РЕЗЮМЕ

ВЪВЕДЕНИЕ

През последните две десетилетия световното покачване на затлъстяването доведе до 1,46 милиарда наднормено тегло [индекс на телесна маса (ИТМ)> 25] и 502 милиона затлъстели (ИТМ> 30) възрастни (Finucane et al., 2011). Затлъстяването е проблем на общественото здраве от първи ред за индустриализираните нации, което може дори да доведе до намаляване на общата продължителност на живота (Olshansky et al., 2005). Съпътстващите заболявания при затлъстяване включват захарен диабет тип 2, сърдечно-съдови заболявания, чернодробна стеатоза, болест на Алцхаймер, хронични бъбречни заболявания и някои видове рак (Haslam and James, 2005; Brunt, 2010; Barnes and Yaffe, 2011). Забележително е, че в своя политически доклад за 2009 г., озаглавен „Политика и действия за превенция на рака“, Световният фонд за изследване на рака/Американски институт за изследване на рака (WCRF/AICR) заявява, че 20% от всички случаи на рак на бъбреците при мъжете и 28% при жените могат да се избягва чрез поддържане на подходящо телесно тегло (http://www.dietandcancerreport.org/). Независимо от това, механизмите, лежащи в основата на свързания със затлъстяването рак на бъбреците, остават до голяма степен неизвестни.

високо

Основен определящ фактор за много последици, предизвикани от затлъстяването, е нискостепенното възпаление на разширената мастна тъкан и постоянното освобождаване на възпалителни адипоцитокини като фактор на туморна некроза-α (TNF) и интерлевкин-6 (IL-6) (Gregor и Hotamisligil, 2011), които могат да повлияят неблагоприятно върху различни не-мастни тъкани. Такова чернодробно възпаление, предизвикано от затлъстяване, наскоро беше показано, че насърчава образуването на тумори в черния дроб на диети с наднормено тегло (Park et al., 2010). Всъщност протуморогенната роля на възпалителните цитокини, като TNF и IL-6, е добре установена (Yu et al., 2009; Grivennikov et al., 2010; Grivennikov and Karin, 2011; Kuraishy et al., 2011) . По подобен начин е доказано, че по-голямата част от бъбречно-клетъчните карциноми експресират IL-6 и наличието на IL-6 рецептор е силно свързано с туморния стадий при пациенти с рак на бъбреците (Costes et al., 1997). По този начин инхибирането на IL-6 целевия сигнален преобразувател и активатора на транскрипция 3 (STAT3) понастоящем се разследва като потенциална цел за терапия на рак на бъбреците (Xin et al., 2009; Horiguchi et al., 2010).

Ние предположихме, че индуцираното от диетата затлъстяване (DIO) насърчава най-ранните етапи на бъбречната канцерогенеза чрез активиране на STAT3. Използвайки постни плъхове, хранени с чау, и две групи хранени с високо съдържание на мазнини (HFD) плъхове с изразена чувствителност за развитие на DIO (плъхове DIOsens) или частична резистентност към DIO (плъхове DIOres), демонстрирахме корелация между телесното затлъстяване и тежест на бъбречната патология: плъховете DIOsens и DIOres (наричани общо DIO плъхове) са имали повишено бъбречно възпаление и експресия на цитокини и по-висока честота на нефропатии и пренеопластични лезии. По-специално, в тубулите, които са имали пренопластичен фенотип, наблюдаваме повишено активиране на STAT3 и mTOR сигнализиране, два ключови пътя, които участват в растежа и оцеляването на клетките чрез интегриране на хранителни, хормонални и възпалителни сигнали (Dann et al., 2007; Lee and Hung, 2007; Kuraishy et al., 2011); тези пътища биха могли да свържат DIO с бъбречната канцерогенеза.

РЕЗУЛТАТИ

Различна склонност към нарастване на телесното тегло, предизвикано от HFD

За първи път установихме модел на различна податливост на HFD-индуцирано наддаване на тегло. Безплодните плъхове Wistar без предишно инбридинг и следователно без генетична предварителна селекция за фенотипове на телесно тегло са били хронично изложени нито на чау, нито на HFD за общо 11 месеца. От плъхове, хранени с HFD, бяха избрани два фенотипа: висока чувствителност към DIO (DIOsens) и частична устойчивост към DIO (DIOres). Тези плъхове имат 122,95% и 38,78% увеличение на телесното тегло в сравнение с плъхове, хранени с чау, съответно (Фиг. 1А, В). Плъховете DIOsens също демонстрират значително по-високи тегла на висцералните (епидидимални и ретроперитонеални) и подкожни (ингвинални) мастни накладки в сравнение с DIOres и плъхове, хранени с чау, като последният е групата с най-ниска мастна маса (Фиг. 1).

Различна склонност към нарастване на телесното тегло, предизвикано от HFD. (А) Фенотипичен външен вид на плъхове Wistar, хранени с чау, в сравнение с HFD хранени и частично DIO устойчиви (DIOres) или DIO чувствителни (DIOsens) плъхове (Perez-Tilve et al., 2010). (B, C) Тегло на тялото (B) и тежести на епидидима, ретроперитонеал и ингвинална мастна тъкан (C) след 11 месеца излагане на чау или HFD (DIOres, DIOsens). (D) Промени в експресията на адипоцитокини в ретроперитонеална мазнина от плъхове, хранени с чау, DIOres и DIOsens след 11-месечно излагане на диета. Стойностите са дадени като средно ± s.e.m. Значителни разлики бяха анализирани чрез еднопосочни ANOVA и Bonferroni многократни сравнителни тестове и бяха посочени като * P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец
  • Изтеглете powerpoint

Химия на кръвта и хормонални профили при хранени с чау, DIOres и DIOsens плъхове

Липса на липотоксичност в бъбреците на DIO плъхове

p-STAT3- и p-mTOR-позитивна бъбречна пренеоплазия при DIO плъхове

За да изясним дали увеличението на STAT3 сигнализирането корелира с бъбречната патология, ние приложихме имунохистохимия, за да локализираме областите на активирана STAT3 сигнализация. Наблюдавани са само спорадични p-STAT3-положителни ядра при плъхове, хранени с чау или „здрави“ бъбречни тъкани на плъхове DIO (данните не са показани). Натрупванията на p-STAT3-положителни ядра се наблюдават предимно в тубули, които имат атипичен фенотип, т.е.в единични атипични тубули (фиг. 4А) и ранна атипична хиперплазия (фиг. 4С). Тези пренеопластични лезии се характеризират с плеоморфни ядра с неправилна форма, размер или клетъчно разположение и повишена стратификация на клетките (Dietrich and Swenberg, 1991; Hard et al., 1995). Оцветяването на хематоксилин и еозин (H&E) на тези лезии допълнително разкрива базофилно оцветяване на тубуларната цитоплазма (фиг. 4В) и увеличен брой моноцити в интерстициума, заобикалящ лезиите (фиг. 4В, D).

Установихме, че пренеопластичните лезии почти липсват при плъхове, хранени с чау. За разлика от това, плъховете DIOsens са имали значително по-голям брой и честота на атипични тубули (фиг. 4Е). Забележително е обаче, че разликата между броя на пренопластичните лезии в DIOres и DIOsens бъбреците не е статистически значима.

Повишена тежест на бъбречната патология при DIO плъхове. (А) Представителна парафинова секция на H & E, оцветена в бъбрек от контролно животно, хранено с чау, без видими патологични промени. (B) Наблюдава се изразена нефропатия при плъхове DIOsens, включително гломерулосклероза (G), белтъчни отливки (P), инфилтрация на моноцити (M), леко базофилни регенериращи тубули с удебелена базална мембрана (бяла стрелка) и проста тубулна хиперплазия (сива стрелка) . (C) Корелация на Spearman на телесното тегло с тежестта на цялостната бъбречна патология. (D) PCNA индекси за маркиране (LI) на плъхове, хранени с чау, DIOsens и DIOres. LI бяха определени за проксимални тубули в произволно избрани полета на външната или вътрешната кора. В двата региона бяха отчетени поне 1000 положителни и отрицателни ядра. LI бяха тествани за значимост с помощта на еднопосочни ANOVA и тестове на Bonferroni за множество сравнения. ** P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец
  • Изтеглете powerpoint

Неопластична бъбречна патология при плъхове, хранени с чау, DIOres и DIOsens

Чрез сравняване на постните плъхове на диета с чау с групи от DIOres, хранени с HFD и DIOsens, можем да покажем, че индуцираното от HFD затлъстяване води до нефропатия, свързана със затлъстяването, въпреки липсата на откровена хипергликемия. Тежестта на тези патологични промени, свързани със затлъстяването, като гломерулна и тубулна дегенерация, гломерулосклероза, интерстициална фиброза и масивна регенеративна клетъчна пролиферация, се увеличава при плъховете DIOres в сравнение с контролите и е най-изразена при плъховете DIOsens (Фиг. 2A-C, Таблица 2). Съответно открихме ясна връзка между тежестта на патологията, телесното тегло и телесното затлъстяване. Въпреки това, при сравняване на тежестта на патологичните промени на DIOres и DIOsens плъхове, ние не открихме значителни разлики. Следователно заключаваме, че както повишените телесни мазнини, така и хранителното претоварване с мазнини допринасят за етиологията на индуцираните от затлъстяването не-неопластични бъбречни патологии.

Храненето с HFD може да доведе до повишени плазмени нива на FFA, които, ако не се съхраняват ефективно в мастната тъкан под формата на триглицериди, могат да навредят на немастните тъкани (Unger et al., 2010). Например, скорошно проучване демонстрира променен баланс между бъбречната липогенеза и липолизата при мишки след 16 седмици HFD експозиция, с последващо натрупване на липиди в бъбреците, гломерулосклероза и интерстициална фиброза (Kume et al., 2007). Интересното е, че плъховете DIO развиват бъбречни патологични промени, но нивата на плазмените триглицериди, плазмените FFA (таблица 1) и бъбречните триглицериди (фиг. 2F) са непроменени в сравнение с контролите, хранени с чау. Освен това, подобни нива на експресия на FATP1, 3 и 4 при хранени с чау и DIO плъхове не предполагат повишен поток на FFA в бъбречните клетки (допълнителен материал, фиг. S1). Всъщност намалената експресия на FATP2 при плъхове DIOsens може дори да предпази от прекомерен приток на мастни киселини в бъбреците (допълнителен материал, фиг. S2). Нашите данни показват, че алтернативни фактори, различни от липотоксичността, допринасят за етиологията на DIO-медиирана бъбречна патология.

p-STAT3- и p-mTOR-позитивна бъбречна пренеоплазия при DIO плъхове. (A, B) Предпластични тубули при DIO плъхове. (A) Ядрено фосфо-STAT3 (p-STAT3) оцветяване и (B) H&E на преноопластична тубула, обозначено от плеоморфни клетки и ядра и тяхното разпространение извън един клетъчен слой (черна стрелка). (C, D) Атипична хиперплазия при плъхове DIO с p-STAT3-положителни ядра, включително някои p-STAT3-положителни гигантски ядра (C) или базофилна цитоплазма от H & E-оцветена секция, показваща висока репликативна активност на лезията (D ). (E) Общ брой и честота на атипични тубули (AT) и атипична хиперплазия (AH) в контролирани от чау-фуражи, плъхове DIOres и плъхове DIOsens. Значителни разлики бяха анализирани с помощта на еднопосочни ANOVA и Bonferroni многократни сравнителни тестове и бяха посочени като * P Tyr705 (p-STAT3; Cell Signaling Technology, MA, # 9131) и total STAT3 (Cell Signaling Technology, # 9132) бяха открити чрез Western петно ​​анализ. Детекциите се извършват с помощта на свързано с хрян-пероксидаза вторично антитяло (Cell Signaling Technology, # 7074), последвано от засилено откриване на хемилуминесценция (Perkin Elmer, MA, # NEL105001EA). Дензитометричен анализ (с помощта на софтуера ImageJ, http://rsb.info.nih.gov/ij) беше приложен за сравняване на нормализираните съотношения на p-STAT3 спрямо t-STAT3, като съотношението на контролираните с чау-дефиниция беше определено като 1.

Имунохистохимия

p-STAT3 Tyr705 и p-mTOR Ser2448 оцветяване на бъбречни парафинови секции беше направено с използване на първични антитела за p-STAT3 (Cell Signaling Technology, # 9145) и p-mTOR (Cell Signaling Technology, # 2976), съгласно протоколите на производителя. Комплекси антиген-антитела се визуализират, като се използва Super Sensitive One Step Polymer HRP система за откриване (Biogenex, Калифорния) с DAB като хромоген. Имунохистохимичното оцветяване на фосфо-S6 рибозомния протеин Ser235/236 (p-RPS6) и пролифериращия ядрен антиген (PCNA) се извършва, както е описано по-рано (Stemmer et al., 2007; Stemmer et al., 2009). Всички срезове бяха оцветени с хематоксилин на Meyer за 3 минути.

Анализ на клетъчната пролиферация

PCNA-положителните ядра на S-фаза, показващи клетъчна пролиферация, бяха количествено определени на рандомизирани парафинови срезове. Общо 20 микроскопични полета (10 × очни, 40 × обективни) бяха избрани на случаен принцип в бъбречната кортикомедуларна област. Най-малко 1000 проксимални тубула са преброени на секция, като се прави разлика между положителни PCNA-оцветени и отрицателни (хематоксилин-оцветени) ядра. Индексите за ядрено етикетиране (LI) бяха изчислени като положителни ядра/общ брой преброени ядра.

ПРЕВОДНО ВЪЗДЕЙСТВИЕ

Клиничен въпрос

Продължаващата глобална епидемия от затлъстяване представлява спешна заплаха за здравето поради съпътстващото нарастване на съпътстващите заболявания като рак на бъбреците. В своя доклад за политиката за 2009 г. Световният фонд за изследване на рака/Американският институт за изследване на рака (WCRF/AICR) отдава 24% от всички случаи на рак на бъбреците на затлъстяването. Въпреки че точните механизми, лежащи в основата на този повишен риск, остават неуловими, настоящите изследвания показват, че свързаните със затлъстяването повишения в нивата на възпалителни (адипо) цитокини и директните липотоксични ефекти от хранителните мастни киселини са потенциални виновници. И двата фактора могат да предизвикат свързана със затлъстяването нефропатия и възпалителна и прокарциногенна микросреда на бъбреците, които могат да насърчат проявата на пренеоплазия, т.е. ранен бъбречен рак.

Резултати

Сравнявайки слаби, хранени с чау плъхове с групи недиабетични, хранени с високо съдържание на мазнини плъхове (HFD), които са били или чувствителни, или частично устойчиви на индуцирано от диетата затлъстяване (DIO), авторите демонстрират ясна връзка между високите телесното затлъстяване и тежестта на бъбречната патология. Животните, склонни към DIO, също показват най-висока честота на пренеоплазия, т.е. ранен бъбречен рак. Подобните нива на плазмен триглицерид, плазмена свободна мастна киселина и бъбречен триглицерид, открити както при плъхове, хранени с чау, така и при HFD, предполагат, че липотоксичността не е от решаващо значение за бъбречната патология. За разлика от това, авторите показват, че бъбреците на DIO плъхове показват възпалителна и прокарциногенна микросреда, характеризираща се с инфилтрация на моноцити, експресия на цитокини, повишени нива на циркулиращ лептин и повишена експресия на бъбречни рецептори за лептин. Повишеното фосфорилиране на STAT3 и мишената на рапамицин (mTOR) при бозайници предимно в тубули с преноопластични фенотипове предполага основна роля на тези пътища за насърчаване на тумора при индуцирана от затлъстяването бъбречна карциногенеза.

Последици и бъдещи указания

Този подробен морфологичен анализ на индуцирана от затлъстяването бъбречна патология при безплодни плъхове Wistar с различна склонност към DIO разкри близко сходство с бъбречното заболяване при затлъстели хора. Важно е, че е доказано, че бъбречно-клетъчните карциноми при плъхове много приличат на бъбречен рак при хората. По този начин плъховете Wistar са ценен животински модел, с който да разгадаят причинно-следствената връзка между затлъстяването и рака на бъбреците. Бъдещите изследвания трябва да имат за цел да очертаят индивидуалните роли на бъбречните цитокини и активирането на STAT3 и/или mTOR в етиологията на индуцирания от затлъстяването рак на бъбреците и тяхната потенциална роля като лекарствени цели.

Статистика