Az endogén epinefrin megvéd az elhízás okozta inzulinrezisztenciától

Michael G. Ziegler

egy orvostudományi osztály, UCSD, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0838

Milos Milic

egy orvostudományi osztály, UCSD, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0838

Ping Sun

egy orvostudományi osztály, UCSD, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0838

Chih-Min Tang

egy orvostudományi osztály, UCSD, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0838

Hamzeh Elayan

b Farmakológiai Tanszék, Orvostudományi Kar, Jordániai Egyetem, Amman, Jordánia

Xuping Bao

egy orvostudományi osztály, UCSD, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0838

Wai Wilson Cheung

egy orvostudományi osztály, UCSD, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0838

Daniel T. O’Connor

egy orvostudományi osztály, UCSD, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0838

Absztrakt

Az epinefrin (E) egy olyan hormon, amelyet az alacsony vércukorszintre és más stresszekre válaszul szabadít fel a mellékveséből. Az E-t és a kapcsolódó β2-adrenerg agonistákat asztma kezelésére használják, de mellékhatása a magas vércukorszint. A C57BL/6 egereken, amelyek hajlamosak a túltáplálásra, indukált II-es típusú cukorbetegséget a PNMT gén kiütötte, hogy megakadályozza az E szintézist. Ezek az E-hiányos egerek nagyon hasonlítottak a 14% zsírtartalmú étrendben lévő kontrollállatokhoz. 40,6% -os zsírtartalmú étrenden 20-33% -kal nagyobb súlyt kaptak, mint a kontrollállatok, és növelte a vércukorszint-válaszukat egy glükóz tolerancia tesztre, mert ellenállóvá váltak az inzulin ellen.

Bár a β2-agonisták, például az E rövid távú hatása a vércukorszint emelése, néhány hosszú hatású β2-agonista javítja az izom glükózfelvételét. Az endogén E védelmet nyújt a túltáplálás okozta cukorbetegség ellen. Mivel az öregedés és a cukorbetegség károsíthatja a mellékvese E felszabadulását, az endogén E segíthet megelőzni a felnőttkori cukorbetegség kialakulását.

Bevezetés

Az adrenalin (E), más néven adrenalin, a legfontosabb stressz hormon. E beadása esetén az inzulin felszabadulás gátlása, a glükagon felszabadulás stimulálása, a máj glikogenolízise, valamint a máj és a vese glükoneogenezise növeli a vércukorszintet (Cryer, 1993). Paradox módon, míg az E β-adrenerg agonista akutan növeli a glükózt és csökkenti az inzulinérzékenységet, a β-adrenerg antagonisták szintén társulnak a megnövekedett vércukorszinttel és csökkent inzulinérzékenységgel (Jacob et al., 1996). Az epinefrint a fenil-etanol-amin-N-metil-transzferáz (PNMT) enzim szintetizálja norepinefrinből (NE), és hatásosabb β2-adrenerg agonista, mint az NE. A metabolikus szubsztrát felszabadulásának stimulálása mellett az E stimulálja a metabolikus sebességet is. Az E és az NE egyaránt stimulálja a β3 receptorokat, hogy elősegítse a zsíranyagcserét, bár ez elsősorban az idegsejtek NE felszabadulására adott válasz. A fiziológiás E-szintek azonban emberekben is termogén választ serkentenek (Cannon és mtsai, 2004). Ezzel szemben a β-blokkoló gyógyszerek súlygyarapodáshoz kapcsolódnak (Sharma et al., 2001).

A súlygyarapodás és a stressz az iparosodott társadalmak jellemzői, ezért az E stresszhormon szerepet játszhat a II. Típusú cukorbetegség jelenlegi járványában. Az E és a PNMT messze a legmagasabb koncentrációja a mellékvesében található, de az összes PNMT fele a mellékvesén kívül van (Kennedy és mtsai., 1995), így a mellékvese vetőmag eltávolításával fontos E-raktárak maradhatnak, miközben megváltozik a glükokortikoidok a mellékvesekéregből. Létrehoztunk egy PNMT knockout egeret, és visszakereszteztük egérré, amely a túlzott táplálkozásra reagálva II-es típusú cukorbetegséget fejleszt. Ez az állat bemutatja az endogén E szerepét a II. Típusú cukorbetegségben.

Anyagok és metódusok

Állatok

A fenil-etanol-amin-N-metil-transzferáz PNMT -/- sejteket C57BL/6 blasztocisztákba injektáltuk, és a kimérákat visszakereszteztük C57BL/6 egerekbe, amint arról korábban beszámoltunk (Bao et al., 2007). Az egereket állandó hőmérsékleten és 12 órás világos, 12 órás sötét ciklusban helyeztük el. A vizsgálatokhoz minden kísérleti eljárást a San Diego-i Kaliforniai Egyetem intézményi állatgondozási és felhasználási bizottsága hagyott jóvá. Az állatgondozási intézményt a Laboratóriumi Állatgondozás Értékeléséért és Akkreditálásáért Egyesület akkreditálta.

1. kísérlet: A magas zsírtartalmú étrend hatása a súlygyarapodásra, az inzulin- és glükóz toleranciára

15 PNMT +/+ és 13 PNMT -/- hím egeret tápláltak normál étrenddel (14% kcal zsír; Harlan Teklad 8604, Madison, WI). 10 PNMT +/+ és 10PNMT -/- egér magas zsírtartalmú étrendben részesült (40,6% kcal zsír; Harlan Teklad TD.96132 korrigált zsírtartalmú étrend) 10 hétig ad libitum. Az állatokat kéthetente lemértük, és a 10 hét végén elvégeztük az intraperitoneális glükóz tolerancia tesztet (ipGTT) és az intraperitonealis inzulin tolerancia tesztet (ipITT). Minden teszt előtt az egereket 6 órán át éheztettük. Ezután egy alapszintű vérmintát vettek a farkukból, és mindegyik egér ip-glükózt, 1 g/testtömeg-kg vagy ip-inzulint kapott 0,85 U/testtömeg-kg (Novolin R, Novo Nordisk Pharmaceuticals, Princeton, NJ). A farok vérmintáit az injekció beadása után 15, 30, 45, 60, 90 és 120 perccel vettük, és a HemoCue B-glükóz analizátorral (HemoCue, Lake Forest, CA) azonnal elemeztük a glükóz tartalmát. A katekolamin-szinteket Kennedy és Ziegler radioenzimatikus módszerével határozták meg (Kennedy et al., 1990).

2. kísérlet: az 1. vizsgálatban talált glükózkülönbségek és nemspecifikus hatások

Az 1. kísérletben talált glükózkülönbségek etiológiájának és nemspecifikus hatásainak vizsgálatához mindkét nem egereit további vizsgálatoknak vetettük alá. A PNMT +/+ (9 hím és 10 nő) és 10 PNMT -/- (6 hím és 4 nő) egeret magas zsírtartalmú étrendben táplálták 13 héten keresztül. További 13 PNMT +/+ (7 hím és 6 nő) egérnek adtunk ivóvízben β-adrenerg blokkoló gyógyszert, propranololt 79 100-150 mg/kg (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO). zsírtartalmú étrend valamilyen E stimuláció farmakológiai blokkjának biztosításához. Az egereket hetente lemértük, és a 13 hetes, magas zsírtartalmú étrend végén kettős energiájú röntgenabszorpciós (DEXA) vizsgálatnak vetették alá, hogy meghatározzák testösszetételüket. Miután az egereket éjszakán át éheztettük (vízellátással) a bevitt táplálék hatásának minimalizálása érdekében, majd eutanizáltuk, PIXImus egér denzitométert (MEC Lunar Corp., Minster, OH) használtunk sovány és zsírtömegük meghatározásához.

Statisztikai analízis

Mellékvese-katekolaminok magas zsírtartalmú étrendben. Az értékek átlagként ± S.E.M.

Asztal 1

Az egerek végső súlya és súlygyarapodása az 1. kísérletben.

PNMT +/+ PNMT -/-

Végsúly (g)	46 ± 1	48 ± 1
Súlygyarapodás (g)	12 ± 1	16 ± 1 a

Amikor az E szintetizálni képtelen PNMT -/- egerek normális étrendet fogyasztottak, vércukorszintjük kissé, de nem volt szignifikánsan alacsonyabb, mint a PNMT +/+ egereké. A magas zsírtartalmú étrendben részesülők azonban megfordították ezt a kapcsolatot (2. ábra), ami a genotípus kölcsönhatása révén jelentős étrendhez vezetett. A magas zsírtartalmú étrend meghosszabbította az emelkedett glükózszint időtartamát a glükóz kihívást követően.

Vita

A PNMT -/- egerek súlya megegyezett a PNMT +/+ állatokkal, ha azokat 14% -os zsírtartalmú étrenden nevelték, és glükóz toleranciájuk és inzulinérzékenységük nem különbözött. A kísérletben felhasznált egerek mindegyike C57B/6 állat volt, akiknél elhízás és II. Típusú cukorbetegség alakul ki magas zsírtartalmú étrend mellett (Petro et al., 2004). A PNMT -/- egerek 20-33% -kal nagyobb súlyt kaptak magas zsírtartalmú étrenden, de a végső testzsír, izomtömeg és teljes testtömeg nem különbözött szignifikánsan a kontroll állatokétól. Ennek ellenére az E-szintézis eltávolítása jelentősen rontotta a glükózra adott válaszukat, mert inzulinrezisztensebbé váltak, mint a magas zsírtartalmú étrendben tartott kontrollállatok.

Az E farmakológiai dózisainak rövid távú hatása növeli a vércukorszintet és csökkenti az inzulinérzékenységet (Westfall et al., 2010). Meglepő módon a normális E-termelés ellentétes hatást fejtett ki, védve az étrend által kiváltott hiperglikémia és az inzulinrezisztencia ellen. Okkal feltételezhető, hogy ez a β2 receptorok E stimulációjának köszönhető. A PNMT -/- egerekben még mindig normális NE mennyiség volt. Az E jobban stimulálja a β2 receptorokat, mint az NE, de hasonló hatékonysága van az α, β1 és β3 receptorokon (Westfall et al., 2010). A vázizom a legfontosabb hely a glükóz ártalmatlanításában, és reagál a β2 stimulációra. A krónikus E infúzió fokozta a patkány izom inzulinérzékenységét (Jensen et al., 2005). Egyes β2-agonisták farmakológiai dózisokban izom hipertrófiához vezetnek patkányok szarvasmarháknál, sertéseknél, baromfnál és juhoknál (Petrou et al., 1995) az izomfehérje lebontásának csökkentésével (Navegantes et al., 2002). Az E megkönnyíti az inzulin kötődését az izmok gyakorlásához (Jensen et al., 2005), és növeli az izom véráramlását.

A β2-agonista gyógyszerek rövid távú hatása növeli az inzulin felszabadulást. Hat órával a β2-stimuláló gyógyszerek beadása után az inzulinérzékenység csökken, de ez a hatás rövid életű (Sternbauer et al., 1998). Míg a rövid hatású β2-agonisták rontják a glükóz toleranciát, a hosszú hatású β2-agonisták krónikus beadása javítja az inzulinérzékenységet (Castle et al., 2001). Másrészt a β-blokkolók krónikus alkalmazása növeli a glikohemoglobint (Kveiborg et al., 2006), csökkenti az inzulinérzékenységet és súlygyarapodást okoz (Sharma et al., 2001) az embereknél. Így a β2-agonisták krónikus alkalmazásának hosszú távú hatása növeli az izomnövekedést, a véráramlást, az inzulinkötést és az inzulinérzékenységet. Vizsgálatunk azt jelzi, hogy az endogén E hosszú távú hatása védelmet nyújt a magas zsírtartalmú étrendet kísérő inzulinérzékenységgel szemben. Korábban kimutattuk, hogy az endogén E védelmet nyújt a testmozgás okozta vérnyomásemelkedés és a szív átalakítása ellen is egerekben normál zsírtartalmú étrend mellett (Bao et al., 2007). Az endogén E hatása a magas vérnyomásra, amely gyakran kíséri a magas zsírtartalmú étrendet, fontos jövőbeli kutatási téma.

Az emberi táplálkozás világméretű jelenséggé vált, akárcsak a II-es típusú cukorbetegség (Davis et al., 2009). A mellékvese E felszabadulása és a stresszre adott E válasz az életkor előrehaladtával csökken (Seals et al., 2000), és a hiányos E válaszok gyakoribbak a cukorbetegeknél (Cryer et al., 2003). Bár az E-ről általában úgy gondolják, hogy emeli a vércukorszintet, ez a farmakológiai dózisok akut hatása. Ez a tanulmány azt mutatja, hogy az endogén E valóban megvéd az inzulinrezisztenciától és az étrendi túlzással járó magas vércukorszinttől.

Köszönetnyilvánítás

Finanszírozás Ezt a munkát részben az NIH P01 HL058120 és az M01 RR00827 támogatása támogatta.

Lábjegyzetek

Kiadói nyilatkozat: Ez egy szerkesztetlen kézirat PDF-fájlja, amelyet kiadásra elfogadtak. Ügyfeleink számára nyújtott szolgáltatásként a kéziratnak ezt a korai változatát biztosítjuk. A kézirat átmásolásán, szedésén és a kapott bizonyíték felülvizsgálatán átesik, mielőtt a végső hivatkozható formában közzétennék. Felhívjuk figyelmét, hogy a gyártási folyamat során olyan hibákat fedezhetnek fel, amelyek befolyásolhatják a tartalmat, és a naplóra vonatkozó minden jogi felelősségvállalás vonatkozik.

Érdeklődésnyilatkozat A szerzők kijelentik, hogy nincs olyan összeférhetetlenség, amelyet úgy lehetne felfogni, hogy sérti a jelentett kutatás pártatlanságát.