A leptinhiányos elhízás meghosszabbítja a túlélést a myelodysplasticus szindróma egérmodelljében

Absztrakt

Bevezetés

Az elhízás jelentős egészségügyi kockázatot jelent, és függetlenül kapcsolódik egy olyan rendellenesség-klaszter kialakulásához, amelyet általában metabolikus betegségeknek neveznek, ideértve a 2-es típusú diabetes mellitust (T2DM), a szív- és érrendszeri betegségeket, agyvérzést, a neurodegenerációt és a májbetegségeket. Ezenkívül egyre nyilvánvalóbbak a testtömeg-index (BMI) és sok rák közötti oksági összefüggések.41

Az elmúlt évtizedben az elhízás nemcsak a tumor alapú rák legtöbb formájához, hanem hematológiai rosszindulatú daganatokhoz is társult. 5 Az elhízott betegeknél fokozott a leukémia kockázata, 6 és gyermekeknél a zsírfelesleg mind a fokozott fokozott előfordulása és alacsonyabb túlélése leukémia esetén.7 Ezenkívül az elhízás egyre inkább összefügg a myelodysplasticus szindrómák (MDS) előfordulásának fokozott kockázatával.

Mód

A részletes módszerek az Online kiegészítő módszerek részben érhetők el

A 10 hetes hím Ob/Ob egerek, az almatársak sovány kontrolljaival együtt, amelyeket a Jackson Laboratory-ból (USA) vásároltak, csontvelő-transzplantáción (BMT) estek át, 6/8 hetes vad típusú hím hímtől ( WT) C57bl/6 egerek (Jackson Laboratory) vagy hím NHD13 egerek az Alfred Medical Research Education Precinct (AMREP) Állatközpontban fenntartott telepekből származnak. Valamennyi állatkísérletet az AMREP Állatetikai Bizottság hagyta jóvá, és az Ausztrál Nemzeti Egészségügyi és Orvosi Kutatási Tanács állatkísérleti irányelveivel (Etika E/1444/2014/B) összhangban hajtotta végre.

Eredmények

Az elhízott egerek hematopoietikus fenotípust mutatnak hét hónapos myelodysplasticus szindróma után

1. ábra. Az Ob/Ob egerek hasonló hematopoietikus fenotípust mutatnak, mint a vad típusú egerek, amikor mielodiszplasztikus szindrómával fertőzöttek a már meglévő monocitózis ellenére. (A) Kísérleti áttekintés: Ob/Ob egereket és WT alomtárs kontrollokat WT vagy NHD13 csontvelővel (BM) transzplantáltunk, amíg az MDS tünetek kialakulása eutanáziát nem igényelt. Hét hónappal a csontvelő-transzplantáció után az egereket elvéreztük az elemzéshez (B – E), és egy alcsoportot selejteztek a szöveti elemzéshez (F – I). (B) A CBC által kapott vérképek, (C) a limfociták áramlási citometriás elemzése és (D) a CBC vérlemezkeszámai és a retikulált vérlemezkék áramlási citometriájának elemzése (% vérlemezkék). (E) myeloid sejtek elemzése áramlási citometriával lizált véren. (F) BM sejtek áramlási citometriájának elemzése, ideértve a hosszú távú őssejteket és a mieloid progenitorokat, és (G) sejtciklus elemzés (DAPI). (H – I) Lép immunsejtek áramlási citometriájának elemzése, beleértve (H) hosszú távú őssejteket és mieloid progenitorokat és (I) mieloid populációkat. (A – E); n = 12–16; (F – I); n = 3. Minden adat átlag ± SEM-ben kifejezve. * P # P

Az általunk választott MDS-modell az NHD13 transzgénikus egér volt, amely túlzottan expresszálja a humán MDS-hez társított NUX98-HOXD13 fúziós fehérjét. 19 Ezeknek az egereknek MDS-fenotípusuk van, amely

30% -ot 14 hónapon belül.19 Ennek megfelelően kezdetben értékeltük az elhízás vérképzésre, és különösen a mielopoiesisre gyakorolt hatását, hét hónappal a transzplantáció után NHD13 transzgénikus donor egerek BM-jével, amely időpontban az összes egér életben maradt (azaz az előrejelzett a modell félúton való túlélési pontja).

Az elhízott egerek hosszabb túlélést mutatnak, ha a myelopoiesis fokozódása ellenére mielodiszplasztikus szindrómával fertőzik őket

2. ábra: Ob/Ob egerek hosszabb túlélést mutatnak, ha mielodiszplasztikus szindrómával fertőzik őket, a már meglévő monocitózis ellenére. Az Ob/Ob egerek és a WT alomtárs kontrollokat, amelyeket WT vagy NHD13 BM-mel transzplantáltunk, követtük (A) Kaplan-Meier túlélési görbéjében. (B) A halálhoz hozzájáruló betegség aránya. A keringő myeloid sejtpopulációk, ideértve (C) összes monocitát, (D) Ly-6C hi monocitákat, (E) Ly-6C lo monocitákat és (F) neutrofileket áramlási citometriával elemezve, lizált véren. A keringő limfoid populációk, beleértve a (G) B-sejteket és (H) T-sejteket, áramlási citometriával elemezve lizált véren. (A, B); n = 16; (C – H); n = 12–16. Minden adat átlag ± SEM-ben kifejezve. WT: vad típusú; MDS: mielodiszplasztikus szindróma; T-ALL: T-sejtes akut limfoblasztos leukémia; CMML: krónikus mielomonocita leukémia; AML: akut myeloid leukémia; BMT: csontvelő transzplantáció.

Végpont vér és lép jellemzői

3. ábra. Az Ob/Ob egerek hasonló betegségfenotípust mutatnak az MDS/AML végponton a súlyosbodott monocitózis ellenére. A WT vagy NHD13 csontvelővel (BM) átültetett Ob/Ob egerek és WT alomtárs kontrollokat addig követtük, amíg az MDS tünetek kialakulása eutanáziát nem igényelt. (A) mieloid sejtek, (B) limfociták és (C) progenitor sejtek véráramlási citometriájának elemzése. A (D) vörösvértestek, (E) hemoglobin, (F) hematokrit, (G) átlagos korpuszkuláris térfogat és (H) vérlemezkék CBC elemzése. (I) A lép súlya és a reprezentatív képek, 0,5 cm méretarányúak. (J) HSPC-k és mieloid progenitorok áramlási citometriájának elemzése a BM-ben. (K) A BM reprezentatív képei sovány és Ob/Ob egerekből, a nyilak tágult ereket jeleznek, A jelzi a zsírsejteket. (L) HSPC-k áramlási citometriájának elemzése a lépben. (A – I); n = 11–16; (J – L); n = 4–8. Minden adat átlag ± SEM-ben kifejezve. * P # P

Az elhízott egereknél az MDS-re válaszul átalakított zsírszövet van jelen

4. ábra MDS-nek kitett Ob/Ob egerek zsírszöveti paraméterei. Az Ob/Ob egereket és a WT alomtárs kontrollokat WT-vel vagy NHD13 BM-mel átültetve addig követtük, amíg az MDS tünetek kialakulása eutanáziát nem igényelt. A halál után a zsírszöveteket boncolták és elemezték. (A) Az EchoMRI-vel mért zsír- és sovány tömeg. (B) A súlycsökkenés százalékos aránya a megfelelő kontrollcsoportokhoz viszonyítva. (C) A visceralis zsírszövet reprezentatív H&E festett szakasza (VAT). (D) A VAT sztrómás vaszkuláris frakció áramlási citometriájának elemzése, beleértve az aktivált mieloid sejtek (CD11b +), a makrofágok (F4/80 +) és a gyulladáscsökkentő makrofágok (CD11c +) százalékos arányát. (E) Adipocyta-szám elemzés és (F) adipocita-méret elemzés Image Pro J. alkalmazásával. (G) PicroSirius vörös festése az áfáról a kollagén megjelenítésére polarizált fényben. (A – B); n = 9–16; (C – G); n = 4–8. Minden adat átlag ± SEM-ben kifejezve. * P # P

Az immunsejtek felvétele a zsírszövethez a zsírszövet átalakulásával társult, ezért elemezni kezdtük az adipocita jellemzőit. 22 Az adipocita méretének számszerűsítésével kiderült, hogy az elhízott MDS egerek zsigeri zsírszövete (VAT) több kisebb zsírszövetet és kevesebb nagy adipociták, ami a zsírszövet kiterjedt átalakítását jelzi az MDS-re reagálva, hasonló tendenciával a sovány egereknél (4E, F ábra). A fokozott immunsejt-toborzással és a zsírszövet-átalakítással összhangban megnövekedett VAT-fibrózist figyeltünk meg az elhízott MDS-állatokban, amikor a kollagénfestést vizsgáltuk (4C – G ábra). Ezen adatok alapján feltételezzük, hogy az egyik mechanizmus, amellyel az elhízás meghosszabbítja az MDS-ben szenvedő egerek túlélését, a zsírtömeg megőrzése.

Az MDS hatása a lép és a máj immunsejt populációira WT és Ob/Ob egerekben

Összességében ezek az adatok alátámasztják azt az elképzelést, hogy az elhízott VAT előnyösen vonzza a specifikus myeloid sejtpopulációkat MDS egerekben, ami egyidejűleg csökkenti ezen sejtek felhalmozódását más szövetekben, például lépben és májban.

Vita

Az elhízás egyre inkább a rákkal társul, és ma már számos rosszindulatú patológia rizikófaktoraként ismerik el.235 A szilárd daganatok mellett az elhízást a leukémia különböző formáival is összefüggésbe hozták.11 Az elhízáshoz az MDS fokozott prevalenciája társul, azonban az adatok kevésbé egyértelműek az MDS-t mutató elhízott betegek túlélési eredményével kapcsolatban. Korábban kimutattuk, hogy az elhízott zsírszövet kölcsönhatásba lép a BM-mel, és elősegíti a monocitózist a myeloid út IL-1β-n keresztüli stimulálása révén. Ebben az összefüggésben feltételeztük, hogy ez a megnövekedett myelopoiesis alapsebesség hozzájárul az MDS-hez és az AML-hez való progresszióhoz, ezáltal csökkentve a túlélést. Meglepő módon, míg az MDS hátterében elhízás által kiváltott myelopoiesist figyeltek meg, ez jelentősen javult túléléssel volt összefüggésben. Feltételezzük, hogy az elhízott egerekben a kitágult zsírszövet a megnövekedett myeloid sejtek mosogatójaként működik, megkímélve más létfontosságú szerveket a mieloid sejtek terhelésétől és az azt követő diszfunkciótól. Javasoljuk továbbá, hogy az elhízott MDS egerekben megfigyelt zsírtömeg megőrzése valószínűleg hozzájárul a túlélési előnyhöz sovány társaikhoz képest (6. ábra).

6. ábra: NHD13 csontvelővel átültetett elhízott egerekben a túlélés fokozott javasolt mechanizmusának sematikus áttekintése. MDS: mielodiszplasztikus szindróma; AML: akut myeloid leukémia.

Paradox eredményeink rávilágítanak arra, hogy az elhízás nem mindig társulhat megnövekedett halálozási kockázattal a hematológiai rendellenességekben szenvedőknél. A preklinikai adatok és az MDS klinikai lefolyása között az egyik fő különbség abban rejlik, hogy az ebben a betegségben szenvedő betegeket transzfúzióval, kemoterápiával, beleértve az epigenetikus módosítókat, és esetenként a BMT-vel is kezelhetjük. Általánosságban elmondható, hogy a rákban az elhízás paradoxonát alátámasztó tanulmányok „U-alakú” összefüggést írnak le a BMI és a teljes túlélés között. 24 Ez arra utalhat, hogy a túlsúlyos és a közepesen elhízott betegek megnövekedett energiatárolói hosszabb túlélést tehetnek lehetővé, de súlyosan elhízott betegek társbetegségek esetén fennáll a túlélési arány csökkenésének kockázata.

Ennek az elhízási paradoxonnak megfelelően halmozódó jelentések bizonyítják, hogy a zsírszövet kritikus lehet a beteg egészsége és túlélése szempontjából. Különösen a szubkután zsírszövet társult a megnövekedett túléléssel számos körülmények között, ideértve a hematológiai rendellenességet, a mielóma multiplexet is. 2725 A zsírszövet az emberi test fő energiaraktára, ezért az elegendő zsírraktár megőrzése jobb túlélési eredményekhez vezethet, lehetővé téve az az izom proteolízisének lassabb sebessége, egy másik fontos energiaforrás. Ezenkívül a zsírszövetet ma már teljes mértékben felismerték a különféle testi funkciókat befolyásoló endokrin szervként. Valójában a fehér zsírszövet kimerülése fokozott gyulladásos jelátvitellel és a cirkadián szabályozás megzavarásával jár. 28 Az adiponektin - az áfa által kiválasztott egyik fő hormon - alacsony szintje a rák kockázatának növekedésével és a rossz diagnózissal járt., a zsírraktárak fenntartása az NHD13-mal átültetett Ob/Ob egerekben döntő szerepet játszhat hosszabb túlélésükben, összehasonlítva a sovány MDS-sel, amely elveszíti áfájuk nagy részét.

Az elhízott, MDS-ben szenvedő egerekben jelentős számú sejtet találtunk az VAT-ban. Kezelés hiányában úgy tűnt, hogy a sejtek előnyös elhelyezése a zsírszövetben részben megvédheti más szerveket az infiltrációtól, magyarázatot adva az elhízott egerek elhúzódó túlélésére, amikor NHD13-indukált MDS-szel szembesülnek. Az MDS-ből az AML-be történő transzformáció az ős- és az őssejtekben történik, nem az érett myeloid sejtekben. Érdekes módon átalakulás történhetett az elhízott áfában, és egyúttal megakadályozta a leukémia kinövését, miközben e sejtek kissé szunnyadtak. A lelkiismeret abból a felfedezésből származik, hogy a leukémiás őssejtek nyugodtan tartózkodhatnak az áfán belül, védelmet nyújtva ezzel a kemoterápiával szemben.

Ennek a tanulmánynak számos korlátja van, amelyeket figyelembe kell venni eredményeink értelmezése során. Először az elhízás genetikai modelljét alkalmaztuk, ahol a leptin hiányos, ami hiperfágia kialakulását okozza. Noha ez a modell kulcsfontosságú az adipozitás fenntartásában, nem tükrözi azt a forgatókönyvet, ahol az étrend változása az elhízást vezérli, amelyben például a lipidek változása befolyásolhatja a betegség átalakulását. Emellett nem zárható ki a leptin szerepe az MDS evolúciójában. Továbbá a BMT-k elvégzése mellett döntöttünk, szemben az NHD13 egerek Ob/Ob egerekkel való keresztezésével. Valószínű, hogy nem valószínű, hogy az átültetéssel és a beültetéssel járó hematopoietikus stressz megváltoztatta-e a betegség lefolyását, de szem előtt kell tartani. Végül csak egy MDS modellt teszteltünk; hogy ez más modellekben is igaz-e, azt még meg kell határozni.