Отдел по токсикология на околната среда, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати, Катедра по превантивна медицина, Медицинско училище в Маунт Синай, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ, Институт по метаболизъм, Медицинско училище в Маунт Синай, Ню Йорк, Ню Йорк, Съединени американски щати

излагане

Отделение по токсикология на околната среда, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати

Отделение за превантивна медицина, Медицинско училище в Маунт Синай, Ню Йорк, Ню Йорк, Съединени американски щати

Институт за метаболизъм на филиалите, Медицинско училище в Маунт Синай, Ню Йорк, Ню Йорк, Съединени американски щати, Отдел по ендокринология, диабет и костни заболявания, Медицинско училище в Маунт Синай, Ню Йорк, Ню Йорк, Съединени американски щати

Афилиации Метаболомичен център на Западното крайбрежие, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати, Департамент по хранене, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати

Център за метаболомичен център на Западното крайбрежие, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени щати, Департамент по хранене, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати, Отдел за изследване на затлъстяването и метаболизма, USDA-ARS-Western Human Център за изследване на храненето, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати

Институт за метаболизъм на филиалите, Медицинско училище в Маунт Синай, Ню Йорк, Ню Йорк, Съединени американски щати, Отдел по ендокринология, диабет и костни заболявания, Медицинско училище в Маунт Синай, Ню Йорк, Ню Йорк, Съединени американски щати

  • Микеле Ла Мерил,
  • Ема Кари,
  • Ерин Мошиер,
  • Клаудия Линдтнер,
  • Майкъл Р. Ла Франо,
  • Джон У. Нюман,
  • Кристоф Бютнер

Корекция

2 септември 2014 г .: Корекция на персонала PLOS ONE (2014 г.): Перинатално излагане на мишки на пестицида DDT влошава енергийните разходи и метаболизма при възрастни женски потомци. PLOS ONE 9 (9): e107332. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0107332 Корекция на прегледа

Фигури

Резюме

Цитат: La Merrill M, Karey E, Moshier E, Lindtner C, La Frano MR, Newman JW, et al. (2014) Перинатално излагане на мишки на пестицида DDT влошава енергийните разходи и метаболизма при възрастни женски потомци. PLoS ONE 9 (7): e103337. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0103337

Редактор: Барбара Т. Александър, Медицински център Унив Мисисипи, Съединени американски щати

Получено: 10 май 2014 г .; Прието: 25 юни 2014 г .; Публикувано: 30 юли 2014 г.

Това е статия с отворен достъп, без никакви авторски права и може да бъде възпроизвеждана, разпространявана, предавана, модифицирана, надграждана или използвана по друг начин от всеки за каквато и да е законна цел. Произведението е предоставено на базата на Creative Commons CC0, посветена на публичното достояние.

Наличност на данни: Авторите потвърждават, че всички данни, лежащи в основата на констатациите, са напълно достъпни без ограничения. Данните са достъпни в Figshare на адрес: http://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.1084396.

Финансиране: Това изследване беше подкрепено чрез финансиране от Националния здравен институт (R00 ES019919, R03 DK082724, U24 DK092993, U24 DK097154, T32 ES007059 и P60 DK020541), Американската асоциация по диабет и Министерството на земеделието на САЩ - Интрамурален проект на Службата за земеделски изследвания 5306-51530-019-00D. Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

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

Въведение

Разпространението на диабет тип 2 (T2D) нараства в световен мащаб [1], създавайки огромна тежест за здравните системи в развитите и развиващите се страни. Очакваните разходи, свързани с T2D, са само 245 милиарда долара през миналата година само в САЩ [2]. Това нарастване на честотата на T2D се дължи до голяма степен на нарастващите нива на затлъстяване [3]. Затлъстяването и T2D се характеризират с инсулинова резистентност и често са свързани с смущения в разхода на енергия [4], [5].

Многобройни епидемиологични проучвания предполагат, че излагането на устойчиви органични замърсители (УОЗ) допринася за нарастващата честота на T2D [6]. Например, установено е, че излагането на хлорорганичен пестицид DDT е свързано с повишени шансове за T2D [7]. Освен това излагането на DDE, основният метаболит на DDT, също е свързано с повишени шансове за излишно телесно тегло, инсулинова резистентност и дислипидемия при хората [8]. Тъй като Световната здравна организация все още препоръчва използването на DDT за контрол на маларията, потенциалният принос на DDT за патогенезата на T2D продължава да бъде от значение за общественото здраве. Освен това затлъстяването и T2D са нараснали с тревожни темпове в страни, където DDT все още се използва. Например, разпространението на диабета сред индийските възрастни в селските райони се е увеличило 3,8 пъти от 1989 до 2006 г. [9] и въпреки че съвпадението на факторите допринася за този ръст, приносът на ендокринните химикали, които нарушават, не може да бъде изключен без допълнително проучване. Тъй като епидемиологичните асоциации не могат да установят причинно-следствена връзка, тествахме дали излагането на DDT и DDE предразполага към T2D при мишки в дози, сравними с експозицията при хора [10] - [13].

Както затлъстяването, така и T2D се характеризират с нарушен разход на енергия и намалена термогенеза, които често са резултат от намалена активност на кафява мастна тъкан (НДНТ) [5]. Изследванията на мишки също предполагат, че нарушената термогенеза може да предшества инсулиновата резистентност [14]. Следователно увеличаването на енергийните разходи чрез активиране на BAT термогенезата може да се окаже обещаващо като терапевтична стратегия за управление както на затлъстяването, така и на T2D [15] - [18].

Пертурбациите в перинаталната среда могат да влошат метаболитното програмиране, което следователно може да увеличи податливостта към затлъстяване и T2D в зряла възраст. Класически пример за значението на перинаталната среда за бъдещия риск от T2D е предоставен исторически от холандския глад. Плодът, изложен на срок, който е бил изложен на фетално недохранване, страда от повишени нива на метаболитен синдром и непоносимост към глюкоза като възрастни потомци [19], [20]. Последиците от нарушеното развитие на плода върху метаболитното програмиране могат да бъдат моделирани при гризачи, където недохранването на плода води до развитие на метаболитен синдром и непоносимост към глюкоза при възрастни потомци [21], [22]. Тук потвърждаваме хипотезата, че перинаталната експозиция на ДДТ влошава енергийните разходи и метаболизма, което води до инсулинова резистентност и метаболитен синдром при възрастни потомци. Демонстрираме за първи път, че експозицията на DDT в развитието нарушава BAT термогенезата.

Методи

Излагане на DDT

За да имитират търговската формулировка на DDT, използвана като пестицид в САЩ преди забраната, 77,2% p, p′-DDT (98,5% чистота, AccuStandard, New Haven, CT) и 22,8% o, p′-DDT ( 100% чистота, AccuStandard) бяха разтворени при крайна концентрация от 0,17 g DDT смес/L органичен зехтин [23], наричана по-долу DDT. Избрахме периода на дозиране, за да обхванем онтогенезата на черния дроб и бялата и кафявата мастна тъкан и програмирането [24] - [28]. От 11,5 дни след коитуса (определен чрез вагинална тапа) до постнаталния ден (PND) 5, ние прилагахме 1,7 mg DDT/kg телесно тегло (per os, n = 15 язовира, 10 µL разтвор/g мишка) или еквивалентен обем маслина маслено превозно средство (наричано по-нататък превозно средство или VEH, per os, n = 14 язовира) ежедневно до primigravid мишки C57BL/6J (Jackson Laboratories, Bar Harbor, ME, Фиг. S1). За да се определи вътрешната доза след трансплацентарен и лактационен трансфер към малките [29], 4 допълнителни язовира бяха третирани идентично с DDT и 24 часа след крайната доза техните серуми бяха анализирани за o, p′-DDT, p, p′-DDT, и p, p′-DDE чрез газова хроматография, използвайки детектиране на електронно улавяне с граници на откриване съответно 0,36, 0,27 и 0,12 pg/µL серум [30].

Уча дизайн

Изхвърлихме отпадъци на 6 малки след последната доза DDT на PND 5, за да сведем до минимум детоубийството, често срещано сред язовирите C57BL/6J, като същевременно нормализираме лактационния трансфер на DDT и ефектите на майчиното поведение (Фиг. S1). Ежедневно оценявахме времето на пубертета чрез проследяване на вагинално отваряне (VO) и отделяне на препуциума (PPS), съответно при всички женски и мъжки мишки, започвайки от PND 18. На PND 21 отбихме малки (1 клетка/пол/носилка/лечение). Оценихме телесния състав, енергийната хомеостаза, метаболитните параметри и глюкозния толеранс до 6-месечна възраст, когато рандомизирахме мишките в 2 проучвателни рамена, за да оценим: 1) енергиен баланс или 2) метаболитните последици от храненето с високо съдържание на мазнини (фиг. S1).

За изследването на енергийния баланс бяха на разположение 10 жени от 10 котила и 8 метаболитни камери. Енергийният баланс беше оценен чрез индиректна калориметрия в 1 женска мишка/носилка (4 мишки/перинатално лечение) в продължение на 7 дни след 2 дни аклиматизация. Толерансът към студ се оценява 3 дни след индиректна калориметрия при 5 женски мишки/перинатално лечение, както е описано по-долу.

За проучването за хранене с високо съдържание на мазнини, отпадъците са рандомизирани на диета с високо съдържание на мазнини (HFD, 4,73 kcal/g, 20% протеини, 35% въглехидрати и 45% мазнини на kcal; D12451, Research Diets, New Brunswick, NJ) или ниска диета с мазнини (LFD, 3,85 kcal/g, 20% протеин, 70% въглехидрати и 10% мазнини на kcal; D12450B, Research Diets) хранене след техния тест за толерантност към глюкоза (GTT) на 6-месечна възраст за общо 12 седмици (n = 8 мишки/пол/носилка за перинатално лечение и комбинация от диети).

Всички мишки са имали достъп до храна и вода ad libitum (различни от посочените периоди на гладуване) в стерилни проветриви клетки в одобрена от Американска асоциация за акредитация на лаборатория грижа за животните. В края на всички проучвания мишките се умъртвяват чрез обезкървяване под анестезия с изофлуран. Всички експерименти с животни са проведени съгласно насоките за хуманна употреба и грижи за лабораторни животни за биомедицински изследвания, публикувани от Националния здравен институт на САЩ. Процедурите на това проучване са одобрени от Институционалния комитет по грижа и употреба на животни в Маунт Синай протокол # LA11-00116.

Състав на тялото

Измервахме телесно тегло и процент на мастна маса чрез ЯМР (3in1-EchoMRI, Echo Medical Systems, Houston, TX) на всяко потомство месечно при 1-6-месечни мишки (n = 15 DDT- и n = 14 изложени на носилки). Телесната маса на всички мишки също се измерва при PND 5. По време на HF хранене, мишките се претеглят ежеседмично и използваме MRI за определяне на телесния състав на 8-месечна възраст (n = 8 мишки/пол/носилка за перинатално лечение и комбинация от диета).

Енергийна хомеостаза

Измервахме приема на храна при мишки на месечна база от 2–6 месеца (n = 15 DDT- и n = 14 котила, изложени на превозни средства). При 2-месечни мишки всяка мишка/пол/носилка/лечение се настанява поотделно и приемът на храна се оценява ежедневно за период от 5 дни. При групово настанени мишки на възраст 3–6 месеца измерихме приема на храна на клетка за период от 2 дни. В проучването за HF хранене измервахме седмичен прием на храна на единично настанени мишки, хранени с LFD или HFD. Приемът на храна (g или kcal) се изчислява като разлика в теглото на храната, разделена на броя на мишките, които са имали достъп до нея и броя на дните, до които са имали достъп, и трансформирани в kcal при сравняване на HFD и LFD (SAS 9.2, SAS Institute, Кари, Северна Каролина). Ежемесечно измервахме основната температура при всички мишки на възраст 2–5 и 8 месеца, като вкарахме термодвойка в ректума (BAT-10, Physitemp, Clifton, NJ).

За проучванията на енергийния баланс настанихме 4 жени/перинатално лечение (1 мишка/носилка) поотделно в метаболитни камери, които непрекъснато измерваха консумацията на кислород, производството на въглероден диоксид, приема на храна и 3 равнинно-двигателна активност чрез косвена калориметрия с отворен кръг (CLAMS, Columbus Instruments, Columbus, OH). През този 9-дневен период осигурихме диета на мишки на прах (NIH 07) и вода ad libitum, докато те се поддържаха при 21–22 ° C за 12-часов цикъл светлина/тъмнина. Съотношението на дихателния обмен (RER) се изчислява като коефициент на vCO2/vO2.

Три дни след приключване на индиректната калориметрия, ние настанихме индивидуално 5 женски мишки/перинатално лечение (1 мишка/котило) при 4 ° C с обогатяване на постелки. Основната телесна температура се измерва веднага след излагане на 4 ° C и на всеки 30 минути след това до 90 минути, когато 50% от мишките достигат ядрени температури от 308 и Ser 473, AKT, фосфогликоген синтаза киназа 3 (GSK3), GSK3, фосфо-ERK и ERK (всички антитела от Cell Signaling Technology, Danvers, MA, освен ако не е посочено друго) и инсулинови рецептори (IR) бета (Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX). Вторичното антитяло е конюгиран с DyLight кози анти-заешки или анти-миши IgG (ThermoSciaching). Интензивността на сигнала на протеините, които представляват интерес, се разделя на интензивността на домакинския протеин HSC 70 (Santa Cruz Biotechnology), за да се определи промяната на гънките (Odyssey, LI-COR, Lincoln, NE). Потвърдихме специфичността на ATGL в специфичния за мастната тъкан ATGL нокаут срещу мишки от див тип, а всички други антитела са характеризирани и валидирани в предходни публикации от партньорски рецензии [(Таблица S1), [37] - [41]].

Полуколичествена PCR

(A) Женска телесна маса при PND5 (n = 15 DDT- и n = 14 котила, изложени на VEH). (B) Глюкоза в кръвта на ствола при женски PND5, отбрани от котила> 6 малки (n = 7 DDT- и n = 7 изложени на VEH котила). (C) Пропорция на мишки с вагинално отваряне като функция от възрастта (n = 15 DDT- и n = 14 VEH изложени котила). * p Фигура 2. Ефект на перинаталния DDT върху телесния състав и енергийния баланс при женски мишки.

Месечна (A) телесна маса (p = 0,05 на 2 месеца, p = 0,08 на 3 месеца), (B) процентно затлъстяване (p = 0,05 на 3 месеца), (C) мастна маса, (D) чиста маса и ( Д) прием на храна (A – E: n = 15 DDT- и n = 14 котила, изложени на VEH). (F) Месечна основна температура (1 женска/котило в двумесечен период от време, всички жени/котило след това, p = 0,07 на 2 месеца, възраст * DDT pi = 0,07). * p Фигура 3. Ефект на перинаталния DDT върху енергийните разходи и толерантността към студ при шестмесечни женски мишки.

(A) Консумация на кислород, (B) RER (период * DDT pinteraction Фигура 4. Ефекти от перинаталното DDT и храненето на HFD за възрастни върху телесния състав и енергийния баланс при женски мишки (n = 1 женски/котило в 7 VEH и 8 DDT котила).

(A) Седмична телесна маса (HFD * възраст pi Фигура 5. Ефекти от перинаталното DDT и храненето на HFD за възрастни върху експресията на РНК в НДНТ от 9-месечни женски мишки (n = 1 женски/носилка в 8 VEH + LFD, 8 DDT + LFD, 7 VEH + HFD и 8 DDT + HFD котила).

(A) Ppargc1a- (DDT * HFD pi Фигура 6. Ефекти от перинаталното DDT и храненето на възрастни HFD върху глюкозната хомеостаза при възрастни женски мишки (n = 1 женски/котило в 8 VEH + LFD, 8 DDT + LFD, 7 VEH + HFD и 8 котила DDT + HFD).

(A) Тест за толерантност към глюкоза и резултат AUC (DDT * HFD pi = 0,08), (B) инсулин на гладно (DDT * HFD pi = 0,08) и (C) HOMA-IR (DDT * HFD pi = 0,07) на 8 месеца мишки. (D) Общо чернодробно IRβ, фосфорилиране AKT 473, фосфорилиране AKT 308, общо AKT, фосфорилиране GSK 3, общо GSK 3, фосфорилиране ERK и обща гънка на ERK (спрямо LFD + VEH и коригирано от HSC 70), оценено от Western блот анализ (n = 1 женска/котило в 7 VEH и 8 DDT котила) при 9-месечни мишки, хранени с HFD. * p 1, фиг. 7Е, фиг. S7, таблица S3). Обратно, неконюгираните жлъчни киселини, включително HCA, HDCA и β-MCA, са относително по-ниски в DDT, изложени спрямо контролните групи и са тясно свързани с чернодробните липиди (VIP> 1, фиг. 7Е, фиг. S7, таблица S3). Експресията на чернодробни протеини на два липогенни ензима ACC и ATPCL също се повишава, в съответствие с повишената чернодробна липогенеза в резултат на перинатална експозиция на DDT (Фиг. 7F). Изглежда, че това не допринася за стеатоза, тъй като съдържанието на чернодробни липиди не е повишено поради излагане на перинатална DDT сред женски мишки, хранени с HFD (фиг. S8).

Фигура S8.

Съдържание на липиди при възрастни женски мишки, хранени с HFD. (А) Маслено червен оцветен черен дроб от 9-месечни женски мишки, хранени с HFD в продължение на 12 седмици с излагане на перинатален носител (отгоре) или DDT (отдолу, лента = 50 микрона). (Б) Чернодробни триглицериди и холестерол при 9-месечни женски мишки, хранени с HFD. Данните са представени като LS означава + SEM.

Таблица S1.

Таблица с информация за Western Blot антитела.

Таблица S2.

Ефекти на перинаталния ДДТ върху метаболитните параметри при мишки, хранени с редовна чау. Показани са LS Средства (± SEM).

Таблица S3.

Концентрация на чернодробна жлъчна киселина (nmol/g). Стойностите се отчитат като средно ± SEM).

Благодарности

Искаме да благодарим на Лесли Ротета за помощта при части от проучванията върху животни и д-р. Gary Schwartz и Derek LeRoith за споделяне на техните BAT-10 и Echo-MRI съответно; Д-р. Myrto Petreas и June-Soo Park за количествено определяне на серумните DDT; Д-р. Джеймс Годболд, Филип Ландриган и Майкъл Гало за техните коментари. USDA е доставчик на равни възможности и работодател.

Принос на автора

Замислени и проектирани експерименти: MLM. Изпълнени експерименти: MLM EK CL MLF. Анализирани данни: MLM EK EM CL MLF JN. Реактиви/материали/инструменти за анализ, допринесени: MLM JN CB. Допринесъл за написването на ръкописа: MLM EK EM CL MLF JN CB.