Controlul integrat al apetitului și al metabolismului grăsimilor prin calea leptinei-proopiomelanocortinei PNAS

Comunicat de Theodore T. Puck, Institutul Eleanor Roosevelt pentru Cercetarea Cancerului, Denver, CO (primit pentru revizuire 27 noiembrie 2000)

apetitului

Abstract

Deficitul de leptină are ca rezultat un fenotip complex de obezitate care cuprinde atât hiperfagie, cât și metabolizare redusă. Hiperfagia rezultă, cel puțin parțial, din absența inducerii de către leptină a secreției hormonului stimulator melanocitar (MSH) în hipotalamus; MSH se leagă în mod normal de receptorii de melanocortină-4 care exprimă neuroni și inhibă aportul de alimente. Nu s-a cunoscut baza pentru rata metabolică redusă. Aici arătăm că leptina administrată șoarecilor cu deficit de leptină (ob/ob) are ca rezultat o creștere mare a nivelurilor periferice de MSH; în plus, administrarea periferică a unui analog MSH are ca rezultat inversarea ratei metabolice anormal de scăzute a acestora, într-o accelerare a pierderii în greutate în timpul unui repede, în restabilirea parțială a termoreglării într-o provocare la rece și în inducerea nivelurilor de acid gras fără ser. Aceste rezultate susțin un rol periferic important pentru MSH în integrarea metabolismului cu apetitul ca răspuns la depozitele percepute de grăsime indicate de nivelurile de leptină.

Cercetări recente au subliniat o cale pentru controlul greutății corporale (1-4): leptina, produsul genei ob la șoarece, este produsă de adipocite (5). Acesta circulă către hipotalamus unde se leagă de celulele care exprimă receptorul leptinei, produsul genei db la șoarece (6-9). Neuronii proopiomelanocortină (POMC) se numără printre neuronii hipotalamici care exprimă receptorul leptinei (10). Această legare a leptinei duce la secreția hormonului de stimulare a melanocitelor (MSH), care la rândul său se leagă de neuroni care exprimă receptorul melanocortinei-4 (MC4-R) (11); acești neuroni suprimă apoi apetitul (12-14). Această schiță se bazează pe fenotipurile mutanților spontani și induși de șoarece (5, 9, 13, 15-19), precum și pe fenotipul mutațiilor omoloage la om (20-24). Aceste interpretări sunt de acord că leptina este semnalul din depozitele de grăsimi (adipocite) către centru și, în plus, că MSH reglează apetitul. Cu toate acestea, există aspecte semnificative ale fenotipurilor mutante care sugerează atât o mai mare complexitate a homeostaziei greutății corporale, în special integrarea poftei de mâncare și a metabolismului, cât și un factor de la sistemul nervos central (SNC) la periferia care mediază această integrare.

În primul rând, mutanții pomc/pomc cărora le lipsește complet peptidele POMC, inclusiv MSH, prezintă un fenotip al metabolismului lipidic modificat pe lângă hiperfagie. Pe măsură ce conținutul de grăsimi al dietei crește, șoarecii câștigă în greutate în mod proporțional cu aportul de alimente (17). Acest lucru arată o incapacitate specială de a utiliza grăsimile dietetice pentru susținerea ratei metabolice. Și când acești mutanți pomc/pomc sunt tratați prin administrarea periferică a unui analog a-MSH șoarecii pierd în greutate și mănâncă mai puțin, dar pierderea în greutate este mult mai mare decât scăderea poftei de mâncare (17). Din nou, acest rezultat este în concordanță cu rolul MSH în mobilizarea depozitelor de grăsime periferice.

În al doilea rând, șoarecii cu deficit de leptină (ob/ob) prezintă o rată metabolică scăzută (eficiență metabolică crescută; ref. 25), care precede apariția obezității. În special, acești mutanți prezintă: (i) creșterea în greutate atunci când sunt hrăniți în pereche cu controale normale (25); (ii) supraviețuire mai lungă la șoareci repezi decât normali cu greutate inițială egală (26); și (iii) capacitatea scăzută de a menține temperatura corpului la 4 ° C (27). Luate împreună aceste date arată că șoarecii ob/ob și-au ajustat metabolismul pentru a se conforma depozitelor percepute de grăsime; în mod specific, în absența leptinei, nu simt depozite de grăsime și scad metabolismul în consecință. Mecanismul pentru o astfel de ajustare a rămas neelucidat.

Pentru a rafina acest model de homeostazie a greutății corporale, în special integrarea poftei de mâncare și a metabolismului, am pus următoarele întrebări: Injecția cu leptină a mutanților ob/ob duce la creșterea nivelului de MSH circulant; și administrarea periferică a unui analog MSH la șoareci ob/ob (i) afectează creșterea în greutate și/sau aportul de alimente, (ii) influențează greutatea în absența aportului de alimente, adică în timpul unui post, (iii) crește capacitatea de mutanți ob/ob pentru a-și regla temperatura la 4 ° C și (iv) pentru a regla nivelurile de acid gras fără ser (FFA)?

Proceduri experimentale

Șoarecii mutanți Ob/ob (C57BL/6J-Lep ob) și controalele congenice au fost achiziționate de la Laboratorul Jackson. Șoarecii au fost adăpostiți cu un ciclu de lumină-întuneric de 12 ore, cu hrană și apă ad libitum (dacă nu se indică altfel). Sângele a fost colectat retroorbital după proceduri aprobate. Temperaturile miezului corpului au fost măsurate folosind un termometru digital echipat cu o sondă rectală (Atkins Technical, Gainesville, FL). Toate procedurile au fost aprobate de Comitetele de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea din Colorado Health Sciences Center sau de la Oklahoma Medical Research Foundation.

Hormoni.

Analogul MSH [Ac-Cys 4, D-Phe 7, Cys 10] α-MSH (4-13) (28) a fost achiziționat de la Peninsula Laboratories. Leptina recombinantă murină a fost furnizată cu amabilitate de A. F. Parlow prin Programul Național de Hormoni și Hipofiză, Centrul Medical Harbor-UCLA, Torrance, CA. Hormonii au fost diluați la 70 μg per ml în PBS.

Analize serice.

EDTA-plasma a fost analizată pentru MSH de către RIA urmând instrucțiunile producătorului (Euro-Diagnostica Kit, IBL, Hamburg, Germania). Nivelurile de FFA în probele de ser au fost determinate de Anilytics (Gaithersburg, MD).

Rezultate

Inducerea leptinei MSH circulant.

Leptina induce MSH circulant și mutanți ob/ob. Șoarecii mutanți ob/ob (ob/ob) și martorii de vârstă (tip sălbatic și heterozigoți, + /?), 10 pe grup, au fost injectați i.p. cu 0,1 ml fie de 7 μg de leptină (lep), fie de vehicul (PBS) singur (veh.). La o oră după injecția cu leptină, sângele a fost colectat retroorbital în tuburi care conțin EDTA. Plasma a fost testată pentru MSH de către RIA.

Efecte MSH periferice Creșterea în greutate mai mult decât consumul de alimente.

MSH încetinește creșterea în greutate la mutanții ob/ob. Șoarecii mutanți ob/ob (ob/ob), 10 pe grup, au fost injectați i.p. cu 0,1 ml fie de 7 μg de leptină (Leptină), de 7 μg de analog MSH (MSH), ambele (MSH + Leptină), fie de vehicul singur (martor), o dată pe zi timp de 10 zile. Greutatea și aportul de alimente au fost măsurate zilnic. (A) Graficul arată creșterea în greutate, în g, pe șoarece, după 10 zile. (B) Totalul de grame de alimente consumate la 10 șoareci în 10 zile sunt listate lângă creșterea în greutate pentru fiecare grup de șoareci. (C) Sunt enumerate diferențele în ceea ce privește creșterea în greutate împărțite la diferențele în aportul de alimente pentru comparații ale șoarecilor martori și tratați.

MSH periferic accelerează pierderea în greutate în timpul unui post.

MSH accelerează pierderea în greutate în timpul unui post la mutanții ob/ob. Șoarecii mutanți ob/ob (ob/ob) și controalele potrivite vârstei (tip sălbatic și heterozigoți, + /?), Câte cinci pe grup, au fost injectate i.p. cu 0,1 ml fie de 7 μg analog MSH (MSH), fie de vehicul singur (veh). La momentul injectării, au fost luate greutăți și mâncarea a fost îndepărtată. Cinci ore mai târziu, greutățile au fost luate din nou. Graficul prezintă pierderea în greutate în diferitele grupuri la sfârșitul postului de 5 ore.

MSH periferic atenuează deteriorarea reglării termice.

MSH atenuează defectul termogenic la mutanții ob/ob. Șoareci mutanți ob/ob găzduiți individual (ob/ob) și controale potrivite în funcție de vârstă (tip sălbatic și heterozigoți, + /?), Cinci pe grup, au fost injectați cu 7 μg analog MSH sau vehicul singur i.p. Temperaturile rectale au fost luate și mâncarea a fost îndepărtată în acel moment. Cinci ore mai târziu, temperaturile au fost luate din nou și șoarecii au fost apoi plasați într-o cameră rece (4 ° C) timp de 90 de minute; temperaturile rectale au fost luate la rece după 30, 60 și 90 de minute.