Пептид-лептин, пов’язаний з ожирінням, викликає гіпертрофію міоцитів шлуночків новонароджених щурів

Від кафедри фізіології та фармакології (V.R., X.T.G., M.K.), Університет Західного Онтаріо, Лондон, Онтаріо, Канада, та Інститут серцево-судинних наук (L.A.K), Дослідницький центр загальної лікарні Святого Боніфація, Вінніпег, Манітоба, Канада.

Ви переглядаєте останню версію цієї статті. Попередні версії:

Анотація

Ожиріння пов'язане із збільшенням вироблення лептину, пептиду 16 кДа, який є продуктом гена ожиріння (об) і виробляються переважно адипоцитами. 1 Ефекти лептину опосередковуються різними рецепторами (OB-R), що належать до сімейства рецепторів цитокінів класу I. Існує припущення, що лептин може сприяти серцево-судинним захворюванням, незалежно від ожиріння, наприклад, при гіпертонії2, де підвищений рівень пептиду може бути фактором, що сприяє його здатності стимулювати симпатичну нервову систему. 3 Останні клінічні дані свідчать про те, що лептин є потенційним незалежним фактором ризику розвитку ішемічної хвороби серця4, а також виявлено підвищення рівня лептину в плазмі крові у пацієнтів із застійною серцевою недостатністю. 5 Серцевій недостатності, як правило, передує ремоделювання міокарда, що включає гіпертрофію кардіоміоцитів та інші дезадаптивні реакції, 6 хоча внесок лептину в ці події не вивчався. Відповідно, ми вивчили ефекти лептину на культивовані кардіоміоцити та прагнули виявити потенційні механізми, що лежать в основі цих ефектів.

Матеріали і методи

Експерименти проводились на первинних культурах новонароджених кардіоміоцитів щурів, що зазнавали дії лептину протягом 24 годин за відсутності або присутності інгібіторів мітоген-активованої протеїнкінази (MAPK). Гіпертрофію визначали шляхом вимірювання площі клітини, включення лейцину та експресії генів молекулярних маркерів. Життєздатність клітин визначали за допомогою життєвого фарбування та активації MAPK за допомогою Вестерн-блот.

Розширений розділ "Матеріали та методи" можна знайти в Інтернет-додатку до даних, що знаходиться на веб-сайті http://www.circresaha.org.

Результати

Рецептори лептину, як правило, класифікують на дві групи: ті, що мають короткі внутрішньоклітинні домени з 40 або менше амінокислотних залишків (OB-Ra, -Rc, -Rd, -Re) та сімейство рецепторів, що мають довгий внутрішньоклітинний домен (302 залишки) називається OB-Rb. 7 Як показано на малюнку 1А, у кардіоміоцитах була ідентифікована лише мРНК OB-Ra, тоді як мозок, як очікувалося, експресував обидві форми рецептора.

Фігура 1. Ідентифікація експресії мРНК рецептора лептину в міоцитах шлуночків новонароджених щурів та фенотипічні реакції міоцитів на 24-годинне лікування лептином. Експресія A, OB-Rb та OB-Ra виявляється в гомогенатах мозку щурів (B), тоді як лише OB-Ra виявляється в кардіоміоцитах (СМ) у 3 окремих культурах. B, Залежні від концентрації ефекти лептину на поверхню клітини. Відкритий бар показує порівняльний ефект 10 мкмоль/л фенілефрину (PE). С, репрезентативні фазово-контрастні мікрофотографії міоцитів після 24-годинної обробки 3,1 нмоль/л лептину (× 200). D, Імунофлуоресцентні зображення міоцитів, подвійно забарвлених на саркомерний міозин (червоний) та ядерну морфологію за допомогою Hoechst 33258 (синій, × 400). E, Імунофлуоресцентне фарбування клітин життєво важливими барвниками кальцеїн ацетоксиметилестер (зелений) та етидіум гомодимер (червоний), що демонструє живі та мертві клітини, відповідно (× 400). Значення на панелі B означають середнє значення ± SE з n = 6 для всіх груп. *P

Як показано на малюнку 1В, при найнижчій досліджуваній концентрації (0,31 нмоль/л) лептин збільшував площу поверхні клітини приблизно на 32%, тоді як пікові ефекти (збільшення на 42%) спостерігалися при 0,63 нмоль/л і не збільшувались при вищих концентраціях. Подальші експерименти проводили з концентрацією лептину 3,1 нмоль/л (див. Обговорення). На фігурі 1C показано фазово-контрастні зображення, тоді як на фігурах 1D та 1E проілюстровано фарбування клітин на важкий ланцюг саркомерного міозину та життєздатність клітин відповідно. Приблизно 95% клітин продемонстрували забарвлення міозином, що свідчить про відносно низьке забруднення неміоцитами. Лептин не впливав на загибель клітин, як визначено при фарбуванні життєво важливим барвником: відсоток позитивного фарбування для мертвих клітин становив 5,46 ± 0,52 та 5,40 ± 0,8 для контрольних та оброблених лептином клітин відповідно.

Оскільки MAPK є важливим медіатором серцевої гіпертрофії 8, і оскільки лептин може активувати MAPK у несерцевих клітинних лініях, 9 ми визначили роль MAPK як потенційного медіатора ефектів лептину. Як показано на малюнку 2, рівні фосфо-p38 (малюнки 2А та 2B) та фосфо-p44/p42 (малюнки 2C та 2D) швидко збільшувались з лептином з піковою стимуляцією через 5 і 10 хвилин лікування лептином. Стимуляція в MAPK повністю змінилася на контрольні значення після 24-годинного впливу лептину (не показано).

Малюнок 2. Демонстрація ранньої активації MAPK р38 та р44/42 лептином. A і C, вестерн-блот, а також B і D, кількісна оцінка активації р38 та р44/42 через 5 60 хвилин після додавання 3,1 нмоль/л лептину. Значення вказують на середнє значення ± SE з n = 6 для всіх груп. *P

Інгібітор р38 SB203580 повністю запобігав гіпертрофію, спричинену лептином (рис. 3А), включення [3 Н] лейцину (рис. 3В) та збільшення як α-скелетного актину (рис. 3С), так і легкого ланцюга міозину-2 (MLC-2 ) вираз (рисунок 3D). Інгібітор p44/42 PD98059 не впливав на всі показники, хоча дещо зменшував вміст лейцину, так що значення не були значно більшими від контролю (рис. 3). Жоден препарат не чинив безпосереднього впливу на будь-який параметр.

Малюнок 3. Вплив інгібітора р38 SB203580 (SB) та інгібітора p44/42 PD98059 (PD) на показники гіпертрофії, спричиненої лептином (3,1 нмоль/л). Значення вказують на середнє значення ± SE з n = 6 для всіх груп. *P

Обговорення

Результати з використанням культивованих міоцитів слід інтерпретувати обережно. Однак здатність лептину виробляти гіпертрофію в концентраціях, що знаходяться в межах плазмових рівнів людей із ожирінням, свідчить про можливий прямий зв’язок між гіперлептинемією, яка спостерігається при ожирінні, та деякими серцево-судинними розладами та підвищеним ризиком серцево-судинних захворювань, особливо пов’язаних з гіпертрофічним фенотипом. В даний час чіткий причинно-наслідковий зв'язок, що пов'язує лептин із серцевими захворюваннями, важко продемонструвати з упевненістю через недоступність антагоністів рецепторів лептину. Нещодавнє дослідження продемонструвало зв'язок між рівнем лептину в плазмі більше 3,1 нмоль/л та гіпертрофією лівого шлуночка. 19 Перспектива антагонізму лептину або пригнічення синтезу лептину як терапевтичної мішені для лікування серцево-судинних захворювань є потенційно привабливою і вимагає подальших досліджень, спрямованих на визначення точної фізіологічної або патофізіологічної ролі пептиду.

Оригінал отриманий 20 травня 2003 р .; повторне подання отримано 25 червня 2003 р .; переглянуте повторне подання надійшло 21 липня 2003 року; прийнято 21 липня 2003 р.

Це дослідження було підтримане Канадськими Інститутами Досліджень Здоров’я. Доктор Кармазин - кар’єрний дослідник Фонду серця та інсульту в Онтаріо. Доктор Кіршенбаум є канадським кафедрою молекулярної кардіології.