Статеві відмінності у вісцеральному жировому ліполізі та метаболічних ускладненнях ожиріння

З кафедр медицини (F.L., V.L., P.A.) та хірургії (A.T.), Університетська лікарня Хаддінге та Науково-дослідний центр, Інститут Каролінської, Стокгольм (F.L., A.T., V.L., P.A.), Швеція.

З кафедр медицини (F.L., V.L., P.A.) та хірургії (A.T.), Університетська лікарня Хаддінге та Дослідницький центр, Інститут Каролінської, Стокгольм (F.L., A.T., V.L., P.A.), Швеція.

Анотація

Правдоподібним поясненням більшої частоти серцево-судинних ускладнень при ожирінні верхньої частини тіла може бути посилена секреція вільних жирних кислот (ВЖК), що виробляються вісцеральними жировими депо шляхом ліполізу в цій області. 2 3 Дійсно було доведено, що у пацієнтів з ожирінням викид FFA із їх вісцеральних адипоцитів значно вищий, ніж у худих контролів. 10 Вісцеральне депо жиру має прямий доступ до печінки через портальну венозну систему. Збільшення «портальної» FFA може мати ряд несприятливих наслідків для печінки, таких як збільшення глюконеогенезу, порушення метаболізму та дії інсуліну та посилений синтез ліпопротеїнів. 2 3 11 12 Вони, в свою чергу, можуть сприяти розвитку непереносимості глюкози, гіпертонії, дисліпопротеїнемії та атеросклерозу.

Ліполіз у людини в першу чергу регулюється інсуліном, який пригнічує ліполіз та катехоламіни. Ефекти катехоламіну модулюються через чотири підтипи адренорецепторів, тобто стимуляцію за допомогою β1-, β2- та β3-адренорецепторів та інгібування за допомогою α2-адренорецепторів. 13 Інсулінові та катехоламінові рецептори регулюють циклічне утворення АМФ, що, в свою чергу, модулює гормоночутливу ліпазу, фермент, що вмикає ліполіз.

Дані in vivo свідчать про те, що регуляція ліполізу при ожирінні нижньої частини тіла відрізняється від ожиріння верхньої частини тіла. 14 15 16 Чи існує гендерна різниця у мобілізації FFA з вісцеральних депо жиру, ще потрібно встановити, і якщо вона існує, то слід вивчити можливі основні механізми.

Це дослідження було проведено для вивчення можливих статевих відмінностей у клінічних характеристиках та мобілізації вісцеральної ВЖХ через ліполіз при ожирінні. Гендерні відмінності можуть бути локалізовані на будь-якому етапі ланцюга подій, що передає сигнал від гормональних рецепторів до гормоночутливої ліпази. Отже, ми досліджували індукований катехоламінами та інсуліном ліполіз у вісцеральних (сальникових) жирових клітинах у чоловіків та жінок із ожирінням.

Методи

Пацієнти

Загальну анестезію вводили о 8 ранку барбітуратом короткої дії та підтримували фентанілом та сумішшю кисню та закису азоту. Внутрішньовенний фізіологічний розчин вводили до того, як на початку операції взяли біопсію жиру з основного сальника.

Дослідження було схвалено комітетом з етики Інституту Каролінської, Стокгольм. Усі пацієнти дали інформовану згоду на участь у дослідженні.

Виділення жирових клітин та визначення розміру та кількості клітин

Експерименти з ліполізу та антиліполізу

Експерименти з інсуліном були розроблені для оцінки антиліполітичного ефекту різних концентрацій інсуліну в діапазоні від 10-13 до 10-9 моль/л на ліполіз, індукований норадреналіном, у зростаючих концентраціях з 10-12 до 10 -4 моль/л. У цих експериментах норадреналіну віддавали перевагу як ліполітичний індуктор, оскільки він є природним ліполітичним агентом. Методологічні експерименти показали, що максимальний антиліполітичний ефект завжди досягався при 10-9 моль/л інсуліну.

Одночасне визначення вивільнення гліцерину та FFA

Процедури виділення жирових клітин та інкубації в цих експериментах були абсолютно однаковими, як і в описаних вище експериментах ліполізу, за винятком того, що в якості акцептора FFA в середовищі інкубації використовували вільний від жирних кислот бичачий сироватковий альбумін 0,25% (мас./Об.) . В кінці інкубації одну аликвоту середовища видаляли для визначення гліцерину, як описано вище. Ще одна аликвота була використана для вимірювання вивільнення FFA. Метод визначення FFA був детально описаний. 27 Коротше кажучи, аналізи FFA проводились наступним чином. Аналіз передбачав попередню обробку детергентом SDS для вивільнення FFA з бичачого сироваткового альбуміну перед активацією жирних кислот ацил-КоА-синтетазою. Цей етап супроводжувався окисленням отриманих тіоефірів ацил-КоА-оксидазою. Потім утворений H2O2 (що відображає кількість FFA) вимірювали в каталізованій пероксидазою хрону реакції люмінолу, використовуючи люмінометр (LKB Wallac). Нестача жирової тканини зменшила одночасне визначення рівня FFA та вивільнення гліцерину до 30 із 45 суб'єктів (18 жінок та 12 чоловіків).

Аналіз гормоночутливої активності ліпази

Наркотики та хімікати

Бичачий сироватковий альбумін (фракція V, партія 63F-0748), безжирний бичачий сироватковий альбумін (партія A-6003), Clostridium histolyticum колагеназа I типу, гліцеринкіназа від Кишкова паличка (G4509), ацил-КоА-синтетаза (EC 6.2.1.3) з Псевдомонада видів, ацил-КоА-оксидаза з Candida lipolytica, пероксидаза хрону (ЕС 1.11.1.7, тип VI; від 250 до 330 Од/мг), SDS, аскорбатоксидаза, аденозиндезаміназа, Тритон Х-100, АТФ, форсколін, дибутирильний циклічний АМФ та 8-бромоциклічний АМФ були отримані від Sigma Хімічна компанія. Норадреналін та (-) - ізопреналін гідрохлорид походить від Hässle, тербуталін сульфат від Draco, добутаміну гідрохлорид від Lilly, Великобританія 14304 тартрат від Pfizer, CGP (±) 12177 [(-) - 4- (3-т-бутиламіно-2-гідрокси-пропокси) бензимідазол-2-он] від Ciba Geigy та людський інсулін від Novo-Nordisk. Реагент для моніторингу АТФ, що містить люциферазу світлячка, надійшов від LKB Wallac. Антипаїн і лейпептин були отримані від Sigma. 1 (3) -моно (3 H) олеоїл-2-олеоїлгліцерин виготовляли в кафедрі медичної та фізіологічної хімії університету Лунда, Швеція. Усі інші хімічні речовини були найвищого рівня чистоти, комерційно доступні. Колагеназа та інші інгредієнти в буферах надходили з тих самих партій протягом усього дослідження.

Статистичний аналіз

Значення наведені як середнє значення ± SEM. Значення EC50 були логарифмічно перетворені для нормалізації даних та визначені як чутливість β- та α2-адренорецепторів відповідно. ANCOVA, ANOVA, студентський двохвостий непарний т тест та поетапний регресійний аналіз використовувались для статистичного порівняння. Всі аналізи проводились за допомогою статистичного програмного пакету.

Результати

Клінічні характеристики у чоловіків та жінок із ожирінням наведені в таблиці 1. Як і очікувалось, середні показники WHR та сагітального діаметра були значно вищими у чоловіків із ожирінням, ніж у жінок із ожирінням, незважаючи на однакові значення ІМТ у двох групах. Подібним чином діаметр сагіталу та об'єм жирових клітин сальникової залози були вищими у чоловіків із ожирінням, у яких також був вищий діастолічний кров'яний тиск, рівень інсуліну в плазмі, глюкози та тригліцеридів і нижчий рівень холестерину ЛПВЩ, ніж у жіночої групи. Більшість чоловіків мали розподіл жирової маси у верхній частині тіла з кількома ознаками класичних ускладнень ожиріння, включаючи опосередковані докази резистентності до інсуліну.

Вплив збільшення концентрації норадреналіну на одночасне вивільнення гліцерину та FFA з жирових клітин сальних залоз у чоловіків та жінок із ожирінням зображено на рис. 1, на якому віднімий базальний ліполіз. Чоловіча група мала майже вдвічі вищу вісцеральну жирову клітковину і гліцеринову реакцію на норадреналін, ніж жіноча група (повторний двосторонній ANOVA, P= .02 та P= .02 відповідно). Крім того, при фізіологічних концентраціях норадреналіну (1-10 нмоль/л) чоловіча група продемонструвала статистично значущі на 50% до 100% вищі показники вивільнення гліцерину, спричинені норадреналіном, ніж жіноча група. При 10 нмоль/л норадреналіну швидкість ліполізу становила 14,8 ± 1,7 та 7,9 ± 1,3 мкмоль гліцерину на 10 7 клітин на 2 години у чоловіків та жінок відповідно (P= .0002). Відмінності були ще більшими, якщо базальний ліполіз не віднімався. Індивідуальні співвідношення вивільнення гліцерину та FFA розраховували на основі чистого ліполізу (мінус базальний ліполіз) при 10−7 моль/л норадреналіну, коли в обох групах була максимальна швидкість вивільнення FFA. Співвідношення гліцерин: FFA істотно не відрізнялися (1: 2,93 ± 0,17 та 1: 2,69 ± 0,18 у чоловіків та жінок відповідно). Таким чином, ні в одній із груп не відбулася важлива реестерифікація FFA.

Нарешті, загальна швидкість ліполітики, індукована норадреналіном, з маси вісцеральних жирових клітин також була розрахована для обох статей. По-перше, максимальні показники ліполізу, викликаного норадреналіном, становили 3,63 ± 0,28 та 3,21 ± 0,39 мкмоль гліцерину на грам тригліцериду у чоловіків та жінок відповідно. За сагітальним діаметром можна обчислити обсяги внутрішньочеревного жиру. 29 Вісцеральні жирові депо складають близько 80% від загальної внутрішньочеревної жирової маси і, як було розраховано, становлять 10,1 ± 0,4 л у чоловіків та 4,8 ± 0,2 л у жінок. Це означає, що чоловіки в цілому мають не тільки більші жирові клітини, але і більше вісцеральних жирових клітин, ніж жінки. З антропометричних вимірювань кількість вісцеральних жирових клітин можна було розрахувати до 12,6 × 10 9 та 5,9 × 10 9 у чоловіків та жінок відповідно. Комбінуючи ці вимірювання, максимальна швидкість ліполізу, викликаного норадреналіном, була розрахована на 367 ± 28 ммоль гліцерину на 2 години у чоловіків та 189 ± 23 ммоль гліцерину на 2 години у жінок (P= .0001).

Помітно вищий стимульований катехоламіном гліцерин та FFA у чоловіків, що страждають ожирінням, можна пояснити різницею в будь-якому із стимулюючих β1-, β2- та β3-адренорецепторів, інгібуючих α2-адренорецепторів або в пострецепторній функції. Тому всі ці можливості були досліджені шляхом інкубації жирових клітин за наявності або відсутності специфічних агентів, що діють на різних стадіях у ліполітичному каскаді. Визначення гліцерину визначали і використовували як ліполітичний індекс.

Фіг.2 демонструє ліполітичну та антиліполітичну чутливість клітин жирової клітини до селективних агоністів β- та α2-адренорецепторів, тобто добутаміну (β1), тербуталіну (β2), CGP 12177 (β3) та Великобританії 14304 (α2) у чоловіків та жінок . Середні криві концентрація-відповідь для всіх чотирьох агоністів адренорецепторів даються як відсоток від їх максимального ефекту, щоб з'ясувати відмінності в чутливості агоністів між групами (тобто зсув вліво або вправо на кривій концентрація-відповідь). Не було явних відмінностей у чутливості до β1- або β2- адренорецепторів між цими двома групами. Однак жирові клітини сальних залоз чоловіків із ожирінням були в 12 разів більш чутливими до агоніста β3-адренорецепторів CGP 12177 (P= .004), а також продемонстрував у 17 разів нижчу чутливість до α2-адренорецепторів після стимуляції UK 14304 (P= .003). З кривих концентрація-відповідь розраховували середні значення EC50 (log моль/л) для стимуляції або інгібування чотирма різними агоністами адренорецепторів. Дані наведені в таблиці 2. Чутливість до CGP 12177 та UK 14304 відрізнялася між чоловіками та жінками щонайменше на 1 одиницю журналу (P 7 клітин та 12,3 ± 6,3 мО/10 7 клітин у чоловіків та жінок відповідно.

Обговорення

Це дослідження демонструє, що при ожирінні швидкість мобілізації FFA з вісцеральних жирових клітин набагато вища у чоловіків, ніж у жінок. Стимуляція норадреналіну вісцеральних жирових клітин у чоловіків призводила до вдвічі вищих середніх показників FFA та гліцерину, ніж у жінок із ожирінням. Співвідношення гліцерину та FFA було близько 1: 3 для обох статей, аргументуючи мінімальний рівень реестерифікації FFA під час стимуляції катехоламінами, що, в свою чергу, вказує на те, що більша мобілізація FFA, спричинена катехоламіном, у чоловіків із ожирінням зумовлена підвищеною ліполітичною реакцією. Однак різниці статі в антиліполітичному ефекті інсуліну не було. Результати регресійного аналізу показали, що статеві відмінності в ліполізі, продемонстровані в цьому дослідженні, не можуть бути пояснені виключно варіаціями обсягу жирових клітин та/або маси вісцерального жиру. Хоча WHR і діаметр сагіталу були вищими у чоловіків, внесок статі у варіації ліполізу не залежав від цих показників.

Ми також оцінили показники ліполізу та загальну кількість жирових клітин у вісцеральному жировому депо, використовуючи сагітальний діаметр. Ми знаємо, що сагітальний діаметр - це приблизна оцінка загального вісцерального жиру у людей із ожирінням. 37 Однак, беручи до уваги обмеження під час розрахунку, чоловіки з ожирінням мобілізували ліпіди приблизно вдвічі швидше, а також мали в два рази більше жирових клітин у своєму вісцеральному депо порівняно з жінками з ожирінням. Іншими словами, масовий ефект (більший загальний склад жиру та більше жирових клітин) може сприяти більшій мобілізації FFA до портальної венозної системи у чоловіків із ожирінням у порівнянні з ожирінням жінок.

Механізми, що лежать в основі помітних статевих відмінностей у ліполітичній реакції на норадреналін, виявлені в цьому дослідженні, можуть бути частково розкриті. Різниця спостерігалася при стимуляції ліполізу на різних рівнях (β-адренорецептори, аденилатциклаза та протеїнкіназа А). Однак максимальні показники активності ліпази, чутливі до гормонів, були подібними у чоловіків та жінок. Ці спостереження вказують на те, що в жирових клітинах людей із ожирінням чоловіків циклічний АМФ повинен мати більш виражену здатність активувати чутливий до гормонів комплекс ліпази. Це може бути розташоване на рівні протеїнкінази А або фосфорилювання/дефосфорилювання гормоночутливої ліпази. На жаль, кількість доступної тканини була занадто малою для вивчення таких подій.

Ми спостерігали помітні статеві відмінності у чутливості до β3- та α2-адренорецепторів. Майже у 20 разів нижча антиліполітична чутливість до α2-адренорецепторів була продемонстрована у чоловіків із ожирінням. Оскільки доступна кількість жирової тканини була обмеженою, можна було отримати дані про функцію α2-адренорецепторів лише приблизно у половини обстежених. З тієї ж причини ми не могли дослідити зв'язування α2-рецепторів та взаємодію з так званими G-білками. На відміну від α2-адренорецепторів, попередніх порівнянь між статями щодо функції β3-адренорецепторів не проводилось. Однак було показано, що вісцеральні жирові клітини у осіб із ожирінням мають підвищену чутливість до стимуляції β3-адренорецепторів та збільшення вивільнення FFA. 10 Причина підвищення чутливості до β3-адренорецепторів у чоловіків із ожирінням, що спостерігається у цьому дослідженні, невідома. На жаль, жодної методики кількісної оцінки мРНК та білка для β3-адренорецептора в жирових клітинах людини не було на момент проведення цього дослідження. У цьому дослідженні секс був незалежним регресором щодо змін чутливості до α2- і β3-адренорецепторів. Найімовірніше, відмінності в антиліполітичній функції α2-адренорецепторів та ліполітичній функції β3-адренорецепторів сприяють різниці статі в індукованому норадреналіном ліполізі.

На закінчення ми припускаємо, що більший ризик метаболічних розладів у чоловіків із ожирінням, ніж у жінок із ожирінням, може бути спричинений більшою масою вісцерального жиру та майже вдвічі більшим викидом норадреналіну FFA з внутрішньочеревних жирових клітин у портальну венозну систему. Якщо розглянути ці два фактори разом, різниця у виділенні FFA на загальну масу вісцерального жиру при ожирінні може бути навіть більшою у чоловіків, ніж у жінок, порівняно з прогнозами лише на основі даних ліполізу. Механізмами, що лежать в основі висновків щодо ліполізу, можуть бути вища чутливість до β3-адренорецепторів, нижча чутливість до α2-адренорецепторів та посилена здатність циклічного АМФ активувати гормоночутливу ліпазу у вісцеральних жирових клітинах чоловіків із ожирінням.

Запити на передрук до доктора медицини Пітера Арнера, медичний факультет, Університетська лікарня Хаддінге, 14186 Хаддінге, Швеція.