Спонтанне ожиріння, пов’язане з діабетом 2 типу при відсутності амілоїду на острівці у мавпи Cynomolgus, зараженої губчастою енцефалопатією великої рогатої худоби

Інформація про статтю

А. Штром, Інститут клінічної діабетології, Німецький центр діабету, Auf’m Hennekamp 65, D-40225 Дюссельдорф, Німеччина. Електронна адреса: [електронна пошта захищена]

ожирінням

  • Анотація
  • Повний текст
  • Список літератури
  • Додаткові матеріали
  • Цитується
  • PDF

Анотація

9-річна самка мавпи-циномольгуса (Macaca fascicularis) R984 отримували перорально 5 г губчастої енцефалопатії великої рогатої худоби у віці 5 років. Макака R984 належала до групи з 18 жіночих макак, перорально дозованих із СЕГ в рамках дослідження оцінки ризику СЕГ, яке підтримується Європейським Союзом. 10 Зразки спинномозкової рідини (СМЖ) збирали через рівні проміжки часу для аналізу 14-3-3 білка (14-3-3р) як біомаркера пошкодження мозку від усіх макак. 10 Усі зразки ліквору макаки R984 залишались на 14-3-3р негативними, і не було доказів поведінкових змін чи атаксії протягом усього періоду спостереження (дані не наведені). Отже, макака R984 являла собою доклінічну стадію пріонної хвороби. Однак у тварини розвинулася важка гіперглікемія та глюкозурія і спостерігалася поступова втрата ваги, що вимагало евтаназії через 4,1 року після зараження (п.і.) до очікуваного вступу в клінічну фазу хвороби Крейтцфельдта - Якоба (VCJD).

Результат пероральної інфекції ВШЕ

Під час розтину сурогатний маркер для інфекційних пріонів, званий протеїназним К-стійким прионним білком (PrP res) 10, був виявлений західним імуноблотом 10 або вкрапленою в парафін тканиною (PET) блот 10 у зразках лімфоїдної тканини (GALT), пов’язаних з кишечником сегменти поперекового відділу спинного мозку, аденогіпофіз та трійчасті ганглії по обидва боки. Однак відкладення PrP не виявлені в оголовку, стовбурі мозку та інших областях мозку. Більше того, зрізи тканин підшлункової залози також були PrP res негативними (дані не наведені).

Мікроскопічні висновки

Гістопатологічне дослідження підшлункової залози виявило дуже маленькі острівці (рис. 1а) порівняно з 6 неінфікованими здоровими контролерами за віком та статтю та недіабетичними макаками, інфікованими BSE (рис. 1б). Цей висновок узгоджувався з важкою недостатністю інсуліну. Унікальним спостереженням було відсутність острівцевих відкладень амілоїду, характерних для природного діабету 2 типу (T2D) у приматів, що не є людиною (NHP). 5

Малюнок 1. Підшлункова залоза; макака cynomolgus. Розмір острівців макаки R984 (a) порівняно з острівцями недіабетичної тварини, інфікованої губчастою енцефалопатією великої рогатої худоби (BSE) (b). Імунозабарвлення інсуліну (β-клітини) (c) та глюкагону (α-клітини) (e) тварини R984 порівняно з острівцями недіабетичної інфікованої BSE макаки (d, f).

Імуногістохімія

Імунозабарвлення інсуліну (β-клітини) та глюкагону (α-клітини) проводили, як описано (Гамбург, Німеччина). 7 Коротко, зрізи інкубували з антиклітинними антитілами до поліклональних морських свинок DAKO (1:50) та поліклональними антитілами проти людського глюкагону кролика DAKO (1: 4000) при кімнатній температурі протягом 2 годин. Набір DAKO LSAB + System-HRP використовували для маркування пероксидази хрону та DAKO AEC + високочутливий субстрат Хромоген для фарбування. Імуногістохімічний аналіз підтвердив втрату ендокринних клітин. Решта острівців містили мало β-клітин (рис. 1в), тоді як α-клітини були частішими (рис. 1д). Однак кількість β і α клітин було різко зменшено порівняно з неінфікованими здоровими контролерами за віком та статтю (рис. 1г, f).

Метаболічні параметри

Після оральної інфекції BSE макака R984 набрала 80% (2,8 кг) ваги за перші 2 роки з наступною швидкою втратою ваги (рис. 2а). Цей аномально швидкий приріст ваги спостерігався також у решти 4 тварин групи, зараженої перорально БСЕ.

Рисунок 2. Поздовжні метаболічні зміни макаки R984, інфікованої губчастою енцефалопатією великої рогатої худоби (BSE). (а) Курс змін маси тіла R984 та здорових макак протягом досліджуваного періоду. (b) Концентрація глюкози в плазмі натще. (c) Концентрація інсуліну натще у плазмі. (d) HOMA-індекс стійкості до інсуліну. Дані для контрольних тварин виражаються як середнє значення та діапазон (максимум та мінімум).

Зразки плазми натощак, зібрані з інтервалом ~ 12 місяців, аналізували на глюкозу за допомогою глюкометра Accu-Check Aviva (Roche Diagnostics, Мангейм, Німеччина). Концентрація глюкози в плазмі натще почала зростати через 2 роки на рік, а до 4 років на рік тварина була сильно гіперглікемічною (рис. 2б). Наприкінці дослідження концентрації тригліцеридів та холестерину, а також активність α-амілази та ліпази аналізували за допомогою VetTest 8008 (Idexx Corp., Людвігсбург, Німеччина). Концентрація тригліцеридів та холестерину була вищою у діабетичної макаки R984 (1,88 г/л та 3,75 г/л відповідно), ніж у макак, не інфікованих BSE (0,52-1,05 г/л та 0,73-1,39 г/л відповідно); активність ліпази та α-амілази не відрізнялася (дані не наведені).

Концентрації інсуліну та глюкагону вимірювали за допомогою набору людського ультрачутливого інсуліну ELISA (Mercodia, Уппсала, Швеція) та набору ELISA людського глюкагону (Phoenix Europe, Карлсруе, Німеччина). Концентрація інсуліну зростала протягом перших 3 років п. І. і різко зменшився незадовго до того, як тварина була евтаназована (рис. 2в); глюкагон залишався стабільним (дані не наведені). Випадок також розвинув резистентність до інсуліну 2 роки п. І. як визначено оцінкою моделі гомеостазу (HOMA) 4 (рис. 2г).

Діагностика

Після аналізу гістопатології, імуногістохімії та біохімії діагнозом цього доклінічного випадку СЕГ був дефіцит інсуліну та діабет через важку дегенерацію острівців. Більше того, випадок показав незвичну закономірність поширення пріонів та резистентний до гіпофіза PrP, тоді як усі інші ділянки мозку були PrP res негативними.

Обговорення

Мавпи Cynomolgus та інші види NHP схильні до розвитку діабету, що нагадує T2D у людей. 5,8 Відповідно, під час наших довготривалих досліджень у 18 перорально заражених BSE макак та 6 макетних контрольних групах у ряду заражених та неінфікованих тварин з’явилися клінічні та лабораторні ознаки діабету (Strom et al., Рукопис, що готується). Під час розтину амілоїдні бляшки були виявлені на острівцях підшлункової залози всіх додіабетичних та діабетичних макак, але не у діабетичної макаки R984. Макака R984 представлена ​​клінічно як типовий випадок діабету для мавп, за винятком повної відсутності амілоїдних бляшок на островах. Наскільки нам відомо, випадків спонтанного діабету у мавп циномольгус без острівцевих відкладень амілоїду не повідомлялося. Крім того, макака R984 показала свідчення доцентрової пріонної інфекції аденогіпофіза.

Прогресування до T2D пов’язане з ожирінням, резистентністю до інсуліну, дисліпідемією, зменшенням маси β-клітин та відкладеннями поліпептидів амілоїдних острівців. Острівці відкритих діабетичних NHP T2D більші порівняно зі здоровими людьми контролю. Однак острівці тварин з явним діабетом складаються з амілоїду острівців. Втрата острівцевих клітин за відсутності осадження амілоїдів на острові настійно наводить на думку про інший патогенез спонтанного діабету у цієї інфікованої BSE макаки.

Пріони викликають нейродегенеративні захворювання у людей і тварин. 6 Основним, якщо не єдиним компонентом збудника інфекції, є неправильно складена патогенна ізоформа клітинного прионного білка (PrP C). Ядро, стійке до протеїнази K, патогенної ізоформи (PrP res) використовується як сурогатний маркер для клінічних ознак інфекційних пріонів1, і ці фрагменти PrP res можуть бути виявлені в губчастій енцефалопатії. Однак зараженість також можна виявити за відсутності цих фрагментів PrP res, що свідчить про існування так званих PK-чутливих пріонів (PrP sens). 2

Діабет 2 типу тісно пов’язаний з ожирінням. Цікаво, що цей звіт про випадок показує, що інфекція, спричинена оральною інфекцією БСЕ, спричинила збільшення ваги на дуже ранній стадії доклінічної фази інфекції, вказуючи на те, що периферична інфекція БСЕ може бути фактором ризику розвитку спонтанного T2D, пов’язаного з ожирінням. Це підтверджує попередні висновки на моделях гризунів та показує можливий зв’язок між збудником інфекції та T2D. 9 Інсулінорезистентність у всіх наших хворих на цукровий діабет тварин, ймовірно, була наслідком збільшення маси тіла поряд з ліпотоксичністю та/або запаленням (оглянуто в Lumeng and Saltiel 3 і Wang and Kaltenboeck 9). Ми припускаємо, що ожиріння, спричинене пріоновою інфекцією, прискорило цей процес за поки невідомим механізмом.

Порівняно з гризунами (Suppl. Fig. S1), макаки cynomolgus виражають значно нижчі рівні PrP C в острівцях (Suppl. Fig. S2). З цієї точки зору, інфекційні пріони не можуть розмножуватися з високою швидкістю на сімійських островах, оскільки пріони використовують PrP C як шаблон для реплікації. Це може пояснити, чому PrP res не було виявлено в тканинах підшлункової залози маймуна. В якості альтернативи, на островах підшлункової залози може бути присутня PK-чутлива форма пріонів 2.

Немає доказів того, що діабет без амілоїдів на островах у макак R894 був пов’язаний з виявленням пріонів у гіпофізі цієї макаки під час раннього доклінічного періоду зараження BSE. Дисфункція гіпоталамуса могла вплинути на глюкорегуляцію та сприяти відсутності амілоїду на острові, що вимагає подальших досліджень.

На закінчення ми показуємо, що втрата острівцевих клітин при спонтанному T2D може відбуватися за відсутності острівцевих амілоїдних відкладень. Крім того, існували докази того, що пріони BSE доцентрово потрапляли в гіпофіз під час доклінічної фази зараження BSE у цьому одиничному випадку.

Додаткова інформація доступна в Інтернеті.

Заява про суперечливі інтереси
Автор (и) не заявив (-ли) про потенційний конфлікт інтересів стосовно дослідження, авторства та/або публікації цієї статті.

Фінансування
Автор (и) не отримав (-ла) фінансової підтримки для дослідження, авторства та/або публікації цієї статті.