Драйвер за извънматочно отлагане на мазнини?

  1. Siobhán E. McQuaid 1,
  2. Leanne Hodson 1,
  3. Матю Дж. Невил 1,
  4. А. Луиз Денис 1,
  5. Джейн Чийзман 1, 2,
  6. Санди М. Хъмфрис 1,
  7. Торалф Рудж 1,
  8. Марджори Гилбърт 1,
  9. Барбара А. Филдинг 1,
  10. Кийт Н. Фрейн 1 и
  11. Фредрик Карпе 1, 2
  1. 1 Оксфордски център за диабет, ендокринология и метаболизъм, Катедра по клинична медицина Nuffield, Университет в Оксфорд, Оксфорд, Великобритания;
  2. 2 Национален институт за здравни изследвания, Oxford Biomedical Research Center, Oxford Radcliffe Hospitals Trust, Oxford, UK.
  1. Автор-кореспондент: Фредрик Карпе, fredrik.karpeocdem.ox.ac.uk .

Резюме

ОБЕКТИВЕН Липотоксичността и ектопичното отлагане на мазнини намаляват инсулиновата сигнализация. Не е ясно дали отлагането на излишни мазнини в неадистозна тъкан възниква от прекомерно доставяне на мастни киселини от мастната тъкан или от нарушено съхранение на погълната мазнина в мастната тъкан.

регулирането

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА За да разследваме това, използвахме интегративен физиологичен подход на цялото тяло с множество и едновременни стабилизатори на стабилни изотопни мастни киселини, за да оценим доставката и транспорта на ендогенна и екзогенна мастна киселина в мастната тъкан в рамките на денонощен цикъл в слаби (n = 9) и коремно затлъстели мъже (n = 10).

РЕЗУЛТАТИ Мъжете с коремно затлъстяване са имали значително (2,5 пъти) по-голяма маса на мастната тъкан от сухи контролни субекти, но скоростта на доставяне на нестерифицирани мастни киселини (NEFA) е била понижена, което е довело до нормални системни концентрации на NEFA за период от 24 часа. Съхранението на мазнини в мастната тъкан след хранене обаче е значително намалено при затлъстелите мъже. Това важи особено за мастните киселини, получени от хиломикрон, представляващи директния път за съхранение на хранителните мазнини. Мастната тъкан от мъже със затлъстяване показва транскрипционен подпис, съответстващ на тази нарушена функция за съхранение на мазнини.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ Увеличаването на масата на мастната тъкан води до подходящо регулиране на системното доставяне на NEFA с поддържани плазмени концентрации на NEFA. Въпреки това, имплицитното намаляване на усвояването на мастна киселина в мастната тъкан надхвърля това и показва неадаптивна реакция със силно нарушен път за директно съхранение на мазнини в храната. Този отговор на мастната тъкан към затлъстяването може да осигури патофизиологичната основа за ектопично отлагане на мазнини и липотоксичност.

Метаболитната функция на мастната тъкан е съхранението на мазнини. Разширяването на масата на мастната тъкан, по-специално коремното затлъстяване, е свързано с повишен риск от диабет тип 2 (1), сърдечно-съдови заболявания (2), инсулинова резистентност (3) и смъртност от всички причини (4,5). Предполага се, че мастната тъкан действа, за да „буферира“ притока на хранителни мазнини в кръвообращението (6,7). По този начин излишните хранителни мазнини трябва да се съхраняват в мастната тъкан и да не се „преливат“ към други органи като черния дроб и скелетните мускули. Неподходящо съхраняваната мазнина в неадипозна тъкан, ектопично отлагане на мазнини, е предложено да лежи в основата на свързаната със затлъстяването инсулинова резистентност (8). Следователно, колкото по-ефективно е регулирането на съхранението на мазнини в мастната тъкан, толкова по-малко са липотоксичните ефекти върху неадипозните тъкани.

Освобождаването на нестерифицирани мастни киселини (NEFA) от подкожната мастна тъкан в горната част на тялото е основен фактор, определящ системните плазмени концентрации на NEFA (9), докато висцералните мазнини могат да допринесат мастни киселини специално за черния дроб. Повишените концентрации на NEFA на гладно са свързани с масата на мастната тъкан (10) и наличието на диабет тип 2 (11). Пълното отсъствие на такива взаимоотношения също е описано при недиабетни хора (12–14). След едно хранене, концентрациите на NEFA след хранене са склонни да останат малко по-високи при затлъстели в сравнение с слаби хора (15,16).

В съответствие с известното понижаване на регулирането на липолизата при затлъстяване (17) и липсата на повишено регулиране на LPL активността на мастната тъкан (19), ние предполагаме, че хората с повишено затлъстяване не успяват да регулират по подходящ начин съхранението на мазнини в храната. Следователно ние изследвахме въздействието на затлъстяването върху системните концентрации на NEFA и доставката на NEFA от мастна тъкан и след това направихме подробно тъканно специфично изследване на трафика на мастни киселини в мастната тъкан на ендогенни и получени от брашно мастни киселини за период от 24 часа, използвайки стабилен изотопен трасиращ агент методология, заедно с транскрипционни профили на пътищата за трафик на мастни киселини.

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА

Фоново население.

Oxford Biobank (21) е колекция от здрави мъже и жени на възраст между 30 и 53 години (n = 1900), базирана на населението, която е използвана за набиране на участници. Анализирахме плазмения TG на гладно; НЕФА; концентрации на инсулин и глюкоза при мъже в рамките на два диапазона на ИТМ, 19–25 kg/m 2 (постно) и 27–32 kg/m 2 (коремно затлъстяване); и възрастови граници 30-53 години (кохорта на фона на изследването, специфично за тъканите). Изключихме пациенти с хипергликемия на гладно (> 6,1 mmol/l) и явна хипертриглицеридемия (> 3,0 mmol/l). Маслената маса се изчислява от биоелектричния импеданс. Подкожната биопсия на мастната тъкан се предлага от 160 от участниците в Oxford Biobank и ние избрахме една слаба група (n = 10, BMI 23,4 ± 0,3 kg/m 2) и една група със затлъстяване (n = 10, BMI 33,6 ± 1,7 kg/m 2) на мъже за изследвания на количествено съдържание на иРНК в гени, участващи в трафика на мастни киселини.

Участници в специфичното за тъканите разследване.

Девет слаби и десет коремно затлъстели мъже, сравними по възраст, бяха случайно поканени от Oxford Biobank (вж. По-горе [n = 14]) или наети на местно ниво от Оксфорд след самоотчитане на реклами (n = 5). Наскоро бяха съобщени някои данни от осем от слабите мъже (20). Всички наети доброволци са здрави непушачи, не са приемали лекарства, за които е известно, че влияят на липидния метаболизъм, и отговарят на горните критерии за включване. Също така изисквахме участниците със затлъстяване да имат обиколка на талията> 99 cm. Изследването е одобрено от Комитета по етика на клиничните изследвания в Оксфордшир и всички субекти са дали писмено информирано съгласие.

Протокол за изследване.

Субектите са пристигнали в звеното за клинични изследвания, след като са гладували от 22:00 ч. предната вечер. Те бяха помолени да се въздържат от тежки физически упражнения и алкохол в продължение на 24 часа преди проучването.

Метаболизмът на подкожната коремна мастна тъкан и кръвният поток бяха изследвани чрез вземане на проби от артерио-венозна кръв, както е описано по-рано (20). Постоянна инфузия на [2H2] палмитат (Cambridge Isotopes, CK Gas Products, Cambridge, UK) се дава интравенозно (0,01 μmol/kg/min) в общ обем от 400 ml човешки албумин (4,5%) за 24 часа. Инфузията е започнала повече от ~ 60 минути преди първата кръвна проба.

Храната се даваше по време на закуска (0), обяд (5 часа) и вечеря (10 часа). Количеството храна се коригира спрямо индивидуалната основна метаболитна скорост (BMR), изчислена чрез биоимпеданс (1,25 × основна метаболитна скорост) и разделена на три, за да се даде броят на калориите във всяко хранене. Хранителните продукти бяха претеглени с точност до грам. Закуската е маркирана със 100 mg [U-13 C] линолова киселина, а обядът и вечерята са маркирани съответно със 100 mg [U-13 C] олеинова и [U-13 C] палмитинова киселина. През 24-часовия период имаше 29 точки за вземане на кръвни проби с едновременно вземане на проби от артериални и мастни венозни места. Допълнителни подробности за администрирането, методологията и изчисляването, като се използва стабилният изотоп на мастни киселини, както и биохимичните методи, са по същество идентични с неотдавнашен доклад (20) и също са предоставени в онлайн приложението (достъпно на http: //diabetes.diabetesjournals .org/cgi/content/full/db10-0867/DC1).

Количествено определяне на тРНК на мастната тъкан.

След локална анестезия с 1% лигнокаин, бяха взети биопсии на мастна тъкан от подкожни коремни депа с помощта на 12-габаритна игла на гладно. Пробите от тъкани бяха незабавно извлечени с помощта на реагент TrizolR (GIBCO-Life Technologies, Grand Island, NY). Между 0,5 и 1 μg РНК бяха обратно транскрибирани в кДНК, използвайки произволни хексамерни праймери и Invitrogen SuperScript III първостепенна система за синтез (Invitrogen, Carlsbad, CA). За количествени PCR анализи в реално време се използват 4,5 μl от 1 на 100 или 1 на 20 разреждане на cDNA на реакция в краен реакционен обем от 10 μl. Анализирани са седемнадесет гена (ANGPTL4, LPL, GPIHBP1, CD36, ACLS1, AGPAT9, GPAM, DGAT1, DGAT2, HSL, PLIN, ATGL, ADBR2, LEP, CD68, CD11b и CD163), като се използват предварително проектирани TaqMan Assays-on-Demand (приложено) Biosystems, Фостър Сити, Калифорния), използвайки системата за откриване на последователност ABI PRISM 7900HT (Приложни биосистеми). Всички проби бяха анализирани в четири екземпляра и нормализирани до PPIA и RPLP0.

РЕЗУЛТАТИ

Връзка между мастната маса и концентрацията на NEFA в популацията.

Първо проучихме връзката между концентрациите на NEFA в плазмата на гладно и мастната маса във фоновата популация от 244 сухи (ИТМ 19–25 kg/m 2) и 210 коремно затлъстели (27–32 kg/m 2) пациенти от Oxford Biobank (21 ). Въпреки почти двойна разлика в общата маса на телесните мазнини между групите, няма разлика в системните концентрации на NEFA (Таблица 1). Въпреки това, в сравнение с слабата група, коремно затлъстелите мъже показват очакваните по-високи плазмени концентрации на TG, глюкоза и инсулин на гладно и по-ниска концентрация на HDL холестерол.

Възрастови, антропометрични и биохимични характеристики на участниците в изследването

Ефект на мастната маса върху експресията на гени, участващи в трафика на мастни киселини в мастната тъкан.

От 12 избрани кандидат-тРНК за ключови точки в регулацията на гените за трафик на мастни киселини, 11 бяха значително понижени в мастната тъкан на мъжете със затлъстяване, с изключение на CD36 (допълнителна таблица 1). За да потвърдим, че сравнително равномерното регулиране на гените, участващи в трафика на мастни киселини, не е част от универсалния ефект, причинен от затлъстяването, ние също анализирахме лептин (LEP) и CD68 иРНК, CD163 и CD11b като възможни положителни контроли. Експресията на последните три маркира инфилтрация на макрофаги в мастната тъкан и се очаква да бъде увеличена при затлъстели лица. Всички маркери на макрофагите бяха увеличени (66–98%) (P 13 C] -TG отразяваха концентрациите на хиломикрон/хиломикрон в остатъчен TG; те бяха незначително по-високи при мъжете със затлъстяване в корема в сравнение с слабите мъже (P = 0,08, площ под кривата [ AUC] за 5-часовия период след всеки прием на храна, повторни мерки ANOVA).

Артериални плазмени концентрации на NEFA (A), TG (B), глюкоза (C) и инсулин (D) при слаби мъже (●) и коремно затлъстели мъже (○).

Честотата на поява (Ra) на NEFA при слаби и коремно затлъстели мъже е показана като общ телесен Ra и коригирана съответно за чиста и мастна маса. Ra на NEFA: цялото тяло (A), изразено на чиста маса (B) и на обща мастна маса (C) при слаби (●) и коремно затлъстели мъже (○). Бяха дадени три хранения, както е посочено от пунктираните вертикални линии. Ra на NEFA (μmol/min) е значително по-висок в коремно затлъстелата група в сравнение с слабата група (A) (време × група, P = 0.009). Когато данните бяха изчислени и изразени като скорост на изчезване (Rd) на NEFA, т.е. нормализирана на телесна маса (μmol · min -1 - [чиста маса (kg)] -1), тази разлика изчезна (P = 0.14). Мъжете с коремно затлъстяване са имали значително по-нисък Ra на NEFA, когато се изразява за обща мастна маса (μmol · min -1 - [мастна маса (kg)] -1, P = 0.029).

Поток на кръв в мастната тъкан.

Мъжете с коремно затлъстяване са имали дълбоко потиснат изходен кръвен поток от мастна тъкан (ATBF) в сравнение с слабите мъже (съответно 2,9 ± 0,5 срещу 6,3 ± 1,5 ml · 100 g −1 · min −1, P = 0,01) и също показват неподходяща регулация на ATBF след хранене след прием на храна (фиг. 3А).

Поток на кръв в мастната тъкан и абдоминална мастна тъкан NEFA освобождаване, екстракция на TG и усвояване на глюкоза. Мъжете с коремно затлъстяване (○) са имали значително по-нисък кръвен поток в мастната тъкан (време × група, P = 0,001) в сравнение с слабите мъже (●) (A). Освобождаването на NEFA и извличането на TG от плазмата (nmol · 100 g −1 · min -1) е значително по-ниско в тъканите на коремно затлъстелите мъже (○) в сравнение с слабите мъже (●) (B и C) ( и двете време × група, P = 0,001). Поглъщането на глюкоза от мастната тъкан е по-ниско (P 13 C-TG от всяко хранене (хранене 1, обозначено с ●, хранене 2 от ○ и хранене 3 от ▾) при слаби мъже (E) и при коремно затлъстели мъже (F) показва намаляване (P 13 C-TG екстракция при коремно затлъстели мъже в съответствие с нетната екстракция TG (C). AT, мастна тъкан.

Трафик на мастни киселини в мастната тъкан.

Артерио-венозният модел ни позволи да изследваме нетното движение на мастна киселина през тъканното легло, транскапиларният поток на мастната киселина (23). В гладно, нетното движение на мастните киселини е било насочено от мастната тъкан към капилярите и е било по-ниско при мъжете със затлъстяване в корема в сравнение с слабите мъже (-700 ± 210 срещу -2,950 ± 860 nmol · 100 g -1 min -1, съответно, P = 0,06). И в двете групи посоката скоро се променя след първото хранене и има нетно отлагане на мастни киселини в мастната тъкан (фиг. 4А).

Общ транскапилярен поток от мастни киселини през мастната тъкан (A) при слаби (●) и коремно затлъстели мъже (○) при поглъщане на три хранения (както е показано с пунктираните вертикални линии). В показва транскапиларния поток на [2H2] -палмитат, който е доминиран от етикета, носен в [2H2] -TG (VLDL). С показва процента на съдържанието на мазнини в храната, отложено в мастната тъкан след три последователни хранения (хранене 1, хранене 2, хранене 3) при слаби (■) и коремно затлъстели мъже. Това се изчислява от транскапиларния поток (A), където всеки 5-часов период от време (AUC) се умножава, за да достигне масата на телесните мазнини, за да достигне общата складирана телесна мазнина. Знаменателят за всеки период от време е съдържанието на мазнини в храната. Слабите мъже показват значителен ефект на хранене × фракционен ефект (P = 0,009), докато ефектът е статистически незначителен при мъжете със затлъстяване в корема. AT, мастна тъкан.

При слабите мъже се наблюдава трикратно увеличение на транскапиларния поток на мастни киселини в отговор на последователното приемане на храна (сравнение на първото с третото хранене, фиг. 4А). При коремно затлъстелите мъже транскапиларният поток на мастни киселини като цяло е много по-нисък (AUC за 5-часови постпрандиални периоди P = 0,026) и по-малко динамичен, без увеличаване на транскапиларния поток с последователност на хранене (фиг. 4А). Тези открития бяха потвърдени чрез изследване на транскапиларния поток на всички [2 H2] палмитат-мастни киселини (съставно измерване на VLDL-TG и директно поглъщане на NEFA, където последното е второстепенен компонент [24]). Това също показа по-нисък и нединамичен поток на мастни киселини в мастната тъкан при коремно затлъстелите индивиди в сравнение с слабите индивиди (P = 0,04, RM-ANOVA, фиг. 4В).