вплив

  • реферат
  • Передумови:
  • результати:
  • висновок:
  • вступ
  • Матеріали і методи
  • Тварини та лікування
  • Бігові доріжки та дослідження м’язів
  • Гіперінсулінемічний - евглікемічний затискач
  • хімія
  • Статистичний аналіз
  • результат
  • Короткочасне лікування RAP-031 збільшує м’язову масу, силу та скорочення
  • Тривале лікування RAP-031 збільшує м’язову масу, зменшує жир і підвищує чутливість до інсуліну
  • обговорення
  • Конфлікт інтересів

реферат

Передумови:

Міостатин, також відомий як фактор росту та диференціації 8, є секретованим білком, який пригнічує ріст м’язів. Порушення сигналізації міостатину збільшує м’язову масу та знижує рівень глюкози, проте не ясно, чи пов’язані ці зміни. Ми лікували мишей на дієті з високим вмістом жиру розчинним рецептором активіну типу IIB (ActRIIB, RAP-031), передбачуваним ендогенним сигнальним рецептором міостатину та інших лігандів суперсімейства TGF-β.

результати:

Через 4 тижні RAP-031 збільшив м’язову та м’язову масу, силу зчеплення та силу скорочення. RAP-031 покращив здатність інсуліну пригнічувати вироблення глюкози в умовах затиску у мишей з високим вмістом жиру, але істотно не змінював кліренс глюкози, опосередкований інсуліном. Сенсибілізуючий ефект печінкового інсуліну при лікуванні RAP-031 був пов’язаний із підвищенням рівня адипонектину. Лікування RAP-031 протягом 10 тижнів ще більше збільшило м’язову масу і різко зменшило жир у мишей на дієті з низьким або високим вмістом жиру. RAP-031 пригнічував вироблення печінкової глюкози та збільшував периферичне споживання глюкози у годували мишей. На відміну від цього, RAP-031 пригнічував вироблення глюкози без явних змін у зберіганні глюкози у мишей з високим вмістом жиру.

висновок:

Отримані нами дані вказують на те, що порушення сигналізації ActRIIB є життєздатним фармакологічним підходом до лікування ожиріння та діабету.

Міостатин є членом надродини TGF-β, яка переважно експресується і секретується скелетними м’язами. 1 Мутація втрати функції гена міостатину призводить до значного збільшення м’язової маси у мишей, великої рогатої худоби, собак та людей. 1, 2, 3, 4 Біологію міостатину фармакологічно досліджували шляхом ін’єкцій нейтралізуючих антитіл або пропептиду міостатину, які збільшують м’язову масу у мишей. 5, 6, 7 Білки, що зв’язуються з міостатином, наприклад фололітатин, ген, пов’язаний з фолістатином, і сироватковий білок-1, пов’язаний із фактором росту та диференціації, призводять до пригнічення активності міостатину та посилення росту м’язів. На додаток до впливу на м’язи, міостатин сприяє або пригнічує адипогенез. 9, 10, 11

Показано, що розчинний злитий білок ActRIIB/Fc (RAP-031) збільшує м’язову масу та силу на мишачій моделі аміотрофічного бічного склерозу. У цьому дослідженні ми лікували мишей на дієті з високим або високим вмістом жиру цією сполукою та вивчали взаємозв'язок часу між складом тіла та чутливістю до інсуліну.

Матеріали і методи

Тварини та лікування

Бігові доріжки та дослідження м’язів

Мишей, оброблених RAP-031 або транспортним засобом, було акліматизовано до модульної бігової доріжки, підключеної до непрямого калориметра з відкритим контуром (CLAMS, Columbus Instruments, Columbus, OH, USA). Після 4 тижнів лікування мишей позбавляли їжі протягом 5 годин, а непряму калориметрію проводили у стані спокою протягом 1 години, після чого виконували примусову вправу на біговій доріжці (10 ° 15 хв на 10 м хв-1, а потім 2 год на 15 м хв). 1).

М'язову силу передніх кінцівок вимірювали за допомогою адгезійного вимірювача (TSE; Bad, Гамбург, Німеччина). Мишей навчали хапати горизонтальний металевий стрижень, потягуючи їх за хвости, і датчик виявляв силу. Десять вимірювань визначали для кожної миші та усереднювали. Мишей жертвували вуглекислим газом, м’язи висікали і зважували, а ex vivo аналізували скорочення м’язів розгиначів пальців (EDL). Відповіді на Twitch та правець оцінювали, як описано раніше. 5, 23, 24 Наприкінці фізіологічних досліджень м'язи швидко заморозили в ізопентані, охолодженому в рідкому азоті, і перед різанням розрізали до -80 ° C. Серійні заморожені ділянки (10 мкм) вирізали в середині м'яза EDL черевної порожнини, фіксували 100% крижаним метанолом. (5 хвилин) і зберігали в герметичних контейнерах при -80 ° C. Зрізи досліджували після фарбування гематоксиліном та еозином або АТФазою. Фотографії були зроблені за допомогою мікроскопа Olympus BX51, оснащеного камерою Magnafire. Морфометричні вимірювання проводили на оцифрованих зображеннях із використанням програмного забезпечення Scion Image 4.02 (Frederick, MD, США), як описано раніше. 5

Гіперінсулінемічний - евглікемічний затискач

хімія

RAP-031 або мишей, оброблених носіями, на нормальній дієті або з високим вмістом жиру протягом 4 або 10 тижнів, їжу збирали з 0800 до 1300 годин, а потім жертвували діоксидом вуглецю. Серцеву кров збирали і сироватку зберігали при -20 ° C. Глюкозу та ліпіди в сироватці крові вимірювали за допомогою колориметричних ферментних аналізів (Stanbio, Boerne, TX, USA). Інсулін, лептин та адипонектин вимірювали за допомогою імуноферментних аналізів (Crystal Chem, Evanston, IL, США; Linco, St Charles, MO, USA).

Статистичний аналіз

Вплив лікування RAP-031 на різні параметри в кожній групі дієт оцінювали за допомогою непарного t-тесту. P 1 ip двічі на тиждень) значно збільшила масу тіла у мишей із нормальним харчуванням (31 ± 0,8 проти 27,1 ± 1,25 г) або високим вмістом жиру (35,5 ± 1,3, 34 проти 29,8 ± 1,42 г) через 4 тижні (рис. 1а ). У мишей, які отримували RAP-031, спостерігалося значне збільшення споживання дієтичної їжі (12, 8 ± 0,46 порівняно з 11,7 ± 0,39 ккал на мишу на день, P = 0,036) та незначне збільшення дієти з високим вмістом жиру (14, 6 ±) 0,69 проти 13 ± 0,57 ккал на мишу на день; Р = 0,11). М'ясна маса була збільшена за допомогою RAP-031, але вміст жиру суттєво не відрізнявся (малюнки 1b, c). Лікування RAP-031 збільшило шлунково-кишковий, квадрицепс та м’язову масу EDL (малюнки 1d-f). Морфометричний аналіз показав, що RAP-031 не суттєво збільшив кількість м’язових волокон EDL порівняно з лікуванням носієм (дієта для дієти: 807, 5 ± 76, 1 проти 848, 6 ± 99, 7, P = 0,75; дієта з високим вмістом жиру: 1044 ± 60, 2 проти 982, 7 ± 27, 4)., Р = 0,38). Раніше площа поперечного перерізу волокон EDL зміщувалася вправо, а середня площа волокон збільшувалась у відповідь на лікування RAP-031, що узгоджується з гіпертрофією м’язів (рис. 2a-d).

Ефекти 4-тижневого лікування RAP-031 (біла паличка) або транспортний засіб (чорна паличка) на a ) вага тіла, b ) бідні і c ) жирова маса. ( d - f ) скелетної м’язової маси. Дані середні ± sem, N = 10; * P ** P *** P

Вплив 4-тижневого лікування RAP-031 (біла смужка) або транспортний засіб (чорна смужка) на перерізи м’язів волокон EDL у мишей на нормальній дієті годування ( a, b ) або дієта з високим вмістом жиру ( c, d ). Дані є середніми ± sem N = 5; * P

Вплив 4-тижневого лікування RAP-031 (біла смужка) або транспортний засіб (чорна смужка) на споживання кисню (VO 2) a ) основних умов та b ) найкращих умов вправ на біговій доріжці, c ) міцність адгезії та d, e ) скорочення ЕДЛ ex vivo. Дані є середніми ± sem N = 5; * P ** P 1 хв-1, P = 0,03) у мишей на дієті з високим вмістом жиру, що відповідає поліпшенню чутливості до інсуліну (рис. 4в). Здатність інсуліну пригнічувати HGP (25, 3 ± 2, 9 проти 33, 7 ± 2, 1 мл кг -1 -1 хв-1, Р = 0,047) була збільшена за допомогою RAP-031, але ми не виявили статистично значущий вплив RAP-031 на Rd (69, 2 ± 2, 35 проти 60, 7 ± 4, 48 мл кг-1 хв-1, P = 0, 12) (Рисунок 4c) або поглинання глюкози WAT або м’язами (Рисунок 4г).

Стіл в натуральну величину

Виробництво базальної глюкози та гіперінсулінемічно-евглікемічний затискач у мишей, що годуються кормом (NC) або з високим вмістом жиру (HF), які отримували RAP031 (біла смужка) або носій (чорна смужка) протягом 4 тижнів. a ) кінетика глюкози в базальних умовах та на тваринах в режимі НК; b ) ВВД і споживання глюкози в м’язах при дієті, що діє на НК; c ) кінетика глюкози в базальних і тваринних умовах на високочастотній дієті; d ) ВВД і споживання глюкози в м’язах при високочастотній дієті. Дані є середніми ± sem N = 5. * P -1 -1 хв -1, P = 0.03) та Rd (118 ± 15.3 проти 62.6 ± 5.5 мл кг -1 -1-1, P = 0.009), тоді як HGP становив пригнічений (5,67 ± 0,63 проти 16,9 ± 3,17 мл кг-1 хв-1, Р = 0,008) (рис. 6а). Стимульоване інсуліном поглинання глюкози у ВАТ та м’язах було збільшено за допомогою RAP-031 (рисунок 6b). На дієті з високим вмістом жиру RAP-031 збільшував ГІР (43, 3 ± 3, 9 проти 27, 8 ± 2, 7 мл кг -1 хв-1, P = 0,03) і пригнічував HGP (6,7 78 ± 0, 5 проти . 22, 3 ± 4,8 мл кг -1 хв-1, P = 0,008) (Малюнок 6c), але не змінив Rd (50, 2 ± 3, 5 проти 51, 1 ± 3, 3 мл - 1 хв-1, P = 0, 12) або поглинання глюкози ВАТ або м’язами (рис. 6г).

Ефекти 10 тижнів лікування RAP-031 (біла паличка) або транспортний засіб (чорна паличка) a ) вага тіла, b ) нежирна речовина, c ) жирова маса. Дані є середніми ± sem N = 5; * P ** P

Кілька рядків доказів привели нас до думки, що постнатальне пригнічення передачі сигналів ActRIIB призведе до збільшення м’язової маси, зменшення жиру та поліпшення гомеостазу глюкози. Експресія міостатину та ActRIIB змінюється в жировій тканині та скелетних м’язах у мишей із ожирінням. 13 мишей Mstn -/- мають збільшену м’язову масу, знижений вміст жиру та покращену чутливість до інсуліну. 16, 17 Подібним чином, трансгенні миші, які надмірно експресують пропептид міостатину, що блокує передачу сигналів міостатину, розвивають покращену толерантність до глюкози та чутливість до інсуліну при дієті з високим вмістом жиру. Однак лікування in vivo міостатином спричинило суперечливий вплив на м’язову масу та жир. Циммерс та ін. 32 стверджує, що підшкірне введення 2 мкг міостатину протягом 7 днів зменшувало жир у організмі самок мишей. Ці результати не могли бути відтворені в іншому дослідженні. 33 Натомість 120 мкг міостатину, який давали протягом 21 дня, зменшував м’язову масу без зміни жиру у мишей дикого типу чи генетичного ожиріння. 33

Наше дослідження виявило цікаву динаміку між складом тіла та гомеостазом глюкози після лікування RAP-031. Як і слід було очікувати, RAP-031 швидко збільшив м’язову та м’язову масу. Однак це не призвело до значного збільшення опосередкованого інсуліном кліренсу глюкози в м'язах або жирі мишей на дієті з високим вмістом жиру або жиру. Натомість 4 тижні лікування RAP-031 у дієтичних мишей з високим вмістом жиру призвели до значного посилення глюкозодепресуючого ефекту інсуліну. Цікаво, що ефект RAP-031 на сенсибілізацію печінки до інсуліну був пов’язаний із підвищенням рівня адипонектину. Адипонектин експресується в жировій тканині, циркулює у вигляді комплексів з низькою та високою молекулярною масою і, як було показано, підвищує чутливість до інсуліну. 34 Подібно до наших результатів, трансгенна надмірна експресія пропептиду міостатину у мишей, які харчувались з високим вмістом жиру, призвела до підвищення рівня адипонектину. 7 Експресія мРНК адипонектину в епідидимальному жирі трансгенних мишей-пропептидів міостатину була в 12 разів вищою, ніж у послідах дикого типу, що свідчить про те, що посилений ріст м’язів певним чином стимулює експресію адипонектину. 7

Ми вважаємо, що наше перше дослідження показало, що фармакологічне порушення сигналізації ActRIIB призводить до зниження вмісту жиру, підвищеної чутливості до інсуліну та збільшення маси скелетних м’язів. Ці результати вказують на те, що пригнічення передачі сигналів ActRIIB є життєздатною стратегією для запобігання або лікування ожиріння, інсулінорезистентності та діабету. Сигнальні механізми, за допомогою яких RAP-031 регулює м’язову масу та чутливість до інсуліну, ще не визначені. Недавнє дослідження показало, що індукована міостатином атрофія м’язів через фактори транскрипції Smad 2 та Smad3. На відміну від цього, інгібування Smad2/3 сприяло гіпертрофії м’язів, частково за допомогою сигналів mTOR та Akt. 37 Ці результати були підтверджені ще одним дослідженням, яке показало, що міостатин пригнічує диференціювання міобластів, пригнічуючи активність кінази Akt/TORC1/p70S6. Потрібна подальша робота, щоб визначити, чи опосередковують ці шляхи вплив ActRIIB на чутливість до інсуліну, ожиріння та інші метаболічні процеси.

Конфлікт інтересів

Джеффрі Укран та Дженніфер Лейчі є співробітниками Acceleron Pharma, яка проводила дослідження RAP-031.