作者
亚历克·m·Giakas跑庆熙崔,硕士、Ho-Jin Koh博士。

文摘

有规律的身体活动是推荐的策略来预防肥胖通过增加脂肪酸代谢。活化蛋白激酶(AMPK)与激活脂肪组织的脂解作用有关。此外,它已经证明了单一的运动可增加脂肪细胞的AMPK活性;然而,AMPK调节运动脂肪细胞代谢的机制尚未确定。检查AMPK在运动脂肪细胞新陈代谢,我们利用fat-specific AMPKα1和α2基因敲除小鼠(FKO)。野生型小鼠(WT)和FKO分为久坐不动的(Sed)和运动(特异)组。经过6周的运动训练,没有差别在两组之间的体重和食物摄入量。然而,FKO老鼠显示显著增加瘦身体成分(86.90% vs.83.89%)和减少脂肪成分(13.10%比16.21%)而WT (p < 0.05)。同时,FKO老鼠相比,改善葡萄糖耐量WT 5周的训练后(p < 0.01)。AMPK是否调节exerciseinduced脂类分解,我们测量了荷尔蒙的磷酸化脂肪酶(高速逻辑)Ser565, AMPK磷酸化站点。 The phosphorylation of HSL at Ser565 was significantly reduced in FKO mice (p<0.05). Furthermore, we examined if AMPK affects exercise-induced beige fat formation in white adipose tissue (WAT) by examining known fat browning markers UCP1, Cidea, and PRDM16. Although UCP1 mRNA expression did not differ, Cidea (p<0.01) and PRDM16 (p<0.01) mRNA expressions were significantly increased in FKO mice. In conclusion, our results demonstrate that manipulation of adipocyte AMPK may affect body fat composition, glucose homeostasis, lipolysis, and beige fat formation, suggesting its potential to serve as a therapeutic target for the treatment of various metabolic disorders.

介绍

肥胖已经成为一个严重的问题在美国。超过70%的美国成年人超重,肥胖和糖尿病的利率超过35%的美国人口。这肥胖导致多种慢性疾病患病率的增加在成人中,体重指数为30或更高的是证明风险因素在2型糖尿病,高血压,脂肪肝疾病、中风和某些癌症。此外,肥胖已经证明是心血管疾病的危险因素,在美国死亡的主要原因(歌手& Lumeng, 2017;斯坦德et al ., 2017)。据报道,减少肥胖症改善糖尿病血糖控制,从而限制胰岛素抵抗(梁、金太阳和约翰·p·威尔丁,1999)。此外,增加体育活动和运动训练支持治疗增加脂肪细胞代谢和限制肥胖(霍洛维茨,参考书籍和克莱因,年代。,2000)。然而,许多潜在的机制,控制运动训练的影响肥胖的规定并不完全理解。

一个可能的机制在调节脂肪细胞活化蛋白激酶(AMPK)的激活脂肪组织。AMPK作为energy-sensing丝氨酸/苏氨酸激酶。扮演关键角色在葡萄糖摄取和脂肪酸氧化,以及其他分解代谢的能源生产途径,AMPK信号分子调节是一个积分

在骨骼肌葡萄糖吸收的能源短缺(托勒&辛苦地,2007)。发现在所有真核细胞,激活细胞AMP / ATP比例增加,这可能是由于生产太少ATP通过剥夺葡萄糖或氧气或夸大ATP消费的因素,如过度的肌肉收缩和运动。通过上游激酶磷酸化,激活AMPK如LKB1(黄、Kwon & Yoon, 2009)。一旦激活,AMPK开关产生ATP的分解代谢过程,而关掉ATP-consuming过程,如细胞生长和增殖。

据悉,AMPK在脂肪细胞代谢起着重要的作用。具体地说,它已经表明,AMPK可以调节荷尔蒙脂肪酶活性(老总Koh HJ, Hirshman MF,他H et al ., 2007),已被证明有助于脂肪细胞的脂解作用(河中沙洲C。,2003)。另一项研究表明,过度抑制突变体的AMPK损害3 t3-l1脂类分解脂肪细胞,这表明AMPK活性增加脂肪细胞的脂解作用(阴W,μJ,伯恩鲍姆乔丹,2003)。此外,脂肪细胞特定AMPK已被证明会加剧胰岛素抵抗,通过减少肝脂肪变性棕色和浅褐色脂肪组织功能(Mottillo et al ., 2016)。先前的研究表明,AMPK水平增加了运动后大鼠(鲁德尔曼:B。,h .公园,v . k . Kaushik d·迪恩,s .常数,m . Prentki和a·k·萨哈,2003)以及在人类(瓦特,m . J。福尔摩斯,a G。Pinnamaneni,美国K。Garnham, a P。斯坦伯格,g R。坎普,b, E。Febbraio, 2006)。

AMPK活化导致的净效应增加脂肪酸氧化和减少glycerolipid合成,但这些研究结果的相关性关系的能力的AMPK激活减少肥胖还有待阐明(鲁德尔曼:B。,h .公园,v . k . Kaushik d·迪恩,s .常数,m . Prentki和a·k·萨哈,2003)。在这项研究中,我们选择检查AMPK FKO对附睾的脂肪的影响,因为它是研究比皮下脂肪少。我们的初步数据显示,长期锻炼可以减少脂肪量和增加AMPK催化亚基活动组织(图1)。然而,AMPK的直接机制之间存在信号和运动性脂肪细胞代谢尚未确定。

因此,我们假设AMPK运动给小鼠脂肪细胞代谢中起着重要的作用,通过调节脂类分解葡萄糖稳态,棕色脂肪的形成,和脂肪细胞成分。

图1所示。慢性运动增加AMPKα1和α2活动在大鼠脂肪细胞。(一)运动训练6周有效减脂体重体重却不会改变。(B和C) AMPKα1从大鼠附睾的脂肪含量和α2活动训练6周和允许休息前30个小时学习。n = 6 /组。* * *表明p < 0.05,表明p < 0.01与控制。

材料和方法

动物

动物使用和实验过程进行协议按照国家卫生研究院的指导方针和制度动物保健和使用委员会批准的南卡罗莱纳大学。bob官方体育登陆Fat-specific AMPK基因敲除小鼠生成使用Cre-loxp复合系统跨越C57BL / 6株小鼠与液氧AMPKα1和α2基因,从杰克逊实验室购买,Adiponectin-Cre转基因C57BL / 6小鼠,天才Rosen博士在贝斯以色列女执事医疗中心。男性AMPK FKO小鼠和野生型的同胞被维护在一个无菌动物设施标准12小时光/ 12小时黑暗周期,并保持食物饮食(20%的热量来自脂肪;5020年实验室饮食)。老鼠在12 - 15周的学习年龄,如图传说中指定。包括每周测量体重、血糖和食物摄入量。用扫描仪测量之前进行培训,6周后三星期后的训练。GTT测量后第5周的训练。

运动训练

运动组小鼠每天跑步机训练了一个小时6周。在第一周,老鼠跑12米/分钟的速度在5%的坡度。在周2 - 6,老鼠跑16米/分钟的速度在5%的坡度。控制在久坐不动的组不接受运动训练。

PCR协议和分析

总RNA提取脂肪样本的AMPK FKO老鼠,使用Cre-loxp复合系统,生成和使用RNeasy WT同窝出生的迷你包(试剂盒)。第一个链DNA合成使用逆转录酶(σ)。相对mRNA水平计算,每个引物的PCR产品规范化设置为18 s RNA。

免疫印迹分析和抗体

收集附睾的脂肪和蛋白质溶解产物准备免疫印迹分析。组织和细胞裂解缓冲迅速处理。免疫印迹分析被用来评估蛋白质和各种分子的磷酸化水平。主要从商业来源抗体购买包括GAPDH;AMPKa1;pAMPK;ACC;扣带皮层部位;奥软;pHSL S565; pHSL S660 (Cell Signaling). Secondary antibodies used were horseradish peroxidase (HRP)-conjugated anti-rabbit (Amersham), HRP-conjugated anti-mouse (Upstate), and HRP-conjugated anti-goat (Promega). All the indicated antibodies were used at the dilutions suggested by the manufacturer. Blots were developed using ECL reagents (Amersham Pharmacia), and bands were visualized and quantified using ImageJ (NIH).

统计分析

数据意味着±S.E.M.所有数据比较使用学生的学习任务,单向方差分析或双向方差分析。组之间的差异被认为是显著,p < 0.05。

结果

1。淘汰赛Fat-Specific AMPK影响脂肪细胞的形态和改善身体成分

食物摄入量和体重测量期间每周训练6周。食物摄入量(A)基因型之间不变,而体重(B)变化是重要的只有三周的培训(p = .036)。整体身体成分在FKO组显著提高。邮局需要你用显示平均WT身体脂肪百分比是21.43%,而平均KO身体脂肪百分比是16.38%。同样,精益质量百分比WT三周后显著降低小鼠的跑步训练。WT精益质量平均是78.92%,而平均KO精益质量是83年。98%。这种趋势持续,经过6周的培训,整体训练FKO小鼠脂肪量百分比明显低于那些在WT组训练(C)和整体训练老鼠FKO精益质量百分比明显高于WT培训组(D)。有趣的是,他走时染色的附睾的脂肪组织(E)证实,AMPK FKO增加脂肪细胞直径(F)和横截面积(G)在附睾的脂肪在久坐不动的组;然而,这些影响是完全废除运动训练组。最后,AMPK FKO显著降低附睾的脂肪垫重量锻炼组(H)。

图1:AMPK脂肪特定淘汰赛和野生型的同胞在TM和SED组织招募。TM接受6周训练1小时/天16米/分钟5%的坡度。6周后的TM或SED,附睾的(Epi)脂肪收集。(A)平均食物摄入量测量一次/周,(B)平均体重测量一次/周(C) WT vs FKO运动后脂肪量百分比(D) WT vs FKO运动后肌肉百分比(E) H E染色(F)子脂肪细胞的横截面面积量化和(G)直径(H) Epi脂肪垫质量KO / WT±S.E.M.,n = 8 /组。* * * *表明p < 0.05, p < 0.001与对话;# # #显示p < 0.001与WT。

2。AMPK FKO减少AMPK及其下游附睾的脂肪

基因型是确诊AMPK FKO组与免疫印迹分析和量化相对AMPK蛋白表达在附睾的脂肪。正如所料,这两个AMPKα1 (A)和磷酸化AMPK (C)在附睾的仓库FKO组明显减少。此外,乙酰辅酶a羧化酶(ACC)表达式也分析了,因为它被认为是一个敏感的AMPK的下游。磷酸化ACC比总ACC (E)显著减少FKO老鼠。此外,奥软测量和磷酸化高速逻辑水平。AMPK在丝氨酸磷酸化奥软565,而另一个分子,PKA在丝氨酸磷酸化奥软660。正如所料,在丝氨酸磷酸化奥软565 (G)显著减少FKO老鼠,而FKO没有影响磷酸化丝氨酸高速逻辑水平660 (I)。

图2:免疫印迹进行附睾的(Epi)脂肪组织为了量化蛋白表达。(一)AMPKα1和(B)相对量化。(C) pAMPK和(D)相对表达式。总额(E)和磷酸化ACC (F)相对量化。(G)总奥软和磷酸化奥软Ser 565 (H)相对量化。(我)总奥软和磷酸化奥软Ser 660 (J)相对量化。数据意味着±S.E.M.,n = 4 - 5 /组。#表明P < 0.05 # #,则表明P < 0.01与WT。

3所示。AMPK淘汰赛改善葡萄糖体内平衡

5周的训练后,葡萄糖耐量试验(GTT)管理的老鼠为了测量葡萄糖体内平衡。GTT证明,FKO小鼠显著提高葡萄糖稳态在120分钟(A)。

图3:(A)葡萄糖耐量试验(GTT)是由葡萄糖注射小鼠2 g /公斤体重后隔夜空腹和测量血糖水平为120分钟,每15分钟(B)这些结果量化。数据意味着±S.E.M, n = 4 - 5 /组。#表明P < 0.05 # #,则表明P < 0.01与WT。

4所示。删除AMPK增加脂肪褐变标记为了锻炼

棕色脂肪形成的几个标记被用rt - pcr的mRNA分析附睾的脂肪样本。尽管没有显著改变的mRNA水平UCP1 (A)或Dio2 (B),附睾的脂肪的mRNA水平PRDM16 (C)和Cidea (D)是显著增加FKO培训组比久坐不动的组。

图4:布朗宁标记(A) UCP1(模拟),(B) PRDM16, (C) Dio2和(D) Cidea mRNA表达通过rt - pcr检测。数据意味着±S.E.M.,n = 3 - 4 /组。* *表示P < 0.01 vs . Sed。

讨论:

II型糖尿病、心血管疾病和肥胖是代谢紊乱具有高患病率在美国。最近,代谢代谢研究的发展导致了更大的对脂肪细胞的发育和分化的理解,标志着一个新的治疗选择这些代谢疾病(Walden,汉森,Timmons,大炮,&奈德嘎德,2012)。这项研究的结果表明,AMPK的敲除脂肪组织明显改善身体成分通过减少脂肪量和增加百分比精益质量百分比与一致的有氧训练。与皮下脂肪,我们实验室已经证明了,淘汰赛AMPK减少脂肪细胞大小的久坐不动和训练团体,AMPK FKO增加了脂肪细胞直径和横截面积在附睾的脂肪在久坐不动的组。然而,这种增加脂肪细胞的大小是完全改善运动组。事实上,AMPK FKO结合运动显著降低附睾脂肪垫组织质量。这些结果说明AMPK的淘汰赛可以提供一个有效的治疗肥胖与运动相结合通过显著减少脂肪细胞大小和总脂肪量的病人。

AMPK众所周知,在能量平衡中发挥作用,有人建议,AMPK水平的操作可能扮演了一个重要的角色在药物治疗2型糖尿病的发展,和代谢综合症(托勒&辛苦地,2007)。除了AMPK对脂肪代谢的影响,结果表明AMPK的调节葡萄糖代谢和体内平衡。事实上,在当前的研究中,AMPK FKO老鼠表现出显著提高葡萄糖体内平衡的120分钟post-glucose注入,这表明淘汰赛的AMPK可以改善葡萄糖吸收,降低胰岛素抵抗的患者。因此,表达下调AMPK在脂肪组织可以作为有益的治疗II型糖尿病通过改善患者的敏感性和葡萄糖代谢。

脂肪组织是由脂肪细胞甘油三酯的形式储存能量。当需要能量时,如在运动过程中,脂类分解开始,导致甘油三酯的分解成游离脂肪酸为工作骨骼肌提供燃料。人类有三种类型的脂肪细胞:能源存储白色脂肪细胞中发现传统的白色脂肪组织(窟),能源燃烧褐色脂肪细胞中发现的褐色脂肪组织(蝙蝠),第三个“米色”或“闪亮”脂肪细胞出现在窟,但保留了蝙蝠的代谢活动(Ohno,信田,Spiegelman & Kajimura, 2008)。蝙蝠和米色脂肪都积极参与生热作用。已经表明,增加产热是一个方法增加基础代谢率,因此,增加日常能量消耗,提供一个有吸引力的替代机制来对抗肥胖症(惠特尔et al ., 2011)。目前的研究表明,淘汰赛的AMPK附睾的脂肪含量显著增加几个布朗宁标记与运动相结合。这表明,降低脂肪的AMPK的表达可以作为治疗肥胖诱导产热增加棕色脂肪活动的结果。

总之,这些结果表明,AMPK的淘汰赛可能作为一种有价值的治疗治疗一些代谢疾病,包括肥胖和2型糖尿病,除了其他疾病与肥胖密切的联系,如心血管疾病和脂肪肝。一个限制在本研究的适用性的能力来执行这种淘汰赛的AMPK在人类脂肪组织。然而,这可能是克服制药的发展旨在灭活AMPK或其上游监管机构,从而表达下调其效果。未来的研究需要调查信号分子如AMPK的潜在机制会导致这些有益的表型变化。

关于作者

亚历克·m·Giakas

亚历克(Michael Giakas目前是第二年医科学生在哥伦比亚,南卡罗来纳大学医学院的SC,他收到了他的废话,英航从南卡罗莱纳大学的荣誉bob官方体育登陆学院作为BARSC-MD项目的一员。亚历克完成两年的本科Ho-Jin Koh博士的研究分子代谢实验室系的运动科学研究AMPK在代谢的不同方面的影响。亚历克也致力于研究慢性疼痛和自杀之间的关系;锁定髓内固定螺钉的有效性在股骨转子间骨折修复;牙龈疾病之间的关系,小血管疾病和脑血管意外;糖尿病患者足部疾病的患病率。

引用

河中沙洲,c (2003)。调节荷尔蒙脂肪酶和脂解作用分子机制。生化社会事务,31 (6),1120 - 1124。doi: 10.1042 / bst0311120

霍洛维茨,j·F。& Klein),美国(2000年)。脂质代谢在耐力运动。美国临床营养学杂志》,72 (2)。doi: 10.1093 / ajcn / 72.2.558s

黄,j . T。Kwon, d . Y。& Yoon s . h (2009)。活化蛋白激酶:一个潜在的目标由天然多酚预防的疾病。新的生物技术,26 (1 - 2),17-22。https://doi.org/10.1016/j.nbt.2009.03.005

Koh, H。老总,Hirshman, M。他,H。李,Y。Manabe, Y。Balschi, J。&固特异,l (2007)。肾上腺素是一种重要的中介急性运动性活化蛋白激酶激活脂肪细胞。生物化学杂志,403 (3),473 - 481。doi: 10.1042 / bj20061479

梁,k . S。&威尔丁,j . p . (1999)。肥胖和糖尿病。最佳实践与研究临床内分泌学与代谢,13 (2),221 - 237。doi: 10.1053 / beem.1999.0017

Mottillo, e . P。,德斯贾丁斯,e . M。起重机,j . D。史密斯,b K。、绿色、a E。Ducommun公司的年代。斯坦伯格…,g . r . (2016)。缺乏脂肪细胞AMPK加剧胰岛素抵抗,肝脂肪变性棕色和浅褐色脂肪组织功能。细胞代谢,24 (1),118 - 129。https://doi.org/10.1016/j.cmet.2016.06.006

Ohno, H。信田,K。,Spiegelman B。& Kajimura,美国(2008年)。PPAR激动剂诱导whiteto-brown脂肪转换通过稳定PRDM16蛋白质。北,29 (10),1883 - 1889。https://doi.org/10.3174/ajnr.A1256.Functional

鲁德尔曼:B。,h .公园,v . k . Kaushik d·迪恩,s .常数,m . Prentki和a·k·萨哈。“AMPK在大鼠代谢开关肌肉,肝脏和脂肪组织运动后。”Acta Physiologica Scandinavica 178.4 (2003): 435-42. Web.

歌手,K。& Lumeng, c, n (2017)。在儿童肥胖代谢炎症的起始。临床研究学报,127 (1),65 - 73。https://doi.org/10.1172/JCI88882

,年代。Kozlitina, J。Nordestgaard, b, G。Tybjærg-Hansen,。霍布斯,H . H。Cohen & j . c (2017)。肥胖症的遗传风险放大脂肪肝授予由多个位点。自然遗传学,49 (6),842 - 847。https://doi.org/10.1038/ng.3855

托勒,m . C。和艰苦的,d . g . (2007)。活化蛋白激酶在代谢控制和胰岛素信号。循环研究,100 (3),328 - 341。https://doi.org/10.1161/01.RES.0000256090.42690.05

《瓦尔登湖》,t . B。汉森,i R。Timmons, j。大炮,B。&奈德嘎德j . (2012)。招募和nonrecruited布朗的分子签名,“闪亮”和白色脂肪组织。美国:内分泌和新陈代谢,302 (1),E19-E31。https://doi.org/10.1152/ajpendo.00249.2011

瓦特,m . J。福尔摩斯,a G。Pinnamaneni,美国K。Garnham, a P。斯坦伯格,g R。坎普,b, E。Febbraio,文学硕士(2006年)。奥软丝氨酸磷酸化调节骨骼肌和脂肪组织。美国杂志…,500 - 508。https://doi.org/10.1152/ajpendo.00361.2005。

惠特尔a·J。洛佩兹,M。& Vidal-Puig a (2011)。用褐色脂肪组织来治疗肥胖的核心问题。分子医学趋势,17 (8),405 - 411。https://doi.org/10.1016/j.molmed.2011.04.001

阴,W。μ,J。,伯恩鲍姆,m . j . (2003)。活化蛋白激酶的作用在循环AMP-dependent 3 t3-l1脂肪细胞的脂解作用。生物化学学报,278 (44),43074 - 43080。doi: 10.1074 / jbc.m308484200