Az egerek perinatális expozíciója a DDT peszticidnek károsítja az energiafelhasználást és az anyagcserét a felnőtt nőstény utódokban

Kaliforniai Egyetem Környezeti Toxikológiai Osztálya Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok, Megelőző Orvostudományi Tanszék, Mount Sinai Orvostudományi Kar, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok, Metabolizmus Intézet, Mount Sinai Orvostudományi Egyetem, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok

Kaliforniai Egyetem környezeti toxikológiai tagozat Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok

A Sinai-hegyi Orvostudományi Egyetem Prevenciós Orvostudományi Osztálya, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok

Affiliations Metabolism Institute, Mount Sinai Orvostudományi Kar, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok, Endokrinológiai, cukorbetegség és csontbetegség osztály, Mount Sinai Orvostudományi Kar, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok

Társulások West Coast Metabolomic Center, University of California Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok, Táplálkozási Tanszék, Kaliforniai Egyetem Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok

Társulások West Coast Metabolomic Center, Kaliforniai Egyetem Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok, Táplálkozási Tanszék, Kaliforniai Egyetem Davis, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok, Elhízás és anyagcsere kutató egység, USDA-ARS-Western Human Táplálkozási Kutatóközpont, Davis, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok

Affiliations Metabolism Institute, Mount Sinai Orvostudományi Kar, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok, Endokrinológiai, cukorbetegség és csontbetegség osztály, Mount Sinai Orvostudományi Egyetem, New York, New York, Amerikai Egyesült Államok

Michele La Merrill,
Emma Karey,
Erin Moshier,
Claudia Lindtner,
Michael R. La Frano,
John W. Newman,
Christoph Buettner

Javítás

2014. szeptember 2.: A PLOS ONE Staff (2014) korrekció: Az egerek perinatális expozíciója a DDT peszticidnek károsítja az energiakiadásokat és az anyagcserét a felnőtt női utódokban. PLOS ONE 9 (9): e107332. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0107332 Javítás megtekintése

Ábrák

Absztrakt

Idézet: La Merrill M, Karey E, Moshier E, Lindtner C, La Frano MR, Newman JW és mtsai. (2014) Az egerek perinatális expozíciója a peszticid DDT-vel károsítja az energiafelhasználást és az anyagcserét a felnőtt nőstény utódokban. PLoS ONE 9 (7): e103337. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0103337

Szerkesztő: Barbara T. Alexander, Univ Mississippi Orvosi Központ, Amerikai Egyesült Államok

Fogadott: 2014. május 10 .; Elfogadott: 2014. június 25 .; Közzétett: 2014. július 30

Ez egy nyílt hozzáférésű, minden szerzői jogtól mentes cikk, amelyet bárki szabadon reprodukálhat, terjeszthet, továbbíthat, módosíthat, felépíthet vagy bármilyen más módon felhasználhat bármilyen törvényes célra. A mű a Creative Commons CC0 közkincs dedikációja alatt érhető el.

Adatok elérhetősége: A szerzők megerősítik, hogy az eredmények alapjául szolgáló összes adat korlátozás nélkül teljes mértékben elérhető. Az adatok a Figshare címen érhetők el: http://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.1084396.

Finanszírozás: Ezt a kutatást az Országos Egészségügyi Intézet (R00 ES019919, R03 DK082724, U24 DK092993, U24 DK097154, T32 ES007059 és P60 DK020541), az Amerikai Diabétesz Szövetség és az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma - Agrárkutatási Szolgálat Intramural Project finanszírozta. 5306-51530-019-00D. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

A 2-es típusú cukorbetegség (T2D) prevalenciája világszerte növekszik [1], hatalmas terhet róva a fejlett és a fejlődő országok egészségügyi rendszereire. A T2D-hez kapcsolódó becsült költség tavaly csak az Egyesült Államokban 245 milliárd dollár volt [2]. A T2D előfordulásának ez a növekedése nagyrészt az elhízás arányának növekedésével magyarázható [3]. Az elhízást és a T2D-t inzulinrezisztencia jellemzi, és gyakran társulnak az energiafelhasználás zavaraihoz [4], [5].

Számos epidemiológiai tanulmány azt sugallta, hogy a perzisztens szerves szennyezőknek (POP) való kitettség hozzájárul a T2D előfordulásának növekedéséhez [6]. Például a szerves klór-peszticid DDT-nek való kitettségről kiderült, hogy a T2D megnövekedett esélye van [7]. Ezenkívül a DDT-nek, a DDT elsődleges metabolitjának való kitettség az embereknél a testtömeg-túlsúly, az inzulinrezisztencia és a dyslipidaemia fokozott esélyeivel is összefüggésbe hozható [8]. Mivel az Egészségügyi Világszervezet továbbra is javasolja a DDT alkalmazását a malária elleni védekezésben, a DDT potenciális hozzájárulása a T2D patogeneziséhez továbbra is releváns a közegészségügy szempontjából. Ezenkívül az elhízás és a T2D riasztó mértékben nőtt azokban az országokban, ahol a DDT-t még mindig használják. Például a vidéki indiai felnőttek körében a cukorbetegség prevalenciája 3,8-szorosára nőtt 1989-től 2006-ig [9], és bár tényezők összefolyása járul hozzá ehhez az emelkedéshez, további tanulmányok nélkül nem zárható ki az endokrin rendszert károsító vegyi anyagok hozzájárulása. Mivel az epidemiológiai asszociációk nem tudják megállapítani az okozati összefüggést, megvizsgáltuk, hogy a DDT és a DDE expozíció hajlamos-e a T2D-re egerekben az emberi expozícióhoz hasonló dózisokban [10] - [13].

Az elhízásra és a T2D-re egyaránt jellemző az energiafogyasztás romlása és a csökkent termogenezis, amelyek gyakran a barna zsírszövet (BAT) csökkent aktivitásának következményei [5]. Az egérkutatások arra is utalnak, hogy a termogenezis károsodása megelőzheti az inzulinrezisztenciát [14]. Ezért az energiafelhasználás növelése a BAT termogenezisének aktiválásával ígéretes lehet, mint terápiás stratégia mind az elhízás, mind a T2D kezelésére [15] - [18].

A perinatális környezetben előforduló perforációk károsíthatják az anyagcsere programozását, ami felnőttkorban fokozhatja az érzékenységet az elhízásra és a T2D-re. A perinatális környezet fontosságának klasszikus példáját a T2D jövőbeli kockázatával kapcsolatban történelmileg a holland éhínség adta. A magzat alultápláltságának kitett, magzati magzatok a metabolikus szindróma és a glükóz-intolerancia megnövekedett arányában szenvedtek felnőtt utódként [19], [20]. A károsodott magzati fejlődésnek az anyagcsere-programozásra gyakorolt következményei modellezhetők rágcsálókban, ahol a magzati alultápláltság a metabolikus szindróma és a glükóz-intolerancia kialakulását eredményezi felnőtt utódokban [21], [22]. Itt megerősítjük azt a hipotézist, hogy a perinatális DDT-expozíció károsítja az energiafelhasználást és az anyagcserét, ami inzulinrezisztenciához és metabolikus szindrómához vezet felnőtt utódoknál. Először bizonyítottuk, hogy a DDT fejlődésének való kitettség rontja a BAT termogenezisét.

Mód

DDT expozíció

A tiltás előtt az Egyesült Államokban peszticidként használt DDT kereskedelmi forgalomba hozatalának utánzata 77,2% p, p′-DDT (98,5% tisztaságú, AccuStandard, New Haven, CT) és 22,8% o, p′-DDT ( 100% tisztaságú, AccuStandard) oldatban 0,17 g DDT keverék/1 szerves olívaolaj [23] végkoncentrációt oldunk, a továbbiakban DDT néven. Az adagolási periódust a máj-, valamint a fehér- és a barna- zsírszövet ontogenezisének és programozásának kiválasztására választottuk [24] - [28]. A közösülés utáni 11,5 naptól (hüvelyi dugóval meghatározva) a posztnatális napig (PND) 5 1,7 mg DDT/testtömeg-kg (per os, n = 15 gát, 10 µL oldat/g egér) vagy ennek megfelelő mennyiségű olívaolajat adtunk be. olajos vivőanyag (a továbbiakban: vivőanyag vagy VEH, per os, n = 14 gát) naponta primigravid C57BL/6J egerekhez (Jackson Laboratories, Bar Harbor, ME, S1 ábra). A belső dózis meghatározásához a kölykökbe történő transzplacentális és laktációs transzfer után [29] további 4 anyát kezeltek azonos módon DDT-vel, és 24 órával a végső dózis után elemezték szérumaikat o, p′-DDT, p, p′-DDT szempontjából és p, p′-DDE gázkromatográfiával, elektron befogás detektálással, 0,36, 0,27, illetve 0,12 pg/µL szérum kimutatási határokkal [30].

Dizájnt tanulni

Az almokat 6 kölyökre vágtuk ki a végső DDT dózis után a PND 5-n, hogy minimalizáljuk a C57BL/6J gátaknál gyakori csecsemőölést, miközben normalizáljuk a DDT laktációs transzferjét és az anyai viselkedési hatásokat (S1. Ábra). Naponta értékeltük a pubertás időzítését a hüvelynyílás (VO) és a preputialis elválasztás (PPS) monitorozásával, minden nőstény és hím egérben, PND 18-tól kezdődően. PND 21-nél elválasztottuk a kölyköket (1 ketrec/nem/alom/kezelés). Felmértük a testösszetételt, az energia homeosztázist, az anyagcsere paramétereket és a glükóz toleranciát 6 hónapos korig, amikor két egérbe randomizáltuk az egereket, hogy felmérjük: 1) az energiaegyensúlyt vagy 2) a magas zsírtartalmú táplálkozás metabolikus következményeit (S1. Ábra).

Az energiamérleg-vizsgálathoz 10 nő 10 alomból és 8 anyagcsere kamrából állt rendelkezésre. Az energiaegyensúlyt közvetett kalorimetriával értékeltük 1 nőstény egér/alomban (4 egér/perinatális kezelés) 7 napig 2 napos akklimatizáció után. A hidegtűrést 3 nappal az indirekt kalorimetria után értékeltük 5 nőstény egér/perinatális kezelés alatt, az alábbiakban leírtak szerint.

A magas zsírtartalmú táplálkozási vizsgálat során az alomtagokat randomizálták magas zsírtartalmú étrendre (HFD, 4,73 kcal/g, 20% fehérje, 35% szénhidrát és 45% zsír/kcal; D12451, Research Diets, New Brunswick, NJ) vagy alacsony zsírtartalmú étrendre. zsírtartalmú étrend (LFD, 3,85 kcal/g, 20% fehérje, 70% szénhidrát és 10% zsír/kcal; D12450B, Research Diets), táplálás glükóz tolerancia tesztjük (GTT) után 6 hónapos korban, összesen 12 hét (n = 8 egér/nem/alom perinatális kezelés és étrend kombinációnként).

Valamennyi egérnek szabadon hozzáférhető volt az élelem és a víz (a meghatározott koplalási időszakok kivételével) steril szellőztetett ketrecekben az Amerikai Laboratóriumi Állattenyésztési Akkreditáció Egyesületének jóváhagyásával. Az összes vizsgálat végén az egereket exofilizálással feláldoztuk izoflurán altatásban. Valamennyi állatkísérletet a laboratóriumi állatok humánus felhasználásáról és gondozásáról szóló irányelvek alapján hajtották végre az orvosbiológiai kutatásokhoz, amelyet az USA Nemzeti Egészségügyi Intézete tett közzé. Ennek a vizsgálatnak az eljárásait a Mount Sinai Orvostudományi Iskola intézményi állatgondozási és felhasználási bizottsági protokollja hagyta jóvá # LA11-00116.

Test felépítés

Havonta 1–6 hónapos egerekben (n = 15 DDT- és n = 14 járművet kitett alom) MRI-vel (3in1-EchoMRI, Echo Medical Systems, Houston, TX) mértük az egyes utódok MRI-jét (3in1-EchoMRI, Echo Medical Systems, Houston, TX). Az összes egér testtömegét a PND 5-nél is mértük. A HF-etetés során az egereket hetente lemértük, és MRI-t használtunk a testösszetétel meghatározására 8 hónapos korban (n = 8 egér/nem/alom perinatális kezelés és étrend kombináció esetén).

Energia homeosztázis

Egérekben havi szinten mértük a táplálékfelvételt 2–6 hónaptól (n = 15 DDT- és n = 14 hordozónak kitett alom). 2 hónapos egerekben minden egeret/nemet/almot/kezelést külön-külön elhelyeztek, és naponta értékelték a táplálékfelvételt 5 napos időtartam alatt. 3–6 hónapos, csoportosan elhelyezett egerekben mértük a ketrecenkénti táplálékfelvételt 2 napos periódus alatt. A HF-etetési vizsgálatban LFD-vel vagy HFD-vel táplált, egyedileg tartott egerek heti táplálékfelvételét mértük. A táplálékfelvételt (g vagy kcal) úgy számoltuk, hogy az élelmiszer tömegének különbségét elosztottuk az ehhez hozzáférő egerek számával és a hozzájuk férő napok számával, és kcal-ra váltottuk a HFD és az LFD összehasonlításakor (SAS 9.2, SAS Institute (Cary, NC). Havonta mértük a maghőmérsékletet minden 2–5 és 8 hónapos egérben egy hőelemnek a végbélbe történő behelyezésével (BAT-10, Physitemp, Clifton, NJ).

Az energiamérleg-vizsgálatokhoz 4 nőstény/perinatális kezelést (1 egér/alom) helyeztünk el egyenként metabolikus kamrákban, amelyek nyílt áramkörű, közvetett kalorimetriával folyamatosan mérték az oxigénfogyasztást, a szén-dioxid-termelést, az élelmiszer-bevitelt és a 3 sík-mozgásszervi aktivitást. (CLAMS, Columbus Instruments, Columbus, OH). Ebben a 9 napos periódusban egérporos étrendet (NIH 07) és vizet ad libitum biztosítottunk, miközben ezeket 21–22 ° C-on tartottuk 12 órás világos/sötét ciklus alatt. A légzési csere arányt (RER) a vCO2/vO2 hányadosaként számítottuk ki.

Három nappal az indirekt kalorimetria befejezése után külön-külön 5 nőstény egeret/perinatális kezelést (1 egér/alom) 4 ° C-on, ágyneműdúsítással helyeztünk el. A testhőmérsékletet azonnal mértük 4 ° C-os expozíció után, majd ezt követően 30 percenként, egészen 90 percig, amikor az egerek 50% -a elérte a 308 és Ser 473, AKT, foszfoglikogén-szintáz-kináz 3 (GSK3), GSK3 maghőmérsékletet., foszfo-ERK és ERK (az összes antitest a Cell Signaling Technology-tól, a Danvers, MA-tól, hacsak másként nem jelezzük) és az inzulinreceptor (IR) béta (Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX). A másodlagos antitest DyLight konjugált kecske anti-nyúl vagy anti-egér IgG volt (ThermoScientific). Az érdeklődő fehérjék jelintenzitását elosztották a HSC 70 (Santa Cruz Biotechnology) háztartási fehérje intenzitásával a hajtásváltozás meghatározása céljából (Odyssey, LI-COR, Lincoln, NE). Megerősítettük az ATGL specifitását a zsírszövet-specifikus ATGL knockout-ban a vad típusú egerekben, és az összes többi antitestet korábbi szakértői vélemény publikációk jellemezték és validálták [(S1. Táblázat), [37] - [41]].

Félkvantitatív PCR

(A) Női testtömeg PND5-nél (n = 15 DDT- és n = 14 VEH-alom). (B) A törzs vércukorszintje a PND5 nőstényeknél, amelyeket> 6 kölyök alomból selejteztek (n = 7 DDT- és n = 7 VEH-exponált alom). (C) A hüvelynyílású egerek aránya az életkor függvényében (n = 15 DDT- és n = 14 VEH-exponált alom). * p 2. ábra: A perinatális DDT hatása a nőstény egerek testösszetételére és energiaegyensúlyára.

Havi (A) testtömeg (p = 0,05 2 hónapnál, p = 0,08 3 hónapnál), (B) százalékos zsírtartalom (p = 0,05 3 hónapnál), (C) zsírtömeg, (D) sovány tömeg és ( E) táplálékfelvétel (A – E: n = 15 DDT- és n = 14 VEH-exponált alom). (F) Havi maghőmérséklet (1 nő/alom 2 hónapos időpontban, az összes nő/alom utána, p = 0,07 2 hónapos korban, életkor * DDT pi = 0,07). * p 3. ábra: A perinatális DDT hatása az energiafelhasználásra és a hidegtűrésre hat hónapos nőstény egerekben.

(A) Oxigénfogyasztás, (B) RER (periódus * DDT pinterakció 4. ábra. A perinatális DDT és a felnőtt HFD táplálásának hatása a nőstény egerek testösszetételére és energiaegyensúlyára (n = 1 nőstény/alom 7 VEH és 8 DDT alomban).

(A) Heti testtömeg (HFD * age pi. 5. ábra. A perinatális DDT és a felnőtt HFD táplálásának hatása az RNS expressziójára BAT-ban 9 hónapos nőstény egerekből (n = 1 nőstény/alom 8 VEH + LFD, 8 DDT + LFD, 7 VEH + HFD és 8 DDT + HFD alom).

(A) Ppargc1a- (DDT * HFD pi 6. ábra. A perinatális DDT és a felnőtt HFD táplálásának hatása a nőstény nőstény egerek glükóz homeosztázisára (n = 1 nő/alom 8 VEH + LFD, 8 DDT + LFD, 7 VEH + HFD és 8 DDT + HFD alom).

(A) Glükóz tolerancia teszt és az eredményül kapott AUC (DDT * HFD pi = 0,08), (B) éhomi inzulin (DDT * HFD pi = 0,08) és (C) HOMA-IR (DDT * HFD pi = 0,07) 8 hónapos korban egerek. (D) Hepatikus IRβ összes, AKT 473 foszforiláció, AKT 308 foszforiláció, AKT teljes, GSK 3 foszforiláció, GSK 3 összes, ERK foszforiláció és ERK teljes változás (az LFD + VEH-hoz viszonyítva és a HSC 70-vel korrigálva), Western értékelése alapján blotanalízis (n = 1 nőstény/alom 7 VEH és 8 DDT alomban) 9 hónapos, HFD-vel táplált egerekben. * p 1, 7E ábra, S7 ábra, S3 táblázat). Ezzel szemben a nem konjugált epesavak, köztük a HCA, a HDCA és a β-MCA, viszonylag alacsonyabbak voltak a DDT-nek kitett kontrollcsoportokhoz képest, és szorosan összefüggésben voltak a máj lipidjeivel (VIP> 1, 7E ábra, S7 ábra, S3 táblázat). Két lipogén enzim, az ACC és az ATPCL májfehérje-expressziója szintén fokozódott, összhangban a perinatális DDT-expozíció következtében megnövekedett máj-lipogenezissel (7F. Ábra). Úgy tűnik, hogy ez nem járult hozzá a steatosishoz, mivel a máj lipidtartalma a HFD-vel táplált nőstény egerekben nem nőtt a perinatális DDT-expozíció miatt (S8. Ábra).

S8. Ábra.

HFD-vel táplált felnőtt nőstény egerek lipidtartalma. (A) Olajvörös O-vel festett máj 9 hónapos nőstény egerekből, akik 12 hétig HFD-vel táplálkoztak, perinatális vivőanyaggal (felül) vagy DDT-vel (alul, rúd = 50 mikron) kitéve. (B) Máj trigliceridek és koleszterin HFD-vel táplált 9 hónapos nőstény egerekben. Az adatokat LS jelentése + SEM jelenti.

S1. Táblázat.

Információs táblázat a Western Blot antitestekről.

S2. Táblázat.

A perinatális DDT hatása a metabolikus paraméterekre a rendes chow-val etetett egerekben. LS eszközök (± SEM) látható.

S3. Táblázat.

A máj epesav-koncentrációja (nmol/g). Az értékeket átlag ± SEM formájában jelentik.

Köszönetnyilvánítás

Köszönetet mondunk Leslie Rotetának az állatkísérletek és dr. Gary Schwartz és Derek LeRoith BAT-10 és Echo-MRI megosztásáért; Dr. Myrto Petreas és a June-Soo Park a szérum DDT-k számszerűsítésére; Dr. James Godbold, Philip Landrigan és Michael Gallo észrevételeikért. Az USDA esélyegyenlőségi szolgáltató és munkaadó.

Szerző közreműködései

Kialakította és megtervezte a kísérleteket: MLM. Végezte a kísérleteket: MLM EK CL MLF. Elemezte az adatokat: MLM EK EM CL MLF JN. Hozzájáruló reagensek/anyagok/elemző eszközök: MLM JN CB. Közreműködött a kézirat megírásában: MLM EK EM CL MLF JN CB.