Резюме

Заден план

Лептин, продуктът на об ген, е хормон, секретиран от адипоцитите. Животни с мутации в об гените са затлъстели и отслабват, когато им се дава лептин, но малко се знае за физиологичните действия на лептина при хората.

Методи

Използвайки новоразработен радиоимуноанализ, ние измерихме серумни концентрации на лептин при 136 пациенти с нормално тегло и 139 лица със затлъстяване (индекс на телесна маса,> 27,3 за мъже и> 27,8 за жени; индексът на телесна маса беше определен като тегло в килограми разделен на квадрата на височината в метри). Измерванията бяха повторени при седем пациенти със затлъстяване след загуба на тегло и по време на поддържане на по-ниското тегло. The об Съдържанието на РНК (mRNA) в адипоцитите е определено при 27 пациенти с нормално тегло и 27 затлъстели.

Резултати

Средните (± SD) серумни концентрации на лептин са били 31,3 ± 24,1 ng на милилитър при затлъстели лица и 7,5 ± 9,3 ng на милилитър при пациенти с нормално тегло (P

Въведение

The об генът е специфичен за адипоцитите ген, който кодира лептин, протеин, който регулира телесното тегло. 1 При мишки мутации в об ген, който води до липса на циркулиращ лептин, причинява затлъстяване. Прилагането на рекомбинантен лептин причинява загуба на тегло при тези мишки. 2-4

Отчитаме пълната кодираща последователност на човек об комплементарна ДНК (cDNA), 5 находка, наскоро потвърдена от други. 6 Не открихме мутации в гена при пет затлъстели субекта. При осем лица с нормално тегло и осем затлъстели суми об пратеник РНК (тРНК) в адипоцитите корелира с телесното тегло. Увеличаване на изразяването на об Ген при затлъстели лица оттогава е докладван от други изследователи. 7,8 Тези резултати предполагат, че об генът кодира протеин, който информира мозъка за количеството мастна тъкан, присъстващо в тялото.

В това проучване изследвахме дали лептин може да бъде открит в серума при концентрации, които корелират с телесното тегло и дали серумните концентрации на лептин се намаляват чрез загуба на тегло.

Методи

Субекти

Проучихме 136 слаби субекти (84 жени и 52 мъже; средна [± SD] възраст, 29 ± 7 години) и 139 затлъстели лица (99 жени и 40 мъже; средна възраст, 37 ± 11 години). Средният индекс на телесна маса (ИТМ), дефиниран като теглото в килограми, разделено на квадрата на височината в метри, е 23,0 ± 2,5 за пациентите с нормално тегло и 35,1 ± 7,2 за пациентите със затлъстяване. Затлъстяването се определя като ИТМ> 27,3 за мъжете и> 27,8 за жените, което е приблизително 120 процента от идеалното телесно тегло. 9 Никой от субектите не е приемал никакви лекарства или е имал доказателства за метаболитно заболяване, различно от затлъстяване, и всички съобщават, че телесното им тегло е било стабилно поне три месеца преди проучването. Кръвна проба се събира от всеки субект по време на гладуване и серумът се замразява при -80 ° С до анализ.

Направихме биопсии на коремна подкожна мастна тъкан 10 на 27 от постните субекти (15 жени и 12 мъже) и 27 от затлъстелите лица (17 жени и 10 мъже). Пробите от тъкани се транспортират във физиологичен разтвор до лабораторията, където веднага се усвояват с колагеназа и клетките се изолират. 10

За да се проучи ефектът от загубата на тегло, седем от затлъстелите лица (шест жени и един мъж; ИТМ, 40,4 ± 5,2; възраст, 37 ± 13 години) са хранени с течно-протеинова диета, осигуряваща 800 kcal на ден (Optifast 800, Sandoz Хранене, Минеаполис). В допълнение към базовите проучвания, описани по-горе, се взема кръв и се правят биопсии, когато субектите намаляват телесното си тегло с 10 процента и отново след като поддържат по-ниското телесно тегло в продължение на четири седмици.

Ефектът от консумацията на храна върху серумните концентрации на лептин е изследван в отделна група от четирима пациенти с нормално тегло (две жени и двама мъже; ИТМ, 24.3 ± 2.6; възраст, 40 ± 8 години) и три жени със затлъстяване (ИТМ, 32.2 ± 2,7; възраст, 43 ± 4 години). След еднодневно гладуване, кръвни проби се взимат на всеки 60 минути в продължение на 8 часа. Закуска (обща енергия, 848 ккал: протеини, 14 процента; въглехидрати, 52 процента; и мазнини, 34 процента) се дава след събиране на пробата на гладно и обяд (обща енергия, 902 ккал; протеин, 13 процента; въглехидрати, 52 процента; и мазнини, 35 процента) се дава четири часа по-късно.

Всички протоколи бяха одобрени от институционалния съвет за преглед в университета Томас Джеферсън и всички субекти дадоха информирано съгласие.

Радиоимуноанализ за серумен лептин

Антихуманният лептинов антисерум е отгледан при зайци, имунизирани с рекомбинантен лептин. 11 Този антисерум не реагира кръстосано с инсулин, инсулиноподобен растежен фактор 1 или глюкагон в дози от 10 μg на милилитър. Лептинът е радиомаркиран с йод 125 по метода на Болтън-Хънтър 12 и е пречистен чрез гел филтрация, използвайки Sephadex G-25 (Pharmacia Biotech, Piscataway, NJ). Специфичната активност е около 30 μCi на микрограм. Немаркираният и 125 I-белязан лептин е стабилен поне 30 дни при 4 ° C. 11.

Обратна транскриптаза полимеразна верижна реакция

Общата адипоцитна РНК се получава чрез екстракция на гуанидиниев тиоцианат – фенол – хлороформ. 13 Реверсивна транскриптазна полимеразна верижна реакция 14 се извършва с термоциклер (модел 9600, Perkin-Elmer, Foster City, Калифорния) с крайна концентрация на праймер от 10 pmol на 100-μl реакция, както е описано по-горе. 5 Данните са изразени като съотношение на об cDNA до актин cDNA. Няма разлика в количеството на актин кДНК сред изследваните субекти.

Други анализи

Серумният инсулин се измерва чрез радиоимуноанализ (Linco Research, St. Charles, Mo.). Глюкозата в серума беше измерена по метода на глюкозната оксидаза с глюкозен анализатор 2 (Beckman, Brea, CA). Процентът на телесните мазнини е определен за 108 пациенти с нормално тегло и 71 затлъстели чрез анализ на биоелектричен импеданс (RJL Systems, Mt. Clemens, Mich.).

Статистически анализ

Резултати

Вмъкването показва естествения логаритъм на серумната концентрация на лептин, начертан спрямо процента телесни мазнини.

Средната концентрация на серумен лептин при 139 пациенти със затлъстяване е била 31,3 ± 24,1 ng на милилитър, в сравнение със 7,5 ± 9,3 ng на милилитър при пациенти с нормално тегло (P Фигура 1). Концентрациите на серумен лептин също корелират с ИТМ (r = 0,66, P 2 = 0,72) при най-добро съответствие. Няма подобрение в пригодността на модела с добавяне на ИТМ, възраст, концентрация на серумен инсулин или глюкоза на гладно, пол или раса. Следователно тези фактори не оказаха независим ефект върху серумната концентрация на лептин, след като контролирахме процента на телесните мазнини.

Фигура 2.

серумен
Фигура 2. Корелация между изразяване на об Ген в адипоцитите и процентът на телесните мазнини при 27 пациенти с нормално тегло и 27 затлъстели.

Данните се изразяват като съотношение на об cDNA до актин cDNA. Няма разлика в количеството на актин кДНК сред изследваните субекти.

Об иРНК в коремни подкожни адипоцити е измерена при 54 субекта. The об Съдържанието на тРНК при 27 затлъстели лица е било около два пъти по-високо от 27-те субекта с нормално тегло (29,0 ± 8,7 срещу 18,8 ± 10,9 относителни единици, P = 0,005). Подобно на серумната концентрация на лептин, об Съдържанието на тРНК в адипоцитите е корелирано с процента на телесните мазнини (r = 0,68, P Фигура 2), BMI (r = 0,70, P Фигура 3. Фигура 3. Ефект на загуба на тегло върху концентрациите на серумен лептин и експресия на об Ген при седем затлъстели субекта, изразен като процент от първоначалната стойност.

Постигнато е 10% намаление на телесното тегло при седем затлъстели субекта. След това намаленото телесно тегло се поддържа в продължение на четири седмици. Показаните стойности са средни ± SD. Първоначалните стойности бяха както следва: серумен лептин, 50,2 ± 9,8 ng на милилитър; об иРНК, 44,6 ± 9,4 относителни единици; и тегло, 111,4 ± 13,9 кг. Звездичката означава P = 0,05 за сравнение с първоначалната стойност.

Таблица 1. Таблица 1. Индекс на телесна маса и биохимични стойности на серума на гладно при седем пациенти със затлъстяване преди и след отслабване.

Сред седемте пациенти със затлъстяване, които са били хранени с 800 kcal дневно, четирима са загубили 10 процента от първоначалното си тегло за 8 седмици и три за 12 седмици (Фигура 3). След намаляване на теглото, серумните концентрации на инсулин на гладно намаляват значително, но серумните концентрации на глюкоза на гладно не се променят значително (Таблица 1). Средната концентрация на серумен лептин намалява с 53%, а об Съдържанието на иРНК в адипоцитите е намаляло с 38% през същия период (Фигура 3). По време на следващия четириседмичен период на поддържане на теглото, средната концентрация на серумен лептин отново се повиши леко и об Съдържанието на иРНК нараства, но не до стойности, значително различни от тези преди загуба на тегло.

Концентрациите на серумен лептин не се променят значително при седемте изследвани субекта преди и след две хранения. Концентрациите на серумен инсулин и глюкоза се увеличават временно след всяко от храненията.

Дискусия

Открихме, че лептинът, протеиновият продукт на об ген, се открива в серума и че хората със затлъстяване имат по-високи серумни концентрации на лептин в сравнение с лица с нормално тегло. Въпреки че няколко фактора могат да допринесат за повишаване на серумните концентрации на лептин при затлъстяване, стойностите са най-тясно свързани с процента телесни мазнини. Точността на определяне на телесните мазнини чрез анализ на биоелектричния импеданс е ограничена, 15 но силата на корелацията (r = 0,85, P 7,8 и гризачи 16-18) подкрепя концепцията, че серумните концентрации на лептин се регулират от директни промени в експресията от об ген. Следователно изглежда, че промените в телесните мазнини се превръщат в промени в серумния лептин на ниво об генната експресия.

Установихме, че намаляването с 10 процента на телесно тегло е свързано с намаление с 53 процента на серумния лептин, но че концентрациите на серумен лептин леко се повишават през периода на поддържане, през който телесното тегло не се променя. Големите колебания в серумните концентрации на лептин при наличие на относително малки промени в телесното тегло предполагат, че лептиновата секреция се регулира и от други фактори в допълнение към размера на депото на мастната тъкан. Един от тези фактори може да бъде приемът на калории. Докато ядат 800 kcal на ден, участниците са в отрицателен калориен баланс, което може да бъде сигнал за тялото да намали производството на лептин, така че апетитът да не бъде възпрепятстван. По време на периода на поддържане приемът на храна беше увеличен, за да се поддържа по-ниското телесно тегло. Разходите за енергия вероятно също са намалели по време на периода на поддържане, 19 спомагайки за възстановяването на калоричния баланс и по този начин позволявайки отново да се повишат серумните концентрации на лептин.

Няколко потенциални сигнала биха могли да медиират намаляването на серумните концентрации на лептин в отговор на ограничението на калориите. Концентрациите на инсулин на гладно намаляват по време на загуба на тегло, но повишаването на серумния инсулин след периода на често вземане на проби не е свързано с промяна в серумните концентрации на лептин. Експериментът с храненето не изключва възможността дългосрочните промени в секрецията на инсулин да променят серумните концентрации на лептин.

Значителната връзка между серумната концентрация на лептин и процента на телесните мазнини предполага, че адипоцитите сигнализират на мозъка за размера на депото на мастната тъкан. Ако действието на лептина при хората е подобно на това при гризачите, апетитът 2-4 трябва да намалее и енергийните разходи да се увеличат, което заедно трябва да доведе до загуба на тегло. Откриването на повишени серумни концентрации на лептин при затлъстели лица предполага намалена чувствителност към лептин, въпреки че откриването на лептин чрез имунологични методи не доказва, че той е биологично активен. Понастоящем не са известни функционални и структурни аномалии на лептин-ефекторната система при хората. Въпреки това, индуцираното от диетата затлъстяване при нормални мишки е пример за намалена чувствителност към лептин, тъй като са необходими по-големи дози лептин, за да се предизвика загуба на тегло при тези мишки, отколкото при мишки с дефицит на лептин. 4 db/db mouse предоставя пример за неотзивчивост към лептин. 3,4

В обобщение, лептинът, протеиновият продукт на об ген, се открива в серума; концентрацията му е свързана с процента телесни мазнини и е повишена при затлъстели лица. Тези резултати предполагат, че затлъстяването при хората е по-вероятно да се дължи на централни механизми, регулиращи приема на храна и разход на енергия, отколкото на дефектната сигнализация от адипоцитите към тези централни механизми.

Финансиране и оповестяване

Подкрепена отчасти с безвъзмездна помощ (R01 DK45592) от Националните здравни институти и безвъзмездна помощ от Фондация Маргарет К. Ланденбергер.

Дължим на г-жа Ирина Опентанова и г-н Стюарт Тристър за отличната им техническа помощ и на д-р Ричард ДиМарчи за интелектуално насърчение.

Свързаности с авторите

От отделите по ендокринология и метаболизъм (RVC, MKS, MRN, JPO, CCM, JFC) и клинична фармакология, Секция по биостатистика (LJM), Катедра по медицина и Катедра по хирургия (TLB), Медицински колеж Jefferson на университета Томас Джеферсън, Филаделфия; и Eli Lilly Research Laboratories, Indianapolis (M.L.H., A.K., T.W.S.).

Адресайте заявки за повторно отпечатване до д-р Консидайн в университета Томас Джеферсън, ул. 1025 Walnut, 813 College Bldg., Филаделфия, Пенсилвания 19107.

Референции (19)

1. Zhang Y, Proenca R, Maffei M, Barone M, Leopold L, Friedman JM. Позиционно клониране на гена със затлъстяване на мишката и неговия човешки хомолог. Nature 1994; 372: 425 - 432 [Erratum, Nature 1995; 374: 479.]

2. Pelleymounter MA, Cullen MJ, Baker MB, et al. Ефекти на генния продукт със затлъстяване върху регулирането на телесното тегло при ob/ob мишки. Наука 1995; 269: 540 - 543

3. Halaas JL, Gajiwala KS, Maffei M, et al. Намаляващи теглото ефекти на плазмения протеин, кодиран от гена със затлъстяване. Наука 1995; 269: 543 - 546

4. Campfield LA, Smith FJ, Guisez Y, Devos R, Burn P. Рекомбинантен миши OB протеин: доказателства за периферен сигнал, свързващ затлъстяването и централните невронни мрежи. Наука 1995; 269: 546 - 549

5. Considine RV, Considine EL, Williams CJ, et al. Доказателства срещу преждевременен стоп кодон или отсъствие на затлъстели генни иРНК при човешко затлъстяване. J Clin Invest 1995; 95: 2986 - 2988

6. Masuzaki H, Ogawa Y, Isse N, et al. Експресия на човешки затлъстели гени: специфична за адипоцитите експресия и регионални разлики в мастната тъкан. Диабет 1995; 44: 855 - 858

7. Lonnqvist F, Arner P, Nordfors L, Schalling M. Свръхекспресия на затлъстелия (ob) ген в мастната тъкан на хора със затлъстяване. Nat Med 1995; 1: 950 - 953

8. Hamilton BS, Paglia D, Kwan AYM, Deitel M. Повишена експресия на затлъстели иРНК в мастните клетки на яйчниците от масово затлъстели хора. Nat Med 1995; 1: 953 - 956

9. Конферентен панел за оценка на технологиите на NIH Методи за доброволно отслабване и контрол. Ann Intern Med 1992; 116: 942 - 949

10. Kolaczynski JW, Morales LM, Moore JH Jr, et al. Нова техника за биопсия на човешки коремни мазнини под местна упойка с лидокаин. Int J Obes Relat Metab Disord 1994; 18: 161 - 166

11. Stephens TW, Basinski M, Bristow PK, et al. Ролята на невропептида Y в действието срещу затлъстяването на генния продукт със затлъстяване. Природа 1995; 377: 530 - 532

12. Болтън AE, Хънтър WM. Етикетирането на протеини до високо специфична радиоактивност чрез конюгиране със 125I-съдържащ ацилиращ агент. Biochem J 1973; 133: 529 - 539

13. Chomczynski P, Sacchi N. Едноетапен метод за изолиране на РНК чрез кисела екстракция на гуанидиний тиоцианат-фенол-хлороформ. Anal Biochem 1987; 162: 156 - 159

14. Saiki RK, Scharf S, Faloona F, et al. Ензимно усилване на геномни последователности на бета-глобин и анализ на мястото на рестрикция за диагностика на сърповидно-клетъчна анемия. Наука 1985; 230: 1350 - 1354

15. Jebb SA, Elia M. Техники за измерване на телесния състав: практическо ръководство. Int J Obes Relat Metab Disord 1993; 17: 611 - 621

16. De Vos P, Saladin R, Auwerx J, Staels B. Индукцията на експресия на ob гена от кортикостероиди е придружена от загуба на телесно тегло и намален прием на храна. J Biol Chem 1995; 270: 15958 - 15961

17. Funahashi T, Shimomura I, Hiraoka H, ​​et al. Подобрена експресия на затлъстял (ob) ген на плъхове в мастните тъкани на плъхове с вентромедиален хипоталамус (VMH). Biochem Biophys Res Commun 1995; 211: 469 - 475

18. Murakami T, Shima K. Клониране на cDNA със затлъстяване при плъхове и нейната експресия при плъхове със затлъстяване. Biochem Biophys Res Commun 1995; 209: 944 - 952

19. Leibel RL, Rosenbaum M, Hirsch J. Промени в енергийните разходи в резултат на променено телесно тегло. N Engl J Med 1995; 332: 621 - 628

Позовавайки се на статии (3817)

Тук са изброени само 1000-те най-нови цитиращи статии.