Вплив хронічної інфузії лептину на подальшу масу тіла та склад у мишей Can body
Анотація
Циркулюючі концентрації лептину корелюють з масою жиру і сигналізують про стан запасів соматичної енергії в мозку. Попередні дослідження свідчать про те, що підвищення ваги тіла, спричинене дієтами, збільшує масу тіла “заданою величиною”. Щоб оцінити, чи є хронічна гіперлептинемія відповідальною за цей зсув у захищеній масі тіла, ми підвищили концентрацію циркулюючого лептину у худих мишей до рівня, порівнянного з мишами з ожирінням, спричиненими дієтою, протягом вісімнадцяти тижнів. Ми висунули гіпотезу, що після припинення вливання лептину буде захищено більшу масу тіла. Порівняно з контролем, введеним фізіологічним розчином, миші, яким вводили лептин, підвищували концентрацію лептину в циркуляції, набирали меншу вагу, але мали подібні показники метаболізму. Після припинення прийому лептину миші, яким вводили лептин, набрали певну вагу, але на 5–10% нижче рівня контролю. Ці результати дозволяють припустити, що, на відміну від мишей, які отримують гіперлептинемію за рахунок збільшення ваги, спричиненого дієтою, миші, яким інфузують лептин, згодом не "захищають" більшу масу тіла, припускаючи, що гіперлептинемія сама по собі не імітує наслідки ЦНС від хронічного збільшення ваги.
1. Вступ
У стабільних у вазі осіб концентрація лептину в циркуляції прямо пропорційна масі жиру [1]. Після втрати ваги зменшення концентрації лептину в циркуляції через зменшення маси жиру забезпечує один із сигналів, що спричиняє опосередковане ЦНС зменшення енергетичних витрат та посилення голоду у худих та ожирілих людей [2–4] та гризунів [5]. . Відновлення концентрацій лептину до рівня втрати ваги скасовує деякі метаболічні, нейроендокринні, вегетативні та поведінкові реакції [3,6]. На відміну від цього, миші-самці, що голодували 48 годин, демонструють голодні зміни в осях статевих залоз, надниркових залоз та щитовидної залози, які всі є оборотними лептином без істотного впливу на масу тіла або на повторне годування після голодування [7]. У сукупності ці висновки вказують на те, що концентрація циркулюючого лептину є основним аферентним сигналом загальної енергетичної доступності, і що гіпометаболічний фенотип осіб із зниженою вагою є результатом - принаймні частково - стану сприйнятої відносної недостатності лептину [8].
На відміну від потужного ефекту введення лептину людям або гризунам з недостатністю лептину (зменшеною вагою, голодом або вродженим дефіцитом лептину), введення фізіологічних або супрафізіологічних доз лептину гризунам або людям при звичайній або збільшеній масі тіла мало відсутність впливу на витрату енергії або споживання їжі [3,9–11]. Такі дані свідчать про те, що схеми, що сприймають лептин у ЦНС, «розроблені» таким чином, щоб за своєю суттю більш реагувати на дефіцит навколишнього лептину, а не на надлишок [7,12]. Запропоновано еволюційні аргументи щодо таких "асиметричних" регуляторних реакцій на зміни жиру в організмі [13]. Визначення “порогу” (мінімального сигналу щодо маси жиру), нижче якого викликаються ці реакції, визначається генетичними факторами та факторами розвитку [13].
У цьому дослідженні ми прагнули виділити можливі ефекти високого навколишнього лептину як такого на масу тіла, що захищається, тобто експериментально роз'єднати гіперлептинемію від багатьох змін в метаболічній та нейроендокринній системах, що відбуваються в результаті збільшення жирності тіла та високого вмісту жиру в раціоні, який використовується для досягнення цього рівня вгодованості. Ми дослідили вплив 18 тижнів безперервної інфузії екзогенного лептину на метаболічні відповіді мишей C57BL/6J. Вливаючи рекомбінантний мишачий лептин нежирним мишам, які споживають дієту з низьким вмістом жиру - для досягнення циркулюючих концентрацій, що імітували концентрацію мишей із ожирінням, обумовлених дієтою (DIO), ми намагалися створити мишачу модель підвищених концентрацій циркулюючого лептину без метаболізму “Збиває з пантелику” ожиріння, спричинене дієтою (наприклад, підвищений рівень жирної кислоти та глюкози, нечутливість до інсуліну, жирова печінка тощо). Наша гіпотеза полягала в тому, що хронічне підвищення концентрації лептину призведе до постійного підвищення мінімального рівня захищеного жиру в організмі.
2. Матеріали та методи
2.1. Тварини
48 самців 6-тижневих мишей C57BL/6J було отримано з лабораторії Джексона (Бар-Харбор, штат Мексика). Після отримання тварин утримували по 4 особи в клітці в пластикових загонах з підстилкою з деревної тріски в захисному приміщенні без патогенів, що підтримувалося при 22–24 ° C з 12-годинним циклом темного світла (світло світиться о 07:00 год.). Дозвільний доступ до дієти з низьким вмістом жиру (LFD: Research Diets, Inc. D12450Bi, 10% ккал від жиру) та води забезпечувались протягом усього експерименту, якщо не зазначено інше. Масу тіла та склад тіла визначали кожні 14 днів, якщо не вказано інше.
Протокол був схвалений інституційним комітетом з догляду та використання тварин Колумбійського університету.
2.2. Огляд дизайну дослідження
Експериментальна хронологія. Експериментальна хронологія всіх трьох фаз дослідження. Після 3-тижневого періоду акліматизації в Колумбійському університеті мишам було дев'ять тижнів на початку експерименту. Міні-насоси, що містять все більшу кількість лептину, хірургічно замінювали кожні два тижні протягом 18-тижневого періоду інфузії (фаза 1). Кров отримували шляхом ретро-орбітального кровотечі після 4-годинного голодування через вісім днів після кожного перемикання міні-насоса протягом 18 тижнів фази 1, а також через 5, 41 і 118 днів після видалення кінцевого насоса (див. Чорний кола).
Вага тіла, склад тіла та концентрація лептину в циркуляції під час фази вливання лептину (A – C) Середня (± сім) маса тіла (A) жирова маса (B) і нежирна маса (C) з введених мишей лептину (миші LEP; n = 32; чорний діамант) або PBS- (миші PBS; n = 12; відкриті діаманти). Чорні кола представляють операції із заміни міні-насоса (дози лептину зазначені під кожним колом у мкг/день). Чорна лінія праворуч унизу являє собою непрямі заходи калориметрії протягом 72 годин для всіх мишей. (D) Середні (± sem) концентрації лептину в сироватці крові (нг/мл) при збільшенні швидкості інфузії лептину (мкг/день) груп LEP та PBS, зібраних із чотиригодинної сироватки натще, отриманої через 7 днів після операції із заміни міні-насоса. * p Рисунки 2 B і C). Дозування лептину базувалося на пілотних дослідженнях, в яких ми співвідносили швидкість інфузії з концентрацією лептину в циркулюючій сироватці крові. Використовуючи регресійний аналіз жирової маси та лептину в сироватці крові, зроблений раніше [5], наша мета полягала в тому, щоб підвищити концентрацію лептину в циркулюючому середовищі у мишей, що не годувались LFD, до тих, що були аналогічними мишам із ожирінням, спричиненим дієтою. Найменша введена доза становила 1 мкг/день/миша (42 нг/год), а найвища доза - 25 мкг/день/миша (1042 нг/год); Приріст 3 мкг/день додавали в кожен момент часу перемикання міні-насоса (тобто 4 мкг/день, 7 мкг/день тощо). Кров на чотири години голодування отримували шляхом ретроорбітальної кровотечі через 7 днів після кожної імплантації міні-насоса.