Межі в ендокринології

Ожиріння

Редаговано
Найджел Тернер

Університет Нового Південного Уельсу, Австралія

Переглянуто
І Ван

Інститут серця та діабету Бейкера, Австралія

Алессандра Ферако

Сан-Раффаеле-Пізана (IRCCS), Італія

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони не можуть відображати їх ситуацію на момент огляду.

мишей

  • Завантажити статтю
    • Завантажте PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Додаткові
      Матеріал
  • Експортне посилання
    • EndNote
    • Довідковий менеджер
    • Простий текстовий файл
    • BibTex
ПОДІЛИТИСЯ НА

СТАТТЯ Оригінального дослідження

  • 1 Школа кінезіології Шанхайського університету спорту, Шанхай, Китай
  • 2 Державна ключова лабораторія генної інженерії, відділ ендокринології та обміну речовин, Школа наук про життя, лікарня Чжуншань, Університет Фудань, Шанхай, Китай
  • 3 Державна ключова лабораторія фармацевтичної біотехнології, Нанкінський університет, Нанкін, Китай
  • 4 Лабораторія біохімії вправ, Тайбейський університет, Тайбей, Тайвань

Повідомлялося, що гіпоксична підготовка знижує рівень захворюваності на ожиріння без чітких механізмів. Це дослідження досліджує вплив гіпоксичних тренувань на метаболічні зміни, зокрема, на метаболізм печінки мишей із ожирінням, індукованих високим вмістом жиру (HFD). Ми порівняли гіпоксичну тренувальну групу з нормоксичними сидячими, нормоксичними тренувальними групами та гіпоксичними сидячими групами. Вагу тіла, жирову масу, толерантність до глюкози та фізіологію печінки визначали через 4 тижні втручання. Як у нормоксичній тренувальній, так і в гіпоксичній тренувальних групах маса тіла була нижчою, ніж у нормоксичній сидячій групі, з меншою жировою масою. Чутливість до інсуліну покращилася після гіпоксичних тренувань. Більше того, метаболоміка печінки відкрила уявлення про захисний ефект гіпоксичного тренування на індуковану HFD жирову печінку. У сукупності ці висновки забезпечують молекулярний метаболічний механізм для гіпоксичного тренування.

Вступ

Нещодавнє спостереження, що жирна тканина у ожиріних осіб стає гіпоксичною і викликає запалення та захворювання, пов’язані з ожирінням (1), породило запитання щодо потенціалу кисневої терапії як інструменту для регулювання ваги (2, 3). У той же час є дослідження, які вказують, що гіпобарична гіпоксія та нормобарична гіпоксія можуть призвести до втрати ваги та зниження ризику метаболічного синдрому відповідно (4–6). Хоча механізм, який лежить в основі цих спостережень, досі невідомий, поєднання гіпоксії та тренувань може забезпечити економічно вигідну стратегію зменшення маси тіла та поліпшення метаболічного здоров'я у людей із ожирінням.

Раніше гіпоксичні тренування застосовувались для підвищення фізичних вправ спортсменів. Найпопулярнішими методами були «живі низькі поїзди низького рівня» (нормобарична гіпоксія, що живуть та нормоксична підготовка) та «живі низькі поїзди високо» (нормобарична жива та гіпобарічна гіпоксія) (7). Встановлено, що тривалий сильний вплив гіпоксії спричиняє порушення функції скелетних м’язів та ендотелію судин, а також гемодинаміку судин (8, 9). На тканинному рівні повідомлялося, що акліматизація до гіпоксії (10 днів на 5500 м) зменшила аеробну здатність скелетних м’язів щурів (гастрокнеміус) через падіння активності цитратсинтази (10). Інше дослідження показало, що нормобарична гіпоксична (FIO2 = 15%) підготовка посилює активацію клітин-супутників та ангіогенез чистокровних скелетних м’язів коня (9).

У осіб, що страждають ожирінням, печінка - орган, важливий для глікогенезу, зберігання глікогену, ліпогенезу, окислення жирних кислот, ліполізу та розкладання еритроцитів - перебуває у „гіперметаболічному стані”. Особливо у пацієнтів із ожирінням ендогенні метаболіти змінюються у відповідь на споживання їжі та витрату енергії. Отже, метаболоміка забезпечує потенційну платформу для моніторингу змін метаболітів печінки під час гіпоксичного тренування. Підхід метаболоміки, що характеризує варіації профілю метаболітів та визначає рівень біомаркерів з/без гіпоксичного тренування на осіб із ожирінням, сприяв би недоліку літератури.

На сьогоднішній день поєднання гіпоксії та фізичних навантажень в основному досліджували в нормальній вазі (ІМТ 2) або худорлявих особинах. Дуже мало досліджень включали осіб із ожирінням - тих, хто не зосереджувався на метаболізмі або змінах складу тіла, пов’язаних з гіпоксичними фізичними вправами. Зокрема, в останніх дослідженнях, які включали осіб із ожирінням, порівняно з людьми, що не страждають ожирінням, група людей із ожирінням повідомила про більші скорочення сироваткових активних форм кисню (АФК) після окисного тренування (11, 12).

Мета цього дослідження - дослідити метаболічні ефекти гіпоксичних тренувань на мишах з ожирінням, індукованих високим вмістом жиру (HFD). Ми припускаємо, що порівняно з нормобаричною гіпоксією та нормоксичним тренуванням, гіпоксичне тренування призведе до більшої втрати ваги та зміни обміну глюкози та ліпідів у печінці у мишей із ожирінням.

Матеріали і методи

Предмети тварин

Чотиритижневі здорові самці мишей C57BL/6J були отримані з Експериментального центру тварин Шанхайського другого військово-медичного університету. Усі миші були розміщені в стандартних лабораторних умовах (12 годин увімкнення/вимкнення; освітлення вмикається о 8:30 ранку) та середовищі з контрольованою температурою (22–24 ° C) з наявністю їжі та води ad libitum у дослідницькому центрі SPF тварин Шанхайського університету спорту (SYXK 2014-0002). Усі експерименти виконувались відповідно до керівних принципів, встановлених Комітетом з етики наукових досліджень при Шанхайському університеті спорту (№ 2015013) та затвердженим Комітетом з догляду та використання тварин при Шанхайському університеті спорту. Мишей годували HFD (Research Diet, # D12492; 60% ккал від жиру, 5,24 ккал/г), починаючи з 5 тижнів.

Підготовка моделі тварин

Після 13 тижнів HFD мишей віком 18 тижнів випадковим чином розподіляли на чотири групи лікування: нормоксичний сидячий (S), нормоксичний тренінг (NT), гіпоксичний сидячий (H) та гіпоксичний тренінг (HT). Поки мишей поділяли на чотири групи обробки, їх підбирали за вагою. Лікування тривало протягом 4 тижнів.

Навчання та гіпоксичне втручання

Протокол навчання біговій доріжці

Тренування на біговій доріжці проводили, як описано раніше із змінами (13). Коротко кажучи, у віці 18 тижнів мишей піддавали тренуванню на біговій доріжці протягом 3 днів. Починаючи з 19 тижня, миші тренувались 6 днів на тиждень (з понеділка по суботу) з добовим часом роботи 90 хв. Кожен пробіг починався з 8 хв зі швидкістю 6 м/хв. З хвилини 9 до хвилини 30 швидкість поступово збільшували (збільшення 1 м/хв кожні 3 хв) до досягнення максимальної швидкості 14 м/хв на хвилині 30. Миші підтримували швидкість 14 м/хв з хвилини 30 до хвилина 90.

Створення гіпоксичного середовища

Склад метаболізму гіпоксиї TSE PhenoMaster був використаний для встановлення помірного та постійного гіпоксичного експериментального середовища. Концентрація кисню була встановлена ​​на рівні 14,7% (хоча фактична концентрація кисню коливалась від 14,4 до 14,7% під час експерименту) на основі добре встановлених спостережень, що висотний стрес викликається на 3000 м над рівнем моря (

14,4% концентрації кисню) і наші попередньо експериментальні дані показали, що люди поводились нормально під час споживання їжі та інших повсякденних дій без будь-яких побічних реакцій, коли концентрація кисню була нижче 14,7%. Приступні втручання проводились 8 год/день, 6 днів на тиждень (понеділок – субота).

Тести на толерантність до глюкози

Після нічного голодування 22-тижневих мишей обробляли інтраперитонеальними (внутрішньовенно) введеннями 2 г/кг D-глюкози. Глюкозу в крові вимірювали з хвоста крові за допомогою глюкометра (Roche) у серійні моменти часу, як зазначено на малюнках. Площі під кривою (AUC) розраховували за допомогою трапецієподібного інтегрування.

Тести на толерантність до інсуліну

Після 4-годинного голодування для спорожнення шлунку 22-тижневі миші-самці отримували внутрішньовенно. ін’єкції інсуліну (1,0 ОД/кг). Рівень глюкози в крові вимірювали з хвоста крові, як описано вище. Площі під кривою (AUC) розраховували за допомогою трапецієподібного інтегрування.

Імуногістохімія

Олійно-червоний O фарбування

Для порівняння розміру та щільності крапель ліпідів у печінці мишей печінку зберігали у 4% параформальдегіді (Wuhan Google Biotechnology) більше 12 годин, потім вбудовували в OCT (Сакура), розрізавши на кріотомі (E, Thermo) о 8–8. Товщина 10 мкм і зберігається в морозильній камері -20 ° C. Заморожені зрізи печінки фіксували 4% параформальдегідом, промивали три рази у фосфатному буферному розчині (PBS), потім інкубували з олійно-червоним O (Wuhan Google Biotechnology) протягом 10–15 хв, після триразового промивання в PBS. Зрізи фарбували Харрісом (Біотехнологія Ухань Google) відразу після масляно-червоного O-фарбування і нарешті промивали проточною водою.

Фарбування гематоксиліном та еозином

Для оцінки загальної морфології печінки печінку зберігали у 4% параформальдегіді (Wuhan Google Biotechnology) більше 12 годин, потім тканини регулярно обробляли для вбудовування парафіну, а зрізи товщиною 4 мкм вирізали та клали на предметне скло. Зрізи, вкладені в парафін, депарафінізовували ксилолом, промивали градієнтним етанолом до води, потім інкубували гематоксиліном та еозином (Servicebio) протягом 5 хв і герметизували після звичайної дегідратації етанолу. Нарешті, зрізи аналізували під світловим мікроскопом Nikon із зазначеним збільшенням.

Аналіз метаболітів за допомогою ЯМР

Підготовка зразків печінки для ЯМР-аналізу

Приблизно 55 мг кожного зразка лізували в 600 мкл охолодженого льодом 80% метанолу за допомогою тканинного лізера (QIAGEN Tissuelyzer, Німеччина) з гранулами з нержавіючої сталі (20 Гц протягом 90 с) (14). Лізат переносили в нові пробірки і ультрафонічно протягом 10 разів (протягом 60 с кожен раз з інтервалом 60 с між часом) на льоду, а супернатант збирали центрифугуванням (4 ° С, 11 180 г, 10 хв. ). Гранулу витягували ще два рази за тією ж процедурою. Об'єднані супернатанти центрифугували протягом 10 хв (4 ° С, 11 180 г) для отримання кінцевих екстрактів. Перш ніж приступати до ЯМР-аналізу, метанол у кінцевих екстрактах видаляли роторним випарником (SC110A, Thermo, Німеччина). Решту випарених екстрактів ліофілізували і ресуспендували в 550 мкл Na +/K + буфера (0,15 М, 80% D2O, 0,01071% TSP, pH 7,40) і очищали центрифугуванням (4 ° С, 11 180 г, 10 хв); 500 мкл кожного зразка переносили в 5-мм ЯМР-пробірку для виявлення ЯМР 1 Н.

ЯМР-спектроскопія

ЯМР-спектри отримували при 298 K на ЯМР-спектрометрі Bruker AVIII 600 МГц (600,13 МГц для частоти протонів), оснащеному кріогенним зондом (Bruker Biospin, Німеччина), при 298 K.

Для зразків печінки ми використовували перший приріст імпульсної послідовності NOESY (RD-90 ° -t1-90 ° -tm-90 ° -придбання; t1 = 4 мкс, tm = 100 мс). Всього 64 перехідних процеси для кожного зразка було зібрано в 32 K точки передачі через спектральну ширину 20 ppm з тривалістю імпульсу 90 °, налаштованою на 10,15 мс.

ЯМР-спектральний аналіз даних

Розпад вільної індукції множили на експоненціальну віконну функцію з коефіцієнтом розширення лінії 1 Гц до перетворення Фур'є. Кожен спектр коригували на фазову та базову деформації вручну за допомогою Topspin 2.1 (Bruker Biospin) та хімічного зсуву (TSP при δ 0,00 для печінки). Спектральну область (0,5–10 ppm для печінки) інтегрували в контейнери шириною 0,002 ppm за допомогою пакету AMIX (v3.9.2, Bruker Biospin). Деякі небажані сигнали, такі як сигнали води (δ 4,59–5,18 ppm) та метанольні сигнали (δ 3,35–3,37 ppm), були видалені (15). Діапазон кожного інтервалу інтеграції становив 0,002 ppm. Всі дані нормувались за масою вологи кожного зразка.

GC-FID-MS Аналіз складу жирних кислот для тканин печінки

Жирні кислоти печінки метилювали за описаними раніше методами з деякими модифікаціями (16, 17). Коротко, 10 мг зразка печінки змішували з внутрішнім стандартом (метиловий ефір жирної кислоти С17: 0) та реактивом метилової етерифікації для реакції. Після екстракції гексаном кожен зразок сушили і ресуспендували в 100 мкл н-гексану для виявлення. Використовували хроматографічну колонку DB-225 (довжиною 10 м, внутрішнім діаметром 0,1 мм; товщиною покриття 0,1 мкм; Agilent, США), а температуру вхідного отвору та детектора встановлювали на рівні 230 ° C. Дві групи зразків були випадковим чином перемежовані в процесі відбору проб.

Статистичний аналіз

Дані відображаються як середнє значення ± стандартна похибка середнього значення (SEM). Незалежний т-тест був використаний для порівняння рівня жирних кислот між групами S та HT. Для порівняння груп S, NT, H, HT використовували аналіз Крускала-Уолліса ANOVA, а для тесту Манна-Уітні пост-хок порівняння окремих груп (корекція Бонферроні). Статистичне значення було встановлене стор Ключові слова: гіпоксична підготовка, ожиріння, метаболоміка, печінка, метаболізм

Цитування: Wang R, Guo S, Tian H, Huang Y, Yang Q, Zhao K, Kuo C-H, Hong S, Chen P і Liu T (2019) Гіпоксичний тренінг у мишей з ожирінням покращує метаболічний розлад. Спереду. Ендокринол. 10: 527. doi: 10.3389/fendo.2019.00527

Отримано: 10 травня 2019 р .; Прийнято: 17 липня 2019 р .;
Опубліковано: 08 серпня 2019.

Найджел Тернер, Університет Нового Південного Уельсу, Австралія

І Ван, Інститут серця та діабету Бейкера, Австралія
Алессандра Ферако, Сан-Раффаеле-Пізана (IRCCS), Італія

† Ці автори зробили однаковий внесок у цю роботу