Інтегрований контроль апетиту та метаболізму жирів за допомогою лептин-проопіомеланокортинового шляху PNAS

Теодор Т. Пак, Інститут досліджень раку Елеонори Рузвельт, Денвер, Колорадо (отримано на огляд 27 листопада 2000 р.)

контроль

Анотація

Дефіцит лептину призводить до складного фенотипу ожиріння, що включає як гіперфагію, так і знижений метаболізм. Гіперфагія є наслідком, принаймні частково, відсутності індукції лептином секреції стимулюючого гормону меланоцитів (МСГ) у гіпоталамусі; Потім MSH зазвичай зв'язується з експресуючими нейрони рецепторами меланокортину-4 і інгібує споживання їжі. Основа зниженої швидкості метаболізму невідома. Тут ми показуємо, що лептин, що вводиться мишам, які не мають лептину (ob/ob), призводить до значного збільшення рівня периферичного MSH; далі, периферичне введення аналога MSH призводить до зміни їх аномально низької швидкості метаболізму, прискорення втрати ваги під час голодування, часткового відновлення терморегуляції при холодному виклику та індукції рівня вільних жирних кислот у сироватці крові. Ці результати підтверджують важливу периферичну роль ЧСЧ в інтеграції метаболізму з апетитом у відповідь на сприйнятливі запаси жиру, позначені рівнями лептину.

Нещодавні дослідження окреслили шлях контролю маси тіла (1–4): лептин, продукт гена ob у миші, виробляється адипоцитами (5). Він циркулює в гіпоталамусі, де зв’язується з клітинами, що експресують рецептор лептину, продукт гена db у миші (6–9). Нейрони проопіомеланокортину (POMC) належать до числа нейронів гіпоталамусу, що експресують рецептор лептину (10). Це зв'язування лептину призводить до секреції меланоцитостимулюючого гормону (МСГ), який, у свою чергу, зв'язується з нейронами, що експресують рецептор меланокортину-4 (MC4-R) (11); ці нейрони потім пригнічують апетит (12–14). Цей план базується на фенотипах спонтанних та індукованих мишей-мутантів (5, 9, 13, 15–19), а також на фенотипі гомологічних мутацій у людини (20–24). Ці інтерпретації погоджуються з тим, що лептин є сигналом від жирових запасів (адипоцитів) до центру, і далі MSH регулює апетит. Однак існують суттєві аспекти мутантних фенотипів, які припускають як більшу складність гомеостазу ваги тіла, зокрема інтеграцію апетиту та метаболізму, так і фактор від центральної нервової системи (ЦНС) до периферії, що опосередковує цю інтеграцію.

По-перше, мутанти pomc/pomc, яким повністю не вистачає пептидів POMC, включаючи MSH, на додаток до гіперфагії демонструють фенотип зміненого ліпідного обміну. Зі збільшенням вмісту жиру в раціоні миші набирають вагу пропорційно до споживання їжі (17). Це свідчить про особливу нездатність використовувати харчовий жир для підтримання швидкості метаболізму. І коли ці мутанти помц/помк лікуються периферичним введенням аналога α-MSH, миші худнуть і менше їдять, але втрата ваги набагато більша, ніж зниження апетиту (17). Знову ж таки, цей результат узгоджується з роллю MSH у мобілізації периферійних запасів жиру.

По-друге, миші з дефіцитом лептину (ob/ob) демонструють зниження швидкості метаболізму (підвищена ефективність метаболізму; посилання 25), що передує появі ожиріння. Особливо ці мутанти демонструють: (i) збільшення ваги при годуванні в парі з нормальним контролем (25); (ii) довше виживання у швидких, ніж звичайні миші, з рівною початковою вагою (26); та (iii) зниження здатності підтримувати температуру тіла на рівні 4 ° C (27). У сукупності ці дані показують, що миші ob/ob скоригували свій метаболізм відповідно до своїх сприйманих запасів жиру; зокрема, за відсутності лептину вони не відчувають запасів жиру і відповідно знижують обмін речовин. Механізм такого регулювання залишається нез'ясованим.

Для вдосконалення цієї моделі гомеостазу ваги тіла, особливо інтеграції апетиту та метаболізму, ми задали наступні питання: чи призводить введення лептину мутантів ob/ob до підвищення рівня циркулюючого MSH; і чи впливає периферичне введення аналога MSH у мишей ob/ob (i) впливає на збільшення ваги та/або споживання їжі, (ii) впливає на вагу за відсутності споживання їжі, тобто під час голодування, (iii) збільшує здатність мутанти ob/ob для регулювання їх температури на рівні 4 ° C та (iv) регулювання рівня вільних жирних кислот у сироватці крові (FFA)?

Експериментальні процедури

Мутантні миші Ob/ob (C57BL/6J-Lep ob) та вроджені контролі були придбані у лабораторії Джексона. Мишей утримували з 12-годинним циклом світло-темно, з їжею та водою ad libitum (якщо не вказано інше). Кров збирали ретроорбітально згідно затверджених процедур. Температури серцевини тіла вимірювали за допомогою цифрового термометра, оснащеного ректальним зондом (Atkins Technical, Gainesville, FL). Усі процедури були схвалені комітетами з догляду за тваринами та використанням Центру наук про здоров'я університету Колорадо або Фонду медичних досліджень Оклахоми.

Гормони.

Аналог MSH [Ac-Cys 4, D-Phe 7, Cys 10] α-MSH (4–13) (28) був придбаний у лабораторіях півострова. Рекомбінантний лептин для мишей був люб’язно наданий А. Ф. Парлоу через Національну програму з питань гормонів і гіпофіза, Медичний центр Harbor-UCLA, Торранс, Каліфорнія. Гормони розводили до 70 мкг на мл у PBS.

Аналіз сироватки.

EDTA-плазма аналізувалась на рівень MSH за допомогою RIA, дотримуючись інструкцій виробника (Euro-Diagnostica Kit, IBL, Гамбург, Німеччина). Рівні FFA у зразках сироватки визначали Anilytics (Gaithersburg, MD).

Результати

Лептинова індукція циркулюючого MSH.

Лептин індукує циркулюючий MSH у мутантів ob/ob. Мутантним мишам Ob/ob (ob/ob) та контролерам за віком (дикий тип та гетерозиготи, + /?), По 10 на групу, вводили внутрішньовенно. 0,1 мл або 7 мкг лептину (леп), або лише транспортного засобу (PBS) (транспорт). Через годину після введення лептину кров відбирали ретроорбітально в пробірки, що містять ЕДТА. RIA аналізувала плазму на MSH.

Периферійний MSH впливає на збільшення ваги більше, ніж споживання їжі.

MSH уповільнює збільшення ваги у мутантів ob/ob. Мутантним мишам Ob/ob (ob/ob), по 10 на групу, вводили внутрішньовенно. з 0,1 мл або 7 мкг лептину (лептин), 7 мкг аналога MSH (MSH), обидва (MSH + лептин), або лише транспортного засобу (Control), один раз на день протягом 10 днів. Вагу та споживання їжі вимірювали щодня. (А) На графіку показано збільшення ваги, в г, на мишу через 10 днів. (B) Загальні грами їжі, споживаної на 10 мишей за 10 днів, перераховані поряд із збільшенням ваги для кожної групи мишей. (C) Переліки у збільшенні ваги, поділені на різниці у споживанні їжі для порівняння контрольних та оброблених мишей, перераховані.

Периферійний MSH прискорює втрату ваги під час швидкого.

MSH прискорює втрату ваги під час голодування у об/мутантів. Мутантним мишам Ob/ob (ob/ob) та контролерам за віком (дикий тип та гетерозиготи, + /?), П’ять на групу, вводили внутрішньовенно. 0,1 мл або 7 мкг аналога MSH (MSH), або лише транспортний засіб (Veh). Під час ін’єкції брали ваги і виймали їжу. Через п'ять годин знову взяли гирі. Графік показує втрату ваги у різних групах наприкінці 5-годинного голодування.

Периферійний MSH послаблює погіршення теплового регулювання.

MSH послаблює термогенний дефект у мутантів ob/ob. Індивідуально розміщеним мутантам мишей ob/ob (ob/ob) та контролерам за віком (дикий тип та гетерозиготи, + /?), По п’ять на групу, вводили 7 мкг аналога MSH або лише носій i.p. У цей час вимірювали ректальну температуру і вилучали їжу. Через п'ять годин температуру знову вимірювали, а потім мишей поміщали в холодну кімнату (4 ° C) на 90 хв; ректальну температуру вимірювали на морозі через 30, 60 та 90 хв.