Het samenspel van het vetweefsel en het immuunsysteem

donderdag 21-januari-2021

Het is belangrijk voor het lichaam om goed in de gaten te houden waar energie nodig is, en waar het aan opgaat. Hiertoe beschikt het lichaam over een netwerk van sensoren en regelsystemen op het niveau van weefsels en organen. Onder andere het zenuwstelsel en bepaalde hormonen geven het brein de informatie die het nodig heeft om belangrijke keuzes te maken: moet er meer energie worden opgeslagen, of moet dit juist worden weggeleid naar het immuunsysteem om een indringer af te weren? Zenuwstelsel en hormonen zijn echter niet de enige onderdelen van het regelsysteem die voor onze energieverdelingen zorgen.


Verrassend genoeg blijkt ook vetweefsel een actieve rol te spelen. Vetweefsel beïnvloedt namelijk het celmetabolisme in verschillende organen en weefsels. Ook signaalstoffen van het immuunsysteem beïnvloeden het celmetabolisme en de energieverdeling tussen verschillende organen, bijvoorbeeld om energie vrij te maken voor een ontstekingsreactie. Energieverdeling staat dus onder invloed van een complex netwerk van factoren. Hieronder leggen we u meer uit over de rollen van vetweefsel en immuunsysteem binnen de energiehuishouding en welke gevolgen dit heeft voor de gezondheid van uw cliënt.

 

De functies van wit en bruin vetweefsel  

Een belangrijke sensor voor de algemene energiestatus van het lichaam is het witte vetweefsel. In tijden van overvloed wordt in dit weefsel energie in de vorm van vet opgeslagen. Het witte vetweefsel communiceert naar de rest van het lichaam hoeveel energie er beschikbaar is. Deze communicatie verloopt met behulp van signaalstoffen die communiceren over de energiestatus:  adipokines, oftewel vetweefselhormonen. Wanneer de hoeveelheid vet in het witte vetweefsel sterk afneemt, produceren vetcellen (adipocyten) adiponectine, een adipokine die de metabole activiteit remt en ervoor zorgt dat er efficiënter met de energievoorraad wordt omgegaan. Er wordt dan dus energie gespaard. Andersom zorgt een toename van het witte vetweefsel voor de afgifte van meer leptine [1]. Deze adipokine heeft zowel een centrale als perifere werking. Centraal, in de hersenen, veroorzaakt het een verzadigingsgevoel en in de rest van het lichaam stimuleert het glucosemetabolisme en de vetverbranding. Dit doet het onder andere door de activatie van bruin vetweefsel, om zo verdere vetstapeling te voorkomen [2].

Bruin vetweefsel houdt de lichaamstemperatuur op peil door middel van de verbranding van vetzuren en glucose. De bruine kleur van dit vetweefsel wordt veroorzaakt door de vele ijzer-bevattende mitochondriën in de vetcellen. De mitochondriën in deze ‘bruine’ adipocyten beschikken over hoge concentraties van het uncoupling protein 1 (UCP1). Dit eiwit zorgt ervoor dat mitochondriën uit hun brandstoffen geen ATP meer kunnen maken, maar alle brandstoffen omzetten in warmte [1]. Wanneer er te weinig bruin vetweefsel aanwezig is, kunnen er problemen met de temperatuurregulatie (koud hebben) en het glucose- en vetmetabolisme ontstaan. 

Onder bepaalde omstandigheden kunnen witte vetcellen worden getransformeerd in meer bruine oftewel beige vetcellen. Hierbij speelt het AMP-geactiveerd proteïne kinase (AMPK) een belangrijke rol [3]. Op celniveau is AMPK de regulator van de energiebalans. Deze kinase werkt als sensor en neemt zeer subtiele schommelingen in onze energiebalans waar en wordt geactiveerd als er een tekort aan ATP ontstaat in de cel. AMPK verhoogt de opname van glucose en vetten uit de bloedbaan en zet de glucose- en vetverbranding aan. Daarbij stimuleert AMPK de vorming van nieuwe mitochondriën [4]. Door AMPK te activeren, wordt er dus meer energie verbruikt en kunnen witte vetcellen worden omgezet in beige/bruine vetcellen.


Vetweefsel beïnvloedt het functioneren van het immuunsysteem

Vetweefsel beïnvloedt niet alleen het systemisch metabolisme maar ook het functioneren van het immuunsysteem [5]. Adiponectine beïnvloedt het immuunsysteem via activatie van AMPK, dat vervolgens door het remmen van nuclear factor kappa bèta (NF?B), een transcriptiefactor die een centrale rol speelt in ontstekingsprocessen, de productie van pro-inflammatoire cytokines tegengaat. Ook stimuleert adiponectine de productie van anti-inflammatoire cytokines. Onderzoek heeft aangetoond dat muizen met geïnactiveerd adiponectine een hyperactief immuunsysteem hebben. Bij mensen zijn lagere adiponectine concentraties in het bloed geassocieerd met zwaarlijvigheid, insulineresistentie, diabetes type 2, atherosclerose en hypertensie [5].

Leptine, daarentegen, heeft een stimulerende werking op het immuunsysteem. Het activeert natural killer cellen en promoot de afgifte van pro-inflammatoire cytokines zoals TNF-a en IL-6 door macrofagen. Ook stimuleert leptine de werking van T- en B-lymfocyten en remt het regulerende T-cellen (lymfocyten met een anti-inflammatoir effect) [6]. Onder fysiologische omstandigheden ondersteunt leptine dus de activatie van een immuunreactie.

Wanneer er een toename is van het witte vetweefsel, zal er meer leptine en minder adiponectine worden afgegeven door de adipocyten. Dit zal op den duur het functioneren van het immuunsysteem beïnvloeden. Bij mensen met ernstig overgewicht zorgen de constant hoge leptineconcentraties in het bloed voor een pro-inflammatoire staat van het immuunsysteem [6]. Onderzoek bij patiënten met obesitas toonde aan dat hogere leptineconcentraties en een hogere BMI geassocieerd zijn met minder functionele regulerende T-cellen [7].

Alsmaar groeiende witte vetcellen produceren naast leptine ook andere pro-inflammatoire signaalstoffen. Daarnaast veroorzaken de in volume toegenomen adipocyten zuurstofgebrek in het vetweefsel. Dit zuurstofgebrek kan necrose van (vet)cellen veroorzaken, wat omliggende immuuncellen activeert tot de afgifte van pro-inflammatoire cytokines. Dit pathologisch proces heeft negatieve gevolgen voor het functioneren van het immuunsysteem en zorgt ervoor dat mensen met metabole aandoeningen zoals obesitas of diabetes type 2 vatbaarder zijn voor infectieziekten [8,9]. Dit wordt onder andere veroorzaakt doordat de antivirale-immuunrespons minder goed functioneert [10].


Immuunregulatie van het metabolisme

Chronische activatie van het immuunsysteem speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van metabole aandoeningen. Ontstekingsprocessen remmen de werking van insuline in insulinegevoelige weefsels [11]. Dit wordt veroorzaakt doordat pro-inflammatoire cytokines de signaaltransductie van de insulinereceptor in de cel verstoren. Door de verminderde functie van de insulinereceptor wordt er minder glucose opgenomen uit het bloed. Dit proces wordt ook wel insulineresistentie genoemd. Daarnaast zorgt insulineresistentie voor een toename van vetzuren in het bloed. Bij een kortdurende activatie van het immuunsysteem beschermt dit mechanisme tegen infecties. Echter, bij chronische laaggradige ontstekingsprocessen, zoals vaak gezien bij mensen met obesitas of diabetes type 2, ontstaat er een pathologisch proces waarbij insulinegevoelige weefsels zoals de spieren en de lever steeds minder glucose kunnen opnemen uit de bloedbaan [11]. De verhoogde glucoseconcentraties in het bloed leiden tot meer oxidatieve stress (reactive oxygen species, ROS) en de versuikering (glycosylering) van eiwitten en vetten. De zogenaamde 'advanced glycation end products' (AGE's) die door deze glycosyleringsreacties ontstaan, activeren samen met de verhoogde ROS vervolgens opnieuw het immuunsysteem  [12].

Naast chronische ontstekingen kunnen ook acute ontstekingen ten grondslag liggen aan het ontwikkelen van metabole stoornissen. Onderzoek suggereert dat bij mensen met pre-diabetes, een conditie gekenmerkt door insulineresistentie maar relatief weinig lichamelijke klachten, een acute bacteriële of virale infectie diabetes type 2 kan uitlokken. Dit zou mede kunnen worden veroorzaakt doordat verschillende pathogenen AMPK kunnen beïnvloeden. Bijvoorbeeld het hepatitis C en Epstein-Barr virus kunnen AMPK remmen in de lever, waardoor de vet- en glucoseverbranding worden geremd en de opslag van vet wordt gestimuleerd [5]. Dit heeft tot gevolg dat de bloedglucosespiegel verder stijgt en de insulineresistentie verder toeneemt.

 

Prikkels voor de verbruining van wit vetweefsel

De vraag is nu wat er voor nodig is om bij metabole aandoeningen zowel het metabolisme als het immuunsysteem weer op een efficiëntere manier te laten functioneren. Het is duidelijk dat de ‘verbruining’ van wit vetweefsel positieve effecten kan hebben op de energiebalans in deze systemen [13]. Verschillende prikkels stimuleren de verbruining van wit vet. Bijvoorbeeld een kortdurend energietekort, veroorzaakt door intermitterend vasten [14] of intensief sporten [15] activeert AMPK waardoor de verbranding van vetzuren en glucose en de aanmaak van bruine/beige vetcellen gestimuleerd wordt. Koudeprikkels activeren via onder andere AMPK het UCP1 in de mitochondriën van bruine vetcellen waardoor alle brandstoffen die normaal naar de productie van ATP gaan, voor warmteproductie worden gebruikt [16].

Jiaogulan (Gynostemma pentaphyllum), een kruid uit de Chinese geneeskunde dat ook wel het onsterfelijkheidskruid wordt genoemd, activeert AMPK en stimuleert daardoor de aanmaak van bruine/beige vetcellen en de productie van nieuwe mitochondriën [17]. Ook pyrroloquinoline quinone (PQQ), een sterke antioxidant die in bepaalde voedingsmiddelen voorkomt, stimuleert de aanmaak van nieuwe mitochondriën via activatie van AMPK [18–20].

 

Kennis in de praktijk

Het metabolisme en het immuunsysteem zijn nauw met elkaar verbonden. Metabole aandoeningen, zoals diabetes type 2, hypercholesterolemie en obesitas kunnen leiden tot een verminderde functie van het immuunsysteem en andersom kunnen onstekingsprocessen metabole stoornissen veroorzaken. Intermitterend vasten, calorierestrictie, koudeprikkels en intensief sporten zijn leefstijlinterventies die het functioneren van beide systemen positief kunnen beïnvloeden. Ook de verhoogde inname en/of suppletie van PQQ en het kruid Jiaogulan  kunnen de energiebalans van het lichaam verbeteren.


Referenties

 

1.            Cohen P, Spiegelman BM. Cell biology of fat storage. Drubin DG, redacteur. MBoC. 15 augustus 2016;27(16):2523–7.

2.            Pandit R, Beerens S, Adan R a. H. Role of leptin in energy expenditure: the hypothalamic perspective. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 01 2017;312(6):R938–47.

3.            Desjardins EM, Steinberg GR. Emerging Role of AMPK in Brown and Beige Adipose Tissue (BAT): Implications for Obesity, Insulin Resistance, and Type 2 Diabetes. Curr Diab Rep. 17 2018;18(10):80.

4.            Hardie DG. Keeping the home fires burning: AMP-activated protein kinase. J R Soc Interface. januari 2018;15(138):20170774.

5.            Wensveen FM, Šestan M, Turk Wensveen T, Polic B. ‘Beauty and the beast’ in infection: How immune–endocrine interactions regulate systemic metabolism in the context of infection. Eur J Immunol. juli 2019;49(7):982–95.

6.            Conde J, Scotece M, Abella V, López V, Pino J, Gómez-Reino JJ, e.a. An update on leptin as immunomodulator. Expert Review of Clinical Immunology. september 2014;10(9):1165–70.

7.            Matarese G, Procaccini C, De Rosa V, Horvath TL, La Cava A. Regulatory T cells in obesity: the leptin connection. Trends Mol Med. juni 2010;16(6):247–56.

8.            Abu-Ashour W, Twells LK, Valcour JE, Gamble J-M. Diabetes and the occurrence of infection in primary care: a matched cohort study. BMC Infect Dis. december 2018;18(1):67.

9.            Demeulemeester F, De Punder K, van Heijningen M, van Doesburg F. Obesity as a risk factor for severe COVID-19 and complications [Internet]. Open Science Framework; 2020 dec [geciteerd 13 januari 2021]. Beschikbaar op: https://osf.io/vyd24

10.         Cole SW. Social regulation of human gene expression: mechanisms and implications for public health. Am J Public Health. oktober 2013;103 Suppl 1:S84-92.

11.         Straub RH. Insulin resistance, selfish brain, and selfish immune system: an evolutionarily positively selected program used in chronic inflammatory diseases. Arthritis Res Ther. 13 november 2014;16 Suppl 2:S4.

12.         Oxidative stress and inflammatory markers in prediabetes and diabetes. Journal of Physiology and Pharmacology [Internet]. 2019 [geciteerd 19 januari 2021]; Beschikbaar op: https://doi.org/10.26402/jpp.2019.6.01

13.         Mulya A, Kirwan JP. Brown and Beige Adipose Tissue. Endocrinology and Metabolism Clinics of North America. september 2016;45(3):605–21.

14.         Speakman JR, Mitchell SE. Caloric restriction. Molecular Aspects of Medicine. juni 2011;32(3):159–221.

15.         Granata C, Jamnick NA, Bishop DJ. Principles of Exercise Prescription, and How They Influence Exercise-Induced Changes of Transcription Factors and Other Regulators of Mitochondrial Biogenesis. Sports Med. 2018;48(7):1541–59.

16.         Mulligan JD, Gonzalez AA, Stewart AM, Carey HV, Saupe KW. Upregulation of AMPK during cold exposure occurs via distinct mechanisms in brown and white adipose tissue of the mouse: AMPK in brown and white adipose tissue. The Journal of Physiology. 15 april 2007;580(2):677–84.

17.         Nguyen PH, Gauhar R, Hwang SL, Dao TT, Park DC, Kim JE, e.a. New dammarane-type glucosides as potential activators of AMP-activated protein kinase (AMPK) from Gynostemma pentaphyllum. Bioorg Med Chem. 1 november 2011;19(21):6254–60.

18.         Chowanadisai W, Bauerly KA, Tchaparian E, Wong A, Cortopassi GA, Rucker RB. Pyrroloquinoline Quinone Stimulates Mitochondrial Biogenesis through cAMP Response Element-binding Protein Phosphorylation and Increased PGC-1a Expression. J Biol Chem. 1 januari 2010;285(1):142–52.

19.         Harris CB, Chowanadisai W, Mishchuk DO, Satre MA, Slupsky CM, Rucker RB. Dietary pyrroloquinoline quinone (PQQ) alters indicators of inflammation and mitochondrial-related metabolism in human subjects. The Journal of Nutritional Biochemistry. 2013;24(12):2076–84.

20.         Saihara K, Kamikubo R, Ikemoto K, Uchida K, Akagawa M. Pyrroloquinoline Quinone, a Redox-Active o-Quinone, Stimulates Mitochondrial Biogenesis by Activating the SIRT1/PGC-1a Signaling Pathway. Biochemistry. 19 december 2017;56(50):6615–25.

Cookies

Als u verder klikt op onze website, gaat u er ook mee akkoord dat we cookies gebruiken. Daarmee verzamelen we gegevens en volgen we wat bezoekers doen op onze website. Met die informatie verbeteren we onze website en tonen we informatie die aansluit bij wat u interesseert. Als u geen cookies accepteert, kunt u geen video's bekijken of content delen op social media. Meer informatie.

Cookies zelf instellen