Допринесе еднакво за тази работа с: Yoshiko Horie, Hiroko Makihara

кожата

Разследване на роли, писане - оригинален проект

Отдел за биологични науки и медицински сестри, Университет Йокохама, Медицински факултет, Йокохама, Канагава, Япония

Допринесе еднакво за тази работа с: Yoshiko Horie, Hiroko Makihara

Писане на роли - оригинален проект, писане - преглед и редактиране

Отдел за биологични науки и медицински сестри, Университет Йокохама, Медицински факултет, Йокохама, Канагава, Япония

Отдел за биологични науки и медицински сестри, Университет Йокохама, Медицински факултет, Йокохама, Канагава, Япония

Роли Куриране на данни

Отдел за биологични науки и медицински сестри, Университет Йокохама, Медицински факултет, Йокохама, Канагава, Япония

Отдел за биологични науки и медицински сестри, Университет Йокохама, Медицински факултет, Йокохама, Канагава, Япония

Отделение за пластична и реконструктивна хирургия, Медицински център на университета в Йокохама, Йокохама, Канагава, Япония

Присъединяване на пластична и реконструктивна хирургия, Детски медицински център Канагава, Йокохама, Канагава, Япония

Отделение за пластична и реконструктивна хирургия, Медицински факултет на университета в град Йокохама, Йокохама, Канагава, Япония

Партньорски отдел по патология, Медицински факултет на университета в град Йокохама, Йокохама, Канагава, Япония

Партньорски отдел по патология, Медицински факултет на университета в град Йокохама, Йокохама, Канагава, Япония

Роли Концептуализация, придобиване на финансиране, администриране на проекти, писане - преглед и редактиране

Отдел за биологични науки и медицински сестри, Университет Йокохама, Медицински факултет, Йокохама, Канагава, Япония

  • Йошико Хорие,
  • Хироко Макихара,
  • Казумаса Хорикава,
  • Fumika Takeshige,
  • Ай Ибуки,
  • Тошихико Сатаке,
  • Казунори Ясумура,
  • Джиро Маегава,
  • Хидеаки Мицуи,
  • Кеничи Охаши

Фигури

Резюме

Цитат: Horie Y, Makihara H, Horikawa K, Takeshige F, Ibuki A, Satake T, et al. (2018) Намалено съдържание на липиди в кожата при затлъстели японски жени, медиирано от намалена експресия на липогенни ензими, ограничаващи скоростта. PLoS ONE 13 (3): e0193830. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0193830

Редактор: Катрин Муние, Университет на Квебек и Монреал, КАНАДА

Получено: 31 юли 2017 г .; Прието: 20 февруари 2018 г .; Публикувано: 8 март 2018 г.

Наличност на данни: Всички релевантни данни се намират в хартията и нейните поддържащи информационни файлове.

Финансиране: Тази работа беше подкрепена от научни изследвания от Министерството на образованието, културата, спорта, науката и технологиите (MEXT) (24593252).

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Затлъстяването е рисков фактор за кожни заболявания [1], включително кожни заболявания, характеризиращи се с бариерна дисфункция като псориазис [2] и атопичен дерматит [3]. Съобщава се, че транссепидермалната загуба на вода (TEWL), индикатор за кожната бариерна функция, се променя при затлъстели индивиди [4, 5].

Структурата на кожата и съдържанието на липиди са критични фактори, определящи пропускливостта на кожната бариера [6]. Нивата на липидите влияят върху TEWL и риска от нарушаване на кожната бариера [7–10]. В допълнение, хистологични промени, включително уплътняване на епидермиса и пролиферация на кератиноцити, се появяват по време на увреждане на кожната бариера [8, 11, 12]. Влиянието на затлъстяването върху тези характеристики на бариерната дисфункция обаче не е изследвано.

Междуклетъчните липиди се състоят от холестерол, мастни киселини и керамид. Широко известно е, че керамидът допринася за бариерната функция на кожата [7]; по този начин много предишни проучвания за кожни бариери са фокусирани върху нивата на керамидите [13-16]. Например, синтезът на церамид намалява в кожата на плъхове, хранени с диета с високо съдържание на мазнини [17]. В допълнение, инхибитор на синтеза на холестерол, прилаган върху нарушената на кожата бариерна функция [8], докато възстановяването на бариерата се забавя чрез инхибиране на синтеза на холестерол [18]. Съобщава се за намаляване на мастните киселини в псориатичния рогов слой, което е свързано с увеличаване на TEWL [19]. Тези открития категорично предполагат, че холестеролът и мастните киселини в кожата също са критични фактори, определящи функцията на бариера на кожата. Въпреки тези доказателства, има малко проучвания върху нивата на липидите в кожата или метаболизма при индивиди със затлъстяване, популация, която обикновено показва системна липидна дисрегулация, както и дисфункция на кожната бариера.

Световната здравна организация определя затлъстяването като индекс на телесна маса (ИТМ) ≥ 30 kg/m 2, а наднорменото тегло като BMI ≥ 25 kg/m 2 [20]. Въпреки това, асоциациите между ИТМ, процентното съдържание на телесни мазнини и разпределението на телесните мазнини се различават в различните етнически популации и наскоро беше предложено, че по-ниска гранична стойност може да е по-подходяща в азиатските страни [21, 22]. Съответно наехме японски жени с широк спектър от BMI и ги разделихме на контролна група (BMI 2) и група за затлъстяване (25 kg/m 2 ≤ BMI 2) за сравнителен анализ на структурата на кожата, съдържанието на липидите и експресията на гени участва в липидния метаболизъм, включително гени, кодиращи липогенни ензими, ограничаващи скоростта. Нашата хипотеза беше, че структурата на кожата се променя и нивата на липидите се намаляват при затлъстелите жени, като по този начин се отчита наблюдаваната бариерна дисфункция в тази група.

Методи

Субекти

Субектите са японски пациенти с рак на гърдата (на възраст 20–64 години), които са претърпели операция за реконструкция на гърдата чрез ректус на корема в болница в Йокохама. Докато химиотерапията може да промени съдържанието на вода в кожата и TEWL на пациенти с рак на гърдата от етап 1–3 [23], няма значителни разлики в схемите на химиотерапия между контролната и затлъстяващата групи. Реконструкцията на гърдата е проведена с предпоставката, че стадийът на заболяването е 1 или 2 и че няма риск от рецидив или метастази. Следователно беше възможно да се анализира здравата кожа на едно и също място при всеки индивид. Пациенти с коморбидни кожни заболявания (като псориазис и атопичен дерматит), диабет или инфекциозни заболявания бяха изключени. По време на операцията са взети кожни проби от една и съща коремна област на всеки субект. Това проучване е проведено в съответствие с Декларацията от Хелзинки и с одобрението на Комитета по етика на човешкия геном и генни изследвания на Университета в Йокохама (A140522018). Писмено информирано съгласие беше получено от всички субекти.

Субектите бяха разделени на две групи, контролна група (BMI 2) и група за затлъстяване (25 kg/m 2 ≤ BMI 2) според дефиницията за затлъстяване в Япония (BMI ≥ 25 kg/m 2).

Оцветяване с хематоксилин и еозин (HE)

Оценихме епидермалната структура чрез оцветяване с НЕ (контрол n = 11, затлъстяване n = 9). Накратко, кожните проби бяха фиксирани в 10% формалин (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Осака, Япония) и вградени в парафин. След това 5-μm срезове бяха изрязани, оцветени с НЕ (Muto Pure Chemicals Co., Ltd., Токио, Япония) и изследвани под оптичен микроскоп (Olympus Corporation, Токио, Япония). Дебелината на кожата на оцветените с НЕ хистологични срези беше измерена с помощта на софтуера ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/). За анализ бяха използвани три секции на индивид и дебелината на епидермиса беше определена на двадесет точки на секция с помощта на инструмента за избор на линия.

Ки-67 оцветяване и изчисляване на индекса Mib-1

Екстракция на липиди и количествено определяне

Необработените кожни проби се замразяват в течен азот и се съхраняват при -80 ° C до липидна екстракция. Мастната тъкан се отстранява от срезовете и останалата кожа се нарязва на парчета от 0,1 mg. Тези парчета се хомогенизират в 50 mM воден разтвор на натриев хлорид, използвайки Bio Mixer (Nissei Corporation, Токио, Япония). След това, смес хлороформ: метанол (2: 1) се добавя към лизата в предварително претеглени епруветки за центрофугиране и суспензията се центрофугира (2000 х g, 4 ° С, 10 минути). Долният органичен слой се отстранява и се оставя да изсъхне за една нощ. Общото тегло на липидите се изчислява чрез претегляне на епруветките и изваждане на теглото на празната епруветка. Общите липидни екстракти се разтварят в октилфенол етоксилат (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), коригиран до 20% (v/v) с 2-пропанол (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), и се определят концентрациите на кожен холестерол и мастни киселини използване на търговски комплекти (E-тест за холестерол, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. и NEFA C-Test, съответно Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

Полимеразна верижна реакция в реално време (RT-PCR)

Статистически анализ

Всички данни са изразени като средна стойност ± SD. Непрекъснатите данни бяха сравнени между групите чрез несдвоени t-тестове на Student и категорични данни от χ 2 тест на Pearson или точен тест на Fisher. Корелацията на ранга на Спиърман е използвана за изследване на връзките на ИТМ с концентрацията на липиди в кожата и нивата на експресия на гени, участващи в липидния метаболизъм. Софтуерът SPSS версия 22 (IBM Corporation, Armonk, NY, USA) е използван за всички статистически анализи. Стойност на р 2. Средният ИТМ се различава значително между контролната група и групите със затлъстяване (22,3 ± 1,7 срещу 27,2 ± 2,2), но няма други значими разлики в клиничните или демографските характеристики между групите (Таблица 1).

Демографски и клинични характеристики на контролната група (ИТМ 2, n = 39) и групата със затлъстяване (25 kg/m 2 ≤ BMI 2, n = 11).

Структурни промени в епидермиса, свързани със затлъстяването

Примери за HE-оцветени кожни проби от контролна (BMI 2) и затлъстяване (25 ≤ BMI 2) групи са показани на Фигура 1а и 1b, съответно. Епидермисът е сгъстен и по-неравномерен в групата със затлъстяване в сравнение с контролната група. Освен това епидермалната зона е значително по-голяма в групата със затлъстяване, отколкото контролната група (Фигура 1в). Разпределението на дебелината на епидермиса е изместено към по-високи стойности в групата със затлъстяване (Фиг. 1г). Например съотношението с дебелина 20–29 µm е значително намалено, а съотношението с дебелина 90–99 µm и 150–159 µm е значително по-голямо в групата със затлъстяване в сравнение с контролната група.

(a, b) Оцветяване с НЕ на кожни проби от контролната група (a. BMI 2) и групата за затлъстяване (b. 25 ≤ BMI 2) (bar = 50 μm). Стрелките (↕) показват дебелината на епидермиса, а върховете на стрелките (▲) показват неравномерността на дебелината на епидермиса. (c) Епидермална площ (mm 2) в контролната група и групата за затлъстяване. (г) Честотна хистограма на дебелината на епидермиса в контролната група и групата със затлъстяване. (e, f) Ki-67 оцветяване в контролната група (e) и групата за затлъстяване (f) (бар = 50 μm). Червеникавокафявите клетки са Ki-67-положителни, което предполага разпространение (↑: стрелки). (g) Проценти на Ki-67-положителни клетки (индекс Mib-1) в контролната група и групата за затлъстяване. Данните са представени като средно ± SD. Статистическите сравнения между групите се извършват с помощта на несдвоен t-тест на Student (* p Фигура 2. Нива на всеки липид в кожата.

Общите липиди (a), холестерол (b) и мастни киселини (c) в кожата се сравняват между контролната група (BMI 2, n = 39) и групата със затлъстяване (25 kg/m 2 ≤ BMI 2, n = 11 ). Данните са представени като средно ± SD. Статистическите сравнения между групите се извършват с помощта на несдвоения t-тест на Student (** p 2 (e, h) и лица с ИТМ от 22–35 kg/m 2 (f, i) (** p 2 [25, 26], така че ИТМ = 22 kg/m 2 е използван като предел за изследване на връзките между липидите в кожата и както с нисък, така и с висок ИТМ. Нивата на холестерола и мастните киселини са в отрицателна корелация с ИТМ при субекти с висок ИТМ (≥22 kg/m 2, но 2) (Фигура 2f и 2i), но положително корелира с BMI при субекти с нисък BMI (2) (Фигура 2e и 2h). За разлика от това, няма значими корелации между нивата на липидите и възрастта (Общ липид: r = 0,173 p = 0,23, холестерол: r = -0,136 p = 0,25, мастни киселини: r = -0,087 p = 0,57).

Експресия на гени, свързани с липидния метаболизъм

За да изследваме основните механизми, допринасящи за тези ИТМ-зависими промени в концентрациите на липиди в кожата, оценихме нивата на експресия на гени, свързани с липидния метаболизъм (Таблица 2). Нивата на експресия на PPARα, PPARδ, HMGCR (кодиращ ограничаващия скоростта ензим за синтеза на холестерол), SREBP-2 (кодиращ транскрипционен фактор, който регулира метаболизма на холестерола), FAS (кодиращ ограничаващ скоростта ензим в синтеза на мастни киселини) и ACC-1 (кодиращ друг ограничаващ скоростта ензим в синтеза на мастни киселини) са значително по-ниски в групата със затлъстяване, отколкото контролната група. След това се изследва корелацията между ИТМ и всяко ниво на експресия на гена (Таблица 3). Нито един ген не е имал значително отрицателна корелация с ИТМ при субект с висок ИТМ (≥ 22 kg/m 2, но 2), но положително корелирал с ИТМ при субект с нисък ИТМ (2), като нивата на липидите. Въпреки това, нивата на експресия на PPARδ, HMGCR и ACC-1 са в отрицателна корелация с ИТМ в обхвата на ИТМ ≥ 22 kg/m 2 до 2. Експресията на LDLR, която функционира в поемането и транспортирането на клетъчния холестерол, не корелира с ИТМ, докато експресията на LXRα, която причинява изтичане на холестерол, е значително и отрицателно корелирана с ИТМ, когато 2 .

Корелации между свързаната с липидите генна експресия и съдържанието на липиди в кожата

За да потвърдим, че тези промени в нивата на експресия на кожата на гените, свързани с липидния метаболизъм, допринасят за групови разлики в нивата на липидите в кожата, ние оценихме корелациите между всяка концентрация на липиди в кожата и нивото на експресия на гени сред всички субекти. Експресионните нива на PPARδ и HMGCR са положително и значително корелирани с нивото на холестерола в кожата, а нивата на експресия на PPARδ и ACC-1 са положително и значително корелирани с нивото на мастните киселини в кожата (Таблица 4).

Дискусия

Това е първото проучване, което демонстрира промени в епидермалната структура и намалени нива на холестерол и мастни киселини в кожата на възрастни със затлъстяване. Нашето проучване предполага, че тези кожни липидни редукции се медиират от намалени нива на експресия на множество гени, свързани с липидния метаболизъм, включително ограничаващи скоростта ензими за синтез на мастни киселини и холестерол. Връзката между ИТМ и нивата на липидите в кожата показва обърната U-форма, което показва, че пиковото съдържание на липиди и функцията на кожната бариера зависят от оптималния диапазон на ИТМ (около 22 kg/m 2). По този начин възрастните с аберрантно нисък ИТМ (много по-малък от 22 kg/m 2) или висок BMI (≥ 25 kg/m 2) изглежда са изложени на по-голям риск от кожни нарушения, свързани с намалена бариерна функция поради нарушена регулация на липидния метаболизъм.

Кожата на затлъстелите японски жени също показва неравномерно удебеляване на епидермиса, с ектопична пролиферация на кератиноцити и по-голям общ брой на кератиноцитите, както се разкрива от имунохистологичния анализ. Тези хистологични находки са в съответствие с модела на нарушаване на кожната бариера [11, 12, 27]. При затлъстелите хора епидермалното удебеляване обикновено се появява на стъпалата на краката и на други места по кожата, където натискът и дразненето причиняват възпаление [28]. Повишеният епидермален оборот се предизвиква и от външни стимули, включително ултравиолетови лъчи [29]. В това проучване обаче епидермалното удебеляване се развива и в област, която не е редовно подложена на натиск или външно дразнене (коремна област). В допълнение, нивата на експресия на маркерите за възпаление TNF-α и IL-6 в кожата не са свързани с ИТМ (таблица S2). По този начин структурните и молекулярни промени, наблюдавани в кожата на затлъстелите жени, изглежда не зависят от възпалението.

Нарушаване на кожната бариера поради повишен TEWL се съобщава и при намалени нива на отделни липиди (т.е. холестерол и мастни киселини) [8, 30]. Нашите резултати показват, че затлъстяването намалява нивата на холестерола и мастните киселини в кожата, което предполага, че ниските нива на тези липиди допринасят за нарушаване на кожната бариера, наблюдавано при затлъстяване [4, 5]. Нивата на холестерола и мастните киселини са в отрицателна корелация с ИТМ в диапазона над оптималната стойност (т.е.> 22 kg/m 2 до 35 kg/m 2) и положително корелират с BMI под тази граница (2). Освен това нивата на холестерола и мастните киселини в кожата се показват като обърната U-форма, като разпространението на заболяването [25, 26].

По този начин изглежда, че нивата на липидите в кожата се повишават с ИТМ при жени с ниско тегло и намаляват с ИТМ при жени с наднормено тегло/затлъстяване.

В това проучване кожният холестерол се измерва като общ холестерол, който може да включва 7-дехидрохолестерол, предшественик на витамин D [31, 32]. Съобщава се, че хората със затлъстяване имат намален капацитет да синтезират витамин D след излагане на ултравиолетова радиация и затова са изложени на повишен риск от дефицит на витамин D. Следователно намаленият холестерол в кожата при тези пациенти със затлъстяване може да бъде свързан с дефицит на витамин D и свързани заболявания.

Заключение

В заключение, затлъстяването при японски жени е свързано с епидермално удебеляване и намалени нива на холестерол и мастни киселини в кожата, което предполага нарушена бариерна функция на кожата. Освен това, нивата на липидите показват обърната U-връзка с ИТМ, което предполага, че има оптимален ИТМ около 22 kg/m 2 за пиково съдържание на липиди и бариерна функция. Намаляването на липидите на кожата при индивиди със затлъстяване е свързано с понижаване на експресията на PPARδ и съпътстващо понижаване на HMGCR и ACC-1, гени, кодиращи ензими, ограничаващи скоростта, съответно за синтеза на холестерол и мастни киселини. Тези резултати предполагат, че субоптималният ИТМ е свързан с нарушена функция на кожната бариера поради ниски нива на холестерол в кожата и мастни киселини. Освен това, нашите резултати могат да имат последици за лечение на кожни заболявания, свързани с бариерна дисфункция при пациенти със затлъстяване.