Вивчення глюкозою BOLD fMRI дослідження гіпоталамічної дисфункції у мишей, які отримували жир з високим вмістом жиру та

Знайдіть цього автора на Google Scholar
Знайдіть цього автора на PubMed
Шукайте цього автора на цьому сайті
Запис ORCID для Джоау М.Н. Дуарте
Для листування: [email protected]

Анотація

Вступ

Функція мозку вимагає постійного надходження глюкози (Sonnay et al., 2017), що забезпечується мережею зондування глюкози в декількох регіонах мозку (Pozo & Claret, 2018). Гіпоталамус є ключовим у центральному зондуванні глюкози, крім того, що він контролює інші основні життєві функції, такі як поведінка харчування, терморегуляція, сон або реакція страху (Pozo & Claret, 2018; Timper & Brüning, 2017). Різні гіпоталамічні ядра беруть участь у регуляції периферичного метаболізму для підтримання гомеостазу глюкози (рисунок 1), а саме дугоподібне ядро (ARC), бічний гіпоталамус (LH), вентромедіальне ядро (VMN), дорсомедіальне ядро (DMN) і паравентрикулярне ядро (PVN) (Yeo & Heisler, 2012). ARC і VMN, а також стовбур головного мозку та кортиколімбічні структури містять нейрони, що сприймають глюкозу (Pozo & Claret, 2018): високі рівні глюкози деполяризують збуджені глюкозою нейрони через глюкокіназу (GK) та АТФ-опосередковане закриття АТФ-чутливого K + канали, а низька концентрація глюкози деполяризує інгібовані глюкозою нейрони, а саме через AMPK-залежне закриття Cl - каналів.

Схематичне зображення активації ядер гіпоталамусу у відповідь на глюкозу. Скорочення: ПВН, паравентрикулярне ядро; ДМН, дорсомедіальне ядро; ARC, дугоподібне ядро; ЛГ, бічний гіпоталамус; ВМН, вентромедіальне ядро; 3В, третій шлуночок.

Ключовим для контролю апетиту, витрат енергії та гомеостазу глюкози є гормональна регуляція системи меланокортину, яка складається з двох функціонально антагоністичних нейрональних популяцій в АРК (Pozo & Claret, 2018; Timper & Brüning, 2017): одна підгрупа нейрони експресують орексигенні нейропептиди (стимулюючі апетит) печінки, пов'язані з агуті (AgRP), і нейропептиди Y (NPY), друга підгрупа виражає анорексигенні пептиди (пригнічують апетит) проопіомеланокортин (POMC) та транскрипт, регульований кокаїном та амфетаміном ). Потім ці сигнали інтегруються вторинними нейронами в інші ядра гіпоталамуса, а саме PVN, VMN, DMN і LH, а також у позагіпоталамічні області (Timper & Brüning, 2017). Нейрони ARC також отримують зворотний зв'язок від інших ядер гіпоталамуса, що призводить до тонко налаштованої реакції на контроль над споживанням їжі (Waterson & Horvath, 2015).

Метаболічний синдром та ожиріння пов’язані з дисфункцією гіпоталамусу через механізми, які включають нейрозапалення та подальшу резистентність нейронів до інсуліну та лептину, що порушує відчуття метаболічних сигналів, а також сприяє надходженню їжі та збільшенню маси тіла (Timper & Brüning, 2017). Запалення гіпоталамуса насправді є ранньою подією розвитку метаболічного синдрому при перегодовуванні, і миші, які зазнали дієти з високим вмістом жиру, виявляють запальну реакцію протягом одного дня, що пропонується відігравати важливу роль у подальшому нейродегенеративному процесі гіпоталамуса (наприклад, Талер та ін., 2012). Тому ми додатково досліджували вплив короткочасного впливу дієти з високим вмістом жиру та сахарози (HFHSD) на виявлену fMRI реакцію гіпоталамусу на глюкозу.

Підводячи підсумок, ціль цієї роботи є подвійною: (i) розробити парадигму неінвазивної оцінки функціонування гіпоталамусу у мишей; (ii) для відображення дисфункції гіпоталамусу при короткочасному годуванні жирами та сахарозою.

Матеріал та методи

Тварини

Усі процедури щодо тварин були затверджені Комітетом з етики експериментів на тваринах Мальме/Лунда (номер дозволу 994/2018) та повідомляються відповідно до рекомендацій ARRIVE (Animal Research: Reporting In Vivo Experiments, NC3Rs, UK). Самців мишей C57BL/6J отримували від Taconic (Ry, Данія) у віці 8 тижнів і їм дозволяли пристосуватися до приміщення для тварин протягом одного тижня. Мишей розміщували у групах по 4-5 осіб на 12-годинному циклі світло-темно з включеним освітленням о 07:00, кімнатною температурою 21-23 ° C, вологістю 55-60% та доступом до водопровідної води та їжі. лібітум. Контролів годували нежирною дієтою з 10% ккал з жиру, 20% ккал з білка та 70% ккал з вуглеводів (D12450J, Research Diets, New Brunswick, NJ, USA). Мишей, що зазнали дії HFHSD, годували дієтою з високим вмістом жиру з 60% ккал жиру, 20% ккал білка і 20% ккал вуглеводів (D12492, Research Diets), а також їх доповнювали 20% (мас./Об.) Сахарози розчин на додаток до водопровідної води. Розмір вибірки для цього дослідження був оцінений методом рівняння ресурсів (Festing & Altman, 2002).

Тест на толерантність до глюкози (GTT)

Тварини голодували протягом 6-8 годин, починаючи з 7:00, а потім отримували навантаження глюкози i.p. (2 г/кг; готується у вигляді 20% (мас./Об.) Розчину у стерильному фізіологічному розчині, BRAUN, Melsungen, Німеччина). Глікемію контролювали за допомогою глюкометра (Accu-check Aviva, Roche, Стокгольм, Швеція) з 1-мкл зразків крові кінчика хвоста до навантаження глюкозою, а потім через 15, 30, 60, 90 і 120 хвилин (Soares et al., 2018). Для підрахування інсуліну натще взяли зразок крові 20 мкл крові з підшкірної вени (набір ELISA № 10-1247-01 від Mercodia, Упсала, Швеція).