Postęp w zrozumieniu przyczyn powstawania i zaburzeń w otyłości spowodowało odkrycie leptyny w 1994 r., a następnie jej receptora [Tartaglia i wsp., 1995; Zhang i wsp., 1994]. U ludzi stwierdzono występowanie mutacji powodujących powstawanie zaburzeń w relacji między leptyną i jej receptorem [Tartaglia i wsp., 1995; Caro i wsp., 1996; Sinha i wsp., 1996; Arch i wsp., 1998; Kielar i wsp., 1998].

Leptyna jest hormonem białkowym zbudowanym ze 167 aminokwasów, o masie cząsteczkowej 16 kDa. Jej synteza odbywa się głównie w adypocytach, ale wytwarzana jest także w łożysku, żołądku i w mięśniach szkieletowych [Bado i wsp., 1998; Senaris i wsp., 1997; Wang i wsp., 1998; Zhang i wsp., 1994]. Podstawowe znaczenie dla wyjaśnienia biologicznej roli leptyny w procesach metabolicznych miały badania wykonane u myszy z genetycznie uwarunkowaną otyłością. Zwierzęta te cechuje nadmierny apetyt, obniżony metabolizm podstawowy, a także wiele zaburzeń metabolicznych, do których zaliczyć można hiperlipidemię, zmniejszoną wrażliwość na insulinę, hiperglikemię, nietolerancję glukozy, cukrzycę [Campfield i wsp., 1995; Pelleymounter i wsp., 1995]. Na podstawie badań stwierdzono, że wśród otyłych zwierząt daje się wyróżnić dwie grupy różniące się stężeniem leptyny we krwi. Niskie stężenie występuje u myszy z genem ob/ob, a wysokie z genem db/dbw porównaniu z myszami o normalnej masie ciała [Chen i wsp., 1996; Lee i wsp., 1996]. Zauważono, że podanie leptyny zwierzętom otyłym, u których występował niski jej poziom we krwi (gen ob/ob), jak również tym z prawidłową masą ciała powodowało zmniejszenie apetytu, wzrost wydatku energetycznego i spadek masy ciała [Halaas i wsp., 1995; Pelleymounter i wsp., 1995]. Podanie leptyny zwierzętom otyłym, o wysokim stężeniu leptyny we krwi (db/db),nie powodowało zmniejszenia łaknienia i obniżenia masy ciała, co jest najprawdopodobniej wynikiem niskiej wrażliwości receptora leptyny [Chua i wsp., 1996; Ghilardi i wsp., 1996]. Jeżeli zwierzętom o prawidłowej masie ciała podano pożywienie bogate w tłuszcz, to obserwowano wzrost stężenia leptyny we krwi proporcjonalnie do przyrostu ilości tkanki tłuszczowej w organizmie. Następnie zidentyfikowano istnienie receptorów leptyny w podwzgórzu, w miejscu gdzie hamowała ona wydzielanie neuropeptydu Y (NPY) [Banks i wsp., 1996; Banks i wsp., 2000; Stephens i wsp., 1995; Schwartz i wsp., 1996; Tomaszuk i wsp., 1996]. Zaburzenia w wydzielaniu leptyny, a w konsekwencji niskie jej stężenie we krwi lub mutacje receptora leptyny w podwzgórzu, będące przyczyną niewrażliwości na ten hormon, uznano za przyczynę otyłości u zwierząt doświadczalnych [Friedman, Halaas, 1998; Rohner-Jeanrenaud, Jeanrenaud, 1996]. Gen ob, odpowiedzialny za syntezę leptyny, zidentyfikowano jednocześnie u zwierząt doświadczalnych oraz u ludzi [Zhang i wsp., 1994]. Receptory leptyny stwierdzono nie tylko w podwzgórzu, ale również w tkance tłuszczowej, mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym, wątrobie, jajnikach, jądrach, łożysku, nerkach i płucach, co wiązać można z bezpośrednim jej wpływem na procesy metaboliczne w wymienionych tkankach i narządach [Tartaglia i wsp., 1995].

Rola leptyny w regulowaniu metabolizmu i powstawaniu otyłości u ludzi nie jest w pełni wyjaśniona, lecz uzyskane dotychczas wyniki badań wskazują, iż stanowi ona ważne ogniwo łączące ilość zgromadzonej tkanki tłuszczowej w organizmie z wieloma procesami (np. rozród czy zaburzenia metaboliczne, takie jak hiperlipidemia, oporność na insulinę) [Barash i wsp., 1996; Karlsson i wsp., 1997; Mohamed-Ali i wsp., 1998; Ortiz-Gonzales i wsp., 2000]. Stężenie leptyny we krwi podlega rytmowi okołodobowemu. Najniższe stężenie obserwuje się między przedpołudniem i północą, najwyższe zaś między północą a wczesnymi godzinami rannymi [Chen i wsp., 2000; Heptulla i wsp., 2001]. Dobowy rytm wydzielania nie występuje w przypadku zaburzeń cyklu miesiączkowego [Laughlin, Yen, 1997]. Zanika on także u kobiet stosujących zarówno bardzo nisko- jak i wysokoenergetyczne diety, przy bardzo dużym wydatku energetycznym, spowodowanym aktywnością fizyczną [Hilton, Loucks, 2000]. Wskazywać to może na zależność wydzielania leptyny od dostępności energii, rozumianej jako różnica między ilością energii dostarczanej i wydatkowanej. Na stężenie leptyny w ciągu dnia ma wpływ rodzaj i częstotliwość spożywanego pokarmu. Posiłek bogatowęglowodanowy powoduje wyższe stężenie leptyny niż izokaloryczny posiłek o dużej zawartości tłuszczu [Dallongeville i wsp., 1998; Romon i wsp., 1999]. Natomiast jednorazowe spożycie dużej ilości pokarmu powoduje spadek jej stężenia we krwi. Stężenie tego hormonu we krwi u osób odżywiających się regularnie jest o 45% wyższe niż u spożywających jeden obfity posiłek dziennie [Taylor i wsp., 1999]. Niższe stężenie leptyny we krwi u osób spożywających jednorazowo posiłek wysokoenergetyczny może być bodźcem wpływającym na wzrost apetytu i w konsekwencji prowadzącym do otyłości.

Ze względu na zależność, która istnieje między stężeniem leptyny a ilością tłuszczu w organizmie, jej wpływem na przemiany energetyczne, dojrzewanie płciowe czy rozród można wnioskować, że stanowi ona ważny element regulacji hormonalnej organizmu i wykazuje interakcje z innymi hormonami o podstawowym znaczeniu dla organizmu. Zależność między LPT a NPY oraz interakcje z innymi hormonami przedstawiono na rycinie 1. Poprzez przestawienie systemu utleniania substratów z węglowodanów na lipidy i tym samym redukcję lipogenezy [Nemecz i wsp., 1999], leptyna wpływa na metabolizm lipidów w wątrobie. Cooling i wsp. [1998] wykazali, że stężenie leptyny dodatnio koreluje z BMI i procentową zawartością tłuszczu w organizmie oraz ze spożyciem tłuszczu.

Ryc. 1. Wzajemna zależność leptyny i NPY Interakcja z innymi hormonami [Romer, 1997]