Az időszakos hideg expozíció hatása a barna zsír aktiválására, az elhízásra és az energia homeosztázisra egerekben

Társulási cukorbetegség, endokrinológia és elhízás fióktelep, Országos Diabétesz és Emésztőrendszeri és Vesebetegségek Intézete, Nemzeti Egészségügyi Intézetek, Bethesda, Maryland, Amerikai Egyesült Államok

Partneri egér anyagcseremag, Nemzeti Cukorbetegség, Emésztési és Vesebetegségek Intézete, Nemzeti Egészségügyi Intézet, Bethesda, Maryland, Amerikai Egyesült Államok

Társulási cukorbetegség, endokrinológia és elhízás ág, Országos Diabétesz, Emésztési és Vesebetegségek Intézete, Nemzeti Egészségügyi Intézet, Bethesda, Maryland, Amerikai Egyesült Államok

Yann Ravussin,
Cuiying Xiao,
Oksana Gavrilova,
Marc L. Reitman

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Ravussin Y, Xiao C, Gavrilova O, Reitman ML (2014) Az intermittáló hideg expozíció hatása az egerek barna zsír aktivációjára, elhízásra és energia homeosztázisára. PLoS ONE 9 (1): e85876. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0085876

Szerkesztő: Marcia B. Aguila, Rio de Janeiro Állami Egyetem, Orvosbiológiai Központ, Biológiai Intézet, Brazília

Fogadott: 2013. szeptember 10 .; Elfogadott: 2013. december 3 .; Közzétett: 2014. január 17

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.

Finanszírozás: Ezt a kutatást az Országos Cukorbetegség és Emésztőrendszeri és Vesebetegségek Intézetének (NIDH) Intramural Research Programja (ZIA DK075062, ZIA DK075064, ZIA DK070002) támogatta. Az YR-t a Svájci Nemzeti Tudományos Kutatási Alap (SNF) támogatásával támogatták. 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 testmozgás, egy önmagában szakaszos folyamat jótékony hatásainak ihlette, feltárjuk az időszakos hideg expozíció hatásait. Időszakos hideg expozíciós kísérleteket végeztek rágcsálókon, de ezek közül sok kísérlet értékelte a hidegtűrés, a hőveszteségi paraméterek [16], [17] és az etetési viselkedés változását, nem pedig azt, hogy a hideg enyhíti-e az elhízott állapot negatív egészségügyi következményeit. Nem ismert, hogy a BAT endogén aktivációjának környezeti ingereken keresztüli növekedése (pl. Hideg expozíció) metabolikus javulást okozhat-e az étrend okozta elhízott (DIO) egérmodellben.

A környezeti hőmérséklet modulálása az anyagcsere befolyásolása érdekében vonzó ötlet, amely nemrégiben tapadásra tett szert. Felmerült, hogy az emberi lakóterek hűvösebb hőmérséklete csökkentheti a testtömeget és enyhítheti az elhízás társbetegségeit [6] a BAT mennyiségének és/vagy aktivitásának növelésével. Jelen tanulmány célja az időszakos hideg expozíció metabolikus hatásainak értékelése volt DIO C57BL/6J egerekben.

Anyagok és metódusok

Állatok és étrend

Tizennégy hetes DIO C57BL/6J hím egereket vásároltak, akiknek 6 hetes kortól kezdődően nagy zsírtartalmú étrendet adtak (D12492, 60% kcal zsír, 5,24 metabolizálható kcal/g; Research Diets, New Brunswick, NJ) Jackson Laboratóriumtól (Bar Harbor, ME). Az NIH-nál az állatokat külön-külön 22–24 ° C-on, 12–12 órás sötétfény-ciklussal (0600 órakor világít) világosan, tiszta, hagyományos létesítményben faforgács ágyneművel és ad libitum hozzáféréssel D12492 diéta és víz. A protokollt a NIDDK Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottság hagyta jóvá.

Dizájnt tanulni

ICE # 1 és ICE # 2.

Négy hetes akklimatizációs periódust követően az egereket súly szerint rangsoroltuk, és három csoportra osztottuk (8 egér/csoport), amelyeknek az átlagos testtömege megegyezett. A hideg expozíciós napokon (hétfőn, szerdán, pénteken) megmérték a testtömeget és az étkezés mennyiségét, és a ketreceket 4 ° C-os helyiségbe helyezték át a megadott órákig (időszakos hideg expozíció: ICE). A kontroll egereket hasonlóan egy új szobába helyeztük 22 ° C-on 1 órán át (ICE # 1) vagy 4 órán át (ICE # 2). A testösszetételt (zsírtömeg és zsírmentes tömeg) 2 hétenként, kora reggel, időtartományban, Echo MRI 3-az-1-ben (Echo Medical Systems, Houston, TX) mértük.

Négy hetes akklimatizációs periódust követően az egereket súly szerint rangsoroltuk, és négy csoportba osztottuk (6 egér/csoport), amelyeknek az átlagos testtömege megegyezett. Két csoportot hetente háromszor 4 órán át 4 ° C-on tettek ki, míg 2 kontrollcsoportot hasonlóan kezeltünk 22 ° C-on (kontroll: CON). Az egereket naponta vivőanyaggal vagy AM251-gyel (3 mg/kg 5% DMSO/5% Tween 80 sóoldatban; Cayman Chemical, Ann Arbor, MI) kezeltük orális szondával. A testtömeget és a táplálékfelvételt naponta mértük a szoptatás előtt.

A vizsgálatok végén az egereknek ketamint (100 mg/kg) és xilazint (10 mg/kg) adtunk be ip injekcióval, vért nyertünk orbitális vérzéssel, és a szöveteket eltávolítottuk, lemértük és fagyasztottuk -80 ° C-on. ° C-on a vizsgálatig.

Teljes energiafelhasználás

Az átlagos összes energiafelhasználást (TEE) az energiaegyensúly technikával (a kalóriabevitel mínusz a test energiatárolóinak változásával) számolták ki [18]. Röviden: a testösszetétel kalória-ekvivalenseit (zsírtömeg, 9,4 kcal/g; zsírmentes tömeg, 1,0 kcal/g) használják a testösszetétel változásainak korrekciójára. A test kcal-tartalmának növekedését kivonjuk az összes metabolizálható energia bevitelből, így megkapjuk a TEE-t, amelyet elosztunk a kísérlet időtartamával (ICE # 1 - 77 nap; ICE # 2 - 74 nap; ICE # 3 - 28 nap). az átlagos napi TEE.

CL316243 kezelés

A CL316243 szelektív β3-adrenoreceptor agonistát alkalmaztuk a fakultatív termogenezis maximális stimulálására az indirekt kalorimetria során [19]. Ezeket a kísérleteket termoneutralitáson (30 ° C) végeztük az endogén BAT aktiváció kiküszöbölésére. Az egereket kora reggel (0645h) 12 kamrás, környezetvédelmi vezérlésű CLAMS-be (Columbus Instruments, Columbus, OH) helyeztük, ~ 4 órán át akklimatizáltuk, CL316243-mal (100 µg/kg sóoldatban, ip) kezeltük és energiakiadással még 5 órán át mértük. Az egerek a vizsgálat teljes ideje alatt ad libitum hozzáféréssel rendelkeztek élelemhez és vízhez.

Intra-peritonealis glükóz tolerancia teszt (ipGTT)

Az egereket egy éjszakán át éheztettük, glükózt (1 g/testtömeg-kg, ip) injektáltunk 0900 órakor, és a farok vércukorszintjét mértük (Glucometer Contour, Bayer, Mishawaka, IN) 0, 15, 30, 60 és 120 perccel az injekció beadása után. . Az ipGTT-t egy nappal az ICE # 1 és ICE # 3 hideg expozícióját követően, valamint két nappal az ICE # 2 hideg expozícióját követően végeztük a hideg expozíció hatásainak időtartamának vizsgálata céljából. Az ICE # 2-ben az inzulin koncentrációkat szintén 0, 15 és 120 percen belül határoztuk meg RIA-val (Millipore, St. Charles, MO).

Inzulin tolerancia teszt (ITT)

A nem éhező egereknek 0,00 U/testtömeg-kg inzulint (Humulin, Eli Lilly, Indianapolis, IN) injektáltunk 0900 órakor. A farok vércukorszintjét az injekció beadása után 0, 15, 30, 45, 60 és 120 perccel mértük.

Glükózfelvétel

Az ICE # 1-ben az in vivo glükózfelvételt mértük [1-14 C] 2-dezoxi-glükóz (10 µCi, Perkin Elmer, Boston MA) ip injekcióval egy órával az egerek megszakítása előtt. Az egereket a hideg expozíció megindításakor injektáltuk az 1 órás csoportba, és 3 órával a hideg expozíció megkezdése után a 4 órás csoportba. Az injekció beadása után 60 perccel két izmot (quadriceps és gastrocnemius), két zsírpárnát (inguinalis és epididymalis), interscapularis BAT-ot és a lépet eltávolítottunk, lemértük, homogenizáltuk, és a [14C] 2-deoxi-glükóz 6-foszfátot Poly-Prep előretöltött kromatográfiás oszlopok (Bio-Rad Laboratories, Cat: 731-6211, Hercules, CA) és számszerűsítve a Beckman Liquid Scintillation Counter segítségével [20].

A szérum hormon- és metabolitprofiljai

Retro-orbitális vérzésből származó vért BD Microtainer szérum elválasztó csövekbe (Becton, Dickinson and Company, Franklin Lakes, NJ) tettünk, hagytuk 10 percig alvadni szobahőmérsékleten, centrifugáltuk 10000 fordulat/perc mellett 6 percig, és a szérumot addig fagyasztottuk, megvizsgálva. Szabad zsírsavak (Roche Diagnostics Gmbh, Mannheim, Németország), trigliceridek (Pointe Scientific Inc., Canton, MI), koleszterin (Thermo Scientific, Middletown, VA), β-hidroxi-butirát (BioVision, Milpitas, CA) és D-laktát (BioVision, Milpitas, CA) kolorimetriás vizsgálatokkal mértük. A szérum glükóz értékét glükométer kontúrral mértük. Inzulin (Millipore, St. Charles, MO), adiponektin (Millipore, St. Charles, MO), inzulinszerű növekedési faktor 1 (ALPCO, Salem, NH), T3 (DiaSorin Inc., Stillwater, MN) és T4 (DiaSorin Inc. (Stillwater, MN) RIA-val mértük. A leptint (R&D Systems, Minneapolis, MN) és a fibroblaszt 21-es növekedési faktort (Millipore, St. Charles, MO) ELISA-val mértük. Minden vizsgálatot a gyártó protokollja szerint végeztünk.

A génexpresszió elemzése

Az RNS-t extraháltuk (Qiagen RNeasy Plus Mini Kit, Germantown, MD), cDNS-vé (Roche Transcriptor High Fidelity cDNS Synthesis Kit, Indianapolis, IN) alakítottuk át, és valós idejű polimeráz láncreakcióval kvantáltuk (qRT-PCR, Applied Biosystems 7900HT, Foster City, Kalifornia). Mind a SYBR zöld alapú, mind a taqman primer szondarendszert alkalmaztuk.

statisztikai elemzések

Az adatokat a csoport átlagában ± SE-ben fejezzük ki. A statisztikai elemzéseket JMP (9. verzió; SAS, Észak-Karolina) alkalmazásával végeztük. Az ICE # 1 és az ICE # 2 esetében egyirányú ANOVA-kat hajtottak végre egércsoport segítségével, független változóként (CON, 1 óra, 4 óra az ICE # 1 és a CON, 4 óra, 8 óra az ICE # 2 esetében). Az ICE # 3 esetében a kétirányú ANOVA-k a hideg expozíciót (ICE vagy CON) és a gyógyszeres kezelést (AM vagy VEH) használták csoportosító változókként. A szignifikáns ANOVA eredmények érdekében Tukey HSD post-hoc tesztet hajtottak végre a csoportok közötti összehasonlítás céljából. A statisztikai szignifikanciát prospektív módon P-ként határozták meg. 1. ábra. A hideg expozíció növeli az ételbevitelt, de nem a testsúlyt.

V: A kalóriabevitelt és a B: testsúlyt az ICE # 1 (felső) és az ICE # 2 (alsó) kísérletek során hetente háromszor mértük a hideg expozíciós napokon. Az intra-peritonealis glükóz tolerancia tesztek (GTT) és a CL316243 kezelés (CL) időzítését jelzik. Az adatok átlag ± SE, N = 8/csoport. A 8 órás csoport magasabb táplálékbevitelt kapott, ismételve az ANOVA méréseket (p 1. táblázat. ICE # 1, 1 óra és 4 óra hideg expozíció hatása hetente háromszor).

BAT aktiválás hideg expozícióval

A zsírfiziológiában a hideg okozta változások próbájaként a CL316243 szelektív β3-adrenerg receptor agonistát alkalmazták a hőtermelő képesség becsléséhez [19]. A kontroll egerekben a CL316243 ~ 2,5-szeresére növelte a TEE-t a termoneutralis alapvonaltól (2. ábra). A hideg hatású egerek metabolikus sebessége nagyobb mértékben növekedett a CL316243 injekciója után, mint a kontrolloké: 6,5% (nem szignifikáns) és 19% (p 2. ábra. A korábbi hideg expozíció növeli a CL316243 okozta energiafelhasználást.

Összességében ezek az adatok azt mutatják, hogy az időszakos hideg expozíció növeli a termogén kapacitást, a BAT aktiváció mRNS markereinek szerény növekedésével és a bézs/brit zsírszövet következetes aktivációjával nem jár.

Hideg hatás az energia homeosztázisra

Az ICE # 1-ben a hideg expozíciót követő napon ipGTT-t végeztek, hogy megvizsgálják a hideg expozíció glükóz toleranciára gyakorolt hatását. A 4 órás csoportban a glükózkoncentráció a legtöbb időpontban csökkent, és a görbe alatti terület (AUC) szignifikánsan alacsonyabb volt az 1 órás csoporthoz képest (3. ábra tetejére). Az ICE # 2-ben az ipGTT-t hideg nappal történő expozíció után két nappal végezték, hogy a tartósabb hatások érdekében szondázzanak. Ezzel a paradigmával nem figyeltek meg jelentős hatást (3. ábra alsó), ami arra utal, hogy a hideg expozíciónak szerény, átmeneti jótékony hatása van az ipGTT-re.

Az ICE # 1 (felső) és az ICE # 2 (alsó) esetében intra-peritonealis glükóz-tolerancia teszteket (1 g/kg) végeztek az éjszakán át éheztetett egerekben. Az ICE # 1-ben az ipGTT-t a hideg expozíció utáni napon, míg az ICE # 2-ben a hideg-expozíciót követő második napon hajtották végre. A betét mutatja az átlagos AUC területét mg/dl • min ± SE, N = 8/csoportban. A nem azonos betűvel összekapcsolt szintek jelentősen eltérnek egymástól (P 4. ábra. Az AM251 és a hideg hatásának hatása.

Az egereknek vivőanyagot vagy AM251-et (3 mg/kg/nap) adtunk orális szondával. A: A kalóriabevitelt és a B: testsúlyt hetente háromszor mértük a hideg expozíciós napokon. C: Az egereknek 30 ° C-on CL316243-at (100 µg/kg) adtunk be a 0. időpontban, a kísérleti eljárásokban leírtak szerint (a korábbi AM251-et 24 órán belül adtuk meg). Az Inset a delta TEE értékét mutatja, a 2. ábra szerint számítva. A kétutas ANOVA szignifikáns hőmérsékletet mutatott (p. 4. táblázat. ICE # 3, a napi AM251 és a 4 órás hideg expozíció hatása hetente háromszor).

A várakozásoknak megfelelően a kumulatív táplálékfelvételt az AM251 jelentősen csökkentette CON egerekben. Az AM251 csökkentette a táplálékfelvételt a hideg expozícióban lévő egereknél, de nem gátolta a táplálékbevitel kompenzatív növekedését, amelyet a hideg expozíció megnövekedett TEE okoz (4B. Ábra). A TEE kétirányú ANOVA elemzése kimutatta, hogy a hideg expozíció jelentősen megnövelte a TEE-t, de az AM251 nem (4. táblázat). Így nincs bizonyíték a hideg expozíció és az AM251 kombinálásának a testtömegre, a zsírtömegre vagy a táplálékbevitelre vonatkozó megnövelt (vagy csökkentett) előnyeire.