Grelina

Grelina to białko pełniące funkcję endogennego liganda do receptora wydzielającego hormon wzrostu (ang. growth hormone secretagogues receptor, GHS-R). Nazwa grelina pochodzi od słowa „ghre”, które w językach protoindoeuropejskich oznaczało „rosnąć”. Jest to odniesienie do jej zdolności stymulowania uwalniania hormonu wzrostu (ang. growth hormone, GH). Potocznie nazywana jest hormonem głodu. Odpowiada głównie za pobieranie pokarmu i utrzymanie homeostazy energetycznej. Wpływa także na wzrost i rozwój płodu, reguluje działanie układu nagrody oraz bierze udział w reakcjach zapalnych. Zaburzenia jej ilości i działania powodują nasilenie wielu chorób.

1. Historia odkrycia greliny

Odkrycie greliny miało miejsce na przełomie lat 70. i 80. XX wieku, podczas licznych badań nad związkami uwalniającymi hormon wzrostu. Podzielono je na dwie grupy: substancje peptydowe (ang. GH-releasing peptides, GHRP) i niepeptydowe (ang. growth hormone secretagogues, GHS). Zaobserwowano, że związki te mają ogromne znaczenie w regulacji wydzielania hormonu wzrostu. Dało to początek badaniom nad możliwościami ich zastosowania w leczeniu niedoboru GH spowodowanego zaburzeniami pracy podwzgórza i przysadki mózgowej. [1,3]

W kolejnych latach wykazano, że związki niepeptydowe uwalniające hormon wzrostu oddziałują również na tkanki obwodowe. Rozpoczęto więc badania nad wyizolowaniem specyficznych dla nich receptorów, przez które substancje te wywierają swoje działanie. Receptory dla GHS (GHS-R) po raz pierwszy opisał i sklonował w 1996 roku A. D. Howard. Następnie próbowano znaleźć typowe dla nich endogenne ligandy. W toku badań z różnych tkanek wyodrębniano wiążący się z receptorem GHS-R związek, który nazwano GH-reliną. Identyfikacja GH-reliny nie była łatwa, ponieważ jej największe ilości znajdowały się w żołądku, co utrudniało jej wyodrębnienie. Dopiero w 1999 roku dwaj naukowcy H. Hosoda i M. Kojima wyizolowali z wyciągu soku żołądkowego szczura czystą grelinę. W tym samym roku przeprowadzili oni sekwencjonowanie tego białka, co pozwoliło na opisanie jego struktury. Odkrycie greliny było największym wydarzeniem w endokrynologii na przełomie stuleci. [1-3]

2. Budowa i właściwości greliny

Grelina zbudowana jest z 28 aminokwasów. Występuje w dwóch formach: aktywnej (zwaną także acetylowaną) i nieaktywnej (tzw. desacetylowaną). Aktywne cząsteczki stanowią około 20% całkowitej ilości greliny zawartej w osoczu. Krążą one we krwi w postaci kompleksów z lipoproteinami. Charakteryzują się występowaniem w pozycji 3. łańcucha peptydowego seryny acetylowanej przez kwas n-oktanowy przy udziale enzymu O-acetylotransferazy greliny (ang. ghrelin O-acyl transferase, GOAT). Acetylacja seryny pozwala na przekraczanie przez grelinę bariery krew-mózg. [1,3,18,21] Grupa acylowa jest również konieczna do interakcji greliny z lipoproteinami bogatymi w triglicerydy i lipoproteinami o niskiej gęstości. Natomiast fragmenty N- i C-końcowe greliny są potrzebne do jej wiązania się z lipoproteinami o wysokiej i bardzo wysokiej gęstości. [21]

Nieaktywne cząsteczki greliny nie ulegają strukturalnej modyfikacji. Stanowią blisko 80% całkowitej ilości greliny we krwi. Krążą jako wolne peptydy, nie tworząc kompleksów z lipoproteinami. Choć w warunkach fizjologicznych deacetylowana grelina nie wiąże się z GHS-R1a, prawdopodobnie działa poprzez niezidentyfikowany jeszcze receptor. Potwierdza to fakt, że pełni wiele funkcji biologicznych, jak modulacja spożycia pokarmu, proliferacja i apoptoza komórek, homeostaza glukozy czy kontrola temperatury ciała. W związku z tym konieczne są dalsze badania w celu zidentyfikowania potencjalnych receptorów deacetylowanej greliny. Ich identyfikacja może pomóc w lepszym zrozumieniu mechanizmów i miejsc działania tego peptydu. [1,3,18,21]

3. Synteza i metabolizm greliny

Gen ludzkiej greliny (GHRL) umiejscowiony jest na chromosomie 3 (3p25-26). Zbudowany jest z pięciu eksonów i czterech intronów. Ma dwa miejsca transkrypcyjne. [3,6,9] Grelina powstaje ze 117-aminokwasowego prekursora, preprogreliny. Proteoliza preprogreliny prowadzi do powstania 23-aminokwasowej cząsteczki sygnałowej (peptydu zwanego obestatyną) i prohormonu – 94-aminokwasowej progreliny. Następnie do prohormonu zostaje przyłączona grupa oktanowa. Łańcuch polipeptyldfowy ulega enzymatycznemu cięciu w obecności proteazy PC1/3. W efekcie powstaje 28-aminokwasowa N-końcowa cząsteczka biologicznie aktywnej greliny. Acetylację greliny zwiększa spożycie średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych. [17,21]

Synteza greliny zachodzi głównie pod wpływem głodu. [4] Aktywne cząsteczki zostają uwolnione do krwi, przekraczają barierę krew-mózg i łączą się z receptorami GHS-R w przysadce mózgowej. Prowadzi to do uwalniania GH z komórek somatotropowych. [1] Natomiast zjedzenie posiłku, szczególnie bogatego w tłuszcze i węglowodany, powoduje zahamowanie syntezy greliny. [12] Mechanizm przedposiłkowego wzrostu stężenia greliny jest pośredniczony przez noradrenalinę, a jego poposiłkowy spadek – przez wzrost ilości glukozy i obniżenie poziomu insuliny w surowicy krwi. [9,41]

Głównym miejscem syntezy greliny (60-70%) jest żołądek, gdzie produkowana jest ona przez komórki okładzinowe trzonu i dna tego narządu (zwłaszcza komórki X/A). [18] Grelina nie jest wydzielana do światła przewodu pokarmowego. Naczyniami włosowatymi jest transportowana do krwi, skąd trafia do tkanek docelowych. [17] W mniejszych ilościach hormon ten występuje również w jelicie cienkim i grubym, w trzustce, w wątrobie, w podwzgórzu, w nerkach, w korze nadnerczy, w łożysku, w jądrach, w jajnikach, w tarczycy, w płucach, w sercu i w kościach. Okres półtrwania greliny wynosi około 30 minut. Jej inaktywacja zachodzi pod wpływem działania proteaz osoczowych i esteraz tkankowych. Jej metabolity usuwane są wraz z moczem. [4,5,10]

Zdarza się, że konieczne jest określenie poziomu greliny w warunkach laboratoryjnych. Ze względu na jej szybką degradację konieczne jest pobieranie próbek krwi w warunkach gwarantujących nienaruszone zachowanie peptydu. Kilka badań oceniało wpływ warunków pobierania i przechowywania krwi na pomiar poziomów greliny. Wykazano, że aby zapewnić stabilność greliny, zaleca się pobieranie próbek krwi z EDTA-aprotyniną (lub innymi inhibitorami proteaz) w schłodzonych warunkach oraz zastosowanie zakwaszenia i rozcieńczenia próbki przed pomiarem. Aby prawidłowo ocenić poziom greliny, należy także wziąć pod uwagę stan odżywienia pacjenta, moment pobrania próbki krwi oraz skuteczność ekstrakcji peptydu. Ograniczeniem mogą być metody stosowane do oznaczania poziomu greliny. [21]

4. Stężenie greliny w organizmie człowieka

W surowicy dorosłego człowieka znajduje się od 100 do 260 pmol/ml greliny. [7] Poziom greliny wzrasta fizjologicznie wraz z wiekiem i wykazuje zmienność dobową. Jej największa sekrecja zachodzi podczas snu. [9]

W badaniach na zwierzętach wykazano, że podstawowe poziomy greliny są wyższe u samic niż u samców, a wrażliwość na ten hormon zmienia się w trakcie cyklu rujowego. Wrażliwość na grelinę jest prawdopodobnie zależna od poziomu krążących hormonów płciowych. W przypadku ludzi korelacja pomiędzy greliną a hormonami steroidowymi nie jest dobrze poznana. Nieliczne badania potwierdziły różnice płciowe w poziomie greliny w żołądku i w surowicy badanych osób, co wskazuje, że jej wydzielanie może być kontrolowane przez hormony płciowe. Konieczne są dalsze badania w celu określenia tej zależności. [9,23]

Niedobór greliny występuje u osób otyłych narażonych na długotrwałą ekspozycję na diety wysokotłuszczowe oraz w niektórych stanach patologicznych. Należą do nich nieleczona nadczynność tarczycy, niealkoholowe stłuszczenie wątroby, choroba reumatyczna, akromegalia czy zapalenie błony śluzowej żołądka wywołane przez Helicobacter pylori. Niskie stężenie greliny występuje także u mężczyzn z niedoczynnością gonad i u kobiet z zespołem policystycznych jajników. Natomiast wysoki poziom tego hormonu obserwuje się w osoczu krwi pacjentów z jadłowstrętem psychicznym i bulimią. Wraca on najczęściej do wartości prawidłowych po zwiększeniu masy ciała. Stężenie greliny wzrasta także w przebiegu celiakii. [9,14,15]

W 2005 roku przeprowadzono badania stężenia greliny w surowicy krwi u 1500 osób. Wykazano zależność poziomu tego hormonu od uwarunkowań społecznych i stylu życia. Stwierdzono, że niska ilość greliny występowała u osób uprawiających sport regularnie, trzy razy w tygodniu. Natomiast u osób narażonych na stres, pijących alkohol i nadużywających palenia tytoniu stężenie greliny w surowicy krwi przekraczało normę. [13]

5. Receptory greliny

Receptory greliny są peptydami sprzężonymi z białkami G. Zalicza się je także do podrodziny receptorów klasy A dla małych polipeptydów. [21] Geny kodujące GHS-R umiejscowione są na chromosomie 3 (3q26.2). Receptory greliny dzielą się na dwa typy: GHS-R1a i GHS-R1b. Pierwszy z nich zbudowany jest z 366 aminokwasów i składa się z siedmiu domen transbłonowych. Podlega procesowi splicingu, dzięki któremu ma możliwość wiązania greliny. Natomiast receptor GHS-R1b składa się z 289 aminokwasów. W procesie jego powstawania splicing kończy się na piątym regionie transbłonowym, w efekcie czego receptor ten nie ma możliwości wiązania greliny. [2,16]

W stężeniach fizjologicznych tylko acetylowana grelina wiąże się z GHS-R1a, podczas gdy w ilościach ponad fizjologicznych (>1000 pmol/ml) obie formy hormonu łączą się z receptorem. [21] Niektóre badania wskazują, że fuzja ligandu nie zawsze jest wymagana do aktywacji GHS-R. W takim przypadku receptory te wykazują 50% aktywności. Właściwość tę wykazano dla kilku różnych szlaków sygnałowych, w których uczestniczą receptory greliny. Ich pobudzenie zależy od możliwości aktywności konstytutywnej i domen w obrębie ogona C-końcowego receptora. [2]

Błona komórkowa działa jak katalizator wiązania greliny z jej receptorem. Reszta zasadowa polipeptydu jest elektrostatycznie przyciągana do błony, w którą wnika swoją grupą acetylową. Sprzyja to zmianie konformacji greliny, zwiększeniu jej lokalnego stężenia w pobliżu receptora, gdzie znajduje się jej kieszeń wiążąca, i optymalizacji struktury białka w celu poprawy jej dokowania do GHS-R1a. [22]

Receptory dla greliny zlokalizowano m.in. w OUN (w przysadce mózgowej, w podwzgórzu, w pniu mózgu) i w przewodzie pokarmowym (m.in. w trzustce, w wątrobie, w żołądku). Znajdują się także w tkance tłuszczowej, w nerkach, w jajnikach, w łożysku, w macicy, w mięśniu sercowym i w naczyniach krwionośnych. Ponadto występują w węzłach chłonnych i w komórkach układu odpornościowego, m.in. w limfocytach T. [11,19,20]

Aktywacja GHS-R1a prowadzi do późniejszej aktywacji fosfolipazy C, trifosforanu inozytolu i wewnątrzkomórkowych szlaków wapniowych. [21] Receptory zlokalizowane w OUN wpływają głównie na regulację rytmów biologicznych. Odpowiadają także za nastrój i funkcje poznawcze, takie jak pamięć i uczenie się. Natomiast receptory występujące w tkankach obwodowych pełnią szerokie funkcje biologiczne, wykraczające poza uwalnianie hormonu wzrostu, kontrolę przyjmowania pokarmu czy homeostazę glukozy. Ich aktywacja jest niezbędna do prawidłowego działania, układu rozrodczego, sercowo-naczyniowego czy odpornościowego. [9]

Cały czas trwają badania nad zidentyfikowaniem funkcji receptorów GHS-R1b. Zaobserwowano, że ich aktywacja może być czynnikiem rozwoju nowotworów płuc, poprzez transaktywację szlaków sygnałowych. Receptory GHS-R1b są zdolne do tworzenia heterodimerów z receptorem neurotensyny 1 (NTS1) i działają jako receptory neuromedyny U, wpływając w ten sposób na wzrost komórek raka płuc. Ponadto receptory te, choć nie są w stanie wiązać greliny, to działają jako ważny modulator sygnalizacji GHS-R1a indukowanej przez ten hormon. Izoforma GHS-R1b jest w stanie przenosić pobudzenie z GHS-R1a i zmniejszać jego konstytutywną aktywność. Dodatkowo ma ograniczające działanie na GHS-R1a, które stają się niezdolne do późniejszej aktywacji białka G i wiązania ligandu. Konieczne są dalsze badania w celu dokładniejszego poznania fizjologicznej roli GHS-R1b. [21]

6. Wybrane funkcje greliny

6.1. Wydzielanie hormonu wzrostu

Grelina wpływa na wydzielanie hormonu wzrostu i jest ligandem dla jego receptorów. Ponadto aktywuje transport GH do przedniego płata przysadki. Związanie greliny z GHS-R w obecności fosfolipazy C powoduje wytwarzanie po wewnętrznej stronie błony komórkowej inozytolotrifosforanu i diacyloglicerolu. Związki te nasilają przepływ jonów wapniowych wewnątrz komórki z siateczki śródplazmatycznej do cytoplazmy, aktywują kinazę białkową i w ten sposób zwiększają metabolizm komórki. W przenoszeniu sygnału pomiędzy receptorem a fosfolipazą C pośredniczą białka G. Podanie egzogennej greliny pobudza sekrecję hormonu wzrostu z przysadki. Wykazuje ona silniejsze działanie na GH niż somatoliberyna (GHRH). Natomiast obecność antagonistów hormonu wzrostu lub przeciwciał anty-GH zmniejsza jego uwalnianie. [52]

W 2004 roku R. Takeno wraz ze współpracownikami porównywali poziom GH w surowicy po podaniu egzogennej greliny w dwóch badanych grupach. Pierwszą z nich stanowiły osoby po wagotomii, czyli zabiegu polegającego na przecięciu włókien nerwu błędnego, odpowiedzialnych za kontrolę nerwową wydzielania soku żołądkowego. W drugiej grupie znaleźli się zdrowi ochotnicy. Naukowcy wykazali, że w obu grupach stężenie greliny wzrosło porównywalnie, a uwalnianie hormonu wzrostu odbywało się bez udziału włókien aferentnych nerwu błędnego. Ponadto istnieje dodatnia zależność pomiędzy dawką egzogennej greliny a ilością wyprodukowanego GH. [53]

6.2. Pobieranie pokarmu i zachowanie homeostazy energetycznej

Grelina bierze udział w krótkoterminowej regulacji przyjmowania pokarmu i długoterminowej regulacji masy ciała. Spośród wszystkich czynników oreksygenicznych jest jedynym peptydem działającym obwodowo. Stymuluje apetyt poprzez drogi centralne (podwzgórze) i obwodowe (żołądek) oraz za pośrednictwem nerwu błędnego. W podwzgórzu grelina aktywuje jądro łukowate (ARC), jądro przykomorowe (PVN), region grzbietowo-przyśrodkowy, jądro centralne ciała migdałowatego i jądro pasma samotnego (NTS). Neurony syntetyzujące grelinę wysyłają sygnał włóknami eferentnymi do neuronów ARC, wpływając na sekrecję neuropeptydu Y (NPY), białka agouti (AgRP), proopiomelanokortyny (POMC) i kortykoliberyny (CRH). W efekcie dochodzi do pobudzenia neuronów oksygenicznych i zmniejszenia aktywności neuronów anorektycznych. Skutkiem jest zwiększenie apetytu i ilości spożytego pokarmu. Grelina może bezpośrednio wpływać na neurony podwzgórza na skutek interakcji z podwzgórzową kinazą białkową aktywowaną monofosforanem adenozyny (AMPK). Enzym ten odgrywa kluczową rolę w pobudzaniu apetytu. Jest markerem stanu odżywienia komórek i reguluje dostępność energii modulując ilość ATP. Po jego wyczerpaniu poziom AMP wzrasta, co indukuje aktywację AMPK. Ten z koeli indukuje fosforylację acetylo-CoA karboksylazy (ACC), co prowadzi do zahamowania aktywności ACC i zmniejszenia poziomów malonylo-CoA, a ostatecznie skutkuje zwiększonym utlenianiem kwasów tłuszczowych. Nasilona beta-oksydacja kwasów tłuszczowych powoduje produkcję reaktywnych form tlenu (ROS), które stymulują białko rozprzęgające-2 (UCP2). Te z kolei promują wymiatanie ROS i stymulują transkrypcję NPY/AGRP Aktywacja podwzgórzowej kaskady sygnałowej AMPK powoduje wzrost apetytu i spożycia pokarmu. [9,21,23]

Grelina aktywuje również podwzgórzową sirtuinę 1 (SIRT1)/p53 i receptor rapamycyny ssaków (mTOR). Podwzgórzowa sirtuina jest aktywowana w odpowiedzi na ograniczenie podaży kalorii. Działa poprzez supresję białka p53. Oba czynniki znajdują się na neuronach NPY/AGRP i w obrębie ARC. Są one niezbędne do pobudzenia AMPK i działania oreksygenicznego greliny. Grelina wpływa także na sygnalizację ścieżki sygnałowej kannabinoidów. Odpowiednie działanie układu kannabinoidowego jest konieczne do prawidłowej aktywności AMPK i regulacji apetytu. [21]

Obwodowa grelina przekracza barierę krew-mózg i wiąże się z komórkami wykazującymi ekspresję GHSR w tych regionach pnia mózgu, które regulują odżywianie. Proces ten zachodzi w odpowiedzi na szybkie zmiany sygnałów metabolicznych, takich jak poziom glukozy czy kwasów tłuszczowych we krwi, oraz integracji sygnałów hormonalnych i nerwowych pochodzących z jelit za pośrednictwem wstępującej gałęzi nerwu błędnego. Receptory greliny znajdują się w zwojach nerwowych, które przekazują informacje sensoryczne z przewodu pokarmowego, a ich celem jest NTS. Jądro pasma samotnego odpowiada nie tylko za ekspresję GHSR, lecz także za aktywność receptorów dla estrogenu, leptyny i cholecystokininy (CCK). Komórki noradrenergiczne w NTS integrują informacje przekazywane gałęziami wstępującymi nerwu błędnego i projektują je do innych obszarów pnia mózgu. Podwzgórzowe projekcje korowo-limbiczne, w tym projekcje do ARC, są niezbędne dla zmniejszenia apetytu. Obwodowa grelina zmniejsza aferentne wyładowania nerwu błędnego w NTS, podczas gdy CCK zwiększa je. Wzrost poziomu obwodowej greliny prowadzi do aktywacji neuronów noradrenergicznych NTS, które wysyłają projekcję do ARC, a zakłócenie tej ścieżki zapobiega uczuciu głodu wywołanego przez grelinę. W ten sposób stymulacja nerwu błędnego stanowi integrację sygnałów oreksygenicznych i anoreksogenicznych. [23]

Grelina oddziałuje także na inne obszary mózgu, modulując preferencje żywieniowe i motywację do jedzenia. Ekspresja GHSR pośredniczy m.in. w regulacji układu nagrody. System ten obejmuje neurony dopaminergiczne pochodzące z obszaru brzusznego nakrywki (VTA), które przesyłają sygnał do jądra półleżącego, ciała migdałowatego, hipokampa i kory przedczołowej. Jednocześnie neurony dopaminergiczne VTA nasilają ekspresję GHSR. Przewlekłe wysokie poziomy greliny endogennej i podawanie dużych ilości egzogennego hormonu powodują otyłość. Oprócz stymulowania spożycia pokarmu, grelina zmniejsza wydatek energetyczny, co w konsekwencji ogranicza wykorzystanie i utlenianie tłuszczu. W badaniach czynnościowego rezonansu magnetycznego u ludzi dożylne podanie greliny w połączeniu z prezentacją obrazów przedstawiających smakowite jedzenie zwiększało aktywność neuronalną w obrębie VTA oraz apetyt. Z kolei w badaniach na zwierzętach zarówno centralne, jak i obwodowe podanie greliny szczurom powodowało zwiększenie motywacji do jedzenia, stymulację przyjmowania pokarmu i zmniejszenie wydatku energetycznego. [21,23] Jednocześnie hormon ten nasila różnicowanie preadipocytów i adipogenezę, hamuje apoptozę adipocytów oraz uczestniczy w lipolizie. Długotrwały nadmiar greliny zmienia także preferencje żywieniowe w kierunku diet wysokotłuszczowych. [21]

Wiele badań wykazało, że u osób otyłych występuje niewystarczające poposiłkowe hamowanie aktywności greliny, co prowadzi do ciągłego uczucia głodu i trudności w utracie masy ciała. Czynnik ten jest szczególnie istotny w odniesieniu do diet, które powodują wzrost poziomu greliny. Wysoki poziom greliny występuje również u pacjentów z wyniszczeniem i jadłowstrętem psychicznym, co uważa się za mechanizm kompensacyjny w odpowiedzi na utratę wagi, działający poprzez zwiększenie spożycia pokarmu i magazynowanie tłuszczu. W jadłowstręcie psychicznym wzrasta stężenie greliny przy jednoczesnym spadku apetytu. Prawdopodobnym wyjaśnieniem tego procesu u osób z zaburzeniami odżywiania jest oporność na działanie tego hormonu. [78]

6.3. Wpływ na homeostazę glukozy

Grelina odgrywa ważną rolę w regulacji funkcji komórek beta trzustki i homeostazę glukozy. Stężenie greliny w osoczu zależy w dużej mierze od poziomu glukozy, a także od stężenia insuliny we krwi. Wysoka ilość glukozy hamuje wydzielanie greliny. Ta z kolei zmniejsza wpływ insuliny na syntezę glikogenu i glukoneogenezę. Natomiast nadmiar greliny zmniejsza wrażliwość komórek na insulinę, wpływa na uwalnianie adiponektyny z adipocytów oraz stymuluje wydzielanie kortyzolu, adrenaliny i glukagonu. W badaniach na zwierzętach wykazano, że farmakologiczne zahamowanie GOAT i zmniejszenie poziomu greliny u myszy poprawiało tolerancję glukozy i wrażliwość na insulinę. Wiadomo też, że grelina uczestniczy w obwodowej utylizacji glukozy, hamując jej transport do komórek. Konieczne są jednak dalsze badania, aby wyjaśnić dokładne mechanizmy jej działania. [9,52]

6.4. Wpływ na płodność kobiet

Receptory GHS-R1a wykazują ekspresję w komórkach pęcherzyka jajnikowego, ciałka żółtego i w łożysku. Hormon ten wywiera bezpośredni wpływ na regulację funkcji komórek poprzez kontrolę procesu steroidogenezy. Ponadto mitogenne i antyapoptotyczne działanie greliny w komórkach pęcherzyka jajnikowego jest wynikiem aktywacji kinazy fosfatydyloinozytolu (IP3) i kinaz ERK 1 i 2. Stężenie greliny zależy od fazy cyklu menstruacyjnego i jest najwyższe w fazie lutealnej. [48,49] U zdrowych kobiet występuje ujemna korelacja pomiędzy stężeniem greliny i androgenów w surowicy krwi. [51]

Zarówno nadwaga, jak i niedowaga u kobiety wiążą się ze zmianami hormonalnymi i metabolicznymi dotyczącymi m.in. syntezy i wydzielania związków steroidowych. Zaburzenia metaboliczne mają zasadniczy wpływ na płodność. Otyłość u matki przed i w trakcie ciąży odgrywa negatywną rolę nie tylko na etapie zapłodnienia i utrzymania ciąży, ale także wpływa na zdrowie rozwijającego się dziecka. [51]

Wiele badań wykazało, że poziom greliny jest większy u kobiet zmagających się z przewagą estrogenową niż u osób zdrowych. Estrogen zwiększa bowiem poziom greliny u kobiet w wieku rozrodczym. Ponadto wykazano immunoreaktywność receptora greliny i estrogenu w tych samych komórkach, co sugeruje, że estrogen może mieć bezpośredni wpływ na ekspresję greliny. [50] Nadmiar estrogenu dotyczy głównie kobiet otyłych, u których występuje obniżone stężenie krążącego białka wiążącego hormony płciowe (SHBG). W rezultacie zwiększa się ilość greliny w organizmie. Jednocześnie hamuje ona sekrecję hormonu luteinizującego (LH) i zwiększa syntezę prolaktyny. Upośledza to płodność, utrudnia implantację zarodka i jego rozwój. [51]

6.5. Wpływ na układ nerwowy

Receptory greliny są obecne zarówno w obwodowym, jak i w ośrodkowym układzie nerwowym. Ich duża ilość znajduje się m.in. na zakończeniach aferentnych nerwu błędnego. Aktywność hormonu obserwuje się głównie w neuronach jądra pasma samotnego. Choć produkcja greliny w ośrodkowym układzie nerwowym jest niewielka, to obwodowo syntetyzowana grelina, pod wpływem przekształceń strukturalnych i modyfikacji potranslacyjnych, ma zdolność do przekraczania bariery krew-mózg, gdzie gromadzi się w tkance mózgowej. Grelina produkowana w żołądku stymuluje aferentne gałęzie nerwu błędnego, który wysyła projekcje do jądra pasma samotnego. Wpływa w ten sposób na jego aktywność neuronalną i reguluje zachowania żywieniowe. [8] Dodatkowo grelina stymuluje oś podwzgórze-przysadka-nadnercza (HPA). Nasila ekspresję genów wazopresyny, hormonu adrenokortykotropowego (ACTH) i kortyzolu, w efekcie czego zwiększa ich syntezę. [77]

6.6. Wpływ na odczuwanie stresu

Stres aktywuje układ współczulny i oś HPA. Badania na zwierzętach wykazały, że poziom greliny wzrasta w stresujących warunkach. W badaniu przeprowadzonym przez H. J. Huang i wsp. myszy narażone były na nieprzewidywalny łagodny stres (CUMS) przez 8 tygodni. Miały one wyższe poziomy acetylowanej greliny we krwi obwodowej i znacznie wyższe poziomy mRNA preprogreliny w soku żołądkowym w porównaniu do osobników z grupy kontrolnej, które nie doświadczały stresu. Tę samą tendencję zaobserwowano podczas oceny histologicznej ich hipokampów – ekspresja GHSR i ilość mRNA preprogreliny były znacznie podwyższona. [89] Inne badanie wykazało, że sama grelina może indukować uwalnianie kortykosteronu. Dootrzewnowe wstrzyknięcie hormonu myszom płci męskiej w dawce 3 mg/kg masy ciała wywołało większe uwalnianie kortykosteronu niż u gryzoni z grupy kontrolnej otrzymujących placebo. Jednocześnie nie zaobserwowano takiej samej tendencji u myszy płci żeńskiej. [90]

Inne badania wykazały, że sygnalizacja greliny chroni jednostki przed nadmiernymi reakcjami stresowymi. Myszy, które nie wydzielały greliny lub miały nieaktywny GHSR, nie potrafiły przystosować się do stresujących sytuacji i wykazywały zachowania depresyjne. W 2018 roku P. Mahbod i wsp. badali wpływ acetylowanej i nieacetylowanej greliny na regulację zachowań związanych z lękiem u myszy. Nieacetylowana forma greliny hamowała reakcje związane z lękiem w ośrodkowym układzie nerwowym. Wynik tego badania podkreśla ochronną i adaptacyjną rolę greliny w stresujących warunkach. Ponadto myszy z niefunkcjonalnym GHSR wydzielały więcej kortykosteronu w czasie 30 i 60 minut po doświadczeniu bodźców stresogennych. Sugeruje to, że sygnalizacja grelina/GHSR może ograniczać nadmierną aktywację HPA. [91]

Zebrane dowody wskazują, że grelina może łączyć układ współczulny i oś HPA podczas reakcji na stres. Wydzielanie greliny jest pośredniczone przez sygnalizację beta1AR, a funkcjonalny GHSR jest potrzebny do zapobiegania nieograniczonemu uwalnianiu kortykosteronu. Dlatego grelina może pośredniczyć w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego reakcji na stres. Hipotezę tę dodatkowo potwierdza fakt, że leczenie beta blokerami hamowało wydzielanie greliny, co spowodowało wzrost zachowań lękowych u myszy. [84]

6.7. Działanie przeciwbólowe

Grelina pełni funkcję cząsteczki sygnalizacyjnej zarówno w obwodowym, jak i w ośrodkowym układzie nerwowym. Hormon ten i jego receptory występują w obszarach mózgu odpowiedzialnych za odczuwanie bólu. Należą do nich podwzgórze, śródmózgowie czy rdzeń kręgowy. Długotrwałe leczenie greliną łagodzi m.in. przewlekły ból neuropatyczny. [71]

Pierwsze hipotezy mówiące, że grelina może mieć działanie przeciwbólowe, pojawiły się w 2006 roku. Zespół pod kierownictwem V. Sibilla przeprowadził badania, w których wykazał, że grelina oddziałuje z uwalniającymi opioidy neuronami ośrodkowego układu nerwowego. Dodatkowo zaobserwowano, że obwodowe podanie greliny zwiększa syntezę i uwalnianie białka agouti, co z kolei nasila sekrecję beta-endorfin z neuronów POMC. Podaż greliny powodowała również wzrost aktywności syntazy tlenku azotu. Jest to enzym biorący udział w produkcji tlenku azotu. Ten z kolei nasila działanie przeciwbólowe endogennych peptydów opioidowych. Ponadto wykazano, że grelina znacząco zwiększa hamującą (GABA-ergiczną/glicynergiczną) neurotransmisję w subpopulacji neuronów głębokiego rogu grzbietowego u myszy. Efekt ten wynikał z interakcji greliny z GHS-R1a. [69]

Grelina aktywuje neurony wydzielające proopiomelanokortynę, które odgrywają ważną rolę w analgezji, czyli znieczuleniu na ból. Najważniejszym składnikiem endogennego układu przeciwbólowego jest beta-endorfina. Jej przeciwbólowe działanie jest pośredniczone przez receptory opioidowe. Odgrywają one ważną rolę w regulacji transmisji bólu. Ich aktywność jest modulowana przez szlak sygnałowy tlenku azotu, poprzez który grelina nasila działanie przeciwbólowe endogennych opioidów. [71]

Receptory opioidowe są sprzężone z białkami G, a ich aktywacja powoduje zahamowanie wewnątrzkomórkowego cAMP i napływ jonów wapnia do komórki. Powoduje to ograniczenie odczuwania bólu. Połączenie greliny z receptorem GHS-R1a aktywuje fosfolipazę C oraz pobudza produkcję trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu. Prowadzi to do wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia wapnia. Antynocycepcja greliny jest indukowana pośrednio przez GHS-R1a i bezpośrednio przez receptor opioidowy. Bliską interakcję między opioidami i greliną potwierdzają badania wykazujące, że grelina stymuluje uwalnianie endogennych opioidów. [71]

W powstawaniu bólu i hiperalgezji, czyli nadmiernej wrażliwości na ból, biorą udział cytokiny i inne mediatory związane z zapaleniem. Duże dawki greliny powodują znaczące zmniejszenie intensywności bólu zarówno we wczesnej, jak i w późnej fazie zapalenia. Wydaje się, że grelina wywiera swoje działanie przeciwbólowe częściowo poprzez zwiększanie poziomu cytokin przeciwzapalnych w surowicy. Procesowi temu towarzyszy bowiem wzrost ilości cytokin, takich jak IL-10 i transformujący czynnik wzrostu beta (TGF-beta). [70]

6.8. Wpływ na metabolizm kostny

Grelina jest jednym z czynników uczestniczących w metabolizmie kości. Oddziałuje na chondrocyty stymulując wytwarzanie cAMP. W efekcie zwiększa syntezę proteoglikanów i kwasu hialuronowego. [17] W 2005 roku J. E. Caminos wraz z zespołem przeprowadził badania, w których wykazał, że grelina pobudza wytwarzanie cAMP, a także zwiększa ekspresję genu siarczanu chondroityny typu IV. [33] Ponadto grelina hamuje absorpcję kwasów tłuszczowych w chondrocytach. Kwasy tłuszczowe są prekursorem eikozanoidów uczestniczących w patogenezie wielu chorób zapalnych. Pośrednie działanie greliny na metabolizm kości jest zaś związane z uwalnianiem hormonu wzrostu i hamowaniem ekspresji cytokin prozapalnych, takich jak interleukiny 1b, 6 i 8 (IL-1b, IL-6, IL-8) czy czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-alfa). Grelina jako inhibitor syntezy prostaglandyn i/lub leukotrienów może być wykorzystana w leczeniu przewlekłych chorób układu kostno-stawowego, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów (RZS) czy artretyzm. [34]

Grelina wspomaga tworzenie kości i zwiększa masę kostną. Nasila bowiem proliferację i różnicowanie osteoblastów oraz podnosi gęstość mineralną kości (BMD). Działa poprzez aktywację fosforylacji AMPK i pobudzanie ekspresji receptorów, zarówno GHS-R1a, jak i GHS-R1b. Ponadto grelina reguluje osteoklastogenezę i metabolizm kości, wchodząc w interakcję z leptyną. Jej działanie polega na miejscowym blokowaniu aktywności progenitorów osteoklastów oraz na ogólnoustrojowym pobudzaniu osteoklastogenezy Ogólnoustrojowa aktywność greliny jest tłumiona przez leptynę i zmniejsza się wraz z wiekiem, co ujawnia jej bezpośredni ochronny wpływ na tworzenie kości. Sugeruje to, że pacjenci w podeszłym wieku cierpiący na osteoporozę mogą odnieść korzyści z terapii greliną. Eksperyment przeprowadzony w 2013 roku na szczurach wykazał, że przewlekłe centralne podawanie greliny zwiększa masę kostną niezależnie od spożycia pokarmu lub przyrostu masy ciała. Natomiast u zdrowych starszych kobiet badanych przy użyciu ilościowej tomografii komputerowej zaobserwowano dodatnią korelację między stężeniem greliny w surowicy a gęstością mineralną kości. Wpływ greliny na metabolizm kości jest więc zależny od wieku, a egzogenne podawanie hormonu może przynieść korzyści. [95]

6.9. Działanie przeciwzapalne

Stan zapalny to fizjologiczna odpowiedź organizmu na patogeny bądź uszkodzenie tkanek. Mechanizm ten chroni organizm przed rozwojem infekcji, ułatwia gojenie się ran i przywraca homeostazę. Przewlekły stan zapalny może prowadzić do dysfunkcji układu odpornościowego. [72] Receptory greliny umiejscowione są m.in. na powierzchni limfocytów T i monocytów. W ten sposób hormon ten hamuje ekspresję cytokin prozapalnych. Z kolei leptyna powoduje wzrost ekspresji GHS-R na powierzchni komórek T. Dane te sugerują istnienie wzajemnej sieci regulacyjnej, za pomocą której grelina i leptyna kontrolują aktywację komórek odpornościowych i poziom stanu zapalnego. Ponadto w badaniach na myszach grelina wywierała silne działanie przeciwzapalne i osłabiała anoreksję wywołaną endotoksyną w mysim modelu endotoksemii. Potwierdza to fakt, że hormon ten łączy oś metaboliczną z układem odpornościowym i wspiera leczenie wyniszczenia związanego z chorobą. [94]

Grelina uważana jest za nowy, potencjalnie skuteczny cel terapeutyczny w przypadku chorób o podłożu zapalnym. Łagodzi bowiem nadmierny stan zapalny i zmniejsza uszkodzenia narządów. Działa głównie poprzez zmniejszenie wydzielania cytokin zapalnych, w tym interleukin (IL–6, IL-1b) ii czynnika martwicy nowotworu-alfa. Hamuje także szlaki sygnałowe czynnika jądrowego kappa-B (NF-κB) i inflamasomu NLRP3. Grelina reguluje również poziom stanu zapalnego i apoptozę komórek poprzez szlak sygnałowy p38 MAPK/c-Jun N-końcowej kinazy (JNK). Przywraca prawidłowe funkcjonowanie mikronaczyń i osłabia przeciek naczyniowy w mózgu Ponadto aktywuje szlak fosfoinozytydu-3 kinazy (PI3K)/kinazy białkowej B (Akt) i hamuje reakcje zapalne w chorobach układu krążenia i w ostrym uszkodzeniu nerek. Jednocześnie nadmiar greliny i zaburzenia jej działania mogą być powodem zaostrzenia stanu zapalnego, m.in. w przebiegu takich schorzeń jak choroby zapalne jelit i nerek czy niealkoholowe stłuszczenie wątroby. [72]

W 2018 roku K. Han i wsp. przeprowadzili badanie na szczurach chorujących na padaczkę. Okazało się, że grelina łagodzi zapalenie kory mózgowej wywołane pilokarpiną poprzez obniżanie poziomu NF-κB i TNF-alfa. [73] W innych badaniach wykazano, że podanie greliny zapobiega ostremu zapaleniu trzustki wywołanemu ceruleiną u szczurów poprzez łagodzenie przepływu krwi przez ten narząd. [74,75] Leczenie egzogenną greliną znacząco hamuje stres siateczki śródplazmatycznej i wywołaną stanem zapalnym dysfunkcję jąder komórkowych poprzez regulację szlaku sygnałowego receptora typu Toll 4 (TLR4)/NF-κB u myszy. Egzogenna grelina łagodzi także stan zapalny białej tkanki tłuszczowej, spadek masy ciała i wyniszczenie w mysich modelach raka płuc. Grelina wywiera również działanie terapeutyczne w osteolizie stawów poprzez hamowanie wydzielania cytokin zapalnych, łagodzenie apoptozy, powstrzymywanie resorpcji kości i promowanie osteogenezy. [72]

W przypadku ludzi przeprowadzono wiele badań klinicznych dotyczących greliny w leczeniu chorób o podłożu zapalnym. W 2015 roku przeprowadzono prospektywne, randomizowane badanie w celu oceny skuteczności podawania greliny w skracaniu czasu trwania zespołu ogólnoustrojowej reakcji zapalnej (SIRS) po leczeniu operacyjnym raka przełyku. Czterdziestu pacjentów poddanych esofagektomii zostało losowo przydzielonych dwóch grup. Pierwsza z nich otrzymywała ciągły wlew greliny (0,5 g/kg/h). Druga grupa przyjmowała placebo, którym był czysty roztwór soli fizjologicznej. Ocenie podlegał czas trwania SIRS. Badano także częstość występowania powikłań pooperacyjnych, czas ujemnego bilansu azotowego, zmiany masy i składu ciała oraz poziomy markerów zapalnych, w tym białka C-reaktywnego (CRP) i interleukiny-6. Po 5 dniach okazało się, że osoby przyjmujące grelinę miały krótszy czas trwania SIRS, obniżone ryzyko występowania powikłań płucnych i niższe poziomy CRP i IL-6 niż grupa placebo. Podawanie greliny w okresie pooperacyjnym okazało się skuteczne w hamowaniu mediatorów zapalnych i poprawie pooperacyjnego przebiegu klinicznego u pacjentów z rakiem przełyku. [76]

6.10. Wpływ na układ sercowo-naczyniowy

Grelina reguluje funkcjonowanie układu sercowo-naczyniowego. Zarówno w naczyniach obwodowych, w komórkach mięśni gładkich naczyń i w kardiomiocytach znajdują się duże ilości mRNA greliny i jej receptory. Obecność receptorów greliny zaobserwowano także w przedzwojowych włóknach nerwowych współczulnych zwężających naczynia krwionośne. Hormon ten pełni funkcję ligandu, hamując działanie przedzwojowych włókien nerwowych współczulnych zwężających naczynia krwionośne, obniżając w ten sposób ciśnienie krwi. Grelina zmniejsza obwodowy opór naczyniowy, co powoduje natychmiastowy spadek ciśnienia krwi i prowadzi do kompensacyjnego wzrostu aktywności nerwu współczulnego mięśni (MSNA). Ma pozytywny wpływ na poprawę przewlekłej niewydolności serca, uczestniczy w regeneracji mięśnia sercowego po zawale i w przebiegu włóknienia, a także reguluje rytm serca i wzmacnia siłę skurczu mięśnia sercowego. [82]

W badaniach na zwierzętach wykazano, że podanie greliny zwiększyło przepływ krwi w naczyniach wieńcowych, co przyczyniło się do poprawy funkcjonowania lewej komory. Zarówno acetylowane, jak i nieacetylowane formy hormonu poprawiają pracę serca poprzez promowanie przeżycia komórek, hamowanie reakcji zapalnych i ograniczanie apoptozy kardiomiocytów spowodowaną wzrostem reaktywnych form tlenu. Przejście nabłonkowo-mezenchymalne (EMT), w którym kardiomiocyty przekształcają się w fibroblasty serca, ma związek z powikłaniami po niedokrwieniu mięśnia sercowego. Grelina hamuje aktywność fibroblastów i szlak fibrogenetyczny, a także zwiększa ekspresję markerów komórek nabłonkowych. Przeciwdziała również nadmiernej ekspresji białek TLR4, NLRP3 i kaspazy-1 wywołanej przez uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne serca. Wyniki te wskazują, że grelina może zmniejszyć stres oksydacyjny i odpowiedź zapalną w uszkodzeniu mięśnia sercowego. Jednym z mechanizmów jej działania jest regulacja szlaku sygnałowego TLR4/NLR3. [82]

Uwolniony pod wpływem greliny hormon wzrostu działa bezpośrednio na funkcjonowanie mięśnia sercowego, m.in. poprzez zwiększenie stężenia IGF-1. W efekcie dochodzi do wzrostu frakcji wyrzutowej serca. Ponadto odpowiedni poziom greliny hamuje apoptozę kardiomiocytów i komórek śródbłonka dzięki aktywacji zewnątrzkomórkowego sygnału regulowanego przez kinazę ERK1/2 i PI3K-AKT oraz spadek ciśnienia tętniczego krwi. Jednocześnie nie wpływa na wzrost tętna. Grelina powoduje wzrost stężenia tlenku azotu w komórkach śródbłonka, przez co m.in. reguluje napięcie naczyń krwionośnych i ciśnienie tętnicze krwi. Hamuje także agregację płytek krwi i leukocytów w świetle naczyń. Niedobór greliny powoduje m.in. nadciśnienie tętnicze, spadek poziomu tlenku azotu i zaburzenia rytmu serca. [17]

Niedobór greliny powoduje włóknienie przedsionków. Jest to spowodowane przebudową strukturalną mięśnia sercowego, co skutkuje repolaryzacją i zakłóceniem pobudzenia przedsionków. Z czasem dochodzi do zmian funkcjonowania szlaków sygnałowych i kanałów jonowych, co z kolei może zwiększyć prawdopodobieństwo depolaryzacji i sprzyjać wystąpieniu migotania przedsionków. Jest ono powszechnym rodzajem arytmii serca, w którym częstość uderzeń jest większa od normalnej. Występuje głównie u osób starszych i znacznie zwiększa ryzyko śmiertelności. W rozwoju choroby uczestniczą cytokiny prozapalne, m.in. IL-6 i TNF-alfa. Grelina hamuje stan zapalny i pełni funkcje ochronne. W badaniach z udziałem ludzi wykazało, że stężenie greliny w surowicy u pacjentów z migotaniem przedsionków było zmniejszone w porównaniu do zdrowych osób. Poziom hormonu wzrastał natomiast po wprowadzeniu odpowiedniego leczenia. Ponadto stwierdzono pozytywny związek między frakcją wyrzutową lewej komory a poziomem greliny w surowicy u pacjentów cierpiących na migotanie przedsionków. [80]

Grelina jest ważnym regulatorem chorób naczyń krwionośnych i serca. Łagodzi uszkodzenia mięśnia sercowego wywołane otyłością poprzez regulację epigenetycznej supresji genów. W badaniach na myszach wykazano, że hormon ten osłabia uszkodzenie kardiomiocytów spowodowane niedotlenieniem poprzez regulację szlaku sygnałowego HOTAIR/miR-196b/IGF-1. Badanie to może dostarczyć nowych pomysłów na leczenie i zapobieganie uszkodzeniom kardiomiocytów wywołanym otyłością. [81]

7. Rola greliny w patofizjologii wybranych schorzeń

7.1. Otyłość

Otyłość jest wynikiem działania wielu genów, których ekspresja jest modulowana przez czynniki środowiskowe i ich wzajemne oddziaływanie na siebie. Mutacje genu greliny zaburzają funkcje peptydów biorących udział w szlaku przekaźnikowym leptyno-melanokortynowym na poziomie podwzgórza i predysponują do otyłości. W badaniach przeprowadzonych wśród monozygotycznych bliźniąt wykazano, że stężenie greliny jest u nich bardzo zbliżone, zarówno w warunkach fizjologicznych, jak i po zastosowaniu diety wysokokalorycznej. Oznacza to, że jednym z czynników odpowiedzialnych za zaburzone wydzielanie greliny mogą być nieprawidłowości genetyczne, takie jak obecność mutacji w obrębie genu preprogreliny lub jej receptora. [20]

W 2001 roku O. Ukkola wraz z zespołem zidentyfikowali trzy warianty sekwencji genu preprogreliny w grupie 96 kobiet z dużą otyłością (BMI >42) i 96 kobiet z prawidłową masą ciała. W grupie otyłych osób w obrębie drugiego egzonu zaobserwowano dwie mutacje: Arg51Gln i Leu72Met. Powodują one zmianę sekwencji aminokwasowej cząsteczki preprogreliny. Mutacja Arg51Gln jest następstwem zastąpienia pojedynczej zasady, znajdującej się w ostatnim kodonie dojrzałej greliny. Prowadzi to do zamiany argininy (Arg) na glutaminę (Gln) i powoduje zakłócenie prawidłowego działania endoprotezy. W efekcie dochodzi do produkcji nieprawidłowej lub nieaktywnej cząsteczki greliny. Natomiast mutacja Leu72Met znajduje się poza regionem kodowania cząsteczki greliny. Jej obecność wpływa na rozwój otyłości, a także cukrzycy u młodych osób w związku ze zmniejszonym wydzielaniem insuliny. [24] Potwierdziły to badania M. Korbonits i wsp. w 2002 roku. [28]

Odmienne wyniki uzyskał rok później zespół pod opieką A. Hinney. Podczas badań stwierdzono brak zależności pomiędzy obecnością polimorfizmów Arg51Gln i Leu72Met a występowaniem otyłości. Osoby biorące udział w eksperymencie podzielono na trzy grupy. Do pierwszej z nich zakwalifikowano pacjentów z otyłością dużego stopnia. W drugiej grupie znalazły się osoby z niską masą ciała bądź z lekką niedowagą. Natomiast trzecią grupę stanowiły osoby z prawidłową masą ciała. Nie wykazano różnicy w zakresie częstości mutacji Arg51Gln i Leu72Met u osób z otyłością i prawidłowym stanem odżywienia. Dodatkowo zidentyfikowano mutację typu missens prowadzącą do zamiany Gln na leucynę (Leu) w pozycji 90. Jednakże częstość tej mutacji okazała się porównywalna we wszystkich grupach badanych. U jednej osoby z prawidłową masą ciała zidentyfikowano również mutację prowadzącą do niedoboru greliny. Nie zaobserwowano jednak żadnych zaburzeń łaknienia ani zaburzeń w utrzymaniu masy ciała, co sugeruje, że nie ma ona dużego znaczenia. [25]

W 2004 roku ukazała się praca H. J. Wang i wsp., w której zawarto wyniki badań na temat związku obecności polimorfizmów w obrębie kodującego regionu genu GHSR z regulacją masy ciała u ludzi. Grupę badaną stanowiły osoby otyłe, z nadwagą oraz z prawidłową masą ciała. We wszystkich grupach, w obrębie pierwszego i drugiego egzonu genu GHSR, wykazano obecność siedmiu różnych polimorfizmów pojedynczych nukleotydów. Nie zaobserwowano jednak istotnej statystycznie różnicy w zakresie częstości polimorfizmów między osobami z otyłością i nadwagą a osobami z prawidłową masą ciała. [26]

Do 2021 roku przeprowadzono ponad 30 badań nad związkiem greliny i otyłości. Wzięło w nich udział łącznie 1863 osób. Metaanaliza przeprowadzona w 2022 roku przez Y. Wang i wsp. potwierdziła rolę greliny w homeostazie energetycznej organizmu. Konieczne są jednak dalsze badania, aby w pełni wyjaśnić mechanizm działania tego hormonu. Pozwoli to na opracowanie bardziej skutecznych metod terapii otyłości. [79]

7.2. Zespół metaboliczny

Niskie poziomy greliny są powiązane z ciężkim przebiegiem zespołu metabolicznego. [80] Zespół metaboliczny to współistnienie otyłości z podwyższonymi wartościami ciśnienia tętniczego, nieprawidłowym poziomem glukozy i aterogenną dyslipidemią, czyli podwyższonym stężeniem cholesterolu nie-HDL. [27] Jedną z przyczyn powstawania zespołu metabolicznego jest niedobór hormonu wzrostu, spowodowany zaburzeniami produkcji greliny. Pociąga to za sobą zwiększenie stężenia wolnych kwasów tłuszczowych i IGF-1, a także powstawanie hiperkortyzolemii, hiperinsulinemii i hiperleptynemii. Wiąże się to ze wzrostem ryzyka przedwczesnego zgonu z powodu powikłań. [32] Wynikające z niedoboru GH upośledzone hamowanie aktywności 11-beta-hydroksylazy kortykosteroidowej 1 i zwiększone stężenie kortyzolu w tkankach może nasilać wzrost i różnicowanie adipocytów w tkance tłuszczowej oraz w wątrobie. Wraz ze zmniejszoną aktywnością lipolityczną prowadzi to do otyłości typu trzewnego i predysponuje do rozwoju insulinooporności. Zwiększone stężenie kortyzolu nasila bowiem glukoneogenezę i zaburza metabolizm glukozy. [20]

W 2003 roku S. Pöykkö i wsp. przeprowadzili badania nad polimorfizmem Arg51Gln. Okazało się, że może on odgrywać istotną rolę w rozwoju cukrzycy typu 2. i nadciśnienia tętniczego. Wykazano, że wśród chorych na cukrzycę częstość allelu 51Gln jest 3-krotnie większa w porównaniu z osobami zdrowymi, mimo że obecność samej mutacji Arg51Gln nie warunkuje zaburzeń homeostazy glukozy i insuliny. Dodatkowo osoby będące nosicielami allelu 51Gln miały upośledzoną tolerancję węglowodanów. Charakteryzowali się oni większą wartością wskaźnika BMI, mniejszym stężeniem insulinopodobnego czynnika wzrostu (IGF-1) i wyższym poziomem hemoglobiny glikowanej. [29]

Badania nad związkiem greliny z zespołem metabolicznym przeprowadził także zespół pod kierownictwem T. Shiiya. Wykazali oni, że u osób otyłych chorych na cukrzycę typu 2. stężenia greliny były znacznie mniejsze niż w grupie osób z prawidłową masą ciała. U osób otyłych, będących nosicielami allelu 51Gln, u których stężenia greliny były obniżone, znacznie częściej dochodziło do rozwoju cukrzycy typu 2. [30] Jednocześnie wykazano, że częstość nadciśnienia tętniczego u nosicieli allelu 51Gln jest większa niż u osób zdrowych. Potwierdza to fakt, że dożylne podanie greliny prowadzi do znaczącego obniżenia obwodowego oporu naczyniowego oraz obniżenia średniego ciśnienia tętniczego. Obecność mutacji Arg51Gln odpowiedzialnej za niskie stężenie krążącej greliny jest jedną z przyczyn zaburzeń hemodynamicznych i odgrywa istotną rolę w rozwoju nadciśnienia tętniczego. [31]

7.3. Nowotwory

Grelina i jej receptory występują w wielu tkankach zmienionych nowotworowo, co wskazuje na ich rolę w rozwoju i progresji guza. Wśród nowotworów ośrodkowego układu nerwowego grelina wpływa głównie na rozwój pierwotnych chłoniaków OUN (PCNSL), nieczynnych gruczolaków, gruczolaków produkujących hormon wzrostu i gonadotropinę oraz prolaktynomy. Schorzenia te charakteryzują się szybką progresją i złym rokowaniem. [92,95]

W 2020 roku zespół pod opieką H. Muta przeprowadził badanie immunohistochemiczne na grupie kilkudziesięciu pacjentów w celu określenia ekspresji greliny i GHS-R i wpływ greliny na komórki chłoniaka. Ponadto naukowcy zbadali ekspresję CD105, markera angiogenezy guza, aby zbadać jego związek z osią grelina/GHS-R. Do określenia związku ekspresji greliny/GHS-R z całkowitym wskaźnikiem przeżycia zastosowano metodę Kaplana-Meiera i model regresji proporcjonalnego ryzyka Coxa. Badanie immunohistochemiczne wykazało umiarkowane i/lub silne immunobarwienie komórek dla greliny i GHS-R u ponad 90% pacjentów. Poziom ekspresji greliny i GHS-R zależał od szybkości barwienia komórek zmienionych nowotworowo. Wskaźnik przeżycia był istotnie niższy u pacjentów z wysoką ekspresją GHS-R. Ponadto aktywność GHS-R była istotnym niezależnym czynnikiem prognostycznym. Ekspresja CD105 na naczyniach guza była dodatnia u 89,2% pacjentów. Występowała dodatnia korelacja między umiarkowanie silnym wskaźnikiem barwienia greliny a liczbą naczyń CD105-pozytywnych. Oś grelina/GHS-R odgrywa potencjalną rolę w promowaniu wzrostu i progresji guza poprzez neoangiogenezę. [92]

Stężenie greliny zmienia się take w przebiegu wielu chorób przewodu pokarmowego. Ekspresję greliny i GHS-R wykryto m.in. w rakowiaku żołądka i w raku jelita grubego. W przypadku raka żołądka stężenie greliny zmienia się w zależności od stopnia zaawansowania choroby nowotworowej. Natomiast w neuroendokrynnych nowotworach jelit stwierdzono ekspresję greliny i niską ekspresję jej receptora. Analizując zależność między ekspresją receptora GHS-R a stopniem zaawansowania procesu nowotworowego, wykazano wyższą ekspresję receptora w dobrze zróżnicowanym raku w porównaniu z rakiem niezróżnicowanym. W celu sklasyfikowania pacjentów w zależności od stopnia zaawansowania klinicznego nowotworu używa się skali TNM. Jest to system, który służy m.in. do określenia metod leczenia dla poszczególnych typów i lokalizacji nowotworów oraz przewidywania rokowania. W klasyfikacji TNM wczesne stadia raka żołądka lub raka jelita grubego charakteryzowały się wyższą ekspresją greliny w porównaniu do późniejszych stadiów choroby, kiedy następował spadek poziomu tego hormonu. [17]

Zdolność greliny do regulowania cyklu komórkowego jest istotna dla progresji nowotworu, zwłaszcza w przypadku komórek złośliwych zależnych od hormonów. Wiele badań donosi o współwystępowaniu greliny i GHSR1a i/lub GHSR1b w próbkach pobranych z guzów nowotworowych, co implikuje autokrynną/parakrynną rolę greliny w proliferacji komórek. Grelina stymuluje np. proliferację guza jamy ustnej poprzez fosforylację GSK-3-beta i translokację jądrową beta-kateniny oraz pobudzanie ekspresji genów docelowych cyklin. Grelina może również przyczyniać się do przerzutów nowotworowych, ponieważ zwiększa ekspresję, translokację jądrową i aktywność wiązania promotora Snail. Inne badania wskazują natomiast, że grelina ma działanie ochronnie na komórki, hamując stan zapalny, apoptozę komórek i stres oksydacyjny. Konieczne są dalsze badania w celu wyjaśnienia dokładnej roli greliny w powstawaniu nowotworów. [93]

7.4. Zespół Pradera-Williego

Zespół Pradera-Williego (PWS) to zespół wad wrodzonych spowodowany utratą długiego ramienia chromosomu 15. Jest najczęstszą genetycznie uwarunkowaną przyczyną otyłości. Do najczęstszych objawów choroby należą otyłość, niski wzrost, specyficzny wygląd twarzy, niepełnosprawność intelektualna i niedorozwój narządów płciowych (hipogonadyzm). Nadmierna masa ciała u tych pacjentów spowodowana jest mniejszym niż u zdrowych ludzi zapotrzebowaniem kalorycznym i jednoczesnym ciągłym niepohamowanym uczuciem głodu. [54] Istotnym elementem terapii jest odpowiednio zaplanowane i wdrożone postępowanie dietetyczne. Ma ono na celu zapobieganie rozwojowi otyłości. [55]

Niemożność zaspokojenia głodu, spowodowana zaburzeniami odczuwania sytości, ma swoje podłoże w dysfunkcji układu podwzgórzowo-przysadkowego. U pacjentów z PWS stężenie greliny jest istotnie podwyższone w porównaniu do osób zdrowych o podobnej masie ciała. Wysoki poziom tego hormonu obserwowany jest już u małych dzieci cierpiących na to schorzenie, także w fazie niedożywienia i w okresie nieprawidłowego wzrastania w pierwszych miesiącach życia. [55]

W 2017 roku zespół pod opieką L. C. Burnett przeprowadził badania, w przebiegu którego gryzoniom usunięto gen SNORD116, zlokalizowany w regionie krytycznym dla zespołu Pradera-Williego. U tych osobników zaobserwowano obniżoną ekspresję konwertazy prohormonów (ang. prohormone convertase 1, PC1), enzymu biorącego udział w szlaku metabolicznym progreliny, proinsuliny i prosomatoliberyny. Skutkowało to pojawieniem się objawów neuroendokrynnych charakterystycznych dla PWS, takich jak nadmiar greliny, hiperfagia, niedobór hormonu wzrostu, upośledzony rozwój psychomotoryczny czy hipoinsulinemia. [56]

Nadmierne zwiększenie łaknienia w przebiegu PWS spowodowane jest nieprawidłowym odczuwaniem sytości. Wysokie stężenie greliny i towarzyszący mu niski poziom leptyny pobudzają ośrodek głodu znajdujący się w podwzgórzu. Jednocześnie w płynie mózgowo-rdzeniowym występują nieprawidłowe stężenia metabolitów monoaminowych, pełniących funkcje neurotransmiterów. Za zaburzenia łaknienia w zespole Pradera-Williego mogą być także odpowiedzialne fragmenty DNA zawierające informacje dla regionu krytycznego niekodującego RNA. [57]

Neurony odpowiedzialne za syntezę greliny znajdujące się w brzusznym obszarze nakrywki odpowiadają jednocześnie za produkcję dopaminy. Wpływa ona m.in. na odczuwanie przyjemności. W rejonie tym występują także spore ilości receptorów grelinowych. Związanie greliny z receptorem inicjuje wydzielanie dopaminy. W badaniach na zwierzętach wykazano, że podanie egzogennego hormonu zwiększa ilość przyjmowanego pokarmu i nasila odczuwanie przyjemności z jedzenia. Natomiast obecność inhibitorów receptorów grelinowych ma działanie odwrotne. Potwierdza to fakt, że obszar brzuszny nakrywki jest także docelowym miejscem działania substancji uzależniających. Natomiast hiperaktywność układu nagrody jest powiązana z problemami zachowania obserwowanymi w PWS. [57]

7.5. Infekcje Helicobacter pylori

Infekcja Helicobacter pylori powoduje spadek stężenia greliny w surowicy krwi. Bakteria ta wytwarza ureazę, która umożliwia jej przebywanie w kwaśnym środowisku żołądka. Ureaza katalizuje rozkład mocznika do amoniaku i dwutlenku węgla. Powoduje to alkalizację środowiska żołądka, powodując neutralizację soku żołądkowego. Długotrwała infekcja indukuje uszkodzenia komórek nabłonkowych żołądka, hamuje syntezę ich DNA i nasila ich proliferację. Następnie amoniak dysocjuje uwalniając jony wodorotlenowe działające toksycznie na komórki. Predysponuje to do rozwoju choroby wrzodowej żołądka i dwunastnicy oraz rozwoju raka żołądka. [17]

Obecność Helicobacter pylori oraz aktywność ureazy powodują aktywację komórek układu immunologicznego. W wyniku uruchomienia tlenowych mechanizmów eliminacji drobnoustrojów powstaje nadtlenek wodoru, który utlenia jony chlorkowe, a te reagują z amoniakiem. W efekcie tworzy się cytotoksyczna monochloramina. Działa ona mutagennie na DNA komórek żołądka. Ponadto ureaza uruchamia reakcje przeciwzapalne, m.in. aktywuje monocyty, makrofagi, limfocyty, komórki NK i eozynofile. Skutkuje to wydzielaniem cytokin, wolnych rodników tlenowych i innych mediatorów zapalnych, które nasilają i podtrzymują procesy uszkadzania komórek nabłonkowych żołądka. [17]

Wyniki badań próbujących wyjaśnić zależność między kolonizacją błony śluzowej żołądka przez Helicobacter pylori a stężeniem greliny w surowicy krwi są niejednoznaczne. W 2008 roku J. Roper wraz z zespołem wykazali, że obecność Helicobacter pylori w błonie śluzowej żołądka nie wpływa w istotny statystycznie sposób na stężenie greliny w surowicy krwi, w soku żołądkowym i w bioptatach komórek dna żołądka. [35] Było to potwierdzenie wcześniejszych badań przeprowadzonych w 2007 roku przez M. Cindoruka, ktore wykazały, że zakażenie Helicobacter pylori nie wpływa na stężenie greliny w surowicy krwi. [36] W tym samym roku zespół pod kierownictwem D. W. Jun przebadał 63 chorych na przewlekłe zapalenie żołądka. Pacjentów podzielono na dwie grupy: chorych z infekcją Helicobacter pylori i osoby bez infekcji. W obu grupach oznaczano stężenie greliny i leptyny w surowicy krwi oraz ekspresję genów dla tych hormonów w pobranych wycinkach błony śluzowej jelita. Wykazano, że w grupie pacjentów z infekcją Helicobacter pylori stężenie greliny w surowicy krwi jest niższe, a stężenie leptyny wyższe niż u osób bez infekcji. Stwierdzono też, że liczba kopii mRNA genu greliny w błonie śluzowej żołądka jest niższa u pacjentów z infekcją Helicobacter pylori niż u chorych bez zakażenia. Wykazano też wyższą liczbę kopii mRNA genu leptyny w bioptatach błony śluzowej żołądka w grupie pacjentów z infekcją Helicobacter pylori. Wyniki tych badań sugerują, że zakażenie Helicobacter pylori oraz objawy żołądkowo-jelitowe mogą być powiązane z ekspresją genów greliny i leptyny w błonie śluzowej żołądka. [37]

W 2006 roku P. L. Liew wykazał, że infekcja Helicobacter pylori powoduje zmniejszenie liczby komórek X/A żołądka wytwarzających grelinę. Stworzył hipotezę, że bakterie obecne w błonie śluzowej żołądka indukują rozwój reakcji zapalnej, która z czasem przechodzi w przewlekły stan zapalny. W jej przebiegu aktywowane są neutrofile. W konsekwencji dochodzi do uszkodzenia komórek i atrofii gruczołów trzonu żołądka, co wpływa na zmniejszenie stężenia greliny w surowicy krwi. [38]

W badaniach w 2006 i 2008 roku pod kierownictwem H. Osawy chorych poddano eradykacji Helicobacter pylori. Zaobserwowano u nich wzrost stężenia greliny w osoczu krwi. Prawdopodobnie było to wynikiem zwiększenia uwalniania hormonu z komórek X/A żołądka. Efektem było polepszenie stanu odżywienia i wzrost masy ciała tych pacjentów. Kolonizacja błony śluzowej przez Helicobacter pylori ma znaczny wpływ na ekspresję hormonów regulujących masę ciała i pobieranie pokarmu. [39.40]

7.6. Choroba refluksowa przełyku

Choroba refluksowa przełyku (GERD) to schorzenie, w którym kwaśna treść żołądka cofa się do przełyku z powodu dysfunkcji dolnego zwieracza. Powoduje to wydłużenie czasu poposiłkowego rozszerzenia dna żołądka i upośledzenie jego opróżniania. Z czasem dochodzi do zwiększenia liczby epizodów refluksu żołądkowo-przełykowego i rozwoju powikłań. U osób z tym schorzeniem występują wyższe stężenia greliny niż u osób zdrowych. [45,59]

W 2013 roku zespół pod kierownictwem M. Nahata zbadał profile hormonów żołądkowo-jelitowych i zmiany czynnościowe w chorobie refluksowej przełyku u szczurów. Stężenie greliny w osoczu krwi u osobników z chorobą refluksową przełyku było wyższe niż u zwierząt zdrowych, chociaż spożycie pokarmu u tych pierwszych było ograniczone. Regularne podawanie im greliny nie miało jednak wpływu na zmianę masy ciała ani na spożycie pokarmu. Nie wpłynęło również na tempo opróżniania żołądka czy jego motorykę. Jednocześnie zwierzęta te zmagały się z niedoborem leptyny. Wyniki sugerują, że u szczurów z chorobą refluksową przełyku może wystąpić nieprawidłowo zwiększone wydzielanie greliny obwodowej i zmniejszona wrażliwość na nią. Sygnalizacja greliny u osobników z GERD może być stłumiona z powodu zmniejszonej syntezy MCH i/lub oreksyny w podwzgórzu. Długotrwałe wysokie stężenie greliny w osoczu u szczurów z GERD może również powodować ogólnoustrojową depolaryzację GHS-R. Dodatkowo zmniejszone poziomy leptyny w osoczu mogły przyczynić się do zwiększonej ekspresji NPY/AgRP. [58]

U ludzi ważnym czynnikiem prowadzącym do powstawania GERD jest nieprawidłowa relaksacja dolnego zwieracza przełyku (LES), który w warunkach fizjologicznych powinien znajdować się w stanie tonicznego skurczu. Napięcie LES jest modyfikowane m.in. przez obecność neuroprzekaźników uwalnianych przez nerw błędny, takich grelina i inne enterohormony, a także acetylocholina i tlenek azotu. Grelina nasila skurcze LES. Zmiany jej sekrecji powodują zaostrzenie objawów choroby refluksowej przełyku. [59]

7.7. Zespół obturacyjnego bezdechu sennego

Zespół obturacyjnego bezdechu sennego (ang. obstructive sleep apnea syndrome, OSAS) jest schorzeniem charakteryzującym się występowaniem nawracających epizodów częściowej lub całkowitej niedrożności górnych dróg oddechowych podczas snu. Towarzyszą mu nocna hipoksemia, czyli obniżenie ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi tętniczej poniżej 60 mm Hg i nocna hiperkapnia, czyli ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla (pCO2) przekraczające 45 mm Hg. U pacjentów z OSAS często obserwuje się zaburzenia metaboliczne oraz intensywne miejscowe lub układowe stany zapalne. Duży odsetek pacjentów z tym schorzeniem zmaga się z otyłością. [42]

Z jednej strony nadmierna masa ciała jest głównym czynnikiem ryzyka wystąpienia obturacyjnego bezdechu sennego, ponieważ tkanka tłuszczowa gromadzi się w okolicy szyi i zwęża drogi oddechowe, zmniejszając przepływ powietrza. Otyłość przyczynia się także do hipotonii mięśni gardła i powtarzającego się zamykania górnych dróg oddechowych podczas snu, co prowadzi do bezdechu i wielokrotnych wybudzeń. Z drugiej strony badania populacyjne wskazują, że ryzyko otyłości jest znacząco zwiększone przez niedobór snu. W obturacyjnym bezdechu sennym, choć długość snu jest prawidłowa, następuje zmniejszenie jego efektywności. W rezultacie dochodzi do przestymulowania układu współczulnego, zwiększają się parametry zapalne i nasila się ryzyko rozwoju chorób metabolicznych. Otyłość i zaburzenia snu wiąże zatem dwukierunkowy związek przyczynowo-skutkowy. [45]

Już w 2003 roku przeprowadzono badanie, w którym poddano korelacji poziom greliny z występowaniem OSAS. Zespół pod kierownictwem A. Harscha wykazał, że stężenie tego hormonu było znacznie wyższe w grupie pacjentów cierpiących na zespół obturacyjnego bezdechu sennego niż u osób zdrowych. Podobne wyniki uzyskał A. Ursavas w 2010 roku. Według naukowców patomechanizm choroby polega na tym, że epizody bezdechu skutkują fragmentarycznym snem, a utrata jego efektywności jest związana ze zwiększoną aktywnością układu współczulnego. Powoduje to zmniejszoną aktywność nerwu błędnego, co wyjaśnia podwyższony poziom greliny. [46,47]

Potwierdza to badanie przeprowadzone w 2022 roku na grupie 272 pacjentów z OSAS. Jego celem była ocena związku poziomów greliny, galaniny i oreksyny-A w surowicy krwi z ciężkością choroby. Wykazano, że osoby zmagające się z OSAS miały wyższe stężenia tych neuropeptydów niż osoby zdrowe. Dodatkowo ilość greliny, galaniny i oreksyny-A w surowicy krwi była istotnie wyższa u pacjentów z ciężkim OSAS niż u osób z łagodnym i umiarkowanym przebiegiem choroby. Neuropeptydy oreksygeniczne są więc ważnym czynnikiem determinującym obecność OSAS i korelują z ciężkością schorzenia. [43] Wzrost poziomu greliny u osób chorujących na OSAS wynika prawdopodobnie z faktu, że jej ilość zwiększa się w wyniku deprywacji snu. [42] Z kolei brak snu i zaburzenia rytmu okołodobowego to główne czynniki ryzyka rozwoju chorób metabolicznych. [44] W badaniu z 2022 roku zaobserwowano także istotnie wyższe wartości poziomów cytokin prozapalnych (m.in. TNF-alfa i IL-6) u otyłych pacjentów z zespołem obturacyjnego bezdechu sennego niż u otyłych osób bez OSAS i osób zdrowych. [43] Dlatego podstawowym leczeniem OSAS u pacjentów otyłych jest redukcja masy ciała i zmniejszenie poziomu stanu zapalnego. [45]

7.8. Endometrioza

Endometrioza to choroba zapalna cechująca się obecnością błony śluzowej macicy w innych tkankach organizmu. Jest to schorzenie o skomplikowanej etiologii i niespecyficznych objawach klinicznych. Rola greliny w patogenezie endometriozy może być związana z jej oddziaływaniem na komórki układu immunologicznego, a także hamowaniem apoptozy komórek endometrialnych poza jamą macicy. Hormon ten może również uczestniczyć w powstawaniu nowych naczyń niezbędnych do przeżycia ektopowych tkanek endometrium. [66]

Głównym czynnikiem powstawania endometriozy jest zaburzone funkcjonowanie układu immunologicznego. W dotychczasowych badaniach zwraca się szczególną uwagę na udział czynnika NF-κB oraz greliny i leptyny w patogenezie tej choroby. Grelina działa przeciwzapalnie poprzez hamowanie wytwarzania TNF-αlfa oraz wpływa na aktywację czynnika NF-κB. [67] Według badań R. Gonzalez-Ramos i wsp. aktywacja czynnika jądrowego NF-κB w endometrium u zdrowych kobiet zmienia się w zależności od fazy cyklu miesięcznego. W przypadku pacjentek z endometriozą poziom pobudzenia NFκB jest taka sama w całym cyklu miesięcznym. [69] Dodatkowo u kobiet z endometriozą zauważa się niższą aktywację NF-κB w błonie śluzowej macicy niż u kobiet bez tego schorzenia. Zmieniona aktywność NF-κB może zależeć od jego poliformizmów czy mutacji genetycznych. Czynnik ten wpływa na odpowiedź immunologiczną oraz na przeżycie, adhezję i migrację komórek. Uczestniczy także w angiogenezie, czyli powstawaniu nowych naczyń. [67]

W 2012 roku L. Milewski i wsp. po raz pierwszy zaobserwowali aktywność greliny i jej receptorów w tkance endometrium. Ich obecność wykazali m.in. w torbielach endometrialnych, w komórkach nabłonka, a także w fibroblastach i w komórkach śródbłonka naczyń zrębu macicy. Ekspresja mRNA genu greliny w śródbłonku naczyń zrębu macicy oraz korelacja jej stężenia w płynie otrzewnowym z ilością czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) potwierdza udział tego hormonu w etiopatogenezie endometriozy. Wymieniony powyżej zespół badaczy wykazał również ekspresję greliny i jej receptora w leukocytach wyizolowanych z płynu otrzewnowego oraz w komórkach zasiedlających tkankę torbieli endometrialnej. Może to sugerować rolę greliny w modulacji odpowiedzi immunologicznej kobiet z endometriozą. [68] Wykazano także różnicę w ekspresji mRNA genu greliny i jej receptora w błonie śluzowej kobiet zdrowych i cierpiących na tę chorobę. Ekspresja mRNA greliny i jej receptora była najwyższa w torbielach endometrialnych, a najniższa w prawidłowo ukształtowanym endometrium kobiet bez endometriozy. Otrzymane wyniki przemawiają za dużą aktywnością greliny w ektopowym endometrium i jej rolą w patogenezie endometriozy. Hormon ten hamuje apoptozę komórek endometrium i nasila procesy zapalne w jego obrębie. Dokładne poznanie mechanizmów działania greliny w obrębie torbieli endometrialnych wymaga dalszych badań. Oznaczenie ekspresji mRNA greliny w endometrium może z 63% czułością i 91,2% swoistością wskazać na istnienie endometriozy. Jednak wykorzystanie tego hormonu jako jedynego czynnika predykcyjnego może być mało przydatne ze względu na niską czułość. [67]

7.9. Zaburzenia lękowe i depresyjne

Grelina może przyczyniać się do rozwoju zaburzeń nastroju, m.in. depresji i zaburzeń lękowych. Hormon ten reguluje bowiem obszary mózgu kontrolujące samopoczucie psychiczne, warunkowanie strachu i reakcje na stres. Wpływa na zaburzenia nastroju na różne sposoby: regulując poziom hormonów stresu, modulując stężenie cytokin zapalnych bądź zmieniając neurotransmisję w ciele migdałowatym, jądrze szwu grzbietowego i hipokampie. Są to obszary mózgu związane m.in. z patofizjologią ciężkiej depresji. Ponadto grelina może zakłócać działanie leków przeciwdepresyjnych i powodować oporność na leczenie. [84]

Do patofizjologii depresji przyczynia się głównie polimorfizm genu GHSR. W badaniach na populacji japońskiej mutacja Leu72Met była częstsza u pacjentów z depresją w niż u osób zdrowych. Ponadto z depresją jest również powiązana metylacja DNA receptora greliny. [85] Natomiast w 2018 roku A. Córdova-Palomera wraz z zespołem przeprowadził badania, w których przeanalizował DNA siedemnastu par bliźniąt jednojajowych. Zaobserwował on, że struktura i funkcjonowanie receptorów grelinowych różniły się u osób z depresją i bez depresji. [86]

Grelina została również powiązana z depresją poporodową. W 2016 roku J. H. Baker i wsp. zmierzyli poziom greliny w moczu kobiet, najpierw w trakcie trwania ciąży, a następnie 6 tygodni po porodzie. Kobiety, u których 12 tygodni po porodzie wykryto depresję poporodową, miały wyższe stężenia acetylowanej greliny w czasie ciąży. Co więcej, poziomy greliny zmieniały się inaczej u kobiet, które były w depresji w czasie ciąży, w porównaniu do osób bez depresji. Średnia zmiana spadku stężenia greliny od ciąży do połogu była mniej wyraźna u kobiet, które były w depresji w czasie ciąży. [87] Istnieją również dowody na to, że poziom greliny jest związany z nasileniem depresji u kobiet po menopauzie. Zespół pod opieką M. F. Naufel zaobserwował, że stężenie greliny, zarówno całkowite, jak i formy acetylowanej, było wyższe u pacjentek z ciężką depresją niż u kobiet zmagających się z łagodną formą choroby. Ponadto korelowało ono dodatnio z wynikami Inwentarza Depresji Becka i Kwestionariusza Zdrowia Pacjenta (ang. Beck’s Depression Inventory and Patient Health Questionnaire). [88]

Jednocześnie w badaniach na zwierzętach wykazano, że grelina ma działanie przeciwdziałające zaburzeniom nastroju. U myszy z długotrwałym ograniczeniem kalorii, poziom krążącej greliny wzrastał wprost proporcjonalnie do obniżania się objawów lękowych i depresyjnych. Natomiast u gryzoni ze sztucznie wywołaną depresją, którym wstrzyknięto egzogenną grelinę, objawy zaburzeń lękowych zmniejszały się, w porównaniu do osobników otrzymujących placebo. W innych badaniach na zwierzętach wykazano, że poziom greliny silnie wzrastał w modelach przewlekłego stresu związanego z interakcjami społecznymi. Poziom GHSR i wydzielanie greliny w hipokampie rosły także w mysim modelu przewlekłego nieprzewidywalnego łagodnego stresu, a długotrwałe podawanie greliny znacząco łagodziło zachowania związane z lękiem i z depresją. [82] Przeciwdepresyjne i przeciwlękowe działanie greliny związane jest z tym, że zwiększa ona przekaźnictwo noradrenergiczne i serotoninergiczne w mózgu. Dokomorowe wstrzyknięcie greliny pobudza metabolizm serotoniny i promuje ekspresję receptorów serotoninowych w ciele migdałowatym, w jądrze szwu grzbietowego (DRN) oraz w innych obszarach mózgu zaangażowanych w patofizjologię depresji. Grelina wiąże się ze swoim receptorem postsynaptycznym i indukuje depolaryzację neuronów serotoninergicznych w DRN. Natomiast iniekcja greliny do hipokampa indukuje długotrwałą plastyczność synaptyczną, nasiliła presynaptyczne uwalnianie neuroprzekaźników i zmieniła amplitudę potencjałów czynnościowych. Zmniejsza w ten sposób objawy depresji. [84]

Jedną z przyczyn rozwoju depresji jest występowanie w organizmie stanu zapalnego o umiarkowanym nasileniu. W badaniach na zwierzętach wykazano, że podanie greliny zmniejsza ilość cytokin prozapalnych. W eksperymencie zwierzęta były narażone na dietę wysokotłuszczową i stresory wywołujące zachowania depresyjne. Podawanie greliny do OUN nie tylko redukowało objawy depresji, ale także obniżało stężenie TNF-alfa, IL-6 i IL-1b. Zmniejszenie stanu zapalnego obserwowano również podczas oceny histopatologicznej jako zmniejszenie nacieku komórkowego i obrzęku tkanki mózgowej. [84]

7.10. Zespół stresu pourazowego

Grelina reguluje funkcjonowanie takich obszarów mózgu, jak hipokamp czy ciało migdałowate. Wykazano, że przewlekły stres zwiększa syntezę endogennej greliny i reguluje uczenie się w odpowiedzi na strach oraz powoduje utratę wrażliwości receptorów wiążących grelinę w ciele migdałowatym. Długotrwałe narażenie na stres zwiększa ryzyko rozwoju chorób psychicznych, w tym zespołu stresu pourazowego (PTSD). Jest to rodzaj zaburzenia psychicznego, będącego formą reakcji na skrajnie stresujące wydarzenie, które przekracza zdolności danej osoby do radzenia sobie i adaptacji organizmu do zmienionych warunków środowiska. Objawia się głównie powtarzającym się i mimowolnym pojawianiem się odczucia strachu na myśl o traumatycznej sytuacji. Aktywacja GHSR i długotrwałe podwyższone stężenie greliny zwiększa powstawanie wspomnień strachu i sprzyja rozwojowi PTSD. Proces ten jest pośredniczony przez układ grelina/receptor greliny/hormon wzrostu. [83]

W badaniach na zwierzętach wykazano, że narażenie na poważny stres zwiększyło poziom acetylowanej greliny u szczurów na co najmniej 130 dni, a u ludzi stężenie tego hormonu było podwyższone co najmniej 4,5 roku od doświadczenia traumatycznej sytuacji. U gryzoni cechujących się zwiększoną podatnością na PTSD zaobserwowano, że osobniki narażone na traumatyczne sytuacje w okresie dojrzewania wykazują zwiększony poziom stresu w odpowiedzi na bodziec. Natomiast podawanie im antagonisty receptora greliny przez okres czterech tygodni od momentu ekspozycji na trudne doświadczenie zapobiegło utrwaleniu się reakcji strachu wzmocnionej stresem. Dane te wskazują, że długotrwała ekspozycja na podwyższony poziom acetylowanej greliny powoduje utrzymującą się podatność na lęk wywołany stresem, nawet po ustaniu narażenia na czynnik stresogenny. [83]

8. Znaczenie kliniczne greliny

8.1. Grelina w terapii chorób płuc

Grelina ma potencjał terapeutyczny dla pacjentów z chorobami płuc, m.in. z rozedmą. Choroba ta powoduje nadmierne rozszerzenie i uszkodzenie płuc, wpływa także negatywnie na serce. Objawia się brakiem równowagi pomiędzy aktywnością elastazy i antyelastazy, pękaniem ścian pęcherzyków płucnych i przewlekłym stanem zapalnym w miąższu płucnym. Skutkuje to powikłaniami ogólnoustrojowymi i krótszym czasem przeżycia pacjentów. Grelina wykazuje działanie przeciwzapalne, stymuluje anabolizm mięśni, rozszerza naczynia krwionośne i ma właściwości kardioprotekcyjne. Jej podawanie może być jednym ze sposobów na zmniejszenie stanu zapalnego w płucach i poprawę funkcji serca u pacjentów z rozedmą. [60]

W 2002 roku M. Valante zbadał aktywność greliny w drzewie oskrzelowym. Wykazał, że komórki neuroendokrynne płuc płodu zawierały duże ilości immunoreaktywnej greliny i jej RNA. Natomiast płuca dorosłej osoby miały bardzo mało greliny. Jednocześnie w płucach, zarówno dzieci, jak i dorosłych, obserwowano duże ilości receptorów greliny. Badacze wysunęli hipotezę, że grelina odgrywa rolę w rozwoju płuc. [61] Podobne wyniki uzyskali S. Gnanapavan i wsp. [62]

W 2004 roku T. Itoh i wsp. zmierzyli poziom greliny u pacjentów z przewlekłą obturacyjną choroba pluc (POChP). Schorzenie to charakteryzuje się postępującym i nieodwracalnym ograniczeniem przepływu powietrza przez drogi oddechowe. Chorobie towarzyszy wyniszczenie organizmu, które stanowi niezależny czynnik ryzyka zgonu u tych pacjentów. Poziom greliny w osoczu był istotnie wyższy u pacjentów z POChP w porównaniu z osobami zdrowymi i korelował z ciężkością choroby. Ponadto stężenie tego hormonu było większe u badanych z niedowagą w porównaniu z pacjentami o prawidłowej masie ciała. Dodatkowo u pacjentów z POChP obserwowano wyższe poziomy krążącego TNF-alfa i noradrenaliny niż u osób z grupy kontrolnej. Korelowały one dodatnio z ilością greliny. Wyniki sugerują, że podwyższony poziom tego hormonu jest próbą zrekompensowania braku homeostazy metabolicznej u pacjentów wyniszczonych i chorych na POChP. [63]

Rok później N. Nagaya i wsp. zastosowali dożylną terapię greliną u siedmiu pacjentów wyniszczonych z powodu POChP i ocenili wpływ hormonu na masę ciała i funkcję mięśni. Chociaż w badaniu nie zastosowano próby kontrolnej, było ono krótkoterminowe (3 tygodnie), a wielkość próby była niewielka, wyniki były obiecujące. Grelina zwiększyła wydzielanie hormonu wzrostu, spożycie pokarmu, ogólną i beztłuszczowa masę ciała, a także siłę mięśni obwodowych i oddechowych. Jednocześnie osłabiła aktywność układu współczulnego ocenianą za pomocą poziomu noradrenaliny w osoczu. Nie zaobserwowano żadnych negatywnych skutków dla stężeń glukozy, insuliny i kortyzolu. Okazało się, że grelina może stanowić nową i potencjalnie korzystną alternatywę dla leczenia pacjentów z zaawansowaną POChP i nadciśnieniem płucnym. [64]

W badaniach na gryzoniach z 2017 roku wykazano, że u osobników ze sztucznie wywołaną rozedmą płuc podanie greliny zahamowało hiperinflację pęcherzyków płucnych. Ponadto zmniejszyło się naciekanie neutrofili, ograniczone zostało namnażanie się makrofagów, spadł poziom chemokin pochodzących z keratynocytów i obniżyła się zawartość włókien kolagenowych w przegrodach pęcherzykowych i w ścianie naczyń płucnych. Podanie greliny poprawiło także wartości ciśnienia tętniczego i spowodowało zwiększenie beztłuszczowej masy ciała. Dodatkowo zaobserwowano zmiany w badaniu echokardiograficznym. Grelina zatrzymała przerost prawej komory i poprawiła pracę serca. [60]

W 2019 roku przeprowadzono badanie, do którego zrekrutowano pacjentów z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc i osoby zdrowe. U chorych na POChP zaobserwowano znacząco obniżone poziomy greliny i leptyny w porównaniu do osób z grupy kontrolnej. Ich stężenie korelowało ze zmniejszeniem całkowitej pojemności życiowej płuc (TLC) i ciężkością choroby. Obniżony poziomy greliny u pacjentów Z POChP jest najczęściej spowodowany supresyjnym działaniem podwyższonych mediatorów zapalnych i wiąże się z rozwojem niedrożności dróg oddechowych. Na podstawie wielu przeprowadzonych w ostatnich latach badań można stwierdzić, że grelina może być skutecznym markerem diagnostycznym POChP i ma potencjał terapeutyczny dla pacjentów zmagających się z tą chorobą. [65]

8.2. Grelina w terapii gastroparezy

Potencjalnym zastosowaniem klinicznym greliny jest leczenie gastroparezy. Jest to choroba charakteryzująca się opóźnionym opróżnianiem żołądka bez występującej przeszkody mechanicznej. Powoduje takie objawy jak nudności, wymioty, ból, wczesne uczucie sytości i wzdęcia. Patogeneza gastroparezy pozostaje niejasna, ale proponowane mechanizmy obejmują dysfunkcję nerwu błędnego, hiperglikemię , zaburzenia komórek śródmiąższowych sieci Cajala, utratę ekspresji syntazy tlenku azotu w splocie mięśniowo-jelitowym i stres oksydacyjny. Agoniści receptora greliny są przedmiotem badań w terapii gastroparezy ze względu na prokinetyczne działanie greliny na motorykę przewodu pokarmowego. Substancje te mogą być również przydatne w wielu innych schorzeniach obejmujących problemy z motoryką przewodu pokarmowego, w tym dyspepsję czynnościową i pooperacyjną niedrożność jelit. [78,98]

W 2019 roku przeprowadzono badanie, w którym podawanie agonistów greliny poprawiło ogólne samopoczucie osób z gastroparezą i znacząco zmniejszyło objawy, w tym nudności, wymioty, wczesne uczucie sytości i bóle brzucha. Wykazano, że cząsteczki będące agonistami greliny są skuteczne i dobrze tolerowane przez pacjentów. [99] Ponadto w licznych badaniach nad agonistami receptora 5-hydroksytryptaminy 4 (5-HT 4), receptora dopaminy (D2) i receptora greliny zaobserwowano pozytywny związek między czasem opróżniania żołądka a zmniejszeniem objawów górnego odcinka przewodu pokarmowego. [100]

W ostatnich latach coraz częściej diagnozowana jest gastropareza cukrzycowa. W związku z tym przebadano kilka związków będących agonistami receptora greliny i ich działanie wśród pacjentów diabetologicznych. Dożylny makrocykliczny peptydomimetyk (TZP-101) początkowo sugerował poprawę objawów gastroparezy po podaniu dożylnym w porównaniu z placebo. Jednak w późniejszych badaniach preparatów doustnych nie potwierdzono jego działania. Wykazano natomiast, że inny agonista receptora greliny – RM-131 – znacznie przyspiesza opróżnianie żołądka (GE) u pacjentów z cukrzycą typu 1. i 2. oraz z zaburzoną motoryką przewodu pokarmowego. Związek ten zneutralizował całkowicie objawy gastroparezy u osób z cukrzycą typu 1. Ponadto zaobserwowano, że grelina zwiększa opróżnianie żołądka u pacjentów z gastroparezą cukrzycową i jest to niezależne od napięcia nerwu błędnego. Konieczne są dalsze badania w celu oceny, którzy z agonistów GHSR mogą mieć działanie terapeutyczne w leczeniu tego schorzenia. [96,97]

8.3. Grelina u pacjentów po operacjach bariatrycznych

Chirurgia bariatryczna jest jedną z metod leczenia otyłości o długoterminowej skuteczności. Redukuje masę ciała i pomaga w ustępowaniu chorób towarzyszących. Operacje bariatryczne polegają m.in. na resekcji żołądka, czyli zmniejszeniu jego objętości. Chirurg wycina około 80% narządu. Jednocześnie redukcji ulega liczba komórek wydzielających grelinę. Zmniejszenie poziomu tego hormonu prowadzi do ograniczenia uczucia głodu oraz do normalizacji wydzielania leptyny. W efekcie spada objętość tkanki tłuszczowej i poprawia się funkcjonowanie ośrodków głodu i sytości. Przestrzeganie zaleceń żywieniowych po operacji oraz regularna opieka dietetyka pozwala na zmodyfikowanie przyzwyczajeń żywieniowych i usystematyzowanie schematu odżywiania oraz trybu życia. Po operacji bariatrycznej odpowiedzialność za syntezę greliny przejmują inne tkanki. [5,101]

Według wyników badań u pacjentów po operacjach bariatrycznych stężenie greliny maleje, pozostaje bez zmian lub nawet nieznacznie wzrasta. Jest to zależne od rodzaju zabiegu i stanu ogólnego pacjenta. Na przykład całkowite usunięcie gruczołów żołądkowych syntetyzujących grelinę podczas zabiegu resekcji żołądka powoduje istotne obniżenie stężenia krążącej greliny. Wiadomo jednak, że po operacjach takich, jak resekcja żołądka stężenie greliny jest wyższe niż po operacjach wykorzystujących inne metody. Zmniejszony poziom greliny powoduje zahamowanie głodu. Natomiast podwyższone stężenie tego hormonu może zapobiegać insulinooporności, gdyż znacząco poprawia wrażliwość tkanek na insulinę. [102,103]

W 2022 roku przeprowadzono badanie, w którym oceniono zmiany w stężeniu greliny, glukagonopodobnego peptydu-1 (GLP-1) i peptydu YY (PYY) u pacjentów po operacjach bariatrycznych. W pierwszej grupie były osoby po resekcji żołądka, natomiast w drugiej osoby po założeniu bajpasu żołądka. Dodatkowo podzielono ich na podgrupy w zależności od tego czy po operacji udało im się utrzymać masę ciała czy nie. Pacjenci we wszystkich grupach przeszli operację minimum 7 lat przed rozpoczęciem badania. Stężenie greliny na czczo korelowało z BMI, jednak u wszystkich osób po resekcji żołądka spożycie posiłku wywołało większą supresję wydzielania hormonu. W przypadku GLP-1 nie zaobserwowano różnic, natomiast poposiłkowe poziomy PYY były niższe u osób, którym udało się utrzymać prawidłową masę ciała po operacji niezależnie od sposobu jej przeprowadzenia. [104]

W 2024 roku przeprowadzono badanie, w którym oceniano wpływ greliny na tolerancję glukozy i spożycie pokarmu u otyłych pacjentów przed i po zabiegu resekcji żołądka. W badaniu uczestniczyło 12 osób. Mierzono stężenie greliny w osoczu krwi przed operacją oraz po trzech miesiącach od jej przeprowadzenia. Podczas badania podawano grelinę w formie acetylowanej zarówno przy posiłkach mieszanych, jak i w warunkach swobodnego spożycia posiłków (ad libitum). Wyniki pokazały, że zarówno przed, jak i po operacji, stężenie glukozy we krwi po posiłku rosło w sposób zależny od dawki greliny, w porównaniu z placebo. Infuzja greliny powodowała zahamowanie podstawowego oraz poposiłkowego wydzielania insuliny, co prowadziło do osłabienia funkcji komórek beta trzustki. Nie zaobserwowano jednak wpływu greliny na wrażliwość na insulinę. Co istotne, infuzja greliny nie wpłynęła na ilość spożywanych posiłków. Stwierdzono, że niższe stężenie greliny po resekcji żołądka może odgrywać istotną rolę w poprawie kontroli glikemii po operacji. Dalsze badania są konieczne, aby dokładnie wyjaśnić mechanizmy tych procesów. [105]