Принос от Jan-Åke Gustafsson, 8 ноември 2017 г. (изпратено за преглед на 7 септември 2017 г .; прегледано от Wolfgang Langhans и Subburaman Mohan)

Тази статия има писмо. Моля виж:

Вижте свързаното съдържание:

Значимост

Единственият известен хомеостатичен регулатор на мастната маса е лептиновата система. Предположихме, че има втори хомеостат, регулиращ телесното тегло с въздействие върху мастната маса. В това проучване добавихме и премахнахме натоварвания от тегло от експериментални животни и измерихме ефектите върху биологичното телесно тегло. Резултатите показват, че има хомеостат за телесно тегло, който регулира мастната маса независимо от лептина. Тъй като ефектът от намаляване на телесното тегло при увеличеното натоварване зависи от остеоцитите, предлагаме да има сензор за телесно тегло в дългите кости на долните крайници, действащ като „телесни везни“. Това е част от хомеостата за телесно тегло, „гравитостат“, който поддържа телесното тегло и телесната мастна маса постоянни.

Резюме

Субектите, прекарващи много време в седнало положение, имат повишен риск от затлъстяване, но механизмът на ефекта на затлъстяване при изправяне е неизвестен. Предположихме, че има хомеостатична регулация на телесното тегло. Ние демонстрираме, че увеличено натоварване на гризачи, постигнато с помощта на капсули с различно тегло, имплантирани в корема или s.c. на гърба, обратимо намалява биологичното телесно тегло чрез намален прием на храна. Важното е, че натоварването облекчава индуцираното от диетата затлъстяване и подобрява толерантността към глюкозата. Идентифицираният хомеостат за телесно тегло регулира телесната мастна маса независимо от получения от мазнини лептин, разкривайки две независими системи за отрицателна обратна връзка за регулиране на мастната маса. Известно е, че остеоцитите могат да усетят промени в костния щам. В това проучване ефектът на намаляване на телесното тегло при увеличено натоварване е загубен при мишки, лишени от остеоцити. Предлагаме, че повишеното телесно тегло активира сензор, зависим от остеоцитите на носещите тегло кости. Това индуцира аферентен сигнал, който намалява телесното тегло. Тези открития показват независим от лептин хомеостат за телесно тегло („гравитостат”), който регулира мастната маса.

Епидемиологичните проучвания показват, че субектите, прекарващи много време в седнало положение, имат повишен риск от затлъстяване, диабет и сърдечно-съдови заболявания. Има дори епидемиологични доказателства за връзка между времето на седене и общата смъртност (1, 2). Механизмът на ефекта на затлъстяване при изправяне по същество е неизвестен. Вероятно е част от ефекта от високото време на седене върху кардиометаболитните фенотипи да се дължи на свързаната с това ниска степен на упражнения. Резултатите от някои статии обаче показват, че връзката на заседналото поведение, отразено от много време на седене, с метаболитния синдром, не зависи от физическата активност (3, 4). Ние предположихме, че има хомеостат (5) в долните крайници, регулиращ телесното тегло с въздействие върху мастната маса. Такъв хомеостат би осигурил (заедно с лептин) осигуряване на достатъчно складове за цялото тяло с енергия, но все пак би предпазил животните, живеещи в земя, да станат твърде тежки. Предпоставка за такова хомеостатично регулиране на телесното тегло е, че центърът за интеграция, който може да е в мозъка, получава аферентна информация от сензор за телесно тегло. След това центърът за интеграция може да регулира телесното тегло чрез въздействие върху ефектор (6).

Резултати

Отчитане на телесното тегло за хомеостаза на мастната маса при мишки с индуцирано от диетата затлъстяване.

Независим от лептин сензор за телесно тегло за хомеостаза на мастната маса. (А) Ефектът от увеличеното натоварване върху промяната в телесното тегло при мишки с дефицит на лептин Ob/Ob (контрол n = 7 и натоварване n = 10). Ефектът от комбинираното натоварване и лечение с лептин (1,5 µg/g BW два пъти дневно) върху (B) промени в биологичното телесно тегло, (C) мастна маса и (D) мускулна маса при мишки (n = 10). Данните са изразени като средна стойност ± SEM * P ⇓ –12). Следователно ние постулирахме, че хроничното статично умерено повишено натоварване на костите, индуцирано от повишено телесно тегло, също активира остеоцитите и по този начин намалява мастната маса чрез системен сигнал. За да се определи ролята на остеоцитите за потискане на телесното тегло чрез повишено натоварване, ние установихме остеоцитен изтощен трансгенен модел на мишка, използващ изчерпване на дифтерийния токсин, специфично за DMP1 положителни остеоцити (Фиг. S2). Нормалното потискане на телесното тегло чрез повишено натоварване, наблюдавано при мишки с непокътнати остеоцити (фиг. 3А), е загубено при мишки, обеднели от остеоцити (фиг. 3В). Повишеното натоварване намалява теглото на WAT (фиг. 3С) и нивата на серумния лептин (фиг. 3D) при мишки с непокътнати остеоцити, но не и при мишки с остеоцитни изтощения, докато няма значителни разлики в теглото на скелетните мускули между групите (фиг. 3Е). Тези открития показват, че потискането на телесното тегло чрез натоварване зависи от остеоцитите. Предлагаме повишеното телесно тегло да активира сензор, зависим от остеоцитите на носещите тегло кости. Това предизвиква аферентен сигнал за намаляване на приема на храна (Фиг. 3F).

Потискането на телесното тегло и мастната маса чрез натоварване зависи от остеоцитите. Ефект от увеличеното натоварване върху промяната в биологичното телесно тегло при (A) контролни женски мишки с непокътнати остеоцити (контрол n = 11 и натоварване n = 12) и при (B) изчерпани остеоцити (OCyD) женски мишки (n = 9). Ефектът от натоварването на контролни мишки с непокътнати остеоцити и OCyD мишки върху (С) мастна маса, (D) серумни нива на лептин и (Е) мускулна маса, измерено 21 d след започване на натоварването. Данните са изразени като средна стойност ± SEM * P ⇓ -23). Тези данни подкрепят нашето заключение, че има независима от лептин регулация на мастната маса, но те не предоставят информация за възможния механизъм. Настоящите данни, показващи, че натоварването може да регулира мастната маса, повишават възможността увеличението на мастната маса, наблюдавано след липектомия при мишки с дефицит на лептин, да се дължи на намалено натоварване. Повишеното натоварване намалява биологичното телесно тегло чрез намален прием на храна. Нормалната двигателна активност и схващането, че мишките изглеждат здрави показват, че ефектите от увеличеното натоварване върху приема на храна и телесното тегло са специфични.

Добре установено е, че сигналът за лептин е необходим за предотвратяване на тежко затлъстяване (7, 24). Повечето пациенти със затлъстяване обаче имат високи ендогенни серумни нива на лептин и не реагират на лечение с екзогенен лептин. Това показва, че при тези обстоятелства лептинът не е достатъчен за потискане на мастната маса. Това се нарича резистентност към лептин (7, 25).

Предлагаме, че за оптимална хомеостаза на мастната маса са необходими както сигнализирането за лептин, така и определянето на телесното тегло. Фармакологично, комбинираното насочване както на механизма за определяне на телесното тегло, така и на сигнала за лептин може да бъде полезно за лечение на затлъстяване (фиг. 3F). В съответствие с това, натоварването с тегло и лечението с лептин потискат телесното тегло по аддитивен начин в настоящото проучване.

Както е описано по-горе, има установена епидемиологична връзка между броя часове на ден, прекарани в седнало положение, и няколко метаболитни заболявания, включително затлъстяване, диабет и сърдечно-съдови заболявания. Причината за това обаче е неизвестна (1, 2). Предполагаме, че многото време на седене води до намалено натоварване на остеоцитите в носещите тежести дълги кости и по този начин хомеостатичната регулация на телесното тегло не активира аферентния си сигнал към мозъка, което води до затлъстяване (Фиг. 3F). В допълнение е възможно светските тенденции за увеличено време на седене, чрез намалено активиране на механизма за определяне на телесното тегло, да са допринесли за епидемията от затлъстяване. Фактът, че натоварването е било ефективно за намаляване на мастната маса както при плъхове Sprague-Dawley, така и при мишки C57BL с диета, предизвикано от затлъстяване, добре установени модели на клинично затлъстяване (26, 27), предполага, че увеличеното време на изправяне и, следователно, увеличеното натоварване ще бъде ефективно за намаляване на човешкото затлъстяване. Освен това, нашите открития показват, че натоварването увеличава инсулиновата чувствителност. Необходими са по-нататъшни проучвания, за да се изследва дали този ефект се дължи изцяло или само отчасти на намалената телесна мастна маса.

Материали и методи

Животни.

Всички процедури за животни бяха одобрени от Комитета по етика за грижа и употреба на животните от университета в Гьотеборг. Мишките C57BL/6 бяха закупени от Taconic, липсващите лептин Ob/Ob мишки бяха закупени от лабораторията Джаксън, а мишките с нокаут за рецептори на Грелин (GHSR KO) бяха получени от Deltagen. MC4R KO мишки, GLP-1R KO мишки и ERα KO мишки са разработени, както е описано по-рано (19, 20, 29, 30). Всички нокаутиращи мишки и техните контроли бяха на фон C57BL/6. Плъховете Sprague-Dawley са закупени от лабораториите на Charles River.

За генериране на изчерпани с остеоцити мишки, DMP-1 промотор-Cre мишки (31) бяха кръстосани с ROSA26 промотор-Flox-STOP-Flox-DTR мишки (32) (Фиг. S2). ИРНК на дифтерийния токсинен рецептор (DTR) е сравнена между кортикалната кост, бъбреците и черния дроб с RT-PCR (фиг. S2C). МРНК на соста е измерена в кортикалната кост като маркер за изчерпване на остеоцитите (OCyD) при мишки, експресиращи DTR и даден дифтериен токсин (фиг. S2D).

Имунохистохимия.

Броят на остеоцитите и празните лакуни на остеоцитите във бедрената кост беше оценен заслепен с помощта на микроскоп с ярко поле. Накратко, бедрената кост беше фиксирана, вграден парафин, разрязан и оцветен с хематоксилин и еозин. За преброяване бяха използвани три равномерно разпределени участъка на бедрената кост. Остеоцитите и празните лакуни бяха преброени от кората на кората на кората средно 0,16 mm 2 на участък и разположени на 5 mm от върха на епифизната плоча. Броят на апоптотичните остеоцити се измерва като клетки с TUNEL положително оцветяване. Накратко, три участъка на бедрената кост, съседни на секциите, използвани за преброяване на празни лакуни, бяха оцветени с помощта на TUNEL анализ (ApopTag Fluorescein In Situ Apoptosis Detection Kit, S7110; Millipore) в съответствие с инструкциите, предоставени и оцветени с DAPI. Използвайки флуоресцентен микроскоп с широко поле (Leica DMRB; Leica Microsystems), са направени изображения, покриващи средно 0,16 mm 2 кортикална кост на участък и разположени на 5 mm от върха на епифизната плоча. Автофлуоресценцията на фона е намалена чрез прилагане на метод за изваждане на цифров канал към изображенията. TUNEL положителни клетки и DAPI положителни клетки бяха преброени в изображенията.

В отделен експеримент се използва синьо β-gal оцветяване на бедрените костни участъци като маркер на клетки с активен промотор на DMP-1. DMP-1 промотор-Cre мишки или мишки от див тип бяха кръстосани с ROSA26 промотор-Flox-STOP-Flox-β-gal мишки. Оцветяването с β-gal в кортикална кост беше сравнено между ROSA26 промотор-Flox-STOP-Flox-β-gal мишки с и без DMP-1 промотор-Cre.

Зареждане.

Две до тримесечни мишки и плъхове бяха хранени с високомаслена диета (60% мазнини, D12492; Изследователски диети) по време на 4 седмици и след това с капсула, която тежеше 15% от телесното тегло (товар) или 3% от телесното тегло (контрол) е имплантирано интраперитонеално или sc в възрастни животни под изофлуранова анестезия. След имплантацията телесното тегло се измерва ежедневно или няколко пъти седмично до края на всеки експеримент.

Премахването на товара беше извършено в един експеримент, при който капсулите бяха разменени 2 седмици след първата операция и половината мишки с товарни капсули получиха контролни капсули (премахване на товара) и половината от тях получиха нови товарни капсули (продължително натоварване) с период на проследяване от 3 седмици след сваляне на товара.

Непряка калориметрия, приемане на храна и измерване на активността.

Консумацията на кислород и производството на въглероден диоксид се измерва чрез индиректна калориметрия в метаболитна система INCA (Somedic), както е описано по-рано (33). RQ се изчислява по формулата RQ = VCO2/VO2. Измерването е направено на 4–6-ия ден след имплантиране на капсули при мишки C57BL/6 и приемът на храна се наблюдава през същия период както за мишки, така и за плъхове. Проведохме също така изследване за хранене по двойки, при което хранехме контролни мишки със същото количество храна, както мишките ad libitum, хранени с товар. Двигателната активност се измерва в автоматизирани камери за активност, така наречените Locoboxes, състоящи се от пластмасова клетка (55 × 55 × 22 cm) във вентилиран шкаф (Kungsbacka Mat-och Reglerteknik AB).

Тест за толерантност към глюкоза.

Орално GTT се извършва на мишки C57BL/6 3 седмици след имплантиране на капсула. Мишките получават орална глюкоза [2 g/kg телесно тегло (BW); Fresenius Kabi] чрез сонда след 5 часа гладуване. Кръвни проби се събират от опашната вена на 0, 15, 30, 60 и 120 минути след измерването на глюкозата. Концентрациите на кръвната глюкоза се определят в гореспоменатите моменти от време с помощта на глюкометър Accu-Check Compact Plus (Roche Diagnostics). Концентрациите на серумен инсулин се измерват във времеви точки 0, 15, 60 и 120 минути след приложението на глюкозата, като се използва ултрачувствителният комплект ELISA за миши инсулин (90080; Chrystal Chem, Inc.) съгласно протокола, предоставен от производителя.

Лечение с лептин.

Контролните и заредени мишки C57BL/6 получават миши лептин (1,5 µg/g BW; Pepro-Tech) или физиологичен разтвор два пъти дневно в s.c. инжекции на 11-15 дни след имплантирането на капсулата.

Генната експресия.

Кортикалната кост от бедрената кост и пищяла, хипоталамуса и интерскапуларната НДНТ бяха разрязани, щракащо замразени в течен азот и държани при -80 ° C до анализ. Корковите кости се хомогенизират с реагент TriZol (Invitrogen) преди екстракция. иРНК от всички тъкани се екстрахира с помощта на RNeasy Lipid Tissue Mini Kit (Qiagen) и концентрацията на иРНК на пробите се измерва с NanoDrop спектрофотометрия. cDNA се синтезира от 1 µg иРНК с iScript cDNA Synthesis Kit (Bio-Rad).

PCR в реално време се извършва с помощта на Step-One-Plus или ABI Prism 7900 Sequence Detection System (Applied Biosystems). Пробите от хипоталамус бяха анализирани с Universal Taqman Master Mix (Applied Biosystems) в 48-генна поръчка TaqMan масивна карта с ниска плътност и нормализирана до глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа (GAPDH, Mm99999915_g1). Кортекалните костни проби бяха анализирани чрез анализи за остеокалцин (Mm01741771_g1), склеростин (Mm00470479_m1), FGF23 (Mm00445621_m1) и липокалин 2 (Mm 01324470_m1) и нормализиран до 18S (4310893E). Пробите от НДНТ бяха анализирани с анализ за Ucp1 (Mm0124486_m1) и нормализирани до 18S (4310893E). Относителните нива на иРНК бяха получени чрез използване на метода на сравнителния прагов цикъл (Ct) и изчислени с уравнението ΔΔCt.

Анализ на серума и урината.

Кръвните проби се събират в края на всеки експеримент и серумът се отделя и се съхранява при -80 ° C до анализ. Серумът е анализиран в дубликати чрез ELISA за лептин (Chrystal Chem, Inc), склеростин (ALPCO имуноанализи), остеокалцин (Immutopics), Gla-остеокалцин и Glu-остеокалцин (Takara Clontech), FGF23 (Kainos Laboratories, Inc), липокалин 2 ( R&D системи) и холин (Abcam). Серумният тестостерон се анализира чрез метод на газова хроматография-тандемен мас спектрометричен метод, както е описано по-рано (34). Проби от урина са анализирани с ELISA за норадреналин (Labor Diagnostika Nord) и урината също е анализирана за креатинин (Crystal Chem, Inc) за нормализиране на нивата на норадреналин.

7T MR система (софтуер: ParaVision 5.1; Bruker BioSpin MRI GmbH) и 50-мм квадратурна бобина за предаване/приемане на обем (RAPID Biomedical GmbH) бяха използвани за създаване на коронални изображения на всяко животно поотделно и напречни изображения на двойки животни от групи за натоварване и контрол. Сдвояването осигури идентични характеристики за подобряване на MRI сигнала и за двете групи, за да улесни последващото сравнение на съдържанието на телесни мазнини.

Коронарните изображения са получени с помощта на 2D многослойна мулти-ехо (MSME) последователност с време за повторение (TR) = 1000 ms, време на ехо (TE) = 12,3 ms, брой средни сигнали (NSA) = 2, дебелина на среза = 1 mm, зрително поле (FOV) (четене × фаза) = 64 × 28 mm 2, разделителна способност в равнината = 160 × 160 mm 2 и честотна лента на приемника (BW) = 120 kHz. Напречните изображения са получени с леко коригирани параметри на събиране (последователност на MSME: TR = 1000 ms, TE = 9,5 ms, NSA = 45, дебелина на среза = 0,7 mm, FOV = 46 × 35 mm 2, разделителна способност в равнината = 177 × 177 mm 2 и BW = 120 kHz). Както короналните, така и напречните серии от изображения бяха получени два пъти, със и без потискане на мазнините, а короналните изображения бяха преизбрани до 177 × 177 mm 2 за целите на визуализацията. Предполага се, че областите на хиперинтензивен MR сигнал (спрямо мускулите и органите) в обезмаслено потиснато изображение представляват мазнини, ако съответният регион в потиснатия от мазнините образ е хипоинтензивен.

Статистика.

Данните бяха анализирани с помощта на двустранен t тест на Student, приемащ еднаква дисперсия между групите за контрол и натоварване или между групите „продължителен товар“ и „премахване на товара“. Когато бяха сравнени повече от две групи, беше използван ANOVA, последван от post hoc тест на Tukey. P 1 До кого може да бъде адресирана кореспонденция. Имейл: jojneuro.gu.se или jgustafscentral.uh.edu или Claes.Ohlssonmedic.gu.se .

телесно