Гормональні залози впливають на основну температуру тіла під час обмеження калорій

Науково-дослідна робота

  • Повна стаття
  • Цифри та дані
  • Список літератури
  • Додаткові
  • Цитати
  • Метрики
  • Передруки та дозволи
  • PDF

АНОТАЦІЯ

Скорочення: AL: ad libitum; ANOVA: дисперсійний аналіз; CR: обмеження калорій; E2: 17-ß естрадіол; GNX: гонадектомія або гонадектомія; IGF-1R: інсуліноподібний рецептор фактора росту 1; POA: дооптична зона; Р4: прогестерон; РМ: повторні заходи; SD: стандартне відхилення; SEM: стандартна помилка середнього значення; Tb: основна температура тіла; WT: дикий тип; 5-α DHT: 5-α дигідротестостерон.

повна

Вступ

Споживання калорій та витрата енергії є основними складовими енергетичного гомеостазу. Їх інтеграція є основоположною для виживання живих організмів, що дозволяє їм регулювати свою фізіологічну функцію для виживання в екстремальних умовах навколишнього середовища та сприяючи їх здоров’ю та тривалості життя [1 - 6]. Коли енергетичні ресурси обмежені, наприклад, під час контрольованого обмеження калорій (CR), ендотерми обмежують витрати енергії, знижуючи температуру тіла (Tb) [7, 8]. Вважається, що така реакція знаходиться під генетичним контролем і розвинулася як механізм економії енергії, продовжуючи виживання, поки не з’явиться більше їжі [8, 9]. Починають виявляти молекули та сигнали, що беруть участь у регуляції цієї фізіологічної адаптації [10 - 14].

Нещодавно ми повідомляли, що сигнальний шлях рецептора 1 до інсуліноподібного фактора росту (IGF-1R) є одним із факторів, що регулює Tb під час CR, і що він робить це в залежності від статі та дози [15]. Насправді, хоча повна генетична абляція IGF-1R знижувала гіпотермічну відповідь на CR однаково як у самців, так і у самок мишей, його генетична доза впливала на Tb лише у мишей-самок, виявляючи тимчасову та еструс-специфічну гіпотермію при згодовуванні. Статеві гормони відомі своєю здатністю впливати на Tb, особливо у жінок, де їх коливальні рівні протягом днів обумовлюють незначні, але суттєві відмінності Tb під час естрального циклу [16 - 18]. Раніше ми продемонстрували, що гонадектомія усувала специфічні для статі відмінності у циркадному профілі Tb мишей, які годувались ad libitum [19]. Тут ми виміряли вплив гонадектомії та гормонального заміщення на гіпотермічну реакцію на CR мишей самки та самця.

Результати

Гонадектомія посилювала гіпотермічну реакцію на обмеження калорій

Для того, щоб перевірити гіпотезу про те, що гормональні залози сприяють регуляції Tb під час CR, ми порівняли Tb-профіль самок мишей дикого типу (WT) (рис. 1 (а)) та самців (рис. 1 (b)), які зазнали прогресуючої CR до і після гонадектомії (GNX). Після GNX у самок мишей значно знизився рівень Tb, починаючи з 2-го дня 75% CR. Ця глибока гіпотермічна реакція на CR відповідає усьому режиму CR, досягаючи найнижчого Tb

24,4 ° C порівняно з

31,3 ° C перед видаленням гонад. Гонадектомія також впливала на Tb у мишей-самців (рисунок 1 (b)), де вона посилювала гіпотермічну реакцію вже на 1 день 75% CR. Кількість зменшення Tb зростала з прогресуванням режиму CR, досягаючи найнижчого значення

26,8 ° C порівняно з

33,9 ° C до GNX. У сукупності ці дані вказують на те, що як жіночі, так і чоловічі статеві залози, а також потенційно молекули, що виробляються статевими залозами, сприяють регуляції гіпотермічної реакції на CR.

Опубліковано в Інтернеті:
Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 2. Споживання їжі та маса тіла мишей, оброблених GNX. Середнє споживання їжі 3 д ad libitum годування для самок (а) та самців (в) мишей. Вимірювання маси тіла протягом протоколу обмеження калорій для самок (b) та самців мишей (d). *стор Рисунок 2. Споживання їжі та маса тіла мишей, оброблених GNX. Середнє споживання їжі 3 д ad libitum годування для мишей самки (а) та самця (с). Вимірювання маси тіла протягом протоколу обмеження калорій для самок (b) та самців мишей (d). *стор Гормональні залози впливають на температуру тіла в процесі обмеження калорій

Опубліковано в Інтернеті:

Малюнок 3. Прогестерон сам по собі частково запобігає індукованій CR реакцією переохолодження. Температурний профіль самок мишей GNX, гормонально замінених прогестероном (P4 10 мг/21 д) або плацебо (10 мг/21 д) протягом чотирьох днів годування ad libitum (a) з подальшим обмеженням калорій (b). Горизонтальні чорні лінії являють собою вимкнене світло (ZT 12–23; активна фаза дня), тоді як жовті лінії представляють увімкнене світло (ZT 0–11; неактивна фаза дня), а зелені лінії представляють переохолодження доби (ZT23 .5–7.5). n = 6–7 тварин на групу, *стор Малюнок 3. Прогестерон сам по собі частково запобігає індукованій CR реакцією переохолодження. Температурний профіль самок мишей GNX, гормонально замінених прогестероном (P4 10 мг/21 д) або плацебо (10 мг/21 д) протягом чотирьох днів годування ad libitum (a) з подальшим обмеженням калорій (b). Горизонтальні чорні лінії представляють вимкнене світло (ZT 12–23; активна фаза дня), тоді як жовті лінії представляють увімкнене світло (ZT 0–11; неактивна фаза дня), а зелені лінії представляють гіпотермічний період доби (ZT23 .5–7.5). n = 6–7 тварин на групу, *стор 20]. Порівняно з плацебо, естроген знижував Tb на 0,3–0,5 ° C протягом активної фази дня та

0,5 ° C протягом неактивної фази дня (рис. 4 (а) та додаткова таблиця 1). Цей ефект не залежав від прийому їжі, оскільки обидві групи споживали схоже ad libitum кількість їжі (плацебо, 4,9 ± 0,2 г проти Е2, 4,6 ± 0,3 г, n = 7, 6, т (11) = 0,9658, р = 0,3549; малюнок 2 (а)). Це м’яке зниження Tb також спостерігалося після CR до першого дня 75% CR (рис. 4 (b)). Однак до 1-го дня 60% CR, гіпотермічна реакція, яка спостерігалась у групі плацебо, була значно запобігана групі E2 (рис. 4 (b)). Відповідно, плацебо та групи E2 знизили Tb до мінімуму

31,5 ° C (додаткова таблиця 2). CR впливає на масу тіла як плацебо, так і групи E2 подібним чином; виключаючи можливість того, що гіпотермічна профілактика, яка спостерігається у групі Е2, була зумовлена ​​різницею маси між групами замість самого гормонозамінника [21] (рис. 2 (б)).

Опубліковано в Інтернеті:

Малюнок 4. 17-ß-естрадіол повністю запобігає CR-індукованій гіпотермії. Температурний профіль самок мишей GNX, гормонально замінених 17-ß-естрадіолом (E2 0,5 мг/21 д) або плацебо (10 мг/21 д) протягом чотирьох днів згодом (a) годування з подальшим обмеженням калорій (b). Горизонтальні чорні лінії представляють вимкнене світло (ZT 12–23; активна фаза дня), тоді як жовті лінії представляють увімкнене світло (ZT 0–11; неактивна фаза дня), а зелені лінії представляють гіпотермічний період доби (ZT23 .5–7.5). n = 6–7 тварин на групу, *стор Малюнок 4. 17-ß-естрадіол повністю запобігає CR-індукованій гіпотермії. Температурний профіль самок мишей GNX, гормонально замінених 17-ß-естрадіолом (E2 0,5 мг/21 д) або плацебо (10 мг/21 д) протягом чотирьох днів згодом (a) годування з подальшим обмеженням калорій (b). Горизонтальні чорні лінії представляють вимкнене світло (ZT 12–23; активна фаза дня), тоді як жовті лінії представляють увімкнене світло (ZT 0–11; неактивна фаза дня), а зелені лінії представляють гіпотермічний період доби (ZT23 .5–7.5). n = 6–7 тварин на групу, *стор Гормональні залози впливають на основну температуру тіла під час обмеження калорій

Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 5. P4 + 17-ß-естрадіол запобігає розвитку переохолодження під час CR. Температурний профіль у самок мишей GNX, гормонально замінених як прогестероном (P4 10 мг/21 д), так і 17-ß естрадіолом (Е2 0,5 мг/21 д) або плацебо (10 мг/21 д) протягом чотирьох днів при застосуванні (a) годування з подальшим обмеженням калорій (b). Горизонтальні чорні лінії представляють вимкнене світло (ZT 12–23; активна фаза дня), тоді як жовті лінії представляють увімкнене світло (ZT 0–11; неактивна фаза дня), а зелені лінії представляють гіпотермічний період доби (ZT23 .5–7.5). n = 5–7 тварин на групу, *стор Рисунок 5. P4 + 17-ß-естрадіол запобігає розвитку переохолодження під час CR. Температурний профіль у самок мишей GNX, гормонально замінених як прогестероном (P4 10 мг/21 д), так і 17-ß естрадіолом (Е2 0,5 мг/21 д) або плацебо (10 мг/21 д) протягом чотирьох днів при застосуванні (a) годування з подальшим обмеженням калорій (b). Горизонтальні чорні лінії представляють вимкнене світло (ZT 12–23; активна фаза дня), тоді як жовті лінії представляють увімкнене світло (ZT 0–11; неактивна фаза дня), а зелені лінії представляють гіпотермічний період доби (ZT23 .5–7.5). n = 5–7 тварин на групу, *стор Гормональні залози впливають на основну температуру тіла під час обмеження калорій

Опубліковано в Інтернеті:

29,4 ° C, що було очевидно вже на 2 день 75% CR порівняно з мишами-самцями з гіпотермічною реакцією

33,2 ° C (малюнок 1 (a-b)). Гормональна заміна дала перше свідчення того, що молекули статевих залоз можуть впливати на цю дію. Серед двох гормонів, випробуваних у жінок, естроген був найбільш ефективним у протидії ефекту CR на зниження рівня Tb, тоді як прогестерон мав лише часткові дії. У чоловіків тестостерон мав лише незначні та тимчасові ефекти на запобігання переохолодженню, викликаному CR. Механізми, за допомогою яких ці гормони сприяють гіпотермічній реакції на ХР, тут не досліджували. Однак, цілком ймовірно, що вони включають пряму дію на нейрональну схему, яка централізовано регулює температурний гомеостаз. Статеві гормони легко перетинають гематоенцефалічний бар’єр і раніше пропонувалося впливати на Tb, діючи безпосередньо на нейрони преоптичної області гіпоталамуса (POA). POA отримує інформацію про навколишню та місцеву температуру та координує відповідну фізіологічну реакцію для підтримання температурного гомеостазу (розглянуто в [23]).

Обмеження калорій не тільки знижує Tb, але й пригнічує розмноження, що навряд чи буде успішним, якщо поживні речовини обмежені [9, 33 - 36]. Цього можна досягти одночасно за рахунок зменшення вироблення естрогену [36]. Такі ефекти лише протилежні вже відомій ролі прогестерону в підтримці як вагітності, так і підвищеного рівня Tb, що характеризує перший період гестації [31, 37 - 39]. Ми припускаємо, що прогестерон та естроген діють як метаболічні сигнали, інтегруючи гомеостаз поживних речовин та температуру та розмноження. Прогестерон має здатність підвищувати Tb, коли поживних речовин достатньо, як це спостерігається під час ad libitum годування та вагітність, тоді як зниження естрогену сприяє зниженню рівня туберкульозу під час зменшеного споживання їжі, сприяючи таким чином збереженню енергії.

5-α ДГТ - основний активний статевий гормон чоловічих статевих залоз. З огляду на сильний вплив чоловічої гонадектомії на Tb, ми припустили, що вони опосередковані 5-α DHT. Однак гормональна заміна мала лише незначний вплив на Tb і не врятувала переохолодження. Хоча повідомлялося, що тестостерон має термогенний ефект при впливі тепла [32], цього не спостерігалося при CR. Ці результати вказують на те, що на гіпотермічну реакцію на CR у чоловіків впливають молекули статевих залоз, крім 5-α DHT. Такі молекули залишаються ідентифікованими, але можуть включати попередники тестостерону, такі як андростендіон, який також знижується двосторонньою гонадектомією [40], або естроген, який може синтезуватися в яєчку і експресувати свої рецептори в POA [24, 41] . Можна очікувати, що у самців мишей GNX введення E2 має подібні результати, як у мишей самки GNX, зниження рівня Tb протягом ad libitum годування та гіпотермічна профілактика під час ХР. Нарешті, POA - це найбільш диморфна область мозку. Таким чином, можливо також, що існують специфічні для статі відмінності в клітинному або молекулярному складі нейрональної схеми, що регулює Tb [19, 42, 43].

Загалом, наші дані показали, що статеві залози та гормональний гормон естроген є важливими регуляторами рівня Tb під час обмеження калорій. Сприяючи зменшенню Tb під час CR, естроген бере участь в інтеграції поживного та температурного гомеостазу. Зниження рівня Tb є ефективним способом зменшення енергетичних витрат при зменшенні споживання калорій. Роль статевих гормонів у цій важливій фізіологічній реакції є не тільки фундаментальною для виживання організму, але може допомогти пояснити, чому, особливо у жінок, збільшення маси тіла частіше спостерігається в пострепродуктивному віці та ефективність дієт для зменшення маси тіла обмежена. Насправді знижений рівень естрогену у жінок в постменопаузі може сприяти посиленій гіпотермічній реакції на дієту, яка обмежує витрати енергії та втрату маси тіла [44].

Матеріали і методи

Миші та господарство

Всі процедури були схвалені TSRI IACUC. 129/мишей дикого типу SvPas використовували в експериментах, представлених на малюнку 1. В інших експериментах використовували мишей самок і самців C57BL/6. Тварин виводили поодиноко в клітку при стандартному освітленні 12:12 год: темному (світло в 23:00; час Цайтгебера 0 або ZT0) при контрольованій температурі навколишнього середовища 22 ± 0,5 ° C. Вода була доступною AL під час експериментів з CR. Харчування (лабораторна дієта 5053 Опромінена лабораторія піко, що містить 3,41 ккал/г, 20,0% білка, 52,9% вуглеводів, 10,6% жиру, 4,7% сирої клітковини та 6,1% золи) було забезпечено AL або обмежено під час експериментів з CR, як зазначено.

Радіотелеметричний імплантат

Радіотелеметрія для вимірювання Tb проводилась за допомогою передавача (TA10TA-F10; Data Sciences, Inc.), хірургічно імплантованого в порожнину очеревини, як описано [45]. Тваринам було дозволено час відновлення 14 днів після операції та 2 дні звикання до експериментального середовища перед початком експериментів. Дані реєстрували, помістивши клітку, що містить тварину, імплантовану радіопередавачем, на пластину приймача (RPC-1; DataScience, Inc.). Збір даних та офлайн-аналіз проводились за допомогою DATAQUEST A.R.T. програмне забезпечення (DataScience, Inc.).

Гонадектомія

Гонадектомію чоловікам проводили, як описано раніше [19, 46, 47]. Коротко, знеболену тварину із ізофлураном помістили в спину лежачи, а область мошонки ретельно поголили. До того, як задрапірувати місце, поверх місця надрізу накладали стерильну марлю. Невеликий (приблизно 1 см) розріз по середній лінії зроблено в мошонці, а потім через оболонку. Яєчко було екстеріорізовано, а через сперматозоїди розміщений затискач, який перев’язали та розрізали по верхівці, що дозволило видалити яєчко. Перев’язаним судинам дозволили пройти назад через розріз оболонки, згодом закрившись одним або двома простими перерваними 5–0 швами. Процедуру повторювали для видалення другого яєчка, а після закінчення процедури вводили флюніксин, як зазначено вище.

Гормональний замінник

Гормональну заміну проводили 14 днів після гонадектомії під час годування ad libitum. Комерційно доступні стерильні гранули з повільним вивільненням були придбані в Innovative Research of America (Sarasota, FL, США): 17β-естрадіол (0,5 мг/21 день), 5α-дигідротестостерон (5 мг/21 день) і прогестерон (10 мг/21 г). Дозу гранул визначали після нашого попереднього дослідження, і їх імплантували підшкірно, як описано раніше [19]. Коротко, зроблений розріз уздовж спинної середньої лінії безпосередньо ззаду від лопаток, достатньо великий, щоб забезпечити проходження пристрою. Стерильну гранулу поміщали під шкіру в підшкірну область. Розсмоктуючі шви використовували для закриття спинного розрізу, а шкіру закривали нерассасывающимися швами. Щоб мінімізувати частоту зараження, після завершення хірургічних процедур застосовували місцеве лікування антибіотиками (бацитрацин-цинкова мазь).

Обмеження калорій

CR проводили шляхом надання відсотка середньої кількості споживаної їжі протягом останніх 3 днів дієти AL при заміні гормону. Тваринам давали 100% раціону AL протягом 2 днів, щоб звикнути до щоденних раціонів їжі, потім 75% AL протягом 4 днів, 60% AL протягом 4 днів і 50% AL протягом 5 днів. Їжу забезпечували щодня у 1-годинному вікні до вимкнення світла (ZT11 до ZT12). Усі тварини з'їдали всю кількість їжі, наданої під час експериментів з КР. На графіках ми представляємо непарні дні протоколу CR, оскільки протягом деяких парних днів протоколу тварин виймали та маніпулювали довше, ніж 5 хв, для отримання інших фізіологічних параметрів, впливаючи таким чином на безперервні записи Tb.

Гіпотермічна реакція

Середній гіпотермічний Tb складається з найнижчого Tb протягом 8 годин доби. З 22:30 до 6:30 ранку (ZT23,5 до ZT7,5). Цей часовий інтервал, названий як CR-індукована гіпотермія, визначався із використанням середнього Tb групи плацебо. Коли середній Tb цієї групи опускається нижче 34,0 ° C (19). Коротко кажучи, мишу обережно піднімали, тримаючи її за хвіст, а піхву промивали 5 мкл стерильного сольового розчину за допомогою гладкого і звуженого наконечника мікропіпетки. поміщали на предметне скло і давали їм висохнути, потім фарбували та фіксували для подальшого дослідження із застосуванням стандартного лабораторного світлового мікроскопа із загальним збільшенням × 100. Цитологія використовувалась для визначення стадії циклу, і розподіл стадій базувався на класифікації клітин та рясність кожного типу клітин (відсоток парабазальних, проміжних, мозолистих та нейтрофілів).

Статистичний аналіз

GraphPad Prism 7 був використаний для аналізу даних. RM двосторонній ANOVA з подальшою множинною корекцією порівняння Бонферроні був використаний для аналізу різниці між лікуванням на Tb та вагою тіла за кількома зібраними часовими точками під час режиму AL, CR. Відмінності в споживанні їжі аналізували неспареними двохвостими т-тест.