Oncotarget, 2017, кн. 8, (No. 34), pp: 56030-56040 Изследователски документ

плазмидът

P62 плазмидът може да облекчи индуцираното от диетата затлъстяване и метаболитни дисфункции. Michael Y. Sherman10, Vladimir L. Gabai2,10 и Alexander M. Shneider2,9,11 1

Образователен и научен център „Институт по биология и медицина“, Национален университет „Тарас Шевченко“ в Киев, Киев, Украйна

Curelab Oncology Inc, Dedham, MA, САЩ

Училище за биологични науки, Университет в Камерино, Камерино, Италия

Изследователски институт по грип, Санкт Петербург, Русия

Руска академия на науките, Москва, Русия

Московски държавен университет "Ломоносов", Москва, Русия

Изследователски център за семейно здраве и проблеми с възпроизводството, Иркутск, Русия

Федерален център по неврохирургия, Тюмен, Русия

Първи Московски държавен медицински университет Сеченов, Москва, Русия

Катедра по биохимия, Медицински факултет на Университета в Бостън, Бостън, Масачузетс, САЩ

Катедра по молекулярна биология, Университет Ариел, Ариел, Израел

Затлъстяването често води до развитие на диабет тип 2 (T2D) и съпътстващи заболявания (метаболитен синдром), които провокират ранна инвалидност и смъртност. Въпреки многобройните усилия обаче няма реално лекарство за затлъстяване и други свързани заболявания. Експериментални и клинични проучвания от последните години установиха, че затлъстяването е свързано с натрупване на макрофаги

Затлъстяването се разглежда като един от основните медицински проблеми на XXI век: според данните на СЗО (2014 г.) над 1,9 милиарда души са с наднормено тегло, а 600 милиона са засегнати от затлъстяване. Понастоящем в САЩ процентът на затлъстяването е 35%, в сравнение с 15% в началото на 80-те години [1].

Фигура 1: Ефект на p62 плазмид върху възпалителни цитокини в серума на плъхове, хранени с висококалорична диета. Плъхове, хранени с

стандартна диета (контрол) или висококалорична диета (Hi-Cal) бяха лекувани i.m. с p62 плазмид 6 пъти седмично и техните серуми се събират на 11-та седмица от началото на експеримента. Показаните данни означават +/- SEM. (А) Ефект на р62 плазмид върху нивата на интерферон-γ. # p = 3.84e-05 Hi-Cal срещу контрол, p = 0.00181 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal (B) Ефект на p62 плазмид върху нивата на IL-1β. # p = 7.34e-05 Hi-Cal срещу контрол, p = 0.00201 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal (C) Ефект на p62 плазмид върху нива на IL-12. # p = 3.58e-07 HCD срещу контрол, p = 0.000309 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal. www.impactjournals.com/oncotarget

(MF) и хронично възпаление на мастната тъкан (AT), което засяга нейните метаболитни и секреторни функции и играе ключова роля в свързаната със затлъстяването патология [2, 3]. Има два основни фенотипа на MF: провъзпалителен, т.е. класически активиран (M1) и противовъзпалителен, т.е. алтернативно активиран (M2). При фуражите за животни с висококалорична диета има увеличение както на общия брой MF в AT, така и на рязко увеличение на фракцията на M1-MF [4]; съответно M1MF също доминират при AT на пациенти със затлъстяване или T2D [5].

Важното е, че премахването на M1-MF предотвратява развитието на диета, предизвикано от затлъстяване [6, 7]. Хроничното възпаление също има централен ефект, по-специално, като влияе върху нивата на серотонин, чието отделяне в мозъка е сред ключовите фактори за регулиране на апетита [8] [9-11]. Намаляването на съдържанието на централен серотонин при тези условия може да доведе до по-висока консумация на храна с последваща хиперсекреция на инсулин, което води до инсулинова резистентност и затлъстяване [11, 12].

Фигура 2: Ефект на р62 плазмидни противовъзпалителни цитокини в серума на плъхове, хранени с висококалорична диета. Плъхове, хранени със стандарт

диета (контрол) или висококалорична диета (Hi-Cal) са лекувани i.m. с p62 плазмид 6 пъти седмично и техните серуми се събират на 11-та седмица от началото на експеримента. Показаните данни означават +/- SEM. (А) Ефект на р62 плазмид върху нивата на IL-4. # p = 0,012 Hi-Cal срещу контрол, Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal (B) Ефект на p62 плазмид върху нива IL-10. # p = 0,012 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal (C) Ефект на p62 плазмид върху нивата на TGFβ. # p = 0,012 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal. www.impactjournals.com/oncotarget

Наскоро разработихме p62 (SQSTM1), кодиращ плазмид (ДНК ваксина), който демонстрира противоракова активност при животински модели [13-15] и във фаза I/IIa клинично изпитване при пациенти със солидни тумори [16]. p62 е мултифункционален протеин, който участва в селективната автофагия и служи като сигнален хъб за няколко пътища за трансдукция на сигнала, сред които NFkB, TRAF6, MAP кинази и NRF2 [17] [18, 19] [20] [21]. Различни тъкани (включително AT) при затлъстели животни и хора изразяват по-малко p62, отколкото при затлъстели [22] [23]. Освен това, нокаутирането на p62 доведе до затлъстяване при зрело начало и нарушена хомеостаза на глюкозата при мишки [24] и такъв ефект на нокаут p62 очевидно е свързан с повишена активност на ERK в AT и фибробласти [25]. За отбелязване е, че избиването на p62 в MF насърчава натрупването на IL-1β, причинено от активиране на инфламазома [26]. Разкрихме, че плазмидът p62, но не и празният вектор, потиска хроничното възпаление по време на индуцирана от овариектомия остеопороза при мишки [27]. Тъй като се смята, че хроничното възпаление допринася за развитието на затлъстяване, ние предположихме, че плазмидът p62 може да го облекчи, както и свързаните с това системни и мозъчни метаболитни нарушения. Тук тествахме тази хипотеза, използвайки модел на плъхове за индуцирано от диетата затлъстяване.

РЕЗУЛТАТИ p62 плазмидът потиска възпалителните цитокини, индуцирани от HCD Затлъстяването се счита за хронично и системно възпалително заболяване, при което AT, претоварен с хранителни вещества, играе важна ендокринна роля чрез производството на адипокини [2]. Адипокините могат да активират вродения имунитет и освобождаването на провъзпалителни цитокини.

Фигура 3: Ефект на р62 плазмид върху индекса на телесна маса на плъхове, хранени с висококалорична диета. Плъхове, хранени със стандартна диета (контрол),

или висококалорична диета (Hi-Cal) са третирани с p62 плазмид, както е на фигура 1, 2, и техният индекс на телесна маса е измерен на 11-та седмица от началото на експеримента. # p = 2.82e-06 Hi-Cal спрямо контрола; * p = 0,00115 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal. www.impactjournals.com/oncotarget

p62 плазмид облекчава висококалоричната диета и нормализира глюкозната хомеостаза

на противовъзпалителни цитокини при лекувани с p62 животни, хранени с HCD, може да допринесе за смекчаване на хроничното възпаление. По този начин p62-плазмидът може да облекчи индуцираното от диета възпаление както чрез потискане на генерирането на провъзпалителни цитокини, така и чрез увеличаване на нивата на противовъзпалителни цитокини (Фигури 1, 2).

Въз основа на ефектите на p62 плазмида върху хроничното възпаление, ние се опитахме да проверим дали той може да предотврати развитието на затлъстяване и да облекчи свързаното със затлъстяването

Фигура 4: Ефект на р62 плазмид върху глюкозната хомеостаза при плъхове, хранени с висококалорична диета. Плъхове, хранени със стандартна диета

(контролна) или висококалорична диета (Hi-Cal) бяха третирани с р62 плазмид, както е показано на фигура 1, 2. Данните, показани, означават +/- SEM. (A) p62 плазмид намалява индуцираното от Hi-Cal повишаване на нивото на глюкозата. # p = 2.62e-06 Hi-Cal спрямо контрола, p = 0.000692 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal (B) p62 плазмид намалява индуцираното от Hi-Cal повишаване на нивото на инсулин. # p = 2.46e-07 Hi-Cal срещу контрол, p = 0.000231 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal (C) p62 плазмид намалява повишеното натрупване на HbA1c, предизвикано от Hi-Cal. * p = 3,57e-11 Hi-Cal срещу контрол, p = 2,59e-06 Hi-Cal + p62 срещу Hi-Cal. (D) p62 плазмид намалява Hi-Cal-индуцирана глюкозна непоносимост. Тестът за орален глюкозен толеранс се извършва, както е описано в Материали и методи. Площта под кривата (AUC) между 30 и 150 минути се изчислява от данните на допълнителна фигура 1 съгласно формула: AUC30 = 1/2 (глюкоза 30 + глюкоза 150) x (150-30). * Р