Csökkent bőrzsírtartalom elhízott japán nőknél, a sebességkorlátozó lipogén enzimek csökkent expressziójának közvetítésével

Egyformán járult hozzá ehhez a munkához: Yoshiko Horie, Hiroko Makihara

Szerepek vizsgálata, írása - eredeti vázlat

Tartományi Biológiai Tudományok és Ápolási Tanszék, Jokohama Városi Egyetem Orvostudományi Kar, Jokohama, Kanagawa, Japán

Egyformán járult hozzá ehhez a munkához: Yoshiko Horie, Hiroko Makihara

Szerepek írása - eredeti vázlat, írás - áttekintés és szerkesztés

Tartományi Biológiai Tudományok és Ápolási Tanszék, Jokohama Városi Egyetem Orvostudományi Kar, Jokohama, Kanagawa, Japán

Szerepek Az adatok kezelése

Tartományi Biológiai Tudományok és Ápolási Tanszék, Jokohama Városi Egyetem Orvostudományi Kar, Jokohama, Kanagawa, Japán

Plasztikai és Rekonstruktív Sebészeti Osztály, Jokohama Városi Egyetem Orvosi Központ, Jokohama, Kanagawa, Japán

Plasztikai és rekonstruktív sebészet, Kanagawa Gyermekorvosi Központ, Jokohama, Kanagawa, Japán

Plasztikai és Rekonstruktív Sebészeti Osztály, Jokohama Városi Egyetem Orvostudományi Kar, Jokohama, Kanagawa, Japán

Tartományi Patológiai Tanszék, Jokohama Városi Egyetem Orvostudományi Kar, Jokohama, Kanagawa, Japán

Szerepek konceptualizálás, finanszírozás megszerzése, projekt adminisztráció, írás - áttekintés és szerkesztés

Tartományi Biológiai Tudományok és Ápolási Tanszék, Jokohama Városi Egyetem Orvostudományi Kar, Jokohama, Kanagawa, Japán

Yoshiko Horie,
Hiroko Makihara,
Kazumasa Horikawa,
Fumika Takeshige,
Ai Ibuki,
Toshihiko Satake,
Kazunori Yasumura,
Jiro Maegawa,
Hideaki Mitsui,
Kenichi Ohashi

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Horie Y, Makihara H, Horikawa K, Takeshige F, Ibuki A, Satake T és mtsai. (2018) Csökkent bőrzsírtartalom elhízott japán nőknél, a sebességkorlátozó lipogén enzimek csökkent expressziójának közvetítésével. PLoS ONE 13 (3): e0193830. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0193830

Szerkesztő: Catherine Mounier, Universite du Quebec, Montreal, Kanada

Fogadott: 2017. július 31 .; Elfogadott: 2018. február 20 .; Közzétett: 2018. március 8

Adatok elérhetősége: Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Finanszírozás: Ezt a munkát az Oktatási, Kulturális, Sport-, Tudományos és Technológiai Minisztérium (MEXT) tudományos kutatása támogatta (24593252).

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

Bevezetés

Az elhízás kockázati tényező a bőr rendellenességeiben [1], beleértve azokat a bőrbetegségeket is, amelyeket barokk diszfunkció jellemez, például pikkelysömör [2] és atópiás dermatitis [3]. A transzepidermális vízveszteség (TEWL), a bőrgát funkciójának mutatója, elhízott személyeknél megváltozott [4, 5].

A bőr felépítése és a lipidtartalom kritikus meghatározó tényezők a bőrgát áteresztőképességében [6]. A lipidszint befolyásolja a TEWL-t és a bőrsorompó megbomlásának kockázatát [7–10]. Ezenkívül szövettani változások, ideértve az epidermális megvastagodást és a keratinocita proliferációt is, a bőrsorompó károsodása során jelentkeznek [8, 11, 12]. Az elhízásnak a gátdiszfunkció ezen jellemzőire gyakorolt hatását azonban nem vizsgálták.

Az intercelluláris lipidek koleszterinből, zsírsavakból és ceramidból állnak. Széles körben ismert, hogy a ceramid hozzájárul a bőrzáró funkcióhoz [7]; így számos korábbi bőrgátló vizsgálat a ceramid szintjére összpontosított [13–16]. Például a magas zsírtartalmú étrenddel táplált patkányok bőrében csökkent a ceramid szintézise [17]. Ezenkívül a bőrön alkalmazott koleszterinszintézis-gátló károsította a gátfunkciót [8], míg a gát felépülését a koleszterinszintézis gátlása késleltette [18]. Zsírsavcsökkenésről számoltak be a psoriaticus stratum corneumban, ami a TEWL növekedésével jár [19]. Ezek az eredmények határozottan arra utalnak, hogy a bőr koleszterinje és a zsírsavak szintén meghatározó tényezők a bőrsorompó működésében. E bizonyítékok ellenére kevés tanulmány készült a zsír lipidszintjéről vagy az anyagcseréről elhízott egyéneknél, olyan populációnál, amely általában szisztémás lipid diszregulációt és bőrgát diszfunkciót mutat be.

Az Egészségügyi Világszervezet az elhízást testtömeg-indexként (BMI) ≥ 30 kg/m 2, a túlsúlyt pedig BMI-ként ≥ 25 kg/m 2 határozza meg [20]. A BMI, a testzsír százalékos aránya és a testzsír-eloszlás összefüggései azonban eltérőek az etnikai populációk között, és nemrégiben felvetették, hogy alacsonyabb határérték lehet megfelelőbb az ázsiai országokban [21, 22]. Ennek megfelelően a BMI széles skálájával rendelkező japán nőket toboroztunk, és egy kontrollcsoportba (BMI 2) és elhízási csoportba (25 kg/m 2 ≤ BMI 2) osztottuk őket a bőr szerkezetének, lipidtartalmának és gének expressziójának összehasonlító elemzése céljából. részt vesz a lipid anyagcserében, beleértve a sebességkorlátozó lipogén enzimeket kódoló géneket. Hipotézisünk az volt, hogy az elhízott nőknél megváltozik a bőr szerkezete és csökken a lipidszint, ezzel elszámolva a csoportban megfigyelt gátdiszfunkciókat.

Mód

Tárgyak

Az alanyok japán emlőrákos betegek voltak (20–64 évesek), akik egy rectoh abdominis fedélen keresztül emlőrekonstrukciós műtéten estek át egy Jokohama-i kórházban. Míg a kemoterápia megváltoztathatja az 1-3. Stádiumú mellrákos betegek víztartalmát és a TEWL-t [23], a kemoterápiás kezelési módokban nem volt szignifikáns különbség a kontroll és az elhízás csoportjai között. A mell rekonstrukcióját azzal a feltevéssel hajtották végre, hogy a betegség stádiuma 1 vagy 2, és hogy nincs megismétlődés vagy áttét kialakulásának kockázata. Ezért lehetséges volt az egészséges bőr elemzése ugyanazon a helyen minden egyes embernél. Komorbid bőrbetegségekben (például pikkelysömörben és atópiás dermatitiszben), cukorbetegségben vagy fertőző betegségekben szenvedő betegeket kizárták. A műtét során minden alany ugyanazon hasi régiójából gyűjtöttek bőrmintákat. Ezt a vizsgálatot a Helsinki Nyilatkozattal összhangban és a Jokohama Városi Egyetem Humán Genom és Génkutatási Etikai Bizottságának jóváhagyásával (A140522018) hozták létre. Írásbeli tájékozott beleegyezést kaptunk minden alanytól.

Az alanyokat két csoportra osztottuk, egy kontroll csoportra (BMI 2) és az elhízás csoportra (25 kg/m 2 ≤ BMI 2) a japán elhízás definíciója szerint (BMI ≥ 25 kg/m 2).

Hematoxilin és eozin (HE) festés

Az epidermális struktúrát HE festéssel értékeltük (kontroll n = 11, elhízás n = 9). Röviden, a bőrmintákat 10% -os formalinban (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japán) rögzítettük és paraffinba ágyazottuk. Ezután 5 μm-es metszeteket vágtunk, HE-vel (Muto Pure Chemicals Co., Ltd., Tokió, Japán) festettünk és optikai mikroszkóp alatt vizsgáltuk (Olympus Corporation, Tokió, Japán). A HE-vel festett szövettani metszetek bőrvastagságát ImageJ szoftver segítségével mértük (https://imagej.nih.gov/ij/). Egyénenként három metszetet alkalmaztunk az elemzéshez, és az epidermisz vastagságát szakaszonként húsz ponton határoztuk meg a vonalválasztó eszközzel.

Ki-67 festés és a Mib-1 index kiszámítása

Lipidek extrahálása és mennyiségi meghatározása

A kezeletlen bőrmintákat folyékony nitrogénben lefagyasztották, és -80 ° C-on tárolták a lipidek extrakciójáig. A zsírszövetet eltávolítottuk a metszetekről, és a fennmaradó bőrt 0,1 mg-os darabokra vágtuk. Ezeket a darabokat 50 mM vizes nátrium-klorid-oldatban Bio Mixer (Nissei Corporation, Tokió, Japán) alkalmazásával homogenizáltuk. Ezután kloroform: metanol (2: 1) elegyet adunk a lizátumhoz előre lemért centrifugacsövekben, és a szuszpenziót centrifugáljuk (2 000xg, 4 ° C, 10 perc). Az alsó szerves réteget eltávolítottuk, és egy éjszakán át hagytuk megszáradni. A teljes lipidtömeg kiszámítása a csövek lemérésével és az üres cső tömegének levonásával történt. Az összes lipidkivonatot feloldottuk oktil-fenol-etoxilátban (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 20% (v/v) értékre állítva 2-propanollal (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), és meghatároztuk a bőr koleszterin és zsírsavak koncentrációját. kereskedelmi készletek (koleszterin E-teszt, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. és NEFA C-teszt, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) felhasználásával.

Valós idejű polimeráz láncreakció (RT-PCR)

Statisztikai analízis

Minden adatot átlag ± SD-ként fejezünk ki. A folyamatos adatokat összehasonlítottuk a csoportok között a nem párosított Student t-tesztjeivel, a kategorikus adatokat pedig Pearson χ 2 tesztjével vagy Fisher pontos tesztjével. Spearman rangkorrelációját alkalmazták a BMI összefüggéseinek a bőr lipidkoncentrációival és a lipidanyagcserében részt vevő gének expressziós szintjeivel. Az összes statisztikai elemzéshez az SPSS szoftver 22. verzióját (IBM Corporation, Armonk, NY, USA) használtuk. A p-érték 2. Az átlagos BMI szignifikánsan különbözött a kontroll és az elhízás csoportok között (22,3 ± 1,7 vs. 27,2 ± 2,2), de a klinikai vagy demográfiai jellemzőkben nem volt más szignifikáns különbség a csoportok között (1. táblázat).

A kontrollcsoport (BMI 2, n = 39) és az elhízási csoport (25 kg/m 2 ≤ BMI 2, n = 11) demográfiai és klinikai jellemzői.

Az epidermisz elhízással kapcsolatos szerkezeti változásai

A kontroll (BMI 2) és az elhízás (25 ≤ BMI 2) csoportból származó, HE-vel festett bőrminták példái az 1a., Illetve az 1b. Ábrán láthatók. Az epidermisz sűrűbb és egyenetlenebb volt az elhízás csoportban a kontroll csoporthoz képest. Ezenkívül az epidermális terület szignifikánsan nagyobb volt az elhízás csoportban, mint a kontroll csoportban (1c. Ábra). Az epidermális vastagság eloszlása magasabb értékekre tolódott az elhízás csoportban (1d. Ábra). Például a 20–29 μm vastagság jelentősen csökkent, és a 90–99 μm és a 150–159 μm vastagság szignifikánsan nagyobb volt az elhízás csoportban a kontroll csoporthoz képest.

(a, b) A kontrollcsoport (a. BMI 2) és az elhízási csoport (b. 25 ≤ BMI 2) bőrmintáinak HE festése (bar = 50 μm). A nyilak (↕) az epidermális vastagságot, a nyílhegyek (▲) pedig az epidermális vastagság egyenetlenségeit jelzik. c) Epidermális terület (mm 2) a kontrollcsoportban és az elhízás csoportban. (d) Az epidermális vastagság gyakorisági hisztogramja a kontrollcsoportban és az elhízás csoportban. (e, f) Ki-67 festés a kontrollcsoportban (e) és az elhízás csoportban (f) (bar = 50 μm). A vörösesbarna sejtek Ki-67-pozitívak, ami szaporodásra utal (↑: nyilak). (g) Ki-67-pozitív sejtek (Mib-1 index) százalékos aránya a kontrollcsoportban és az elhízás csoportban. Az adatokat átlag ± SD-ként adjuk meg. A csoportok közötti statisztikai összehasonlítást párosítatlan Student-féle t-teszt alkalmazásával végezzük (* p 2. ábra. A bőr egyes lipidjeinek szintje.

Összehasonlítjuk a bőr összes lipidjét (a), koleszterint (b) és zsírsavakat (c) a kontrollcsoport (BMI 2, n = 39) és az elhízás csoport (25 kg/m 2 ≤ BMI 2, n = 11) között ). Az adatokat átlag ± SD-ként adjuk meg. A csoportok közötti statisztikai összehasonlításokat a nem párosított Student t-teszt (** p 2 (e, h) és a 22–35 kg/m 2 (f, i) BMI-vel rendelkező alanyok (** p 2 [25, 26], tehát a BMI = 22 kg/m 2 -et használtuk fel határértékként a bőr lipidjei, valamint az alacsony és a magas BMI közötti összefüggések vizsgálatához. A koleszterin- és zsírsavszintek negatívan korreláltak a BMI-vel magas BMI-vel (≥22) kg/m 2, de 2) (2f. és 2i. ábra), de alacsony korrelációval korrelált a BMI-vel (2) (2e. és 2h. ábra). Ezzel szemben a lipidszint és az életkor között nem volt szignifikáns összefüggés (Összes lipid: r = 0,173 p = 0,23, koleszterin: r = −0,136 p = 0,25, zsírsavak: r = −0,087 p = 0,57).

A lipid anyagcserével kapcsolatos gének kifejezése

A bőr lipidkoncentrációjának ezen BMI-függő változásaihoz hozzájáruló mögöttes mechanizmusok vizsgálatához értékeltük a lipid anyagcserével kapcsolatos gének expressziós szintjét (2. táblázat). A PPARα, PPARδ, HMGCR (a koleszterinszintézis sebességkorlátozó enzimet kódoló), az SREBP-2 (a koleszterin anyagcserét szabályozó transzkripciós faktort kódoló), az FAS (a zsírsavszintézisben sebességkorlátozó enzimet kódol) expressziós szintjei és Az ACC-1 (egy másik sebességkorlátozó enzimet kódol a zsírsavszintézisben) szignifikánsan alacsonyabb volt az elhízás csoportban, mint a kontroll csoport. Ezután a BMI és az egyes génexpressziós szintek közötti összefüggést vizsgáltuk (3. táblázat). Egyetlen gén sem volt szignifikánsan negatívan korrelálva a BMI-vel magas BMI-vel rendelkező (≥ 22 kg/m 2, de 2) alanyokban, de pozitívan korrelált a BMI-vel alacsony BMI-vel rendelkező alanyokban (2), mint a lipidszint. A PPARδ, HMGCR és ACC-1 expressziós szintje azonban negatívan korrelált a BMI-vel a BMI ≥ 22 kg/m 2 és 2 tartományában. A sejt koleszterin felvételében és transzportjában funkcionáló LDLR expressziója nem korrelált a BMI-vel, míg a koleszterin kiáramlását okozó LXRα expressziója szignifikánsan és negatívan korrelált a BMI-vel, amikor 2 .

A lipidekkel kapcsolatos génexpresszió és a bőr lipidtartalmának összefüggései

Annak megerősítésére, hogy a lipid anyagcserével kapcsolatos gének bőr expressziós szintjének ezek a változásai hozzájárulnak a bőr lipid szintjének csoportbeli különbségeihez, értékeltük az összefüggéseket az egyes bőr lipid koncentrációk és a génexpresszió szintjei között minden alany között. A PPARδ és a HMGCR expressziós szintje pozitívan és szignifikánsan korrelált a bőr koleszterinszintjével, a PPARδ és az ACC-1 expressziós szintje pozitívan és szignifikánsan korrelált a bőr zsírsavszintjével (4. táblázat).

Vita

Ez az első olyan tanulmány, amely kimutatta az elhízott felnőttek bőrében az epidermális szerkezet változását és a csökkent koleszterin- és zsírsavszinteket. Vizsgálatunk azt sugallja, hogy ezeket a bőr lipid redukciókat a lipid anyagcserével kapcsolatos több gén csökkent expressziós szintje közvetíti, beleértve a zsírsav- és koleszterinszintézis sebességkorlátozó enzimjeit. A BMI és a bőr lipidszintje közötti kapcsolat fordított U alakot mutatott, ami azt jelzi, hogy a csúcs lipidtartalom és a bőrgát funkció függ az optimális BMI tartománytól (körülbelül 22 kg/m 2). Tehát úgy tűnik, hogy a felnőttek aberránsan alacsony BMI-vel (jóval kevesebb, mint 22 kg/m 2) vagy magas BMI-vel (≥25 kg/m 2) nagyobb a kockázata annak a bőrbetegségnek, amely csökkent barokk funkcióval jár a bőr lipid anyagcseréjének szabályozatlansága miatt.

Az elhízott japán nők bőre szintén egyenetlen epidermális megvastagodást mutatott, a keratinociták méhen kívüli szaporodása és az összesített keratinocita-szám nagyobb volt, amint az immunohisztológiai elemzésből kiderült. Ezek a szövettani eredmények összhangban vannak a bőrzáródási modellel [11, 12, 27]. Elhízott embereknél az epidermális megvastagodás általában a talpon és a bőr egyéb helyein történik, ahol a nyomás és az irritáció gyulladást okoz [28]. A megnövekedett epidermális forgalmat külső ingerek is indukálják, ideértve az ultraibolya sugarakat is [29]. Ebben a tanulmányban azonban az epidermális megvastagodás egy olyan területen is kialakult, amelyet nem gyakoroltak nyomásra vagy külső irritációra (hasi régió). Ezenkívül a gyulladásos markerek TNF-α és IL-6 expressziós szintjei a bőrben nem korreláltak a BMI-vel (S2 táblázat). Tehát úgy tűnik, hogy az elhízott nők bőrében megfigyelt szerkezeti és molekuláris változások függetlenek a gyulladástól.

A megnövekedett TEWL miatti bőrzáródásról beszámoltak az egyes lipidek (azaz a koleszterin és a zsírsavak) csökkenésével is [8, 30]. Eredményeink azt mutatták, hogy az elhízás csökkenti a bőr koleszterin- és zsírsavszintjét, ami arra utal, hogy ezen lipidek alacsony szintje hozzájárul az elhízás során megfigyelt bőrzáródáshoz [4, 5]. A koleszterin- és zsírsavszintek negatívan korreláltak a BMI-vel az optimális érték feletti tartományban (azaz> 22 kg/m 2 - 35 kg/m 2), és pozitívan korreláltak a BMI-vel ezen a határérték alatt (2). Továbbá a bőr koleszterin- és zsírsavszintje invertált U alakban mutatkozik meg, például a betegség prevalenciája [25, 26].

Így úgy tűnik, hogy a bőr lipidszintje emelkedik a BMI-vel az alacsony súlyú nőknél, és csökken a BMI-vel a túlsúlyos/elhízott nőknél.

Ebben a vizsgálatban a bőr koleszterinszintjét koleszterinként mértük, amely tartalmazhatja a 7-dehidrokoleszterint, a D-vitamin prekurzort [31, 32]. Beszámoltak arról, hogy az elhízott egyének csökkent képessége a D-vitamin szintetizálására az ultraibolya sugárzásnak való kitettség után, ezért fokozott a D-vitamin-hiány kockázata. Ezért ezekben az elhízott személyekben a csökkent bőrkoleszterinszint D-vitamin-hiányhoz és a kapcsolódó betegségekhez társulhat.

Következtetés

Összegzésképpen elmondható, hogy a japán nők elhízása az epidermisz megvastagodásával és a bőr koleszterin- és zsírsavszintjének csökkenésével jár, ami a bőrsorompó funkciójának károsodására utal. Továbbá a lipidszintek fordított U-kapcsolatot mutattak a BMI-vel, ami arra utal, hogy a csúcs lipidtartalom és a barlangfunkció szempontjából optimális BMI van 22 kg/m 2 körül. Az elhízott egyének bőrlipid-csökkenése a PPARδ expresszió csökkentésével, valamint a HMGCR és az ACC-1, a koleszterinszintet és a zsírsavszintézist sebességkorlátozó enzimeket kódoló gének egyidejű csökkentésével társult. Ezek az eredmények arra engednek következtetni, hogy a szuboptimális BMI összefügg az alacsony bőrkoleszterin- és zsírsavszint miatt bekövetkező károsodott bőrgát funkcióval. Ezenkívül eredményeink kihatással lehetnek elhízott betegek barlang-diszfunkcióval járó bőrbetegségek kezelésére.