Řídí AMPK a hladina ATP kalcifikaci cév?
Zpevňování a ztvrdnuti měkkých tkání kalcifikací, tedy zvápenatěním, je velice zajímavý fenomén. Stejný proces probíhá i při zpevňování kostí, ale v případě měkkých tkání je obvykle nežádoucí. Vlastně vůbec nejde o vápník jako takový, ale o fosforečnan vápenatý (hydroxyapatit, HA, Ca10(OH)2(PO4)6), který zpevňuje měkké tkáně. Je to úplně stejný materiál, který chybí v kostech při osteoporóze, zatímco se usazuje a škodí v měkkých tkáních. Hnací silou kalcifikace tedy vůbec není vápník, ale fosfor, respektive anorganický fosfát (Pi). A aby to nebylo tak jednoduché, záleží na jeho formě. Anorganický fosfát (Pi) urychluje kalcifikaci, anorganický pyrofosfát (PPi) potlačuje kalcifikaci. Rozdíl nebo poměr mezi hladinami těchto dvou forem anorganického fosforu je stabilizován a vyrovnáván skupinou enzymů zvaných alkalické fosfatázy (ALP/TNAP). Ty rozkládají pyrofosfát na dvě molekuly fosfátu, které podporují kalcifikaci. Mimobuněčný PPi se tvoří převážně z molekul ATP, které opustí buňku a uvolní PPi při vzniku AMP. Dostatečnou hladinu ochranného PPi je možné udržet pouze za předpokladu nízké aktivity ALP/TNAP Pokud dojde k aktivaci ALP/TNAP dojde ke kalcifikaci. Všechny tyto procesy jsou samozřejmě přísně regulovány a molekula PPi tedy slouží jako signalizační molekula. Co vlastně signalizuje? Řekl bych, že dostatek ATP. A tím se dostáváme k základnímu problému. Může být kalcifikace způsobena nedostatkem ATP, nedostatečnou fosforylací AMPK a ACC1, který nasměruje zpracování paliva směrem k ukládání do tuků a může způsobit nedostatek ATP pro jiné procesy?
 |
| Nespecifická tkáňová alkalická fosfatáza (TNAP/ALP) rozkládá pyrofosfát na anorganický fosfát, nukleotická pyrofosfatáza NPP1 odděluje z ATP dva fosfáty a vytváří AMP, který aktivuje fosforylaci AMPK a tvorbu ATP. Je to tedy uzavřený cyklus, který je ovlivňován molekulami, které blokují fosforylaci AMPK. |
Už několikrát jsem zde upozorňoval na základní problém metabolizmu, fosforylaci enzymů AMPK a ACC1. Pokud máme dostatek stravy a nedojde k fosforylaci ACC1, budeme tloustnout. Jídlo se bude ukládat ve formě tuku. Enzym, který fosforyluje ACC1, je enzym AMPK. Potřebujeme tedy fosforylovat AMPK, abychom netloustli, spalovali palivo a vytvářeli buněčnou energii ATP. Zdá se tedy, že celá regulační smyčka je závislá na fosforu, obsahuje výrobu ATP, extracelulární PPi, rozklad PPi na Pi a fosforylaci AMPK. Tento cyklus ovládají další látky, které zamezují fosforylaci. Jednou z nich je systém detekce cukrů prostřednictvím fruktóza-1,6-bisfosfátu a enzymu aldoláza. Přebytek sacharidů blokuje fosforylaci AMPK, zapne mechanizmy ochrany před nadbytkem glukózy v krvi, tedy přeměnu glukózy na tuk a jeho ukládání. To je samo o sobě v pořádku, jen je potřeba tento proces také včas vypnout. Další takovou molekulou je aldosteron. Takových molekul bude zřejmě víc. Co je zajímavé, pokud zamezíme fosforylaci AMPK, nedojde jen k nárůstu výroby nových tuků, ale dojde i k vypnutí tzv. autofagie, úklidu v buňce. Zamezí se odbourávání starých nefunkčních enzymů a materiálů. To způsobí i kalcifikaci měkkých tkání. Můžeme si to ukázat právě na studii s aldosteronem. Ten zabraňuje fosforylaci AMPK podobně jako sacharidy.
 |
| Aldosteron (Aldo) blokuje fosforylaci AMPK, což blokuje autofagii, tedy řízené odstranění nefunkčních proteinů a struktur. To vytváří podmínky pro kalcifikaci cév. |
Regulace funguje tak, že aldosteron potlačí fosforylaci AMPK. Zvýšená hladina anorganického fosfátu Pi by měla normálně zvýšit fosforylaci AMPK, to by zvedlo produkci ATP a ochranného PPi, ale k tomu nedojde. Dojde ke kalcifikaci, tedy tvorbě hydroxyapatitu. Pokud odstraníme blokátory fosforylace AMPK, zvýší se produkce ATP a zabrání se kalcifikaci.
 |
| Chronické zvýšení aldosteronu (DOCA) moduluje kalcifikaci pouze při zvýšeném příjmu fosfátu (HPD). Bez fosfátu nemá vliv. Aktivita enzymu alkalická fosfatáza (ALP/TNAP) kopíruje křivku kalcifikace. |
 |
| Aldosteron způsobuje kalcifikaci pouze při zvýšené hladině fosfátu. |
 |
| Kalcifikace se zvýší přidáním fosfátu (Pi), ještě zvýší přidáním aldosteronu a fosfátu (Pi+Aldo), blokování receptoru aldosteronu sníží kalcifikaci (Pi+Aldo+Spiro) protože není bráněno fosforylaci AMPK, potlačení AMPK zruší účinek blokování receptoru a spustí kalcifikaci (+Compound C). |
Můžeme si ukázat, že kalcifikace je u myší spuštěna zvýšením příjmu fosfátu na cca trojnásobek běžného příjmu. Tuto základní kalcifikaci je možné dále modulovat dodáváním aldosteronu a blokací receptorů aldosteronu směrem nahoru i dolů. Jelikož tato modulace je zprostředkovaná fosforylaci AMPK, lze modulací AMPK dosáhnout podobného zvýšení i potlačení kalcifikace. To nás ale přivádí k účinkům octa/octanu sodného. Ten umí také modulovat fosforylaci AMPK. Nevíme přesně jak to dělá, ale víme, že aktivace acetátu na acetyl-CoA uvolňuje pyrofosfát z ATP a produktem je tedy i fosfát pro fosforylaci.
 |
| Před oxidací na CO2 a H2O |
 |
| Po oxidaci na CO2 a H2O. |
Účinky octanu sodného na obnovu metabolizmu už jsem se zabýval mnohokrát. Jaké účinky má ale na kalcifikaci měkkých tkání?
Existuje studie zkoumající účinky vysoké koncentrace acetátu v krvi v souvislosti s dialýzou (umělou ledvinou). Normální hladina acetátu v krvi je cca 0,1 mmol/l. V případě suplementace cca 200 mg/kg může hladina dosáhnout až 1 mmol/l. Zde ovšem testovali hladiny cca 20 mmol/l, protože to je koncentrace roztoků používaných historicky při dialýze pomocí roztoků acetátu. Dnes se pravděpodobně používají zcela jiné roztoky pro dialýzu, zajímavé jsou pro nás výsledky s acetátem. Při takto vysokých koncentracích dochází ke kalcifikaci měkkých tkání. Proč? Protože dojde ke značnému nárůstu fosforu v oběhu. Může za to právě mechanizmus aktivace acetátu.
 |
| Všimněte si nárůstu pyrofosfátu (PPi), zejména cca 100x při infuzi acetátu při půstu (starved). Pyrofosfát má normálně ochranný účinek, při infuzi acetátu až na 20 mmol/l již působí negativně na kalcifikaci. |
Všimněte si, že je uvolňován pyrofosfát. Takovýchto dějů, kdy je uvolňován pyrofosfát, probíhá v buňce několik set. V případě aktivace acetátu lze takto vysvětlit jeho pozitivní účinky na fosforylaci AMPK a ACC1. Ale velmi vysoká hladina vyžene fosfor mimo buňku, do extracelulárního prostoru, kde spustí kalcifikaci. Koncentraci acetátu při suplementaci je tedy vhodné nepřehánět. Zpracování cca 20 g octanu sodného (trihydrát) trvá zhruba hodinu a vyvolá koncentraci podobnou, jako při konzumaci alkoholu. Tam ale je koncentrace acetátu zhruba konstantní po celou dobu zpracovávání alkoholu. Je pravděpodobné, že nadměrné užívání octanu může mít podobné účinky na játra jako nadměrná konzumace alkoholu, ztvrdnutí jater.
 |
| Octan sodný zvýší klidový výdej energie přesně o hodnoty dané spalováním octanu. Zdá se, že neomezuje spalování ostatních paliv, tedy sacharidů ani tuků. |
 |
| Časový průběh koncentrace octanu v krvi u lidí při pozření cca 20 g octanu sodného (trihydrát). |
V dostatečně nízkých koncentracích může ocet/octan působit proti kalcifikaci měkkých tkání aktivací fosforylace AMPK. Vysoké koncentrace ale mohou způsobit pravý opak. Vysoká hladina extracelulárního fosfátu přímo způsobuje tvorbu hydroxyapatitu. Aby byl zachován ochranný účinek pyrofosfátu, musí se aktivita enzymu alkalická fosfatáza (ALP/TNAP) potlačit. Právě aktivita ALP/TNAP v různých tkáních určuje, zda budou pevné (kosti) nebo měkké (cévy). Aktivita enzymu ALP/TNAP závisí mimo jiné i na koncentraci H2O2, oxidační stres aktivuje ALP/TNAP, tak zvyšuje hladinu extracelulárního fosfátu a podílí se nemalou měrou na kalcifikaci měkkých tkání. Tak lze vysvětlit i vliv šťavelanu (oxalátu) na cévy.
Zdroje:
Fructose-1,6-bisphosphate and aldolase mediate glucose sensing by AMPK
The medical and metabolic consequences of administration of sodium acetate
Komentáře
Okomentovat