Дефіцитні рецептори лептину щури-цукери із ожирінням зменшують споживання їжі у відповідь на системне надходження калорій з глюкози

Анотація

Стабільна вага тіла з часом вимагає, щоб споживання калорій відповідало енергетичним витратам. Коли надходить надлишок калорій, виникає стан позитивного енергетичного балансу, що призводить до збільшення ваги. Регульований прийом їжі є найважливішим компонентом енергетичного гомеостазу. Це демонструється експериментально на щурах, яких перегодовували або безпосереднім шлунковим навантаженням (1,2), або системною інфузією глюкози (3–5). В обох ситуаціях тварини спонтанно зменшують споживання їжі, щоб уникнути різкого загального споживання калорій. Відсутність адаптації до перевантаження калорій може спричинити ожиріння. Дійсно, коли схильні до ожиріння щури SD мають вільний доступ до смачної їжі, вони збільшують щоденне споживання їжі і не адаптуються до підвищеного споживання калорій (6). У цій моделі гіперфагія виникає, незважаючи на підвищення рівня циркулюючого лептину, гормону, отриманого з жирової тканини, який негативно контролює споживання їжі (версія 7). Таким чином, механізми, що керують регуляторним скороченням споживання їжі, виявляються притупленими у цих гіперфагічних щурів; частина цього дефекту може покладатися на стійкість до лептину.

Відсутність лептинової відповіді добре описано у ожирілих щурів Цукера (8), які несуть мутацію (fa) у гені рецептора лептину (9,10). Ми використовували цю модель щурів для вирішення наступних питань: Чи призводить до системного надходження калорій з глюкози до зменшення споживання їжі за відсутності сигналу про лептин? Якщо так, то які механізми задіяні? У першій серії досліджень щурів з ожирінням Fa/Fa та худими Fa/fa, які відповідали віку, подавали на системну інфузію глюкози із змінним введенням калорій. У другій серії досліджень проводили інфузії через сонну артерію для підвищення концентрації глюкози, особливо в мозку, без системного надходження калорій. В обох протоколах щоденне споживання їжі контролювали протягом усього періоду інфузії. Нарешті, намагаючись дослідити молекулярні механізми, що беруть участь у реакції годування на інфузію глюкози, ми перевірили можливу роль центрального малоніл-КоА, базуючись на нещодавній пропозиції про те, що цей проміжний продукт синтетичного шляху жирних кислот надає лептинозалежний анорексичний ефект ефект у мишей (11).

ДИЗАЙН ДИЗАЙН І МЕТОДИ

Тварини.

Дослідження на тваринах проводились відповідно до французьких Керівних принципів догляду та використання експериментальних тварин. Були використані самці худорлявих (Fa/fa) та ожирілих (fa/fa) щурів штаму Цукер віком months2 місяці, вагою 180–220 г та 250–330 г, відповідно, і виведені в нашій тваринницькій установі. Вони мали вільний доступ до води та стандартних лабораторних дієтичних гранул (A04; UAR, Villemoisson-sur Orge, Франція) і були розміщені в умовах контрольованої температури (23 ° C) та світла (світло з 7:00 ранку до 7:00 вечора).

Системні та центральні вливання.

Використовували техніку тривалої інфузії в нестримних умовах, як описано раніше (12,13). Коротко кажучи, за 3 дні до початку експериментів щурам знеболювали кетамін (125 мг/100 г маси тіла внутрішньочеревно) для розміщення катетера в яремній вені (системна інфузія) або в сонній артерії до головного мозку (центральна настій). В обох випадках катетери екстеріоризували у вершині голови і прикріплювали до поворотного інфузійного пристрою, що дозволяло тварині вільно отримувати доступ до води та дієти.

Гіперглікемія, протокол гіперінсулінемії.

Гіперглікемію (HG) та гіперінсулінемію (HI) отримували шляхом введення глюкози (30% мас./Об., Що забезпечує 1,2 кал./Мкл; Chaix et Du Marais, Париж, Франція) через яремну вену. Швидкість інфузії встановлювали на рівні 20 мкл · хв -1-1 · 100 г -1 маси тіла у нежирних щурів. Щурам, що страждають ожирінням, вводили глюкозу з половиною швидкості інфузії худих щурів (10 мкл · хв -1-100 г -1), щоб досягти подібного рівня гіперглікемії в обох групах.

Евглікемія, протокол гіперінсулінемії.

У другій серії експериментів HI та евглікемія (EuG) були отримані шляхом одночасного вливання глюкози та інсуліну (Novo Nordisk, Копенгаген, Данія) через яремну вену. Швидкість інфузії інсуліну регулювали для індукування гіперінсулінемії в тому ж діапазоні, що і у щурів, яким інфузували лише глюкозу. У середньому швидкість інфузії інсуліну становила 8,4 та 5,4 пмоль · хв −1 · 100 г −1 маси тіла у худих та ожирілих щурів відповідно. Евглікемія була досягнута шляхом вливання глюкози при 12 мкл · хв -1-100 г -1 маси тіла у худих щурів, тоді як помітно нижчої швидкості 2 мкл · хв -1 −1 · 100 г −1 було достатньо для підтримки нормоглікемії ожиріли щури.

Центральна інфузія.

Інфузії проводили через катетер, введений в сонну артерію, при цьому кінчик був спрямований до мозку. Інсулін та глюкозу вводили окремо або комбіновано зі швидкістю 2,5 пмоль/хв та 0,50 мг/хв відповідно обом групам щурів. У попередніх експериментах було встановлено, що це були максимально можливі швидкості інфузії, які не підвищували системну концентрацію глюкози чи інсуліну. Швидкість потоку для інфузії сонної артерії встановлена на рівні 7 мкл/хв.

Внутрішньоцеребровентрикулярне введення TOFA.

Деяким щурам, яким вводили центральну інфузію, одночасно вводили 5- (тетрадецилокси) -2-фуроєву кислоту (TOFA; Merck Sharp & Dohme-Chibret, Rahway, NJ). Перед введенням сонного катетера щурам стереотактично імплантували хронічну канюлю з нержавіючої сталі в правий бічний мозковий шлуночок, використовуючи наступні координати від Bregma: передня-задня, -0,8 мм; спинно-черевний, -3,5 мм; і медіально-латеральна, -1,5 мм. Канюлю з'єднували за допомогою поліетиленового катетера з підшкірним осмотичним міні-насосом (Alza Corporation, Пало-Альто, Каліфорнія), заповненим TOFA у концентрації 20 мг/мл у ДМСО (Sigma, Сент-Луїс; MO) або носієм. Щури отримували 10 мкг/год сполуки, починаючи з моменту введення міні-насоса (за 3 дні до інфузії сонної артерії).

Прийом їжі та взяття крові.

Щоденне споживання їжі вимірювали зважуванням гранул між 9:00 та 10:00. Базальну частоту визначали для кожного щура за день до початку інфузії. Потім споживання їжі вимірювали через 24 або 48 годин або довше, як зазначено. У деяких експериментах споживання їжі визначали протягом 3 днів після відновлення після операції. Споживання калорій з їжею розраховували на основі 3 ккал/г гранул, відповідно до технічних вимог виробника. З хвостів судин отримували артеріовенозні зразки крові. Рівні інсуліну та лептину в плазмі крові вимірювали радіоімуноаналізом, використовуючи комерційні набори від CIS Bio International (Gif sur Yvette, Франція) та Linco Research (Сент-Луїс, Міссурі), відповідно. Глюкозу в крові визначали за допомогою аналізатора глюкози (Glucotrend; Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany).

Статистичний аналіз.

Статистичний аналіз проводили за допомогою критерію t Стьюдента для парних зразків, коли ефект інфузії тестували на одній і тій же щурі або для неспарених зразків при порівнянні різних груп, як зазначено на малюнку та в таблиці легенд. Значення P −1 · 24 год −1; n = 9; P 2 = 0,91), демонструючи тим самим, що чим більший запас системних калорій, тим менше споживання їжі (рис. 2).

Прийом їжі у відповідь на центральну інфузію.

Під час інфузії HG-HI підвищується системний рівень інсуліну та глюкози. Ми прагнули визначити, чи підвищення рівня інсуліну та/або глюкози в мозку може імітувати аноректичний ефект системної інфузії глюкози. Інфузії проводили через сонну артерію. Системні концентрації глюкози, інсуліну та лептину не змінились (табл. 1). Ні глюкоза, ні інсулін, якщо вводити їх самостійно, суттєво не впливали на швидкість споживання їжі (рис. 3). Навпаки, коли глюкоза та інсулін поєднувались, споживання їжі зменшилось на 50% як у худих, так і у ожирілих щурів. Ця реакція була повністю оборотною; коли інфузію перевели на фізіологічний розчин, прийом їжі повернувся до вихідного рівня протягом 24 годин (рис. 3).

Вплив внутрішньомозково-шлуночкового введення TOFA.

Нещодавно було запропоновано, що збільшення внутрішньоклітинного пулу малоніл-КоА в мозку генерує сигнал про насичення (11). Щоб перевірити, чи може цей механізм врахувати зменшення споживання їжі, спричиненої вливанням каротидної глюкози плюс інсулін, ми намагалися блокувати активність ацетил-КоА-карбоксилази (АСС) за допомогою TOFA, алостеричного інгібітора цього ферменту (15, 16). Внутрішньоцеребровентрикулярне (ICV) введення TOFA розпочато під час операції (за 3 дні до інфузії сонної артерії). У цей період TOFA не впливав суттєво на щоденне споживання їжі у щурів будь-якого генотипу (рис. 4). Однак, коли введення каротидної глюкози та інсуліну починало викликати гіпофагію, щури, які отримували TOFA, підтримували споживання їжі, подібну до базальної, незалежно від генотипу (рис. 4). Як показано на худих щурах, інфузія транспортного засобу (ДМСО) не виключала падіння споживання їжі, демонструючи, що скасування репресованої поведінки під час годування покладається конкретно на вплив TOFA.

ОБГОВОРЕННЯ

Вважається, що надмірне споживання їжі сприяє поточній епідемії ожиріння. Цей принцип передбачає, що фізіологічні механізми, які повинні запобігати надмірному споживанню енергії з часом, є дефектними у людей із ожирінням. Основна маса наявних доказів вказує на те, що насичуючий ефект лептину змінюється у стані ожиріння (7), і визначає лептин як головного учасника гіпофагічної реакції на перегодовування, яка зазвичай відбувається у худорлявих осіб. Це дослідження було покликане перевірити, чи можна зменшити споживання їжі за відсутності сигналу лептину, коли калорії надходять через системну інфузію глюкози. Слід зазначити, що цей експериментальний підхід відрізняється від їдальні чи годування з високим вмістом жиру, оскільки він обходить травний тракт і гедонічний контроль над вживанням їжі. Щури отримували запас калорій у різних кількостях залежно від протоколу інфузії. Під час інфузії HG-HI було забезпечено більше калорій, ніж під час інфузії EuG-HI, оскільки в протоколі EuG-HI швидкість вливання глюкози компенсує утилізацію глюкози, тоді як у протоколі HG-HI для індукції гіперглікемії потрібні більш високі швидкості інфузії.

На закінчення, це дослідження надало експериментальні докази того, що збільшення надходження калорій за допомогою інфузії глюкози викликає гіпофагічну реакцію, незалежну від сигналізації лептину у щурів. Більше того, наші дані підтримують гіпотезу про те, що підвищення рівня центрального малоніл-КоА, спричинене підвищенням концентрації глюкози та інсуліну в мозку, бере участь у цьому регуляторному процесі. Підвищена продукція малоніл-КоА та/або метаболіти ліпогенного шляху, що перебувають за течією, можуть служити сигналами, що ініціюють адаптацію у поведінці харчування у відповідь на постачання енергії. Оскільки цей процес діє у ожирілого щура Цукера, він може обмежити гіперфагію головним чином, коли сигнали про лептин змінені, як при ожирінні.