Abstract

O greutate corporală stabilă în timp necesită ca aportul caloric să se potrivească îndeaproape cu cheltuielile de energie. Când se iau excesul de calorii, apare o stare de echilibru energetic pozitiv, rezultând creșterea în greutate. Consumul de alimente bine controlat este o componentă crucială a homeostaziei energetice. Acest lucru este demonstrat experimental la șobolanii supuși supraalimentării fie prin încărcare gastrică directă (1,2), fie prin infuzie sistemică de glucoză (3-5). În ambele situații, animalele își reduc spontan aportul de alimente pentru a evita o derivare a aportului caloric total. Lipsa adaptării la supraîncărcarea de calorii ar putea participa la dezvoltarea obezității. Într-adevăr, atunci când șobolanii SD predispuși la obezitate au acces gratuit la alimente plăcute, își măresc consumul zilnic de alimente și nu se adaptează la aportul caloric îmbunătățit (6). În acest model, hiperfagia apare în ciuda nivelurilor circulante crescute de leptină, un hormon derivat din grăsime care controlează negativ aportul de alimente (rev. În 7). Astfel, mecanismele care determină reducerea reglementară a consumului de alimente par a fi tocite la acești șobolani hiperfagi; o parte din acest defect s-ar putea baza pe rezistența la leptină.

leptină

Lipsa răspunsului la leptină este bine descrisă la șobolanii obezi Zucker (8), care poartă o mutație (fa) în gena receptorului de leptină (9,10). Am folosit acest model de șobolan pentru a aborda următoarele probleme: Rezultatul sistemic de calorii din glucoză are ca rezultat o scădere a aportului de alimente în absența semnalizării leptinei? Dacă da, ce mecanisme sunt implicate? În prima serie de studii, șobolanii obezi fa/fa și Fa/fa slabi au fost supuși infuziei sistemice de glucoză cu aport caloric variabil. În a doua serie de studii, perfuziile au fost efectuate prin artera carotidă pentru a crește concentrația de glucoză în mod specific în creier, fără aport sistemic de calorii. În ambele protocoale, aportul zilnic de alimente a fost monitorizat pe toată durata perfuziei. În cele din urmă, într-o încercare de a investiga mecanismele moleculare implicate în răspunsul de hrănire la perfuzia de glucoză, am testat un posibil rol al malonil-CoA central, pe baza propunerii recente că acest intermediar al căii sintetice a acizilor grași exercită un anorexic independent de leptină efect la șoareci (11).

PROIECTAREA ȘI METODELE CERCETĂRII

Animale.

Studiile pe animale au fost efectuate în conformitate cu Ghidurile franceze pentru îngrijirea și utilizarea animalelor experimentale. Au fost folosiți șobolani masculi slabi (Fa/fa) și obezi (fa/fa) din tulpina Zucker, cu vârsta de aproximativ 2 luni, cu o greutate de 180-220 g și respectiv 250-330 g și crescuți în unitatea noastră de animale. Aceștia aveau acces gratuit la apă și la peletele dietetice de laborator standard (A04; UAR, Villemoisson-sur Orge, Franța) și erau adăpostite în condiții de temperatură controlată (23 ° C) și lumină de la 7:00 la 7:00 am).

Infuzii sistemice și centrale.

A fost utilizată tehnica de perfuzie pe termen lung în condiții neîngrădite, așa cum s-a descris anterior (12,13). Pe scurt, cu 3 zile înainte de începerea experimentelor, șobolanii au fost anesteziați cu ketamină (125 mg/100 g greutate corporală intraperitoneală) pentru plasarea unui cateter în vena jugulară (infuzie sistemică) sau în artera carotidă către creier (central infuzie). În ambele cazuri, cateterele au fost exteriorizate la vârful capului și atașate la un dispozitiv de perfuzie pivotant, permițând animalului acces liber la apă și dietă.

Hiperglicemie, protocol de hiperinsulinemie.

Hiperglicemia (HG) și hiperinsulinemia (HI) au fost obținute prin perfuzarea glucozei (30% în greutate/volum furnizând 1,2 cal/μl; Chaix și Du Marais, Paris, Franța) prin vena jugulară. Viteza de perfuzie a fost stabilită la 20 μl · min -1 -1 100 g -1 greutate corporală la șobolanii slabi. Șobolanilor obezi li s-a administrat glucoză la jumătate din viteza de perfuzie a șobolanilor slabi (10 μl · min -1,1 100 g -1) pentru a atinge un nivel similar de hiperglicemie în ambele grupuri.

Euglicemie, protocol de hiperinsulinemie.

În a doua serie de experimente, HI și euglicemia (EuG) au fost obținute prin perfuzia concomitentă de glucoză și insulină (Novo Nordisk, Copenhaga, Danemarca) prin vena jugulară. Viteza perfuziei de insulină a fost ajustată pentru a induce hiperinsulinemie în același interval ca la șobolanii perfuzați numai cu glucoză. Vitezele de perfuzie cu insulină au fost în medie de 8,4 și 5,4 pmol · min -1 -1 100 g -1 greutate corporală la șobolanii slabi și, respectiv, obezi. Euglicemia a fost realizată prin perfuzie de glucoză la 12 μl · min -1 -1 100 g -1 greutate corporală la șobolanii slabi, în timp ce o rată semnificativ mai mică de 2 μl · min -1 -1 100 g -1 a fost suficientă pentru a menține normoglicemia în atârna șobolani.

Infuzie centrală.

Infuziile au fost efectuate printr-un cateter introdus în artera carotidă, vârful fiind îndreptat către creier. Insulina și glucoza au fost perfuzate, fie singure, fie combinate, la o rată de 2,5 pmol/min și, respectiv, 0,50 mg/min, în ambele grupuri de șobolani. În experimentele preliminare, s-a stabilit că acestea au fost cele mai mari rate de perfuzie posibile care nu au ridicat concentrațiile sistemice de glucoză sau insulină. Debitul pentru perfuzie carotidă a fost stabilit la 7 μl/min.

Administrarea intracerebroventriculară a TOFA.

Unii șobolani supuși perfuziei centrale au fost administrați concomitent acid 5- (tetradeciloxi) -2-furoic (TOFA; Merck Sharp & Dohme-Chibret, Rahway, NJ). Înainte de inserarea cateterului carotidian, șobolanii au fost implantați stereotactic cu o canulă cronică din oțel inoxidabil în ventriculul cerebral lateral drept, folosind următoarele coordonate de la Bregma: anterio-posterior, -0,8 mm; dorsal-ventral, −3,5 mm; și medial-lateral, -1,5 mm. Canula a fost conectată printr-un cateter de polietilenă la o minipompă osmotică subcutanată (Alza Corporation, Palo Alto, CA) umplută fie cu TOFA la o concentrație de 20 mg/ml în DMSO (Sigma, St Louis; MO), fie în vehicul. Șobolanii au primit 10 μg/h de compus, începând cu momentul inserării minipompei (cu 3 zile înainte de perfuzie carotidă).

Aportul de alimente și prelevarea de probe de sânge.

Aportul zilnic de alimente a fost măsurat prin cântărirea peletelor între orele 9:00 și 10:00 a.m. A fost determinată o rată bazală pentru fiecare șobolan cu o zi înainte de începerea perfuziei. Aportul alimentar a fost apoi măsurat după 24 sau 48 de ore sau mai mult, după cum sa indicat. În unele experimente, aportul de alimente a fost determinat în timpul celor 3 zile de recuperare după operație. Aportul caloric din alimente a fost calculat pe baza a 3 kcal/g de pelete, conform specificațiilor producătorului. Probele de sânge arteriovenos au fost obținute din vasele cozii. Nivelurile de insulină plasmatică și leptină au fost măsurate prin radioimunotest folosind truse comerciale de la CIS Bio International (Gif sur Yvette, Franța) și, respectiv, Linco Research (St Louis, MO). Glicemia a fost determinată de un analizor de glucoză (Glucotrend; Boehringer Mannheim, Mannheim, Germania).

analize statistice.

Analiza statistică a fost efectuată folosind testul t Student pentru probe asociate atunci când efectul perfuziei a fost testat la același șobolan sau pentru probe nepereche la compararea diferitelor grupuri, așa cum este indicat în figură și în legendele tabelului. O valoare de P −1 · 24 h −1; n = 9; P 2 = 0,91), demonstrând astfel că cu cât este mai mare aportul de calorii sistemice, cu atât este mai mic aportul de alimente (Fig. 2).

Aportul alimentar ca răspuns la perfuzia centrală.

În timpul perfuziei HG-HI, nivelurile sistemice de insulină și glucoză sunt crescute. Am căutat să determinăm dacă creșterea insulinei și/sau glucozei în mod specific în creier ar putea imita efectul anorectic al perfuziei sistemice de glucoză. Infuziile au fost efectuate prin intermediul arterei carotide. Concentrațiile sistemice de glucoză, insulină și leptină au fost neschimbate (Tabelul 1). Nici glucoza, nici insulina, atunci când sunt perfuzate singure, nu au afectat semnificativ rata consumului de alimente (Fig. 3). În schimb, atunci când glucoza și insulina au fost combinate, aportul de alimente a scăzut cu aproximativ 50% la șobolanii slabi și obezi. Acest răspuns a fost complet reversibil; când perfuzia a fost trecută în soluție salină, aportul de alimente a revenit la valoarea inițială în decurs de 24 de ore (Fig. 3).

Efectul administrării intracerebroventriculare a TOFA.

Recent s-a propus că creșterea bazinului intracelular de malonil-CoA în creier generează un semnal de sațietate (11). Pentru a testa dacă acest mecanism ar putea explica reducerea aportului de alimente provocat de infuzia carotidă de glucoză plus insulină, am căutat să blocăm activitatea acetil CoA carboxilazei (ACC) utilizând TOFA, un inhibitor alosteric al acestei enzime (15,16). Administrarea intracerebroventriculară (ICV) de TOFA a început în momentul intervenției chirurgicale (cu 3 zile înainte de perfuzia carotidă). În această perioadă, TOFA nu a afectat în mod semnificativ aportul zilnic de alimente la șobolani de niciun genotip (Fig. 4). Cu toate acestea, când perfuzia carotidă de glucoză și insulină a început să inducă hipofagie, șobolanii cărora li s-a administrat TOFA au menținut un aport alimentar similar cu cel bazal, indiferent de genotip (Fig. 4). După cum se arată la șobolanii slabi, perfuzia vehiculului (DMSO) nu a împiedicat scăderea aportului de alimente, demonstrând că inversarea comportamentului de hrănire reprimat s-a bazat în mod specific pe efectul TOFA.

DISCUŢIE

Se consideră că consumul excesiv de alimente contribuie la epidemia actuală de obezitate. Acest principiu implică faptul că mecanismele fiziologice care ar trebui să prevină un exces de consum de energie în timp sunt defecte la persoanele obeze. Cea mai mare parte a dovezilor disponibile indică faptul că efectul sățios al leptinei este modificat în starea obeză (7) și identifică leptina ca fiind un participant principal la răspunsul hipofagic la supraalimentarea care apare în mod normal la persoanele slabe. Prezentul studiu a fost conceput pentru a testa dacă aportul alimentar poate fi redus în absența semnalizării leptinei atunci când caloriile sunt furnizate prin perfuzie sistemică de glucoză. De remarcat, această abordare experimentală diferă de cafenea sau hrănirea bogată în grăsimi, deoarece ocolește tractul digestiv și controlul hedonic al consumului de alimente. Șobolanii au primit un aport de calorii în cantități variabile în funcție de protocolul de perfuzie. Au fost furnizate mai multe calorii în timpul perfuziei HG-HI decât în ​​timpul perfuziei EuG-HI, deoarece în protocolul EuG-HI, rata perfuziei de glucoză compensează utilizarea glucozei, în timp ce în protocolul HG-HI, sunt necesare rate mai mari de perfuzie pentru a induce hiperglicemia.

În concluzie, acest studiu a furnizat dovezi experimentale că o creștere a aportului de calorii prin perfuzie de glucoză induce un răspuns hipofag independent de semnalizarea leptinei la șobolan. Mai mult, datele noastre favorizează ipoteza că o creștere a malonil-CoA centrală declanșată de creșterea concentrațiilor de glucoză și insulină din creier participă la acest proces de reglementare. Creșterea producției de malonil-CoA și/sau metaboliți în aval ai căii lipogene ar putea servi drept semnale care declanșează o adaptare a comportamentului de hrănire ca răspuns la alimentarea cu energie. Deoarece acest proces funcționează la șobolanul Zucker obez, ar putea limita hiperfagia în primul rând atunci când semnalizarea leptinei este modificată, ca în starea obeză.