزایش می یابد(18). در مجموع این مشاهدات حاکی از آن است که این هورمون ها (انسولین و لپتین) اشتها را کاهش می دهند که حداقل بخشی از این اثر به واسطه مهار بیان AGRP ( وNPY ) می باشد. بعلاوه، تحقیقات جدید نشان می دهند که این هورمون ها می توانند بسرعت پتانسیل غشا را تغییر داده و شلیک کردن نرون های حاوی NPY را کاهش دهند این بدان معنی است که این هورمون ها می توانند به سرعت فعالیت نرون های AGRP / NPY را مهار نمایند. هر چند پیشرفت های جدید فاکتورهای پایین دست لپتین را تا حدودی شناسایی کرده اند ولی هنوز مشخص نیست که لپتین از طریق چه مکانیسمی AGRP را تنظیم می کند.

مسیر سیگنالی بالقوه معرفی شده تا کنون عبارتند از مسیر Kinase- AMP  ، مسیر STAT-JAK  و مسیر PI3k. احتمالا یک یا ترکیبی از این مسیرها ، مسئول اثر میانجی گری لپتین بر روی AGRP می باشد که به موجب آن دریافت غذا کاهش و هزینه انرژی افزایش می یابد(39).

همچنین گفته می شود گرلین که یک پروتئین مشتق از روده است،‌در تنظیم نرونهای AGRP دخالت دارد، گرلین برخلاف انسولین و لیپتین دریافت غذا و اکتساب وزن را تحریک  کرده و نرون های حاوی AGRP /NPY را فعال سازی می نماید. گرلین یک لیگاند درون زای R–GHS بوده که بیان AGRP  را افزایش می دهد (40). شواهدژنتیکی از نقش مهم نرون های AGRP /NPY درعمل گرلین حمایت می کنند به طوری که موش های دارای ژن های AGRP/ NPY منهدم[13] در برابر افزایش وابسته به گرلین دریافت غذا مقاوم هستند. البته موش های فاقد ژن های NPY یا فاقد AGRP این فنوتیپ را بروز نمی دهند و بیان AGRP در موش های فاقد ژن گرلین نرمال می باشد. علاوه بر لپتین ،‌انسولین و گرلین سیگنال های اندوکرین دیگری نیز بر سطح AGRP در داخل هیپوتالاموس اثر می گذارند. گلوکوکورتیکوئیدها در تنظیم هموستاز انرژی دخالت دارند و حذف سیگنالینگ گلوکوکورتیکوئید ( مثلا از طریق برداشتن آدرنال)[14] چاقی را در تعدادی از مدل های ژنتیکی و فیزیولوژیکی بهبود[15] می بخشد(41).

برداشتن آدرنال حساسیت را هم به AGRP و هم NPY کاهش در حالیکه حساسیت را به MSH- و لیپتین افزایش می دهد. در یک مطالعه متفاوت برداشتن آدرنال افزایش ناشی از ناشتایی در AGRP را مهار کرد(42). از طرف دیگر تزریق خارجی گلوکوکورتیکوئیدها ، دریافت غذا، وزن بدن و همچنین تظاهر AGRP و NPY را افزایش می دهد. در یک  مطالعه دیگر از نقش اساسی گلوکوکورتیکوئیدها بر تظاهر AGRP حمایت شد به طوری که نشان داده شد ترشح کورتیکوسترون به طور موقتی با فاز بالا رفتن روزانه بیان AGRP[16] مقارن است (42). تخلیه کورتکوسترون از طریق برداشتن آدرنال ریتم روزانه AGRP را مختل نمود[17]، که با جایگزینی ( تزریق ) خارجی کورتیکوسترون مجددا به حالت طبیعی اولیه برگشت این شواهد بیانگر نقش کورتیکوسترون برای حفظ چرخه بیان روزانه AGRP می باشد.

در مجموع این مطالعات حاکی از آن است که گلوکوکورتیکوئیدها اثر مهمی بر هموستاز انرژی دارند که به طور بالقوه نقش خود را از طریق اثر بر نرون های AGRP / NPY هیپوتالاموس اعمال می کنند. هورمون های دیگری که می توانند به طور بالقوه بیان AGRP را تنظیم کنند عبارتند از PYY ، کوله سیستوکینین (CCK )، گاسترین، GLPI و وازوپرسین که به عنوان سیگنال های آوران از طریق عصب واگ به مغز منتقل می شوند. مطالعات بسیار زیادی لازم است تا نقش این هورمون ها را در تنظیم AGRP مشخص نمایند.

ب) سیگنال های سوبسترایی: چندین سوبسترا نیز شناسایی شده که بر تظاهر AGRP اثر می گذارند. از جمله مهمترین آنها اسیدهای چرب و گلوکز می باشد. اسیدهای چرب ( ‌FAs) می توانند بر تظاهر AGRP  اثر بگذارند. دریافت غذا و اشتها در انسان به شدت تحت تاثیر ورود روده ای[18] چربی های داخلی [19] وامولسیون های روغن های غنی شده با اسیدهای چرب استئاریک، اولئیک و لینولئیک قرار می گیرد. به طوری که تزریق icv اسید اولئیک در حیوانات ، اثر ضد اشتهایی لپتین را تقلید کرده و تظاهر NPY را کاهش می دهد. بعلاوه تغذیه موش ها با رژیم غنی از چربی اشباع شده ، اما نه اسیدهای چرب اشباع نشده چندگانه[20] ( PUFAs )، تظاهرAGRP را کاهش می دهد(43). مکانیسم دقیقی که به موجب آن FAs می تواند بربیان AGRP اثر بگذارد در حال حاضر شناخته شده نیست،  اما چنین فرض می شود که آن احتمالا از طریق فعال سازی عوامل نسخه برداری مهمی به انجام می رسد. براستی که FAs در فعال سازی PPARs و PUFAs دخالت داشته و به ویژه با فعال سازی SREBP و سرکوب سایر عوامل نسخه برداری ارتباط دارند. FAs همچنین در فعال سازی لپتین دخالت دارد، بنابراین مشاهده می شود که مسیرهای متعددی برای تنظیم بیان AGRP وجود دارند(12).

تغییر در غلظت گلوکز به عنوان یکی دیگر از عوامل اثر گذار بر تظاهر AGRP شناخته شده است. تزریق مرکزیDG 2[21]، یک آنالوگ غیر قابل متابولیزه شدن گلوکز که مصرف گلوکز را مهار می کند بیان ژن AGRP  را افزایش میدهد (سرگییف و همکاران2000). اخیرا اثر سطوح بالای گلوکز در کاهش بیان AGRP به کاهش فسفوریلاسیون kinase- AMP نسبت داده شده است. مطالعات بیشتری لازم است تا نقش گلوکز را در تنظیم AGRP  در حالت in vivo  تائید نماید(44).

علاوه بر اینکه AGRP در پاسخ به روزه داری افزایش می یابد، AGRP همچنین در موقعیت های فیزیولوژیکی دیگری که به موجب آن افزایش دریافت غذا مورد دلخواه یا مورد نیاز است نیز افزایش می یابد. به عنوان مثال: در حین حاملگی سطوح AGRP ونه POMC ، MC4R یا NPY، در موش های صحرایی نژاد ویستار بالا می رود که بیانگر آن است که AGRP در پر اشتهایی همراه با حاملگی نیز نقش ایفا می کند. همین طور AGRP درگوسفندان شیرده نیز افزایش می یابد. در حالیکه در کبوتران سطوحAGRP پس از تخم گذاری ، یعنی در مراحلی که والدین بایستی غذای بیشتری بخورند تا به جوجه ها یشان غذا بدهند، افزایش می یابد (45).

 

2-4-7 عمل AGRP در بافت های محیطی

فراوان ترین محل بیان hAGRP ، hCART، hPOMC در بافت های محیطی ، غده آدرنال می باشد. ایزوفورم کوتاه AGRP دررت ها در حین ناشتایی به موازات 18 برابر افزایش در هیپوتالاموس در قشرآدرنال نیز افزایش می یابد. بعلاوه سطوح پلاسمایی AGRP درمردان چاق و موش های ناشتا افزایش  می یابد. با این وجود عملکرد AGRP در بافت های محیطی هنوز نامشخص است.

هر چند فقط مطالعات اندکی بر نقش AGRP تمرکز کرده اند. این مطالعات به طور بالقوه به AGRP در گردش خون یا AGRP تولید شده در موضع خاصی پرداخته اند. سوال اساسی این است ” نقش AGRP در این بافت های محیطی چیست؟” احتمالا AGRP در بافت های محیطی همان نقش هیپوتالاموسی خود را ایفا می کند یعنی اتصال به گیرنده های ملانوکورتین یا شاید سایر گیرنده های جفت شده با پروتئین G. هم AGRP و هم آگوتی اثر مستقیمی بر روی سلول های چربی ( آدیپوسیت ها) داشته، بر تظاهر فتی اسیدسینتاز و لپتین اثر گذاشته  و اثرات وابسته به MSH –  را بر تظاهر ژن لپتین مهار می کند.

علاوه براثر AGRP بر روی سلولهای چربی، AGRP همچنین یک نقش پاراکرین در عملکرد آدرنال داشته به طوری که AGRP مشتق از آدرنال توسط گلوکوکورتیکوئیدها تنظیم شده و القا ترشح کورتیکوسترون بوسیله MSH –  را مهار می کند. بعلاوه تحقیقات بر روی جوجه ها نشان داده اند که AGRP درآدرنال به گیرنده های MCsR متصل می شود(46). اینکه آیا یک حلقه  باز خوردی منفی وجود دارد که AGRP  به عنوان تنظیم کننده منفی لپتین عمل می کند، که اولین بار توسط ابیهارا و همکاران [22] در سال 1999 پیشنهاد شد ، هنوز کاملا مشخص نیست.

در دو تحقیق دیگر تزریق مرکزی AGRP در موش های صحرایی منجر به افزایش معنی داری در سطح پلاسمایی لپتین به مدت 3 و 7 روز شد، حتی وقتی که از پر اشتهایی ناشی از AGRP جلوگیری شد 42). در یک مطالعه جدید مشاهده شد که AGRP به شدت در چربی ایپدیدیم بیان شده و در این بافت در حالت غذا خوردن (سیری) و نه ناشتایی افزایش می یابد. در حالت غذا خوردن لپتین هم در چربی اپیدیدیم و همچنین به طور غیر قابل انتظاری در غده آدرنال افزایش می یابد. این مشاهدات در مجموع بیان می کنند که بیان محیطی AGRP به ویژه در غده آدرنال می تواند نقش مهمی در هموستاز انرژی داشته باشد. این مسئله در مورد انسان نیز صادق است چرا که AGRP انسانی ( برخلاف ارتولوگ موشی آن ) نه در چربی احشایی و نه زیر جلدی بیان نمی شود(47).

 

2-4-8  مدل های ژنتیکی AGRP

در تلاش برای شناسایی ویژگی های عملکردی AGRP ، مدل های موشی که درآن AGRP دارای بیان بیش از حد یا بدون بیان است تولید شده اند

[1]-Shorter transcript lacking the 5 non-coding exon

[2]-Fish Fugu

[3]-Zebrafish

[4]-Late-onset hyperglycemia

[5]-N-terminal parts

[6]-RNA interference

[7]-Ovarictomized rhesus monkeys

[8]– AGRP administration

[9]– Carboxyl- terminal AGRP peptide

[10]– Streptozotocin-induced diabete

Long acting satiety signals-[11]

Leptin-deficient(ob/ob) obese mice-[12]

NPY/AGRP double Knochout mice-[13]

Adrenalectomy-[14]

Ameliorate-[15]

Rising phase of diurnal AGRP expression-[16]

Abolish-[17]

Intestinal infusions -[18]

Intralipid-[19]

Polyunsaturated FAs-[20]

2-Deoxy-D-glocose[21]

Ebihara et al.-[22]

موش های تراریخته که دارای تظاهر بالای AGRP می باشند، چاقی شدید، افزایش طول بدن، افزایش انسولین، تاخیر درشروع افزایش قند، هایپرپلازی سلولهای پانکراس و کاهش سطح کورتیکوسترون را بروز می دهند.

این مشاهدات حاکی از آن است که افزایش سطح AGRP مشاهده شده متعاقب ناشتایی یا در پاسخ به سیگنال های هورمونی، رفتار دریافت غذا، را تحریک می کند. جالب اینکه موش های فاقد AGRP  (-/- AGRP ) قابلیت تولید مثل داشته واختلالات هیستولوژیک یا پاتولوژیک خاصی را بروز نداده و سطوح سرمی گلوگز، لپتین ، تری گلیسیرید و اسیدهای چرب قابل مقایسه ای با همتایان طبیعی خود دارند. موش های -/- AGRP ، -/- NPY و موش های فاقد NPY /AGRP کمبود وزن بدن و اختلال تغذیه ای نداشته و پاسخ طبیعی به گرسنگی نشان می دهند.

در موش های -/- AGRP بیان MC3R ، MC4R یا NPY قابل مقایسه با موش های طبیعی می باشد. این اطلاعات بیان می کنند که فقدان دائمی[1]AGRP می تواند منجربه ایجاد مکانیسم های جبرانی شود.

در یک تحقیق دیگر به جای حذف کامل ژن از RNA مداخله گر (RANi ) در ARC برای کاهش تظاهر AGRP استفاده شد این روش احتمالا از لحاظ فیزیولوژیکی روش مناسب تری به نظر می رسد.RNAi  باعث مهار 50 درصدی پیام AGRP در هیپوتالاموس شد که با افزایش میزان متابولیک و کاهش وزن بدن بدون هیچ تغییری در دریافت غذا همراه بود(48).

این یافته مطابق نتیجه تحقیقی بود که در آن از حیوانات تحت درمان با AGRP استفاده شد که در آنها BAT UCPI و توده چربی و سطح لپتین افزایش یافت، که همه این عوامل به طور بالقوه هزینه انرژی کلی بدن را تنظیم می کنند. بنابراین روشی که به طور متوسطی سطح بیان AGRP را کاهش دهد می تواند ابزار را برای شناسایی تنظیم وزن بدن و افزایش هزینه انرژی بدست دهد.

 

2-4-9 مدل های ژنتیکی انسانی AGRP

علاوه بر مدل های حیوانی که به وضوح دخالت AGRP را در تنظیم تعادل انرژی نشان می دهند ، مطالعات بر روی انسان ها ارتباط نوید بخش پلی مورفیسم های نوکلئوتیدی منفرد AGRP (SNPS )[2]  را با مقاومت در برابر چاقی و شاید دیابت نوع دو در آفریقائی های سیاه [3] نشان می دهد.

سطح AGRP پلاسما در افراد چاق بالا می رود که با اطلاعات موجود در مورد حیوانات ،‌که در حین ناشتایی سطح آن بالا می رود، همخوانی دارد(49). مطالعه ای دیگر نشان می دهد که 6 روز ناشتایی در افراد لاغر، نه در افراد چاق باعث افزایش سطح AGRP می شود.بررسی جهش ها چندین SNPs عملکردی را در AGRP مشخص کرده است که با فنوتیپ های متعدد لاغری [4] همراه می باشند. آلل T از >T SNP38C- در مردم سیرالئون  همراه با لاغری و  کاهش چربی در سیاه پوستان در مطالعه خانوادگی هریتیج [5]همراه بود. بعلاوه تمام دیابت های (T2DM ) ثبت شده در سیرالئون هموزیگوس CC ( برای >T SNP38C ) بودند که بیانگر آن است که آلل T نه تنها مستعد کننده مقاومت در برابر چاقی در دو طرف اقیانوس اطلس است بلکه می توانند همچنین مکانیسم حمایتی را در برابر ابتلا به T2DM در آفریقایی های سیاه به وجود آورد. دو جهش خاموش در ناحیه کدگذاری [6] با فنوتیپ  چاقی همراه نبود.

SNP دیگر در ناحیه کدگذاری که آلانین را در موقعیت 67 با یک ترئونین عوض می کند همراه با چاقی نبود اما بی اشتهایی عصبی را در پی داشت. جالب اینکه این SNP فقط در سفیدپوستان دیده شد. در مقابل دو پروموتر SNPs (>T38C– و -3019G>A) که فقط در سیاهپوستان بافت شد. مطالعات بعدی نشان داد که هتروزیگوت برای Ala67Thr در برابر تاخیر شروع چاقی مقاوم است و این یافته بعدا در مطالعه دیگری که افراد نادر هموزیگوت برای آلل ترئونین کاهش چربی بدن را به همراه داشتند تایید شد.

این یافته ها در مجموع بیان می کنند که SNPsAGRP درانسان بر فنوتیپ های متابولیک اثر می گذارد به طوری که افرادی که آلل های کمتررایج را حمل می کنند ( یا در افراد سفید پوست یا سیاهپوست ) به طور بالقوه از ابتلا به چاقی در محیط های مستعد به  چاقی محافظت می شوند(12).

 

 

2-4-10 اثرات طولانی‌مدتAGRP بر دریافت غذا

هرچند اثر کوتاه‌مدتAGRP بر روی رفتار دریافت غذا می‌تواند بواسطه اثر مهارکنندگی آن روی گیرنده‌هایMC3 وMC4 باشد ولی مکانیسم‌های دیگری در فعال‌سازی و حفظ اثرات طولانی‌مدت روی اشتها درگیر می‌باشند.

مطالعه هاگان و همکارانش در سال 2000 نشان داد که فقط یک دوز تزریقAGRP اثر تحریک‌کنندگی خود را بر روی دریافت غذا تا یک هفته حفظ می‌کند و مؤثرترین دوز تزریقی برابر با یک و پنج نانومول می‌باشد. این مسئله ویژگی مهمAGRP در برابر سایر نروپپتاییدهای اشتها‌آور را نشان می‌دهد و آن را متمایز می‌کند. یکی از فرضیه‌ها در مورد اثر طولانی‌مدت و قویAGRP روی دریافت غذا این است که آن در تمام مدت گیرنده‌هایMC3 وMC4 را اشغال نموده و بنابراین سیگنالینگMC را مسدود می‌نماید.

2-4-11 ریتم شبانه‌روزی AGRP

بنظر می رسد که AGRP ریتم شبانه روزی منحصر بفردی دارد و این ریتم با تغییرات برخی دیگر از هورمون ها و رفتار دریافت غذا همسو میباشد. محققین برای شناسایی این ریتم تغییرات شبانه روزی آن را بررسی کردند.شکل 2-27 تغییرات شبانه‌روزیAGRP mRNA در هیپوتالاموس را در 6 زمان مختلف در چرخه روشنایی – تاریکی نشان می‌دهد.

[1]– Imprinted loss

AGRP single nucleotide  polymorphism (SNPs)-[2]

Black Africans -[3]

Leanness-[4]

HERITAGE Family study -[5]

Coding Regions-[6]

تجزیه و تحلیل تظاهر AGRP mRNA یک نقطه اوج را در ریتم شبانه‌روزی نشان می‌دهد. کمترین بیان AGRP mRNA در ساعت 10، یعنی 4 ساعت پس از روشن‌شدن چراغ اتفاق می‌افتد و 4 ساعت پس از خاموش شدن چراغ یعنی در ساعت 22، سطح AGRP mRNA افزایش یافته و به اوج خود می‌رسد. پس از آن سطح AGRP mRNA به تدریج کاهش می‌یابد قبل از اینکه چراغ روشن شود.

افزایش مشهودی در مصرف غذا پس از شروع مرحله تاریکی (در ساعت 18) مشاهده شد و مصرف غذا از ساعت 18 تا 24 به طور فعالی ادامه داشت. پس از آن مصرف غذا تا ساعت 4 کاهش یافت. یک افزایش سریع و تند در مصرف غذا بین ساعت 4 تا 6، یعنی 2 ساعت قبل از شروع مرحله روشنایی مشاهده شد به طوری که 23 درصد مجموع غذای مصرفی روزانه در این دوره 2 ساعته رخ داد.

البته باید یادآوری کرد که سطح AGRP mRNA لزوماً همیشه مطابق با الگوی غذا خوردن نیست به طوری که موش‌ها 23 درصد کل غذای مصرفی روزانه‌شان را 2 ساعت قبل از روشن شدن چراغ انجام دادند درحالیکه در این زمان سطح AGRP کاهش داشت( 50).

 

2-4-12 فرآیند پس از ترجمه AGRP [1]

یکی از فرضیات این است که AGRP پس از ترجمه تقسیم شده و چندین پپتایید مختلف AGRP تولید می شوند که هریک نقش متفاوتی داشته و بنابراین اثرات فیزیولوژیکی آن مستقل از سیستم ملانوکورتین است. به عنوان مثال تعامل بخش پایانی N با سیندکان 3 مسیرهای سیگنالی داخل سلولی را به وجود می‌آورد که در هموستاز انرژی دخالت دارد. مطالعات نشان می‌دهند که اشکال متعددی از AGRP ترشح شده و بنابراین در فرآیند پس از ترجمه AGRP‌های متعددی می‌توانند تولید شوند(51).

آنالیز رادیوایمونوسیAGRP در بافت‌های موش صحرایی نشان داد که این شکاف‌ها (تقسیم‌ها)[2] در محل‌های مختلفی از AGRP می‌تواند اتفاق بیفتد (44). در این مطالعه نشان داده شد که گونه‌های AGRP هم در هیپوتالاموس و هم پلاسما قابل تشخیص است جالب اینکه در این تحقیق AGRP دارای طول کامل مشاهده نشد که نشان‌دهنده این مسئله است که بیشتر AGRP پس از فرآیند پس از ترجمه و قبل از ترشح تقسیم و شکافته می‌شود.

این تقسیم احتمالاً در گرانول‌های ترشحی مسیرهای تنظیمی اتفاق می‌افتد، چرا که دپلاریزاسیون هیپوتالاموس توسط KCL باعث ترشح بسیار زیاد بخش پایانی حاوی C شود.

در حال حاضر محققین سرگرم مطالعه روی این موضوع هستند که این تقسیم و شکاف در چه محلی از AGRP اتفاق می‌افتد. مطالعات اولیه نشان داده است که شکاف در Arg19-x-x-Arg 82 روی داده و بنابراین پپتاید AGRP83-132تولید می‌شود.

در مجموع اطلاعات حال حاضر ما بیان می‌کنند که AGRPپس از فرآیند نسخه‌برداری شکافته شده و AGRP83-132 را و یا یک یا چند جزء پایانی حاوی N را تولید می‌کند

[1] -Post- translation process

[2]– Cleaved

احتمالاً فراوری AGRPبیش از یک نوع پپتاید بیواکتیو را با نقش‌های متفاوت بر روی رفتار دریافت غذا تولید می‌کند. AGRP83-132 نقش قوی و درازمدت بر روی دریافت غذا داشته و باعث افزایش وزن بدن می‌شود. جالب اینکه هم AGRP25-51 و هم AGRP54-82 پس از 24 ساعت وزن بدن را به طور معناداری افزایش می‌دهند، که علت آن احتمالاً به سبب کاهش میزان متابولیک است و نه دریافت غذا، چرا که هم حرارت مرکزی و هم مصرف اکسیژن به طور معناداری کاهش می‌یابد(51).

محققین عقیده دارند که AGRPبا طول کامل قدرت مهاری کمتری نسبت به AGRP83-132 دارد. به عنوان مثال اولمن و همکاران[1] در سال1997 دریافتند که قدرت طول کامل AGRPتقریباً 10 برابر کمتر از جزء با بخش پایانی C در ملانوفورها می‌باشد.

همین طور تحقیقات یانگ و همکاران[2] در سال 1999 نشان داد که AGRPدارای طول کامل دارای 3 برابر قدرت کمتر نسبت به AGRP87-132 در آزمایش اتصال به سلول‌ها دارد. نکته جالب اینکه AGRP83-132 به طور چشمگیری در مغز و خون پایداری و ثبات بیشتری دارد(52). بنابراین به نظر می‌رسد که فرآوری مولکول برای ثبات آن نیز مورد نیاز باشد. بخش پایانی حاوی N نقش فیزیولوژیکی مستقل از اثر روی سیستم ملانوکورتین دارد. این عمل آن ممکن است از طریق سیندکان 3 یا سایر شرکای اتصالی باشد که هنوز شناخته نشده‌اند(51).

 

2-4-13  AGRP و شرایط پاتولوژیک:

همان گونه که پیشتر هم توضیح داده شد AGRP در شرایط پاتولوژیکی خاصی نیز فراتر از محدوده فیزیولوژیک تظاهر می یابد. در زیر به برخی از این شرایط اشاره می شود.

1) AGRPبه عنوان یک عامل پراشتهایی در دیابت

پراشتهایی به عنوان یکی از نشانه‌های کلاسیک دیابت شیرین است که هنوز علت آن به خوبی شناخته نشده است. اما شواهدی در دست است که نشان می‌دهد سطح انسولین و لپتین سرم میانجی‌هایی هستند که بر تظاهر نروپپتاییدهای مؤثر در مرکز غذا خوردن در مغز اثر می‌گذارند. گلوکز خون یکی از عواملی است که مستقیماً بر پراشتهایی دیابت تأثیر دارد53).

در سال‌های اخیرAGRP به عنوان یکی از نروپپتایهای اشتها‌آور توجه محققین را به خود در خصوص اثر احتمالی‌اش روی پراشتهایی ناشی از دیابت جلب کرده است. این مسئله در مطالعه کیو و همکاران در سال 2001 مورد بررسی قرار گرفت. ایشان دریافتند کهAGRP mRNA در موش‌های دیابتیک در مقایسه با گروه کنترل غیردیابتی به میزان 186 درصد افزایش می‌یابد. این امر در موردNPY mRNA هم صادق بود هرچند میزان افزایشAGRP mRNA بیشتر ازNPY mRNA بود.

همچنین باید دانست که تفاوت‌هایی بین گونه‌ها از لحاظ تغییراتAGRP mRNA به ناشتایی وجود دارد. به طوری که در چندین مطالعه 7 تا 18 برابر افزایش درAGRP mRNA در موش‌های طبیعی پس از 48 ساعت ناشتایی مشاهده شده است که بسیار بیشتر از آن مقداری است که در موش‌های صحرایی (Rat) دیده شده است ( 53).

 

2) بی‌اشتهایی عصبی

بی‌اشتهایی عصبی (AN) یک اختلال روانی است که اغلب توسط بی‌اشتهایی شدید، ترش شدید از چاق شدن و پرتحرکی مشخص می‌شود. مکانیسم آن به خوبی شناخته نشده است. بر همین اساس تحقیقات نشان می‌دهند که چنانچه به موش‌های صحرایی دچار بی‌اشتهایی عصبی AGRP تزریق شود پراشتهایی و تمایل به غذا خوردن در آنها تحریک می‌شود(22). همین طور تزریق مرکزی AGRP از خود گرسنگی[3] به وسیله جلوگیری از بیش فعالی فیزیکی و تحریک دریافت غذا، پیشگیری می نماید. بنابراین AGRP می تواند تغییرات وابسته به بیماری را در دریافت غذا تعدیل نموده و به حفظ تعادل انرژی کل بدن در پاسخ به تحریکات هورمونی یا سوبسترایی کمک نماید.

 

AGRP (و سرطان:

موش‌های آگوتی شبیه به موش‌های ob/ob بوده که یک مول چاقی بوده و تمایل به افزایش رشد تومور دارند. نقص ژنی در این موش‌ها مربوط به یک پپتاید 133 اسید‌آمینه‌ای بوده که با MCs مثل α-MSH برای اتصال به گیرنده آن رقابت می‌کند.α-MSH  که از پیش‌ساز POMC بوده، پس از تزریق مرکزی غذا خوردن را کاهش می‌دهد در حالیکه مهارکننده گیرندهMC-4 دریافت غذا را افزایش می‌دهد(22).

غیرفعال کردن گیرنده MC-4 توسط دستکاری ژنی سندرمی چاقی شبیه موش‌های آگوتی را باعث می‌شود. هم موش‌های زرد و هم موش‌های فاقد گیرنده MC-4  سطح NPY بالا در هیپوتالاموس دارند . AGRP هم که همولوگ آگوتی می‌باشد و در پایین دست لپتین قرار دارد به عنوان آنتاگونیست گیرنده MC-4  عمل می‌کند. گیرنده MC-4  احتمالاً در تنظیم پاسخ به سایتوکین‌های التهابی نقش دارد. تزریق α-MSH به صورت icv اثر ضدالتهابی و ضد تب بسیار قوی دارد.α-MSH  قوی‌ترین هورمون درون‌زای ضد‌تب بوده و تب ناشی ازIL-4 وIL-6 یا TNF- α را مهار می‌کند. بنابراین سیستم MC در تنظیم مرکزی پاسخ‌های ایمنی دخالت دارد، اما نقش این سیستم در کاشکسی مشاهده شده در بیماران سرطانی هنوز بررسی نشده است(22).

اشتاتز و همکاراندر سال2005 نشان داد که درمان با AGRP در حیوانات دارای تومور منجر به حفظ توده بدون چربی بدن (LBM ) و الگوی فعالیت روزانه طبیعی در حین رشد تومور، بدون اثر منفی بر اندازه تومور می شود.

نتیجه: در سرطان، توده تومور تعداد زیادی از انرژی مصرفی کل ارگانیسم را به خود اختصاص می‌دهد بنابراین موجود حامل تومور با گرسنگی و تعادل منفی انرژی روبرو می‌شود. در این بیماران به علت عدم تنظیم مناسب نروپپتاید‌های هیپوتالاموس پاسخ جبرانی به کاهش وزن مهار می‌گردد، به طوری که در این شرایط سیگنال‌های اشتها‌آور (مثل NPY و AGRP ) کاهش و نروپپتاید‌های ضد‌اشتها (مثل CRF ) افزایش می‌یابد. بنابراین افزایش شبکه اشتها‌آورNPY( و AGRP) یکی از اهداف کلیدی بالقوه برای درمان کاشکسی سرطان می‌باشد(22).

 

2-4-15  تعاملAGRP و سایر نروپپتایدها

AGRP  وNPY: همAGRP و همNPYپپتاییدهای بسیار قوی اشتها‌آور هستند. هر چند در موردNPY مشخص شده است که آن بر متابولیسم انرژی از طریق کاهش تولید حرارت بافت چربی و افزایش فعالیت آنزیمی لیپوپروتئین لیپاز اثر می‌گذارد اما اثرAGRP هنوز تا حدود زیادی ناشناخته مانده است. به طور کلی گفته می شود که AGRPمی‌تواند هزینه کرد انرژی را مستقل از اثر آن روی دریافت غذا و اکتساب وزن کاهش دهد( 54). لی و همکاران[4]  معتقدند با توجه به اینکه AGRP وNPY توسط نرون‌های یکسانی تولید می‌شوند، منطقی است چنین فرض شود که عواملی که بر سنتز و رهاییNPY اثر می‌گذارند در موردAGRP هم صادق باشند.

از طرفی هرچند تزریقAGRP وNPY هر دو باعث افزایش غذا خوردن می‌شود اما الگوی این تغییر رفتار درAGRP وNPY متفاوت می‌باشد. تزریقNPY به صورتicv درPVN منجر به افزایش فاحش ولی کوتاه‌مدت (یک تا 4 ساعت) در رفتار دریافت غذا می‌شود. این اثر در موش‌های صحرایی حتی هنگامی کهNPY در ساعات فاز روشنایی یعنی موقعی که حیوان به طور طبیعی غیرفعال است تزریق شده است نیز دیده شده است. از طرف دیگر، هنگامی کهAGRP به صورتicv تزریق شود رفتار دریافت غذا را حداقل به مدت 24 ساعت افزایش می‌دهد( 55).

از طرفی عقیده بر آن است کهAGRP برخلافNPY که شروع غذا خوردن را تحریک می‌کند، باعث ادامه و حفظ رفتار غذا خوردن می‌شود که ابتدائاً توسط سایر نروپپتاییدها شروع و تحریک شده بود. به عبارتی NPY شروع غذا خوردن را تحریک کرده ولی ادامه غذا خوردن به AGRP وابسته است.

از طرفی این دو نروپپتاید با سایر نروپپتاید ها هم تعامل داشته به طوری که یافته‌های اخیر نشان می‌دهند که تعاملی بین گرلین و سیستم اشتها‌آور هیپوتالاموس در موش‌های صحرایی وجود دارد. به طوری که تزریق گرلین محتوی NPY mRNA وAGRP mRNA را در هسته‌های کمانی افزایش می‌دهد(56).

گرلین و AGRP: محققین معتقدند که AGRP میانجی اثر گرلین بر دریافت غذا است(57). به عبارتی گرلین نمی‌تواند به تنهایی اثر خود را بر دریافت غذا اعمال نماید بلکه واسطه عمل آن AGRP است. مؤید این نظریه تحقیق چن و همکاران[5] است که نشان دادند با تزریق محیطی گرلین اثر اشتها‌آوری آن در موش‌های تراریخته NPY-1- وAGRP-1- بروز نمی‌کند. بنابراین نشان می‌دهد که NPY و AGRP میانجی اجباری اثر گرلین می‌باشند. به عبارت دیگر گرلین برای اعمال نقش خود در افزایش دریافت غذا AGRP را فرا‌خوانی می‌کند.

علاوه بر تعامل این نروپپتایدها با یکدیگر برین و همکاران  بیان داشتند که  AGRPیکی از اهداف مهم برای لپتین و انسولین در هیپوتالاموس می باشد..

[1] -Ollmann et al.

[2] -Yang et al

[3]-Self- starvation

[4] – Li et al.

[5]– Chen et al