Глюкагоноподібний пептид-1 та його аналоги діють у спинному рафі і модулюють центральний серотонін до

Розіта Х Андерберг

1 Кафедра фізіології/Метаболічна фізіологія, Інститут нейронауки та фізіології, Академія Салгренська при Університеті Гетеборгу, Швеція

Дженніфер Е Річард

Кім Еерола

Лорена Лопес-Феррерас

Елін Банке

Керолайн Ханссон

Ганс Ніссбрандт

2 Кафедра фармакології, Інститут нейронауки та фізіології Академії Салгренської університету в Гетеборзі, Швеція

Філіп Берквіст

Фіона М Грібл

3 Відділ метаболічних захворювань MRC та Інститут метаболічних наук Кембриджського університету, Великобританія

Френк Рейман

Інгрід Вернштедт Астерхольм

Крістоф М Ламі

4 Лабораторія нейрометаболічної фізіології, Медичний факультет, Фрібурзький університет, Фрібур, Швейцарія

Кароліна П Скібічка

Пов’язані дані

Анотація

Вступ

Глюкагоноподібний пептид-1 (GLP-1), пептид, що виробляється в мозку та кишечнику, є критичним регулятором енергетичного балансу; його глюкорегуляторні та проти ожиріння властивості в даний час успішно застосовуються в клініці (1–3). Хоча здатність GLP-1 та його стабільних аналогів, наприклад, екзендіну-4 (EX4), зменшувати споживання їжі добре встановлена, мозкові механізми, що регулюють викликану рецептором GLP-1 (GLP-1R) анорексію, все ще недостатньо вивчені.

Напрочуд мало відомо про взаємодію центральної системи GLP-1 та серотоніну. Однак існуючі дані свідчать про те, що взаємодія можлива: 1. Показано, що GLP-1 та EX4 дозують залежним чином вивільнення серотоніну від синаптосом гіпоталамусу щурів (13); 2. Ідентифіковані рецептори GLP-1 у дорсальному ядрі рафе (DR), ядрі, що містить клітинні тіла серотонінергічних нейронів, що постачають серотонін до багатьох ділянок переднього мозку, включаючи гіпоталамус (14–16); 3. Молекулярний механізм індукції серотоніну шляхом активації GLP-1R пропонується недавнім дослідженням, яке показало, що на рівні товстої кишки EX4 послаблює гіпералгезію, збільшуючи вироблення серотоніну в товстій кишці (17). На рівні товстої кишки взаємодія GLP-1-серотоніну може бути взаємною, оскільки агоністи рецепторів серотоніну або серотоніну 5HT1B також посилюють секрецію GLP-1 з ентероендокринних клітин (18, 19).

Тут ми застосували кілька методологічних підходів, щоб визначити, чи взаємодіють дві клінічно значимі системи проти ожиріння, та виявити нейроанатомічний механізм цієї взаємодії. Отримані тут поведінкові, нейрофармакологічні, електрофізіологічні та нейроанатомічні результати підтверджують прямий вплив центральної активації GLP-1 на збільшення центральної нейромедіації серотоніну - відносини, виявлені критично важливими для підтримки втрати ваги або зниження ваги та гіпофагії, спричинених GLP-1.

Дизайн та методи дослідження

Тварини

Дорослі самці щурів Sprague-Dawley вагою 200-250 г (річка Чарльз, Німеччина) утримувались в окремих пластикових клітинах протягом 12/12 годин при темряві/світлі, при температурі 20 ° C і вологості 50%. Трансгенні миші-трансгенні білі флуоресцентні білки mGLU-124 VenGL із самки та самця (миші YFP-PPG; Кембриджський університет, Великобританія (20)) розміщувались у пластикових клітках. Вода та звичайна чау були доступні за бажанням. Усі дослідження проводились з етичних дозволів Комітету з питань захисту тварин університету в Гетеборгу (дозвіл 195-13), відповідно до законодавчих вимог Європейського Співтовариства (Декрет 86/609/ЄЕС).

Наркотики

GLP-1 (7-36), Exendin-4 (EX4; агоніст GLP-1R), Exendin 9-39 (Ex9-39; антагоніст GLP-1R), пара-хлорфенілаланін (PCPA), R-96544 (селективний антагоніст 5HT2A) (21)), SB242084 (антагоніст 5HT2C (22)) та ангіотензин II були придбані у Tocris (Бристоль, Великобританія). Всі речовини, за винятком SB242084, ліраглутиду та PCPA, розчиняли у штучній спинномозковій рідині (aCSF), носії для центральних ін’єкцій. Ліраглутид (Bachem) розчиняли в 0,9% сольовому розчині. PCPA розчиняли в 0,9% фізіологічному розчині шляхом м’якого нагрівання та обробки ультразвуком до концентрації 100 мг/мл (23, 24). SB242084 розчиняли в 16% ДМСО. Антагоніст рецепторів 5HT2C SB242084 демонструє 158- та 100-кратну селективність відповідно до рецепторів 5HT2A та 5HT2B відповідно, а також він проявляє селективність щодо ряду інших 5-HT, дофамінових та адренергічних рецепторів. R-96544 є потужним, селективним антагоністом рецептора 5HT2A; R-96544 демонструє в 100 разів більшу спорідненість до рецепторів 5HT2A людини, ніж 5HT1A, 5HT1B, 5HT1D, 5HT5A, 5HT6, 5HT7 рецептори та транспортер 5-HT, хоча R-96544 має відносно високу спорідненість до рецепторів 5HT2C (у чотири рази менше порівняно з 5 -HT2A) (21).

Канюляція мозку

Щурам імплантували направляючу канюлю (канюля 26 калібру; Plastics One, Roanoke, VA), як було описано раніше (25), щоб дозволити ін'єкції препарату в бічний шлуночок (LV) або DR. Були використані наступні координати введення: ± 1,6 мм/-0,9 мм/-4,0 мм для ЛШ та 0,0 мм/-7,7 мм/-6,8 мм для ДР (дані від середньої лінії/брегми/черепа). Розміщення ЛШ було перевірено за допомогою тесту на вживання ангіотензину ІІ (26). Місце мікроін’єкції для направляючої канюлі DR було перевірено посмертно шляхом мікроін’єкції індійського чорнила при тому ж об’ємі мікроін’єкції (0,3 мкл), який використовувався протягом дослідження.

Виділення РНК та експресія мРНК

Рівні експресії гена гіпоталамуса вимірювали після хронічних (щодня, протягом 10 днів) ін'єкцій ЛШ EX4 (0,2 мкг) або носія (aCSF). Третя група щурів була включена для визначення того, чи взаємодія хронічної активації GLP-1R зі змінами серотонінових рецепторів, спричиненими втратою ваги. Цих щурів годували в парі щодня до кількості чау, з’їденої щурами, обробленими EX4. Досліджували такі гени рецепторів серотоніну: Htr1a, Htr2a, Htr2c, Htr3a. Ці гени були обрані на основі їх раніше продемонстрованого зв’язку з активацією GLP-1R або їх усталеної ролі в регуляції живлення (докладніше див. Розділ обговорення). Мозок швидко видаляли через 24 години після останньої ін'єкції EX4 і розтинали гіпоталамус. Експресію генів визначали, використовуючи TaqMan RT-PCR та набори праймерів/зондів, як було описано раніше (26-28) (для посилальних номерів див. Таблицю 1 SI). Значення експресії генів обчислювали на основі методу ΔΔCt (29), з групою, що вводили носій, як калібратором. PPIA (пептидилпролілізомераза А) використовували як еталонний ген.