Afecțiuni cardiace lipotoxice la șobolani obezi Implicații pentru obezitatea umană PNAS
Contribuție de Roger H. Unger
Abstract
Pentru a determina mecanismul dilatației cardiace și a contractilității reduse a șobolanilor obezi Zucker Diabetic Fatty, triacilglicerolul miocardic (TG) a fost testat chimic și morfologic. TG a fost ridicat din cauza subexprimării enzimelor oxidative ale acizilor grași și a factorului de transcripție al acestora, receptorul-α activat de proliferatorul peroxizomului. Nivelurile de ceramidă, un mediator al apoptozei, au fost de 2-3 ori cele ale martorilor, iar nivelurile inductibile de oxid nitric sintază au fost de 4 ori mai mari decât în mod normal. Scalarea ADN-ului miocardic, un indice de apoptoză, a atins de 20 de ori nivelul normal. Terapia cu troglitazonă a scăzut TG miocardic și ceramidă și a prevenit complet scaderea ADN-ului și pierderea funcției cardiace. În această lucrare, concluzionăm că disfuncția cardiacă la obezitate este cauzată de lipoapoptoză și este prevenită prin reducerea lipidelor cardiace.
Creșterea recentă a obezității cu debut juvenil în Statele Unite (1) prezice că următoarea generație de americani obezi vor fi obezi mai mult decât oricând. Acest lucru prezice o prevalență mai mare a complicațiilor dependente de timp ale bolii, cum ar fi rezistența la insulină, diabetul zaharat non-insulinodependent, hipertensiunea arterială, boala coronariană și alte tulburări cardiace. Etiologia acestor complicații, care sunt adesea grupate împreună sub termenul „sindrom metabolic X” (2), nu este cunoscută.
Am propus ca depunerea excesivă de triacilglicerol (TG) în țesuturile neadipozice (steatoză) mărește bazinul intracelular de acil-CoA gras, oferind astfel substrat pentru căile metabolice nonoxidative, cum ar fi sinteza ceramidei, care duc la disfuncție celulară și moarte prin apoptoză (3). Se părea posibil ca această succesiune de evenimente, stabilită în insulele pancreatice ale șobolanilor cu obezitate genetică Zucker Diabetic Fatty (ZDF) (fa/fa), să poată avea loc și în alte țesuturi, cum ar fi inima.
Boala cardiacă legată de obezitate, cea mai gravă complicație a obezității umane, este în general atribuită tulburărilor coexistente, cum ar fi boala coronariană și hipertensiunea. Disfuncția cardiacă, aritmiile, cardiomiopatia și insuficiența cardiacă congestivă sunt rareori atribuite consecințelor directe ale obezității, adică suprasolicitării cu acizi grași (FA) a miocitelor cardiace, deși literatura conține rapoarte clinice despre cardiomiopatia obezității care poate fi inversată prin scăderea în greutate (4).
Acest studiu a fost conceput pentru a testa posibilitatea ca aceleași anomalii metabolice care provoacă lipotoxicitate și lipoapoptoză în celulele β pancreatice ale șobolanilor obezi (3) ar putea compromite, de asemenea, funcția și viabilitatea celulelor miocardice. Am folosit șobolani cu obezitate care rezultă dintr-o mutație a pierderii funcției în receptorul leptinei (5, 6), șobolanul ZDF (fa/fa). Am observat în inimile lor încărcate de grăsime dovezi ale lipoapoptozei însoțite de o pierdere profundă a funcției cardiace. Aceste anomalii au fost complet prevenite prin terapia antisteatotică. Beneficiul izbitor al unei astfel de terapii asupra funcției cardiace la șobolanii obezi justifică un efort de a determina dacă există un omolog al acestei tulburări la obezitatea umană.
Materiale și metode
Animale.
Șobolani ZDF homozigoti obezi masculini (fa/fa) și tovarăși slabi de tip sălbatic (+/+) au fost crescuți în laboratorul nostru de la șobolani ZDF/Drt-fa (F10) achiziționați de la R. Peterson (Școala de Medicină a Universității Indiana, Indianapolis) ). Toți șobolanii au fost hrăniți cu chow de laborator standard (Teklad F6 8664; Teklad, Madison, WI) și li s-a dat apă de la robinet ad libitum. Genotipul lor a fost determinat așa cum este descris de Phillips și colab. (6).
La vârsta de 7 săptămâni, șobolanilor homozigoti obezi prediabetici ZDF-Drt (fa/fa) li s-a administrat chow standard pudrat cu sau fără un curs de 6 săptămâni sau 13 săptămâni de troglitazonă (TGZ; 200 mg/kg pe zi; Sankyo) . Greutatea corporală și aportul de alimente au fost măsurate săptămânal. Șobolanii au fost sacrificați la vârsta de 14 și 20 de săptămâni. Au fost respectate orientările instituționale pentru îngrijirea și utilizarea animalelor.
În timp ce șobolanii se aflau sub anestezie pentobarbitală de sodiu, s-au obținut probe de sânge care nu se fixează din vena cavă inferioară. Inima a fost rapid excizată și o porțiune a ventriculului stâng a fost înghețată în azot lichid și stocată la -70 ° C pentru studii de ARNm și proteine.
La unele animale, camerele inimii au fost disecate și s-au determinat greutățile umede.
Semiquantitarea ARNm prin transcriptaza inversă - PCR.
ARN-ul total din țesutul cardiac a fost extras prin metoda de izolare TRIzol (Life Technologies, Rockville, MD). ARN-ul a fost tratat cu DNază fără RNază (Promega), iar ADNc din prima catenă a fost generat din 1 µg de ARN într-un volum de 20 µl utilizând primerul oligo (dT) în trusa de sinteză ADNc din prima catenă (CLONTECH). Primerii PCR utilizați anterior pentru acil-CoA oxidază (ACO) (7), ficat carnitin palmitoiltransferaza 1 (L-CPT-1) (8), izoforma hepatică a acetil-CoA sintetazei (8), glicerol-3-fosfat acetiltransferază (8), proteinele de decuplare (8), receptorul α (PPARα) activat de proliferatorul peroxizomului (7) și ADNc-β-actină (8) au fost din nou utilizate. Grundurile utilizate pentru oxidul nitric sintază inductibilă (iNOS) au fost 5'-CTGTGGTCACCTATCGCACC-3 '(înainte), 5'-AGCCACATCCCGAGCCATGC-3' (invers) și 5'-TAGAGGTGGTCCTCCTCTGGTGCCTGCAC-3. Nivelurile de ARNm au fost exprimate ca raportul intensității semnalului pentru genele țintă în raport cu cel pentru β-actină. Produsele PCR au fost electroforizate pe un gel de agaroză și s-a efectuat transferul Southern pe o membrană de nailon. Sondele radiomarcate specifice fiecărei molecule au fost hibridizate cu membrana și cuantificate de un aparat de fotografiat molecular (GS-363; Bio-Rad).
Analiza fragmentării ADN-ului.
Fragmentarea ADN-ului a fost testată printr-o modificare a metodei lui Duke și Sellins (9), așa cum este descris în detaliu (10).
Determinarea ceramidei.
Concentrațiile de ceramidă au fost măsurate în țesuturile cardiace proaspăt izolate de la șobolani în vârstă de 7 și 14 săptămâni printr-o modificare a testului diacilglicerol kinazei (11), așa cum este descris în detaliu (10).