Az obstruktív alvási apnoe időszakos hypoxiaja közvetíti az inzulinrezisztenciát a zsírszövet gyulladásán keresztül

Keresse meg ezt a szerzőt a Google Tudósban
Keresse meg ezt a szerzőt a PubMed oldalon
Keresse meg ezt a szerzőt ezen a webhelyen
Levelezés céljából: [email protected]

Absztrakt

Az obstruktív alvási apnoe (OSA) egyre inkább társul az inzulinrezisztenciával. A mögöttes patofiziológia továbbra sem tisztázott, de feltételezik, hogy az intermittáló hypoxia (IH) által közvetített gyulladás és a zsírszövet későbbi diszfunkciói kulcsszerepet játszanak.

Ezt a hipotézist átfogó transzlációs megközelítéssel teszteltük sovány és étrend okozta elhízott egerek egér IH modelljével, innovatív IH rendszerrel sejttenyészetekhez és szigorúan kontrollált betegcsoporttal.

Az IH az egerek inzulinrezisztenciájának kialakulásához vezetett, korrigálva az elhízás mértékével, és csökkentette az inzulin által közvetített glükózfelvételt a 3T3-L1 adipocytákban, ami az inzulin-jelátviteli út gátlásával és az inzulin-receptor szubsztrát-1 mRNS csökkentésével jár. . Mechanisztikus betekintést nyújtva az IH a zsigeri zsírszövet gyulladáscsökkentő fenotípusát indukálta olyan egerekben, amelyek gyulladásgátló M1 makrofág polarizációval korrelálnak az inzulinrezisztencia súlyosságával. Ingyenes in vitro elemzés kimutatta, hogy az IH a THP1-ből származó makrofágok M1 polarizációjához vezetett. Komorbiditások nélküli betegeknél (n = 186) az OSA függetlenül társult az inzulinrezisztenciával. Ezenkívül az OSA súlyosságának független korrelációját találtuk az SCD163 M1 makrofág gyulladásos markerrel.

Ez a tanulmány bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy az IH a zsírszövet gyulladásgátló fenotípusát indukálja, ami döntő kapcsolat lehet az OSA és az inzulinrezisztencia kialakulása között.

Absztrakt

Az időszakos hypoxia a zsírszövet gyulladásos fenotípusát indukálja, ami inzulinrezisztenciához vezet az alvási apnoében http://ow.ly/k1TX3091YBM

Bevezetés

Az obstruktív alvási apnoe (OSA) jelentős közegészségügyi terhet jelent magas gyakorisága [1] és a kardiovaszkuláris morbiditással és mortalitással való lényeges összefüggése miatt [2, 3]. Ezenkívül újabb bizonyítékok vannak az OSA és a metabolikus zavarok közötti kapcsolatra, és különösen a glükóz anyagcserében bekövetkező változásokra, amelyek inzulinrezisztenciához (IR) és 2-es típusú cukorbetegséghez (T2D) vezetnek [4–8].

Az OSA és az elhízás közötti kölcsönhatás részletes mechanizmusait, valamint a WAT specifikus szerepét az anyagcsere-állapotok kialakulásában, például az IR-t az OSA-ban, továbbra sem ismerik jól. Feltételeztük tehát, hogy az IH hozzájárul a patogenezishez azáltal, hogy a zsírszövet morfológiai és funkcionális változásait indukálja, elősegítve a gyulladásos választ. A hipotézist átfogó transzlációs megközelítéssel teszteltük, felhasználva az egér egér-modelljét, a sejttenyészetek korszerű IH-rendszerét és egy nagy humán vizsgálatot, amely jól fenotípusos, kísérő betegségektől mentes alanyokat is tartalmaz.

Mód

A részletes módszereket a kiegészítő anyag ismerteti.

A hím C57Bl/6 egereket (5 hetesek) vagy magas zsírtartalmú étrenddel táplálták, vagy pedig alacsony zsírtartalmú étrendet tápláltak 14 hétig, mielőtt randomizálták volna az IH-t (21–5% belégzési oxigénfrakció, 60 másodperces ciklus, napi 8 óra) a korábban leírtak szerint [17] vagy kontroll 6 hétig. A protokoll befejezése után elvégezték az intraperitoneális inzulin tolerancia tesztet (ITT) [17]. Az epididymális zsírszövetet (EAT) összegyűjtöttük, azonnal feldolgoztuk a stromalis vaszkuláris frakció, tenyészet vagy ex vivo inzulinstimuláció elkülönítésére, vagy további elemzés céljából tároltuk. A sztrómás vaszkuláris frakció áramlási citometriáját végeztük a zsíros makrofág populáció M1 és M2 frakciójának számszerűsítéséhez, és F4/80 immunhisztokémiát végeztünk a CLS sűrűség meghatározásához. A vizsgálatot az Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottság (# 02256.02) jóváhagyta, és az egereket a kísérleti és egyéb tudományos célokra használt gerinces állatok védelméről szóló európai egyezménnyel összhangban tartották fenn.

Humán tanulmányok

Összesen 186 jelentős társbetegség nélküli férfit vettek fel az írországi dublini St Vincent Egyetemi Kórházból és a franciaországi Grenoble Egyetemi Kórházból. A tanulmányt a helyi etikai bizottságok jóváhagyták, és minden résztvevő írásos tájékozott beleegyezést adott. A poliszomnográfiát (PSG) a korábban leírtak szerint végeztük [10]. Meghatároztuk az éhomi glükóz-, inzulin- és lipidprofilt, és az sCD163 keringő szintjét ELISA-val (R&D, Abingdon, Egyesült Királyság) mértük. A homeosztázis modell értékelési rezisztencia indexét (HOMA-IR) az alábbi egyenlettel számoltuk: inzulin (mU · L −1) × glükóz (mmol · L −1)/22,5.

Az IH in vitro modellje

Az IH korábbi sejttenyésztési modelljeit korlátozta az elhúzódó áztatási idők, a csökkentett ciklusszámok és a nem megfelelő kontrollkezelés. Itt kifejlesztettünk egy korszerű modellt egy egyedi gyártású rendszer (Coy Laboratories, Grass Lake, MI, USA) felhasználásával, túllépve ezeket a korlátokat. A sejteket féligáteresztő membránon (Lumox®; Sarstedt, Nuermbrecht, Németország) növesztettük a gyors gázcsere érdekében. Az IH és a kontroll kezelést két külön zárt szekrényben érték el, gázáramlással, amelyet egyidejűleg egy automatizált külső vezérlő (Coy Laboratories) szabályozott. Az IH protokoll váltakozó ciklusokból állt, amelyekben 40 s 16% O2/5% CO2/N2 egyensúly és 40 s 3% O2 / 5% CO2/N2 egyensúly volt. A protokollt napi 8 órán keresztül, 3 egymást követő napon keresztül alkalmaztuk. Az oxigénértékek tényleges parciális nyomását a sejtrétegben folyamatosan figyeltük fluoreszcencia-csillapító oximetriával (Oxylite 2000; Oxford Optronix, Abingdon, Egyesült Királyság). A kontrollkamrát egyidejűleg ciklikusan gázosítottuk 16% O2/5% CO2/N2 mérleggel. Mindkét kamrát zárt kesztyűtartóban tartották, a hőmérsékletet 37 ° C-on tartották külön hőcserélőkkel, hogy biztosítsák az állandó hőmérsékletet az IH és a vezérlőszekrényekben.

Sejtkultúra

A 3T3-L1 sejteket érett adipocitákká differenciáltuk a gyártó utasításainak megfelelően. Az NF-KB-luciferáz riporter konstrukcióval stabilan transzfektált NIH-3T3 sejteket (Panomics, Cambridge, Egyesült Királyság) higromicinnel (100 μg · ml -1) kiegészített komplett DMEM-ben tartottuk (Roche, Clare, Írország). A humán monocita THP1 sejteket (ATCC) makrofágokká differenciáltuk 5 ng · ml-1 phorbol 12-mirisztát 13-acetát (PMA, Sigma) alkalmazásával 48 órán keresztül, mielőtt 72 órán keresztül tápközegben pihentettük volna. Ezután a sejteket vagy stimulálatlanul hagytuk, vagy 24 órán át inkubáltuk interferonnal (IFN) -y (20 ng · ml –1, R&D) vagy lipopoliszachariddal (LPS) (1 ng · ml –1, Sigma).

Statisztikai analízis

Az intermittáló hypoxia (IH) inzulinrezisztenciához vezet sovány és elhízott, elhízott egerekben, és akadályozza az inzulin által közvetített glükózfelvételt az adipocytákban. A sovány (LF) és az étrend által kiváltott elhízott (HF) egereket 6 hétig IH-vel vagy kontrollal (N) kezeltük. Az intraperitoneális inzulin tolerancia tesztet (ITT) 6 órás éhezést követően végeztük el. a) Az ITT a teljes, nem egyeztetett kohorszban képviselteti magát (n = 10–13 csoportonként). b) A testtömegre (WM) illeszkedő, elhízott egerekkel a kohorsznál képviselt ITT (n = 7 csoportonként). c) A görbék alatti terület (AUC). Az adatokat átlag ± sd-ként adjuk meg. *: p +: p¶: p3 A H-glükóz transzportot ezután monitoroztuk. d) A bazális glükózfelvételhez viszonyított hajtásváltozást mutatjuk be. n = 4; az adatokat átlag ± sd-ként mutatjuk be. *: p A táblázat megtekintése:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

Az intermittáló hypoxiával (IH) vagy kontrolltal kezelt sovány (LF) és étrend által kiváltott, elhízott (HF) egerek (teljes kohorsz és súly szerinti) egerek alapjellemzői

Az intermittáló hypoxia (IH) gyulladáscsökkentő fenotípust indukál a zsigeri epididymális zsírszövetben (EAT) sovány és elhízott egerekben, és polarizálja a THP1-ből származó makrofágokat az M1 pro-gyulladásos fenotípus felé. A sovány (LF) és az étrend által kiváltott elhízott (HF) egereket 6 hétig IH-vel vagy kontrollal (N) kezeltük. Az EAT stromális vaszkuláris frakcióját kaptuk (LF, n = 6; HF, n = 10 csoportonként), és a zsírszöveti makrofágok (ATM) toborzását áramlási citometriával határoztuk meg. A kettős pozitív sejteket (F4/80 +/CD11B +) ATM-ként jellemeztük. Ezek közül az M1 makrofágok százalékos arányát (F4/80 +/CD11B +/CD11C +/Cd206 dim) figyeltük (a) és korreláltunk az inzulinrezisztencia szintjével, amelyet az inzulin tolerancia teszt (ITT) határozott meg (b). Az M2 makrofágok (F4/80 +/CD11B +/CD11C -/Cd206 világos) százalékos arányát is értékeltük (c). Az adatokat átlag ± sd-ként adjuk meg. *: p ¶: p +: p sem. *: p sd. *: p ¶: p +: p −1) vagy lipopoliszacharid LPS (1 μg · ml −1). Az mRNS-t összegyűjtöttük, és reverz átírást végeztünk az M1-re jellemző gének valós idejű PCR-je előtt. Az adatokat átlag ± félként adjuk meg. * p −2); 2. csoport, 1. elhízási osztály (BMI ≥30 és a táblázat megtekintése:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

Az emberi populáció alapjellemzői

Az obstruktív alvási apnoe (OSA) súlyossága, amelyet az apnoe/hypopnoea index (AHI) határoz meg, szignifikánsan és függetlenül korrelál az sCD163 szérumszintjével. Az OSA-ban szenvedő betegeknél a zsírszöveti makrofágok polarizációjának potenciális szerepének meghatározásához az M1 pro-gyulladásos fenotípus felé mértük a keringő szérum CD163-szintet, amely a makrofág-aktiváció és az M1-polarizáció egyik ismert markere, OSA-ban szenvedő betegeknél és ELISA-val (n = 149.). Az sCD163 korrelációja az OSA súlyosságával apnoe/hypopnoea index (AHI) alapján meghatározott.

Így az OSA súlyossága szignifikánsan korrelál az sCD163-mal, ami arra utal, hogy az MSA makrofág polarizációja OSA betegeknél.

Vita

Ebben a jelentésben sejttenyésztésből, rágcsálóból és humán vizsgálatokból származó bizonyítékokat szolgáltatunk arra vonatkozóan, hogy az OSA-ban található IH függetlenül hozzájárul az IR kialakulásához. Először azt is bemutatjuk, hogy az IH elhízásszerű morfológiai gyulladásgátló változásokat vált ki a zsírszövetben, amelyek korrelálnak sovány és elhízott egerek IR-jával, és hozzájárulhatnak az IR patogeneziséhez OSA-ban szenvedő betegeknél.

Vizsgálatunk eredményei összhangban vannak a korábbi jelentésekkel [4–6, 8, 21], amelyek az OSA független társulását támogatják az IR-szel. Ezeket a megállapításokat megerősíti a jelentős zavaró társbetegségekkel küzdő alanyok kizárása és a résztvevők toborzása a súlykategóriák spektrumában. Úgy gondoljuk, hogy a HOMA-IR statisztikai szignifikanciájának hiánya az OSA és a 3. csoport kontrolljai között a kontrollok alacsony száma miatt következik be, akiket különösen nehéz toborozni; Összességében adatunk azt mutatja, hogy az OSA az elhízás mértékétől függetlenül hat az IR-re.

Az IH kulcsfontosságú szerepét a mögöttes patogenezisben azok az egérkísérletek támasztják alá, amelyek az IH-val csökkent inzulinérzékenységet mutatják be. Korábbi vizsgálatokat főleg sovány egereken végeztek [17, 22–25]. D rager et al. [23] beszámolt az étrend által kiváltott elhízott egereknél az inzulinérzékenység csökkenéséről is, a HOMA-IR indexet helyettesítő markerként alkalmazva, amelyet kísérleteink során az IH nem érintett. Ez a paraméter tükrözi a máj glükóztermelésének és az inzulin szekréciójának egyensúlyát, amelyet a máj és a β-sejtek közötti visszacsatolási hurok tart fenn, ellentétben az ITT-vel, amely a célszövetek, azaz a zsírszövet és a vázizomzat perifériás inzulinérzékenységét is felméri. [26]. Rágcsálóknál a HOMA-IR index kevésbé érzékeny az inzulinérzékenység változásaira [27], míg D rager et al. [23] az éhomi glükózt és az inzulint közvetlenül az IH abbahagyása után mértük, ezeket a méréseket az inger egyik napról a másikra történő leállítása után végeztük el, ami megmagyarázhatja a két vizsgálat közötti eltérést.

Vizsgálatunk újszerű megállapításaként megállapítottuk az OSA súlyosságának szignifikáns összefüggését az sCD163-mal, mint az emberek M1 makrofág polarizációjának egyik feltörekvő markerével. Bár ebben a szakaszban nem vonható le végleges közvetlen kapcsolat az OSA betegeknél megfigyelt megnövekedett sCD163 szint és a zsírszövet között, az állati modell eredményei mégis arra utalnak. Ennek a hipotézisnek az alátámasztására egy nemrégiben végzett tanulmány kimutatta az sCD163 szignifikáns korrelációját a zsírszövet CD163 expressziójával [29]. A CD163 M2 makrofágokon expresszálódik, de az oldódáshoz ADAM-17 hasítása szükséges, amely az M1 makrofágoktól függ [30]. Ezért az sCD163 egyre inkább az inzulinrezisztencia és a T2D zsírszöveti gyulladásához kapcsolódik, és a különböző kardiovaszkuláris betegségek kialakulóban lévő gyulladáscsökkentő biomarkere [31–34]. Ez az első tanulmány, amely az sCD163-ot vizsgálta OSA-ban, és erősen alátámasztja a makrofág polarizáció bizonyítékát ebben az állapotban. Részletes szerepe az OSA-ban, valamint a metabolikus és szív- és érrendszeri betegségek folyamataihoz való közvetlen kapcsolat azonban további célzott értékelést igényel, ideértve a nagy prospektív tanulmányokat is.

Vizsgálatunknak jelentős erősségei vannak, ideértve a vizsgálat átfogó transzlációs jellegét, amely magában foglalja a gondosan kiválasztott betegcsoportot, a sovány és elhízott egerek értékelését magában foglaló állatmodellt, valamint az IH korszerű in vitro modelljét. Az IH korábbi sejttenyésztési modelljeit korlátozta az elhúzódó áztatási idők, a csökkentett ciklusszámok és a nem megfelelő kontrollkezelés. Itt az oxigén deszaturációs minták szorosan hasonlítanak az OSA-ban megfigyeltekhez, és ezért ez a modell jóval felülmúlja a korábban közölt modelleket. C ampillo és mtsai. [35] nemrégiben leírtak egy hasonló modellt. Tudomásul vesszük azonban, hogy az IH mintázat jelentősen eltérhet a különböző szövetekben. Az egyik egérmodellt használó tanulmány azt sugallta, hogy az IH oxigéningadozásai csillapodnak a zsírszövetben [36]. Azt azonban, hogy ez hogyan viszonyul az emberi zsírszövethez, nem tudni, és valószínű, hogy a keringési rendszer relatív távolságától függően jelentős helyi különbségek lesznek a szöveten belül. Nevezetesen, az in vitro eredményeink nagyban hasonlítottak az állatok adataira, amelyek alátámasztják ennek a modellnek az adipocitákra való alkalmasságát; további célzott vizsgálatokra van azonban szükség.

Vizsgálatunk egyik lehetséges korlátja kizárólag a zsírszövetre összpontosít, de elismerjük, hogy valószínűleg más szervek is részt vesznek az IR patogenezisében. Az IH hozzájárul a steatohepatitishez is [37, 38], és káros hatással lehet a β-sejtek működésére is [25]. További vizsgálatoknak meg kell határozniuk ezeknek a káros hatásoknak a hozzájárulását a glükóz metabolikus diszfunkcióhoz. Ezenkívül nem vizsgáltuk az EAT-tól eltérő más egerek WAT-rekeszeinek lehetséges hozzájárulását, például a szubkután és a mesenterialis frakciót. Sejtkultúrában az emberi primer szubkután és zsigeri adipociták hasonló gyulladásgátló potenciállal rendelkeznek az IH reakciójaként [16], de továbbra sem ismert, hogy a WAT egyéb részei hasonlóan viselkednek-e az EAT-hoz in vivo. További lehetséges korlátozás a női OSA-betegek kizárása. A vizsgálatot kifejezetten így terveztük meg, hogy elkerüljük az elemzést befolyásoló nemi különbségeket. Következésképpen adatainkat nem lehet extrapolálni a nőkre.

Összefoglalva: ez a tanulmány bizonyítékot szolgáltat a zsírszövet gyulladáscsökkentő változásaira az IH reakciójaként, amelyek kulcsfontosságú kapcsolatot jelenthetnek az OSA és az IR kialakulása között.

Kiegészítő anyag

Kérjük, vegye figyelembe: a kiegészítő anyagot a Szerkesztőség nem szerkeszti, és a szerző által megadott módon kerül feltöltésre.