Chengming Wang, Dongya Gao, Bernhard Kaltenboeck, Reinfecția acută cu Chlamydia pneumoniae accelerează dezvoltarea rezistenței la insulină și a diabetului la șoareci obezi C57BL/6, Jurnalul de boli infecțioase, volumul 200, numărul 2, 15 iulie 2009, paginile 279-287, https: //doi.org/10.1086/599796

acută

Abstract

fundalDovezile epidemiologice și patologice leagă agenții patogeni foarte răspândiți de bolile inflamatorii cronice, cum ar fi diabetul de tip 2. Modelele animale contribuie în mod critic la înțelegerea mecanicistă a îmbunătățirii infecțioase a bolilor inflamatorii, care împărtășesc rezistența la insulină ca defect fiziopatologic central

MetodeCu ajutorul unui model de șoarece, am examinat progresia rezistenței la insulină și influența infecției (Chlamydia pneumoniae - șoareci martori infectați vs. neinfectați), fondul genetic (șoareci C57BL/6 vs. A/J), concentrația de grăsime din dietă (27% vs. 5%) și timp (2, 5, 9 sau 15 săptămâni după inoculare)

RezultateLa șoarecii obezi C57BL/6, infecția cu C. pneumoniae a indus o rezistență crescută semnificativ la insulină, care a persistat mult timp după eliminarea bacteriană. Factorul de necroză tumorală circulantă (TNF) –α produs ca răspuns la colonizarea pulmonară acută cu C. pneumoniae a exacerbat rezistența la insulină, dar nu TNF-α eliberat in situ în timpul infecției secundare cu clamidie. Azitromicina sau anticorpul anti-TNF-α a împiedicat rezistența la insulină exacerbată de infecție, dar a îmbunătățit semnificativ diseminarea clamidială către inimă. Șoarecii tratați cu azitromicină nu au eliminat C. pneumoniae din plămâni la 3 săptămâni după inoculare, dar au avut sarcini semnificativ mai mici (42 genomi la 100 mg) decât șoarecii martori (219 genomi la 100 mg) sau șoarecii tratați cu anticorpi anti-TNF-α (3090 genomi la 100 mg)

ConcluziiInfecția cu Murine C. pneumoniae a îmbunătățit dezvoltarea rezistenței la insulină într-un mod restricționat genetic și nutrițional prin mediatori circulanți. Rămâne de stabilit relevanța epidemiei actuale de diabet uman, dar această constatare este potențial importantă din cauza prevalenței ridicate a infecției cu C. pneumoniae umane la nivel mondial

Bolile cronice asociate obezității, precum diabetul de tip 2 și ateroscleroza, sunt conduse de mediatori inflamatori, cum ar fi factorul de necroză tumorală (TNF) –α [1-4], care se exprimă și în timpul infecției [5, 6]. Dovezile epidemiologice și patologice au legat mult timp agenții patogeni cronici foarte răspândiți (de exemplu, Chlamydia pneumoniae, Helicobacter pylori, Porphyromonas gingivalis virusul hepatitei C, virusul imunodeficienței umane, virusul gripal, citomegalovirus și virusul herpes simplex tip 1) de sindromul metabolic, rezistența la insulină, tipul 2 diabet și boala coronariană [7-16]. Infecția cu C. pneumoniae apare cu frecvență ridicată la aproape toți oamenii în timpul vieții [17, 18] și numeroase studii au demonstrat legături puternice între infecția cu C. pneumoniae și sindromul metabolic, rezistența la insulină și boala coronariană [19-25]. Cu toate acestea, relația cauză-efect a rămas neconcludentă, iar legătura nu a fost confirmată în unele studii sau a dispărut după controlul greutății corporale [23, 26]. Mai mult, tratamentul de prevenire a antibioticelor nu a reușit să reducă prevalența evenimentelor coronariene secundare în studiile clinice mari, inclusiv un studiu de 4012 pacienți care a testat un curs de administrare săptămânală de azitromicină pe un an [27-30].

Pentru a investiga o potențială implicare mecanicistă a unui agent patogen bacterian în rezistența la insulină și diabetul de tip 2, am examinat progresia rezistenței la insulină și influența stării infecției (C. pneumoniae - șoareci martori infectați vs. neinfectați), fundal genetic (predispus la obezitate C57BL/6 [B6] vs. șoareci A/J rezistenți la obezitate), concentrația de grăsime din dietă (27% față de 5%) și timp (2, 5, 9 sau 15 săptămâni după inoculare). Determinarea atât a concentrației de glucoză din sânge, cât și a concentrațiilor de insulină plasmatică după administrarea în bolus a glucozei (test de toleranță intraperitoneală la glucoză) oferă o măsură cantitativă care permite evaluarea continuă și precisă a rezistenței la insulină [31, 32]. Rezultatele confirmă fără echivoc că infecția cu C. pneumoniae mărește rezistența la insulină într-un mod restricționat genetic și nutrițional la șoarecii obezi B6. Datele indică în plus că exacerbarea rezistenței la insulină este indusă de mediatori inflamatori sistemici care provin din infecția acută cu provocare pulmonară, mai degrabă decât de la organisme clamidice persistente cu nivel scăzut dispersate în organe secundare, cum ar fi țesutul adipos sau inima.

Metode

Tulpini de șoareci, diete șiC. pneumoniaeinfectie la plamaniToate procedurile la șoarece au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea Auburn. Șoarecii masculi A/J sau B6 consangvinizați Littermate (Harlan Sprague Dawley) au fost înțărcați la vârsta de 4 săptămâni pe diete cu conținut scăzut de grăsimi (5%) sau bogate în grăsimi (27%), 24% proteine, cu conținut ridicat de zaharoză (Harlan Teklad), modelat după dieta descrisă de Surwit și colab. [33] (Tabelul 1). Tulpina C. pneumoniae CDC/CWL-029 (ATCC VR-1310) a fost crescută, purificată și cuantificată așa cum s-a descris în altă parte [34]. Șoarecii au primit o inoculare primară intranazală de 2 × 10 6 C. corpuri elementare pneumoniae sau inoculare simulată cu tampon zaharoză-fosfat-glutamat în săptămâna 6 [5, 34] și reinoculare de 5 × 10 6 C. corpuri elementare pneumoniae sau zaharoză tampon fosfat-glutamat în săptămâna 11 (figura 1A)

Compoziția dietelor de rozătoare cu conținut scăzut de grăsimi și conținut ridicat de grăsimi

Compoziția dietelor de rozătoare cu conținut scăzut de grăsimi și conținut ridicat de grăsimi

Administrare anti-TNF-α și azitromicinăImediat înainte și 1 și 2 săptămâni după reapariția simulată sau C. pneumoniae în săptămâna 11, șoarecii obezi B6 au primit anticorp monoclonal anti-TNF-α monoclonal cV1q (30 mg per kg de greutate corporală; Centocor) în 200 μL de soluție salină tamponată cu fosfat prin injecție intraperitoneală. Alternativ, au primit anticorpi monoclonali murini irevelenți cVam (Centocor) sau o administrare subcutanată de azitromicină (120 mg per kg de greutate corporală; Pfizer) combinată cu o injecție intraperitoneală a unui anticorp de control irelevant

analize statisticeDatele au fost analizate folosind analiza factorială și cu măsuri repetate a varianței și regresiei liniare. Distribuția normală și omogenitatea variațiilor au fost confirmate de testele lui Shapiro-Wilk și testele lui Levene. Comparațiile de medii sub ipoteza nicio ipoteză a priori au fost efectuate folosind testul diferențelor semnificative oneste Tukey cu 2 cozi. Datele pentru copii ale ADN-ului C. pneumoniae distribuite în mod normal au fost analizate prin testul χ 2 în care s-a marcat doar prezența sau absența C. pneumoniae

Rezultate

Nivelurile de TNF-α plasmatice crescute și nivelurile de acid gras neesterificat sunt asociate cu o rezistență crescută la insulină înC. pneumoniae–Soareci obezi B6 provocațiConsensul cu privire la mecanismul de legare a obezității la rezistența la insulină este că țesutul adipos este sursa majoră a acizilor grași neesterificați circulanți, TNF-α și alți factori solubili proinflamatori [1-4, 37]. Acești factori modifică răspunsurile celulare la insulină și își sporesc și mai mult propria producție, în special în țesutul adipos, într-o buclă de feedback pozitivă [1-3]. În concordanță cu acest concept, rezistența crescută la insulină indusă de C. pneumoniae la șoarecii obezi B6 (figurile 1B, 1C și 2A) corelată cu concentrații plasmatice ridicate de TNF-α (figura 4A) și acizi grași neesterificați (figura 4B) în săptămâna 13, la 2 săptămâni după inoculare. Aceste date sugerează că infecția cu C. pneumoniae declanșează producția de TNF-α și acizi grași neesterificați care induc o creștere a rezistenței la insulină.

Blocarea TNF-α sau întârzierea antibioticelorC. pneumoniae previne exacerbarea rezistenței la insulină indusă de infecție în ciuda unei dispersii bacteriene substanțialeUn experiment de inversare a testat ipoteza că creșterea rezistenței la insulină indusă de infecție a fost mediată de TNF-α care provine din infecția pulmonară cu C. pneumoniae la nivel înalt (figura 5A). Blocarea anticorpului anti - TNF-α a cerut mecanismul dependent de TNF-α. Tratamentul șoarecilor obezi B6 timp de 3 săptămâni cu anticorp anti - TNF-α, începând cu rechalarea C. pneumoniae în săptămâna 11, a împiedicat creșterea suprafeței de glucoză sub curbă (ASC) (figura 5B), ASC pentru insulină (figura 5C), și rezistența la insulină (figura 5D) și a redus creșterea nivelurilor plasmatice de TNF-α la nivelul de bază (figura 5E)

Discuţie

Șoarecii B6 obezi infectați au prezentat, de asemenea, niveluri semnificativ crescute de acizi grași neesterificați (figura 4B), care sunt considerați a fi factorul cel mai critic în modularea sensibilității la insulină [40]. În sindromul metabolic, se crede că acizii grași neesterificați precipită un ciclu vicios avansat de rezistență crescută la insulină, afectează funcția celulelor β a insulelor pancreatice, reduc reducerea eliberării insulinei și, în cele din urmă, duc la diabet de tip 2. TNF-α produs timp de câteva săptămâni ca răspuns la infecția pulmonară cu C. pneumoniae s-ar fi putut alimenta în mecanismul condus de obezitate prin promovarea lipolizei [40, 41] și creșterea nivelului de acid gras neesterificat, îmbunătățind astfel acest ciclu vicios și provocând creșterea permanentă a insulinei. rezistență în absența organismelor C. pneumoniae

Apoi, am întrebat dacă TNF-α este produs în principal în plămâni ca răspuns la infecția inițială sau în organe secundare metabolice critice, cum ar fi țesutul adipos și ficatul, ca răspuns la organismele diseminate de C. pneumoniae. Doar eșantioanele din plămâni au demonstrat atât încărcături mari de C. pneumoniae, cât și niveluri ridicate ale transcriptului TNF-α (figurile 4C și 6A - 6C), în timp ce organele secundare erau esențial lipsite de chlamydiae și aveau niveluri semnificativ mai scăzute ale transcriptului TNF-α (figurile 4D și 6D- 6F). Odată cu administrarea anticorpului anti-TNF-α și, în mod surprinzător, a azitromicinei, C. pneumoniae s-a diseminat semnificativ către inimă și țesutul adipos (figurile 6B și 6C), dar cu toate acestea, rezistența la insulină a scăzut semnificativ până la nivelurile inițiale cu ambele tratamente (figura 5B –5D). Plămânul ca sursă de rezistență la insulină - inducând TNF-α circulant a fost verificat în continuare în experimentul de inversare, care a demonstrat o corelație semnificativă între sarcinile mari de C. pneumoniae și expresia de ARNm de TNF-α înalt reglată în plămân (r 2 = 0,18; P = .007) dar nu în organele secundare (figura 6)

În concluzie, acest model de șoarece a stabilit, pentru cunoștințele noastre, pentru prima dată un rol cauzal al infecției asupra dezvoltării rezistenței la insulină și a diabetului de tip 2 și poate fi util în studiul vaccinării cu C. pneumoniae pentru controlul diabetului de tip 2. Cu toate acestea, modelele de rozătoare cu rezistență la insulină și diabetul de tip 2 nu reflectă toate aspectele bolii umane, iar studiile clinice sunt necesare pentru confirmare. Cu toate acestea, este ușor să ne imaginăm că, similar modelului murin, moleculele inflamatorii circulante sau mediatorii imuni umorali și celulari mediază și acest efect la om, analog mecanismelor propuse pentru îmbunătățirea rezistenței la insulină de către alți agenți infecțioși. Suprimarea continuă pe termen lung a antibioticelor a infecției cu C. pneumoniae la începutul vieții poate fi o abordare eficientă, dar nerealistă, pentru a preveni exacerbarea indusă de C. pneumoniae a rezistenței la insulină și a complicațiilor asociate acesteia. Astfel, vaccinarea poate fi o alternativă atractivă la profilaxia antibioticelor pentru a controla exacerbarea sindromului metabolic indusă de C. pneumoniae.

Mulțumiri

Autorii îi recunosc cu recunoștință pe David Shealy (Centocor; Malvern, PA), pentru darul generos al anticorpului anti-TNF-α murin și anticorpul de control, precum și Teayoun Kim, Yihang Li și Sudhir K. Ahluwalia, pentru asistență tehnică excelentă.