A fehér zsírszövet lipolízis hibája és a súly gyors visszanyerése

Orvosi Osztály, Albert Einstein Orvostudományi Főiskola, Bronx, New York

Az újranyomtatási kérelmek és egyéb levelezések címe: M. Kasher-Meron, Clalit Health Services, Sharon Shomron körzet, Ha-Melakha St. 39, Netanya, Izrael (e-mail: [email protected]).

Farmakológiai Tanszék, Albert Einstein Orvostudományi Főiskola, Bronx, New York

Orvosi Osztály, Albert Einstein Orvostudományi Főiskola, Bronx, New York

Farmakológiai Tanszék, Albert Einstein Orvostudományi Főiskola, Bronx, New York

Absztrakt

Az Elhízás Világszövetségének (5) meghatározása szerint az elhízás krónikusan visszatérő egészségi állapot. A testsúlycsökkentéshez kapcsolódó életmódbeli beavatkozás véletlenszerű kontrolltanulmányai szerint a fogyás 50–80% -a hosszú távú nyomon követés során visszanyerhető, a testsúly nagy részét a beavatkozási programot követő első 2 évben sikerült visszanyerni, és 4–3 6 év (8, 21a). Sikeres, hosszú távú fogyásról számoltak be azoknál a betegeknél, akik betartották az alacsony kalóriabevitelt és az intenzív fizikai aktivitást (16). Ezért felvetődött, hogy a sovány alany, akinek előzetesen van elhízási memóriája (OM), metabolikusan nem azonos a karcsú memóriával (LM) rendelkező kortárssal, aki soha nem volt elhízott.

A súly visszanyerésének nagysága és elterjedtsége mind az emberek, mind a rágcsálók modelljeiben rámutatnak a hatékony fiziológiai mechanizmusok jelenlétére, amelyek ellentétesek a testtömeg változásával. Embereken és rágcsálókon végzett vizsgálatok bepillantást engednek ezekbe a mechanizmusokba, jelezve az energiafogyasztás (EE) hosszú távú csökkenését, amely meghaladja a sovány testtömeg, a zsírtömeg és az életkor várható változását (10, 14, 20, 21). A perifériás szövetek üzemanyag-felhasználásának változásai és az adipocita-hiperplázia elősegítik a zsírszövet-terjeszkedést és a súlygyarapodást (14, 23). Ezek az erőteljes mechanizmusok, amelyeket gyakran „súly alapérték mechanizmusnak” neveznek, az elhízás idején úgy tűnik, hogy visszaállnak. Fogyáskor aktiválják a kompenzációs válasz hipotetikus hurokját, amely a perifériától a központi idegrendszerig terjedő szignálmolekulákat foglal magában, tükrözve az energia rendelkezésre állását és tartalékát, valamint az ideghálózatok aktiválódását, amelyek modulálják az étvágyat, a pszichomotoros aktivitást és az anyagcsere hatékonyságát, hogy szembeszálljanak a testtömeg változásával.

Az OM alapjául szolgáló patofiziológiai mechanizmusokat és a súly visszaállításának folyamatát nem ismerjük jól. Korábban kimutatták, hogy az elhízás lipolitikus hibával és a katekolaminokkal szembeni ellenálló képességgel társul, amelyeket emberek és egerek az elhízás különböző modelljeiben írtak le (4, 13, 19, 24, 30). Ez a zsírszövet lipolitikus hibája potenciálisan korlátozhatja a fogyás képességét, és elősegítheti a további súlygyarapodást. Ebben a tanulmányban feltételeztük, hogy a diéta által kiváltott elhízás (DIO) által kiváltott lipolitikus hiba a fogyás után is fennáll, és elősegíti a súly visszanyerését. Kihasználtuk a DIO állatmodelljének előnyeit. A DIO egereket kalóriakorlátozásnak vetették alá, majd nagy zsírtartalmú étrenddel (HFD) kezelték őket, hogy boncolgassák a zsírszövet autonóm szerepét a zsír visszaszerzésének elősegítésében sovány egerekben OM-val.

Állati modell.

A vad típusú C57BL6/J hím egereket 8 hetes korukig etették kereskedelmi csirkével, majd 60% HFD-re (D12492, Research Diets, Brunswick, NJ) vagy 10% zsírkontroll-étrendre helyezték őket (D12450J, Research Diets, Brunswick NJ). Az ételt és a vizet 8 hétig ad libitum engedték. A korábban HFD-vel táplált egereket ezután 4 hét múlva kalória-korlátozó étrendre helyeztük, az alábbiakban leírtak szerint. Az egércsoportokat ezután HFD-re helyeztük ad libitum. Az állatokat 3-4 fős csoportokban helyezték el. A ketreceket állandó szobahőmérsékleten (23 ° C) és 12 órás világos-sötét ciklusban (világos 7 órakor) tartottuk. Minden egeret hetente lemértünk. A zsír és a sovány testtömeget egy teljes test kvantitatív mágneses rezonancia rendszerrel mértük a megadott időpontokban (1. ábraA). Az egereket eutanizáltuk, és az epididymális zsírszövetet összegyűjtöttük a megadott időpontokban (1. ábraA). A protokollt az Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottság hagyta jóvá, és az összes állatot a laboratóriumi állatok gondozásának és felhasználásának útmutatójában szereplő útmutatásoknak megfelelően tartották fenn.

Kalória korlátozás.

Azoknak az egereknek, akiknek kalória-korlátozásra került sor, a kontrollcsoportban egereknél regisztrált kalóriabevitel 60% -át etették meg, akiket zsírszegény táplálékkal ad libitum tápláltak. A kalóriabevitel mérésére a kontrollcsoportban az élelem mennyiségét eltávolítottuk a ketrec garatából, és a kiömlött anyagot (a ketrec fenekén lévő pelleteket) naponta lemértük 3 egymást követő napon keresztül. Étel került

1 órával a 12 órás világos-sötét ciklus sötét fázisa kezdete előtt. Az egerek étkezési viselkedését naponta figyelték meg, amikor táplálékot kaptak. A garatban volt annyi hely, hogy minden egér egyszerre férjen hozzá az élelemhez, és nem volt bizonyíték arra, hogy az egerek zavarják mások étkezési viselkedését.

Az éhomi glükóz.

Az egereket 14 órán át éheztettük. Vérmintákat vettünk a farokcsúcsból, miközben az állat ébren volt, féktelen volt, és azonnal megvizsgálta a Freestyle Optium glükométer segítségével.

Ex vivo nem észterezett szabad zsírsav-felszabadító lipolízisvizsgálat fehér zsírszövetben.

Az állatokat 14–16 órán át egy éjszakán át tartó éheztetés után eutanizálták. A perigonadal zsírszövetét összegyűjtöttük, és 15–30 mg-os darabokra vágtuk. A zsírszövetet 1 órán át előinkubáltuk alacsony glükózszintű Dulbecco-féle módosított Eagle táptalajjal (Thermo Fischer Scientific) plusz 1% szarvasmarha-albuminnal, zsírsavmentes (Sigma), nem észterezett szabad zsírsav (NEFA) tisztítószerként (25). A zsírszövetet ezután norepinefrinnel (329-56-6, Sigma) kezeltük a megadott koncentrációkban 1 órán át. A táptalajt leszívtuk és -80 ° C-on lefagyasztottuk további elemzés céljából. A tápközeg NEFA-koncentrációját Wako Diagnostics Kit [HR sorozat NEFA-HR (2), Fujifilm Wako Diagnostics, Mountain View, CA] alkalmazásával vizsgáltuk és a zsírszövet-explant tömegre normalizáltuk.

Közvetett kalorimetria.

Kvantitatív valós idejű polimeráz láncreakció.

A sejtszintű RNS-t teljes zsírszövetből extraháltuk QIAzol Lysis Reagent és RNeasy Mini Kit (74104, Qiagen) alkalmazásával, és az RNS-tisztítás során DNáz-emésztésnek vetettük alá (79254, Qiagen). Az első szálú cDNS-t szintetizáltuk SuperScript VILO cDNS szintézis készlet segítségével (11754050, Invitrogen). Gén expressziós szintje Adrb1, Adrb2, Adrb3, Adra2a, Il1b, il6, il10, ccl2, ccl5, emr1, és arg-1 meghatározásához TaqMan szondákat használtunk (Mm00431701_s1, Mm02524224_s1, Mm02601819_g1, Mm00845383_s1, Mm00434228_m1, Mm00446190_m1, Mm01288386_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441242_m1, Mm00441742_m1 Az értékeket a standard görbe módszer szerint jelentjük, az RPL30-at használva referenciagénként.

Western blot elemzés.

Adatok elemzése és statisztikák.

Az adatokat átlag ± SE-ként adjuk meg. A kalorimetriai adatok statisztikai összehasonlítását kétirányú ANOVA alkalmazásával számítottuk, amelyet Tukey őszintén szignifikáns különbségtesztje követett az átlagok többszörös páros összehasonlítására. Két csoport összehasonlítását kétfarkú Student segítségével számoltuk ki t teszt. P értékek

2. ábra.Közvetett kalorimetriás adatok. Az energiafogyasztás (EE) és a légzéscsere arány (RER) az időhöz viszonyítva, valamint egy táblázat, amely az átlagos értékeket mutatja egyensúlyi állapotban éhgyomorra, etetés közben és 24 órán át 1. pont (n = 3–4) (A-C); 2. pont (n = 3–4) (D-F); és 3. pont (n = 3–4) (G-én), a szövegben és az 1. ábrán meghatározottak szerintA, jelennek meg. A vizsgálatokat 3 egymást követő napon végeztük. Az egerek egyik napról a másikra hozzáférhettek az élelemhez. Az átlagos EE és RER különbségeket az éhezés és az etetés egyensúlyi állapota során kétirányú ANOVA-val értékeltük post-hoc Tukey korrekcióval több összehasonlítás céljából. Az EE és RER adatok átlagként ± SE; n = egerek száma. LM, sovány memória; OM, elhízási memória.

3. ábra.Ex vivo zsírszövet funkcionális lipolízis. Az epididymális fehér zsírszövetet egy éjszakán át tartó böjt után gyűjtöttük össze. A zsírszövet-explantátumokat a norepinefrin (NE) jelzett koncentrációjával inkubáltuk. A nem észterezett szabad zsírsav (NEFA) koncentrációit a táptalajban 1 óra inkubálás után mértük, és a szövetminta tömegének megfelelően standardizáltuk. A lipolitikus választ a 1. pont (n = 4) (A), 2. pont (n = 3) (B), és 3. pont (C), miután az egereknek 5 napig ad libitum adták a magas zsírtartalmú étrendet (n = 8–9). Az adatpontok az egerek minden egyes csoportjának átlagát mutatják a kontrollcsoport kiindulási értékéhez viszonyítva, a sovány memória (LM). Ezen adatpontok alapján illesztettük a dózis-válasz lineáris modellt. Az egyes NE-dózisok NEFA-méréseinek különbségét Student's segítségével elemeztük t-teszt. Az adatok átlag ± SE; n = egerek száma. *P érték

4. ábra.Katekolamin-indukált hormon-érzékeny lipáz (HSL) foszforiláció. Az epididimális fehér zsírszövetet a sovány memória (LM) vagy az elhízás memória (OM) egereiből gyűjtötték be, miután 5 napig zsíros étrenddel kezelték őket, 3. pont. A: A HSL-foszforiláció Western blot-analízise specifikus szerin-maradványokon epididymális zsírszövet-explantánsokban 15 perces inkubálás után, 0,5 uM norepinefrin (NE) vagy anélkül (NE).n = 3). B: a jelzett fehérjék és a foszfo-fehérje denzitometriai meghatározása. Az adatok ± ± SE átlagban kifejezve; n = egerek száma. *P érték

Ezután felmértük, hogy az OM-vel rendelkező egerek epididimális zsírszövetének lipolitikus hibája összefüggésben lehet-e a megnövekedett gyulladással. Ennek érdekében elemeztük a gyulladásos citokinek génexpresszióját az epididimalis zsírszövetben. Nál nél 1. pont, egerek 8 hét HFD után mérsékelt növekedést mutattak több gyulladásos gén szintjének expressziójában a kontroll egerekhez képest. Növekedett a Ccl2, látszólagos növekedésével Il-1b, Tnf, és Emr1 amely nem érte el a statisztikai szignifikanciát (5. ábraA). Nál nél 2. pont, 4 hetes kalóriakorlátozás és minden súlyfeleslegük elvesztése után az OM egerek alacsonyabbak voltak Ccl2, Arg, és Emr1 gén expressziója a zsírszövetben az LM kontroll egerekhez képest, látszólagos csökkenéssel Ikke, IL1b, és IL10; ez azonban nem érte el a statisztikai szignifikanciát (5. ábraB). A HFD-nek való újbóli expozíció után a korábbi OM-val rendelkező egereknél a HFD újrakezdését követő 5 napon belül a gyulladásos génexpressziós minta erőteljesebb megismétlődését mutatták, megnövekedett Ccl2, Ikke, Il10, Tnf, és Emr1, összehasonlítva a kontroll egerekkel, amelyeknek először kaptak HFD-t (5. ábra)C).

5. ábra.Gyulladásos génexpresszió epididimális zsírszövetben. Valós idejű polimeráz láncreakció epididymális fehér zsírszövetben expresszált gyulladásos gének esetében. A méréseket a kontroll csoporthoz viszonyítva fejezzük ki. A: az egereket alacsony zsírtartalmú étrenddel (LFD) vagy magas zsírtartalmú étrenddel (HFD) etették 8 hétig (n = 3–4). B: az egereket 8 hétig HFD-vel etettük, majd további 4 hétig 60% -os kalória-korlátozásnak vetettük alá őket LFD-vel a sovány testtömeg elérése érdekében. A kontroll csoport 12 hét múlva ad libitum LFD-t kapott (n = 2). C: elhízási memóriával vagy anélkül (OM) kapott egereknek 5 napig ad libitum HFD-t ajánlottak (n = 3–4). Egy független hallgató t-tesztet végeztünk az egyes specifikus génexpressziók átlagának összehasonlítására. Az adatok átlag ± SE; n = egerek száma. *P érték

Annak értékelésére, hogy az OM-vel kapcsolatos lipolitikus defektus összefüggésben van-e az adrenerg receptorok megváltozott expressziójával az adipocitákban, ellenőriztük a Adrb1, Adrb2, Adra2a, és Adrb3 a zsírszövetben. Egerek 8 hét HFD után, at 1. pont, volt

50% -kal csökken az adrenerg receptor génexpresszió szintje a kontroll csoporthoz képest (6. ábraA). Nál nél 2. pont, 4 hét kalória-korlátozás után az OM-vel rendelkező egereknél az adrenerg receptor mRNS szintje drámai mértékben megemelkedett, a Adrb1 és Adrb3 gén expresszió a kontroll csoporthoz képest (6. ábraB). A HFD-nek való újbóli expozíció után az előzőleg OM-val rendelkező egerek nagyobb mértékű csökkenést mutattak az adrenerg receptor gének expressziójában, mint azok a kontroll egerek, amelyeknek először kaptak HFD-t. Érdekes módon, Adrb3 volt a gén, amelyet a HFD újracsatolása leginkább érintett,

Expressziójának 75% -os csökkenése a kontroll csoporthoz képest (6. ábra)C). Termogén gének expressziója a időpontok 1–3 elemezték, egyértelmű mintázat nélkül (az adatokat nem mutatják).

6. ábra.Adrenerg receptor génexpresszió epididymális zsírszövetben. Valós idejű polimeráz láncreakció. A méréseket a kontroll csoporthoz viszonyítva fejezzük ki. A: az egereket alacsony zsírtartalmú étrenddel (LFD) vagy magas zsírtartalmú étrenddel (HFD) etették 8 hétig (n = 3–4). B: az egereket 8 hétig HFD-vel etettük, majd további 4 hétig 60% -os kalória-korlátozásnak vetettük alá LFD-vel a sovány testtömeg elérése érdekében. A kontrollcsoport 12 hétig ad libitum LFD-t kapott (n = 2). C: elhízási memóriával vagy anélkül (OM) kapott egereknek 5 napig ad libitum HFD-t ajánlottak (n = 3–4). Egy független hallgató t-tesztet végeztünk az egyes specifikus génexpressziók átlagának összehasonlítására. Az adatok átlag ± SE; n = egerek száma. *P érték

Összefoglalva, a jelen tanulmányban bemutatott adatok új betekintést kínálnak a súlycsökkenés utáni súly visszanyerés mechanizmusaiba és a fogyás fenntartásának kihívásába. Rámutat egy endogén lipolízis hibára a fehér zsírszövetben OM-val, fokozott katekolamin-rezisztenciával és korai gyulladásos génexpresszióval a HFD-vel történő újratáplálás után. Az OM-vel rendelkező sovány egerek fehér zsírszövete fokozott érzékenységet mutat a HFD iránt, ami szerepet játszhat a fogyás után megfigyelt gyors testsúly-visszanyerésben.

Ezt a munkát a Nemzeti Egészségügyi Intézetek DK-033823 és DK-020541 finanszírozta (J. E. Pessinnek).

A szerzők nem jelentenek be pénzügyi vagy egyéb összeférhetetlenséget.