Efectele perfuziei cronice de leptină asupra greutății corporale și a compoziției ulterioare la șoareci
Abstract
Concentrațiile circulante de leptină se corelează cu masa grasă și semnalează starea stocurilor de energie somatică către creier. Studiile anterioare sugerează că creșterea greutății corporale indusă de dietă crește greutatea corporală „set-point”. Pentru a evalua dacă hiperleptinemia cronică este responsabilă pentru această schimbare a greutății corporale apărate, am crescut concentrațiile de leptină circulante la șoareci slabi la cele comparabile cu șoarecii obezi induși în dietă timp de optsprezece săptămâni. Am emis ipoteza că, după încetarea perfuziei cu leptină, va fi apărată o greutate corporală mai mare. Comparativ cu martorii cu infuzie salină, șoarecii cu leptină au avut concentrații crescute de leptină în circulație, au câștigat mai puțină greutate, dar au avut rate metabolice similare. După încetarea administrării de leptină, șoarecii cu infuzie de leptină au câștigat o oarecare greutate, dar au ajuns la 5-10% sub controale. Aceste rezultate sugerează că, spre deosebire de șoarecii care au devenit hiperleptinemici prin creșterea în greutate indusă de dietă, șoarecii infuzați cu leptină nu „apără” o greutate corporală mai mare, sugerând că hiperleptinemia în sine nu imită consecințele SNC ale creșterii cronice în greutate.
1. Introducere
La indivizii cu greutate stabilă, concentrațiile de leptină circulante sunt direct proporționale cu masa de grăsime [1]. După scăderea în greutate, scăderea concentrației de leptină în circulație datorită masei reduse de grăsime oferă unul dintre semnalele care induc o scădere mediată de SNC a cheltuielilor de energie și creșterea foamei la oamenii slabi și obezi [2-4] și la rozătoare [5] . Restabilirea concentrațiilor de leptină la nivelurile pre-pierdere în greutate abrogă unele dintre aceste răspunsuri metabolice, neuroendocrine, autonome și comportamentale [3,6]. În schimb, șoarecii masculi cu post de 48 de ore prezintă modificări induse de foame în axele gonadale, suprarenale și tiroidiene care sunt toate reversibile cu leptină, fără efect semnificativ asupra greutății corporale sau asupra re-hrănirii după foamete [7]. Luate împreună, aceste descoperiri indică faptul că concentrația circulantă a leptinei este un semnal aferent major al disponibilității globale a energiei și că fenotipul hipometabolic al indivizilor cu greutate redusă este rezultatul - cel puțin parțial - al unei stări de insuficiență relativă de leptină percepută [8] .
Spre deosebire de efectul puternic al administrării de leptină la oameni sau la rozătoare cu insuficiență de leptină (greutate redusă, post sau congenital deficient de leptină), administrarea de doze fiziologice sau suprafiziologice de leptină la rozătoare sau oameni la greutatea corporală obișnuită sau crescută are puțin de niciun efect asupra cheltuielilor de energie sau consumului de alimente [3,9-11]. Astfel de date sugerează că circuitele de detectare a leptinei din SNC sunt „concepute” pentru a fi inerent mai receptive la un deficit de leptină ambientală, mai degrabă decât la un exces [7,12]. Au fost propuse argumente evolutive pentru astfel de răspunsuri de reglementare „asimetrice” la modificările grăsimii corporale [13]. Determinarea „pragului” (semnal minim privind masa de grăsime) sub care sunt invocate aceste răspunsuri este determinată de factori genetici și de dezvoltare [13].
În studiul de față am căutat să izolăm efectele posibile ale leptinei ambiante ridicate în sine asupra greutății corporale apărate, adică să dezarticulăm experimental hiperleptinemia de numeroasele modificări ale sistemelor metabolice și neuroendocrine care apar ca urmare a creșterii grăsimii corporale și a conținutului ridicat de grăsimi din dieta utilizată pentru a atinge acest nivel de grăsime. Am examinat efectele a 18 săptămâni de perfuzie exogenă continuă de leptină asupra răspunsurilor metabolice ale șoarecilor C57BL/6J. Prin infuzarea de leptină murină recombinantă la șoarecii slabi care consumă o dietă cu conținut scăzut de grăsimi - pentru a obține concentrații circulante care imitau cele ale șoarecilor obezi (DIO) induse de dietă potrivite în funcție de vârstă - am căutat să creăm un model de șoarece cu concentrații crescute de leptină circulantă fără metabolizarea „Confuzii” ale obezității induse de dietă (de exemplu, FFA și glucoză crescute, insensibilitate la insulină, ficat gras etc.). Ipoteza noastră a fost că o creștere cronică a concentrațiilor de leptină ar duce la o creștere permanentă a nivelului minim de grăsime corporală apărată.
2. Materiale și metode
2.1. Animale
48 de șoareci C57BL/6J masculi de 6 săptămâni au fost obținuți de la Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME). La primire, animalele au fost adăpostite 4 pe cușcă în stilouri de plastic cu așternut de așchii de lemn într-o instalație de barieră fără patogeni menținută la 22-24 ° C cu un ciclu de întuneric - lumină de 12 ore (luminile aprinse la 07:00 h). Accesul ad libitum la o dietă săracă în grăsimi (LFD: Research Diets, Inc. D12450Bi, 10% kcal din grăsimi) și apă au fost furnizate pe parcursul întregului experiment, cu excepția cazului în care se specifică altfel. Greutatea corporală și compoziția corporală au fost determinate la fiecare 14 zile, cu excepția cazului în care se specifică altfel.
Protocolul a fost aprobat de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Columbia University.
2.2. Prezentare generală a proiectului de studiu
Cronologie experimentală. Cronologie experimentală a tuturor celor trei faze ale studiului. După o perioadă de 3 săptămâni de aclimatizare la Universitatea Columbia, șoarecii aveau nouă săptămâni la începutul experimentului. Mini-pompele care conțin cantități crescânde de leptină au fost înlocuite chirurgical la fiecare două săptămâni în timpul unei perioade de perfuzie de 18 săptămâni (faza 1). Sângele a fost obținut prin sângerare retro-orbitală după un repaus de 4 ore la opt zile după fiecare comutator de mini-pompă în timpul celor 18 săptămâni ale fazei 1, precum și la 5, 41 și 118 zile după îndepărtarea pompei finale (vezi negru cercuri).
Greutatea corporală, compoziția corporală și concentrația de leptină circulantă în timpul fazei de perfuzie cu leptină (A - C) Greutatea corporală medie (± sem) (A) masa grasa (B) și masă fără grăsimi (C) de șoareci infuzați cu leptină (șoareci LEP; n = 32; diamant negru) sau PBS- (șoareci PBS; n = 12; diamante deschise). Cercurile negre reprezintă operații de înlocuire cu mini-pompă (dozele de leptină sunt notate sub fiecare cerc în μg/zi). Linia neagră din dreapta jos reprezintă 72 de ore măsuri de calorimetrie indirectă pentru toți șoarecii. (D) Concentrațiile medii (± sem) de leptină serică (ng/ml) la creșterea ratei de perfuzie a leptinei (μg/zi) a grupurilor LEP și PBS colectate din serul de post de patru ore obținute la 7 zile după intervenția chirurgicală de înlocuire a mini-pompei. * p Figurile 2 B și C). Doza de leptină s-a bazat pe studii pilot în care am corelat ratele de perfuzie cu concentrațiile serice circulante intercurente de leptină. Folosind analize de regresie a masei grase și a leptinei serice făcute mai devreme [5], obiectivul nostru a fost de a ridica concentrațiile circulante de leptină la șoarecii neobezi hrăniți cu LFD la cei analogi cu șoarecii obezi induși în dietă. Cea mai mică doză administrată a fost de 1 μg/zi/șoarece (42 ng/h) și cea mai mare doză a fost de 25 μg/zi/șoarece (1042 ng/h); Au fost adăugate trepte de 3 μg/zi la fiecare punct de timp al comutatorului mini-pompă (adică 4 μg/zi, 7 μg/zi etc.). Sângele de post de patru ore a fost obținut prin sângerare retro-orbitală la 7 zile după fiecare implantare mini-pompă.