Μελέτη της έκφρασης γονιδίων που ρυθμίζουν την ενεργειακή ομοιόσταση στο κεντρικό νευρικό σύστημα σε μοντέλο παχυσαρκίας επίμυων

Abstract

The gut-brain axis maintains energy homeostasis through signaling of the membrane receptors for Growth Hormone Secretagogue (ghrelin)-GHSR, Leptin-LEPRb, Melanocortin-4 (a-MSH)-MC4R, and Cannabinoids-CB1R. The inter-regulation of ligand-receptor along this axis, primarily controlled by the hypothalamus, is crucial for the maintenance of physiological body weight as imbalances may lead to positive energy metabolism and then obesity. The appetite-regulating ghrelin acting through the endocannabinoid system promotes food intake and fat storage, whereas leptin inhibits appetite through its actions on a-MSH to reduce body weight. During diet-induced weight loss, long-term alterations such as increased ghrelin and decreased leptin, impose compensatory mechanisms encouraging weight regain. However, the hypothesis that weight loss may alter central sensitivity to circulating hormones has not been examined. Therefore, we investigated possible reprogramming in the central expression of energy homeostasis-related receptors during weight loss induced by diet with or without sleeve gastrectomy (SG), a bariatric surgery where both lower body weight and circulating ghrelin levels are maintained in the long-term. Rats were induced to obesity with high-fat diet (HFD) and then onto weight loss via removal of HFD with or without SG and the expression of these receptors was assessed by RT-PCR and Western blotting in distinct brain areas. We detected significant changes in the expression of CB1R, GHSR and MC4R in the hypothalamus and the reward center amygdala during HFD withdrawal, which depict an “addictive” molecular phenotype. In sleeve-gastrectomized animals short- and long-term changes of the acyl-ghrelin-CB1R axis primarily affected the maintenance of low endocannabinoid signaling to sustain the weight loss, while the impact of leptin signaling remained stable yet low over time. Thus, these results show that SG was necessary to reprogram the hypothalamus and amygdala to maintain lower body weight and suggest that peripheral intervention into the ghrelin-CB1R axis should be considered as a therapeutic target for human obesity.

Ο άξονας γαστρεντερικού σωλήνα-εγκεφάλου διατηρεί την ενεργειακή ομοιόσταση μέσω της μεταγωγής σήματος των μεμβρανικών υποδοχέων για τη γκρελίνη (Growth Hormone Secretagogue Receptor, GHSR), τη λεπτίνη (Leptin Receptor, LEPRb), την α-MSH (Melanocortin 4 Receptor, MC4R) και τα ενδοκανναβινοειδή (Cannabinoid 1 Receptor, CB1R). Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ προσδετών και των υποδοχέων τους σε αυτό τον άξονα, που ελέγχεται κυρίως από τον υποθάλαμο, είναι σημαντικές για τη διατήρηση φυσιολογικού σωματικού βάρους, καθώς χρόνιες διαταραχές αυτού του συστήματος οδηγούν σε θετικό ενεργειακό μεταβολισμό και στην ανάπτυξη παχυσαρκίας. Η γκρελίνη, ορμόνη που ρυθμίζει την όρεξη, δρα μέσω του συστήματος των ενδοκανναβινοειδών προωθώντας την πρόσληψη τροφής και την αποθήκευση λίπους. Αντίθετα, η ορμόνη λεπτίνη καταστέλλει την όρεξη μέσω του συστήματος a-MSH-MC4R μειώνοντας έτσι το σωματικό βάρος. Κατά την απώλεια βάρους μέσω δίαιτας, αλλαγές στα επίπεδα των ορμονών, όπως η αύξηση των επιπέδων της γκρελίνης και η μείωση αυτών της λεπτίνης, παίζουν ρόλο στην επαναπρόσληψη του απολεσθέντος βάρους. Ωστόσο, η υπόθεση ότι η απώλεια βάρους αλλάζει την κεντρική ευαισθησία σε ορμόνες δεν έχει διερευνηθεί. Συνεπώς, μελετήσαμε την έκφραση υποδοχέων στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα-ΚΝΣ κατά την απώλεια βάρους επαγόμενη από δίαιτα ή επιμήκη γαστρεκτομή-SG, μια βαριατρική επέμβαση όπου το χαμηλό σωματικό βάρος καθώς και τα χαμηλά επίπεδα της γκρελίνης διατηρούνται μακροχρόνια. Παχύσαρκοι επίμυες, μετά από δίαιτα υψηλών λιπαρών-HFD, ωθήθηκαν στην απώλεια βάρους μέσω διακοπής της HFD με ή χωρίς SG και η έκφραση των υποδοχέων μελετήθηκε με RT-PCR και Western blotting σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου. Ανιχνεύσαμε σημαντικές αλλαγές στην έκφραση των CB1R, GHSR και MC4R στον υποθάλαμο και στο κέντρο ανταμοιβής της αμυγδαλής μετά τη διακοπή της HFD, αλλαγές που χαρακτηρίζουν ένα μοριακό φαινότυπο «εθισμού». Σε ζώα που υποβλήθηκαν σε SG αλλαγές στον άξονα άκυλ-γκρελίνη-CB1R πρωταρχικά επηρέασαν τη διατήρηση χαμηλής μεταγωγής σήματος των ενδοκανναβινοειδών, ενώ η συμμετοχή του συστήματος της λεπτίνης παρέμεινε σταθερά χαμηλή με την πάροδο του χρόνου. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η επιμήκης γαστρεκτομή ήταν απαραίτητη για τον επαναπρογραμματισμό του υποθαλάμου και της αμυγδαλής για τη διατήρηση του χαμηλότερου σωματικού βάρους. Προτείνουμε να εξεταστεί η παρέμβαση στον άξονα γκρελίνης-CB1R στην περιφέρεια ως θεραπευτικός στόχος για την ανθρώπινη παχυσαρκία.