Ketoza #8 – NLRP3, cz. 2

Analizując poprzedni artykuł, możemy uchwycić się punktu kontrolnego: BHB to związek przeciwzapalny.

BHB, którego poziomy możemy zwiększać za pomocą chociażby: restrykcji kalorycznej (post), restrykcji węglowodanowej (dieta ketogenna), suplementacji ketonami egzogennymi lub intermediatami BHB, np. MCT.

Dotknąwszy relacji BHB – NLRP3, proponuję dalszą podróż w gąszcz zagadnień odpornościowych, co zobrazujemy sobie następująco:

Panie i Panowie.
W lewym narożniku mamy Inflamasom NLRP3 – który zawiaduje stanami zapalnymi, a później, w miarę upływu czasu – również chorobami o podłożu zapalnym, w tym chorobami autoimmunologicznymi

NLRP3 jest dziś ze swoim trenerem, a nawet z całym zespołem trenerów – są nimi infekcje wirusowe i jest ich ponad 15, które są w stanie wytrenować i uruchomić pełną agresję w NLRP3.

Wśród trenerów mamy wirusa grypy, odry, opryszczki, zapalenia mózgu, zapalenia wątroby typu C i wielu innych weteranów.

Mamy również wielu innych trenerów, których przedstawimy w późniejszych etapach tego wieczoru!

W prawym narożniku wschodząca gwiazda i obiecujący zawodnik – beta-hydroksymaślan ze wspaniałym trenerem o światowej sławie – AMPK, który, jak sam mówi – zauważa, że uczeń zaczyna przerastać mistrza i używać technik, których nawet AMPK nie zna. 

Panie i Panowie, czy BHB jest w stanie odebrać pas (choroby) od obecnego mistrza i pokonać w walce NLRP3?

Let’s get rrrrrrumble! (teraz reklamy 30 minut)

Ok, a tak na serio, zacznijmy.

 

Wiemy, że BHB wykazuje dwie bardzo ważne właściwości, oprócz tego, że jest paliwem metabolicznym:

1. Potrafi blokować stan zapalny.

2. Potrafi zwiększać systemy przeciwutleniające w komórce.

Tym razem warto zacząć od tego, że choroby o podłożu zapalnym, w tym i choroby autoimmunologiczne zaliczamy *raczej* do chorób przewlekłych.

Przewlekłych z tego powodu, że chory organizm jest przewlekle toczony przez stan zapalny.

Warto zatem zapytać – skąd w takim razie ten przewlekły stan zapalny?

Jedną z przyczyn są oczywiście przewlekłe infekcje: od pasożytów, przez bakterie, po wirusy, gdzie podjednostka NLR, tworząca m.in. właśnie NLRP3 ma wiele do powiedzenia. 

Wiedząc, że aktywny NLRP3 oznacza przygodę ze stanami zapalnymi, często tymi przewlekłymi (tak, to domena NLRP3), zaś te mogą w późniejszym czasie wywołać określone jednostki chorobowe – zapytajmy się wzajemnie o przynajmniej kilka przykładów chorób, w których udział bierze NLRP3.

I oto są chociażby: cukrzyca 2 typu, dna moczanowa, stwardnienia i choroby neurologiczne o podłożu zapalnym.

Co to tak właściwie oznacza?

To, że infekcja wirusowa jest tylko jedną stroną monety.

Drugą stroną monety są choroby, które powstały WSKUTEK przewlekłego stanu zapalnego (np. te wymienione wyżej). 

Doskonale pokazuje to praktyka fachowców – pacjent z chorą tarczycą to czasami pacjent z przewlekłą infekcją, u którego tarczyca stanowi kolejny klocek domina i bez zaadresowania stanów zapalnych i infekcji, może być to walka z wiatrakami.

NLRP3 a DAMPs

BHB blokuje NLRP3 poprzez hamowanie oligomeryzacji ASC

NLRP3 stanowi część wrodzonego układu odpornościowego, w którym pełni funkcję reagującą na tzw. DAMPs, czyli na cząsteczki stresu komórkowego.

Do przykładów DAMPs możemy zaliczyć:
– kwas moczowy
– ATP (jeżeli molekuła energetyczna znajduje się nie wewnątrz komórki, a gromadzi się w przestrzeni międzykomórkowej, to coś jest nie tak, prawda?)
– nadmiar glukozy (też brzmi znajomo, czyż nie?)
– ceramidy i amyloidy (kiła, RZS, gruźlica, neurodegeneracje)
– skrystalizowany cholesterol

Inflamasom NLRP3 manipuluje zachowaniem makrofagów – wpływa na przykład na ich sekrecję dwóch cytokin pro-zapalnych: IL-1β oraz IL-18.

Oczywiście wciąż nie wiemy wszystkiego o wpływie keto na układ odpornościowy i moją rolą jest tutaj nie tylko tego nie ignorować, ale wręcz to zintensyfikować: wiemy naprawdę bardzo mało, ponieważ nie dość, że układ odpornościowy jest skomplikowaną bestią, to natura stanu ketozy utrudnia metodę naukową, ponieważ pod ketozę możemy zaliczać naprawdę gro zagadnień: posty, BHB, inhibicję glikolizy, za chwilę dojdzie nam jeszcze ketobiota (mikrobiota na ketozie, znowu, ketozie, czyli na czym? mikrobiota na poście, czy na diecie keto, a jeśli tak, to na jakiej diecie keto…?). 

Ponieważ i tak pojawiła nam się przestrzeń na dygresję, chcę, żeby moje stanowisko było jasne: jedną z najszybszych metod diagnostycznych na wykrycie arogantów, ignorantów, trolli, guru, fanatyków, hejterów i pozostałą reprezentację światów, z którymi nie chcę mieć nic wspólnego i w moim odczuciu są różnymi biegunami dokładnie tej samej osi – jest coś, co określam subiektywną pewnością naukową, czyli postawą, która zakłada, że dane stanowisko jest prawidłowe, ostateczne i nieomylne, a wszelkie inne są nieprawidłowe, tylko dlatego, że są wszelkimi innymi.

Sprawia mi ogromną radość tworzenie tych opracowań dla Ciebie, mój drogi i moja droga.

Być może znamy się od lat, a być może dopiero się poznajemy.

Może kiedyś, przy dobrej kawie lub w przeręblu, porozmawiamy o tym, jak niełatwym, a czasami wręcz łamiącym jest promowanie merytokratycznego indywidualizmu.

Do tego czasu jednakże – kontynuujmy.

Być może kojarzysz pewien klasyczny, old-school’owy związek, który naukowcy wprost kochają stosować w przypadku badań nad układem odpornościowym – tzw. LPS, czyli lipopolisacharyd

Jeżeli ta toksyna nie jest Tobie znana, nic nie szkodzi – w tym momencie nie ma potrzeby popełniania oddzielnego wykładu (jeśli masz Zimną Siłę, możesz zerknąć na rozdział 1.5. Układ odpornościowy). 

Na razie wystarczy wiedza, że LPS jest bardzo silną toksyną, wydzielaną przez bakterię, a wprowadzenie jej do naszego organizmu wywołuje wszystkie paskudne objawy infekcji, w tym osłabienie.

Słowem: jeśli jesteś naukowcem i chcesz wywołać infekcję – LPS.

No dobrze. Naukowcy wystawili makrofagi na LPS i sprawdzali jak będzie zmieniać się reakcja na LPS po wprowadzeniu BHB.

Wyniki pokazują, że w sposób dawkozależny (im więcej BHB, tym silniejszy efekt), BHB hamował aktywację oraz formowanie postaci „przebudzonej” NLRP3, szczególnie w podjednostkach p20 i p17 (obszar kaspaz-1 w aktywnym NLRP3).

Dygresja: istnieją osoby u których po przejściu na ketozę wzrastają poziomu kwasu moczowego (które najczęściej się normują po około 6 tygodniach).

Kryształki kwasu moczowego oczywiście aktywują NLRP3.

Ale z drugiej strony, po przejściu na ketozę, wzrasta nam poziom BHB, który… no właśnie. Czy to nie intrygujące?

Inna ciekawostka: długie kwasy nasycone, takie jak palmitynian, potrafią wywoływać stany zapalne w komórkach, w których uczestniczy NLRP3.

Czy nie jest to pewna subtelna podpowiedź ze strony Natury, że środowisko metaboliczne; środowisko w jakim żyjemy; żywność jaka jest wokół nas – to wszystko jest ze sobą ściśle połączone…? 

Ludy, które bazują na długich kwasach tłuszczowych, najczęściej wykazują tendencję do ograniczania spożycia węglowodanów, osiągając przeważnie wyższe stężenia BHB we krwi (szczególnie jeśli dodamy do tego pozostałe czynniki środowiskowe, takie jak zimno).

Autonomiczność BHB

Spośród szczegółów warunkujących właściwości BHB takich jak:

(i) status redoks,

(ii) epigenetyczne promowanie systemów przeciwutleniających,

(iii) blokowanie kaskad prozapalnych;

– BHB działa niezależnie od swojej genezy (endogennie / egzogennie), a także jako samodzielna molekuła sygnałowa – niezależnie od przemian metabolicznych.

Makrofagi posiadają enzymy ketogeniczne oraz ketolityczne, kodowane przez takie geny jak na przykład: Acat1, Bdh1, Bdh2, Hmgcl.

Ciała ketonowe zdają się wpływać na polaryzację makrofagów (w dużym uproszczeniu, polaryzacja makrofagów odnosi się do ich aktywacji w roli odpowiedzi odpornościowej/zapalnej).

Typ makrofagów M1 w przypadku klasycznej aktywacji (np. w przypadku początkowej infekcji bakteryjnej) wykazuje zmniejszoną ekspresję „genów ketonowych”, natomiast M2 – stosunkowo większą.

Co więc uczyniono? 

Zatruto komórkę za pomocą LPS.

To spowodowało ekspresję ketogenu, zwanego Oxct, a odnoszącego się do mitochondrialnego utleniania BHB w drodze Cyklu Krebsa (czyli jest to gen ketolityczny) oraz do ekspresji genu ketogenicznego Hmgcl, który z kolei promuje tworzenie BHB przez mitochondrium – tak, ketogenezę w mitochondriach makrofagów. 

Ale… i teraz uwaga – do zatrutej komórki wprowadzono BHB oraz inhibitor cyklu Krebsa (aminooxyacetate). 

Gdyby działanie BHB było uzależnione od Cyklu Krebsa (angielski skrót Cyklu Krebsa to TCA) – po podaniu inhibitora TCA – doszłoby do rozwoju inflamasomu wskutek podania trucizny (LPS). Ale nie doszło. 

Naukowcy posunęli się jeszcze dalej i usunęli enzym Scot (ten kodowany przez Oxct), czyli zabrali komórkom możliwość rozłożenia BHB do celów energetycznych. 

Ale BHB zadziałał. Zahamował NLRP3.

Jak wspomnieliśmy wcześniej, do aktywacji NLRP3 wymagana jest oligomeryzacja ASC.

Ten proces jest przeprowadzany za pomocą tzw. alfa-tubulin.

Ale oczywiście alfa-tubuliny też musi coś regulować. Nad tym, by nie doszło do nadmiernej aktywacji alfa-tubulin, trzyma pieczę SIRT2. 

Ale aktywność SIRT2 jest z kolei zależna od NAD. Analogicznie, wyłączenie SIRT2 w komórce uaktywni inflamasom NLRP3 – zaś suplementacja NAD+ spowoduje zmniejszenie wydzielania IL-1β z makrofagów.

Nawet jeśli „wytniemy” SIRT2 – nie ma to wpływu na działanie BHB.

Ta swoista przewaga BHB nad NAD+ polega również na tym, że – przynajmniej w tym badaniuNAD+ nie był w stanie zahamować aktywacji kaspaz-1 wskutek podania LPS.

Warto zatem zastanowić się jakie jeszcze role, oprócz tej energetycznej, kryją się w BHB – szczególnie w kontekście mitochondriów i wolnych rodników.

BHB istotnie wpływa na makrofagi.

Przykładem może być tutaj wiele odmian epilepsji, gdzie pro-zapalna aktywność makrofagów w znaczący sposób decyduje o przebiegu choroby

W przypadku epilepsji, wyciek jonów potasu zwiększa pobudzenie błon oraz destabilizuje potencjał spoczynkowy, skutkując niekontrolowanymi wyładowaniami elektrycznymi.

Pomijając inne mechanizmy, takie jak inhibicja VGLUT2 (tutaj bardziej przez AcAc, czyli acetooctan), czy promocja GABA, kolejnym potencjalnym mechanizmem, wspierającym wpływ ketozy na kontrolowanie epilepsji, może być właśnie łagodzenie mediatorów zapalnych, ponieważ  okazuje się, że wypływ potasu z komórki również może aktywować NLRP3.

BHB stabilizuje stężenie wewnątrzkomórkowego K+.

To przykład implikacji klinicznej właściwości BHB inihibitujących NLRP3.

Podobnie jak ten, w którym mutacje NLRP3 mogą prowadzić do nadprodukcji IL-1β oraz IL-18, które z kolei są powiązane z takimi chorobami jak FCAS.

Wywołano u myszy środowisko naśladujące powyższe choroby u ludzi, a następnie sprawdzono, czy BHB może „coś poradzić”.

I tak się składa, że może – w manierze dose dependent, BHB hamuje zarówno oligomeryzację ASC, jak i aktywację kaspaz-1 oraz IL-1β.

To opracowanie miało na celu zwrócenie naszej uwagi na sygnałową naturę BHB – ergo, ketozy.

 

Źródła:

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1568997218301095

2. https://www.researchgate.net/publication/272354552_The_ketone_metabolite_b-hydroxybutyrate_blocks_NLRP3_inflammasome-mediated_inflammatory_disease

3. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/imr.12089

4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21217695

5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16407889

6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20368281

7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5736809

8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24855941

9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23502856

10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30194729

11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20920794/

12. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17444813/

13. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23809161