Οι μεταβολές των πεπτιδίων του εντεροϊνσουλινικού άξονα μετά από την ενδοεγκεφαλοκοιλιακή έγχυση του νευροπεπτιδίου Ορεξίνη-Α: πειραματική μελέτη σε χοίρους

Abstract

Hypothalamus plays a primary role in maintaining metabolism and energy homeostasis with the main aim of keeping the harmonious function of the organism. It is the common area of production and (potentially) of action of a large number of neuropeptides, whose total number and complete recording of properties remains a field of active research with conflicting and ambiguous results. The neuropeptide Orexin-A is produced by a small cluster of neurons round the nucleus of the fornix (posterior hypothalamus), the paraventricular and dorsomedial nuclei, the ventromedial hypothalamus, as well as the lateral hypothalamic region; these are sites known to be involved in regulating feeding in mammals. Orexin-A was initially isolated in 1998 from the extracts of the cerebral tissue of rats. The impressive dispersion of the axes from the aforementioned neurons that produce Orexin-A, as well as the existence of the corresponding neuropeptide receptors in many organs, render it a significant regulatory factor, not only in the appetite phenomenon, but also in a variety of other normal functions. Targeting the pancreas, Orexin-A seems to play are gulatory/mediatory role in the functional linkage of hypothalamus, pancreas, and intestine and, by extension, at the enteroinsular axis, which expresses the functional linkage between the GI tract and the pancreatic islets. The aim of our study was to carry out an i.c.v. injection of the neuropeptide Orexin-A of porcine origin in the pig’s brain in two different ways of administration (rapid and slow injection – duration: 15 minutes), in two different doses of Orexin-A (5 and 10mg), and also combined with a simultaneous glucose administration. Any changes in insulin, glucagon, GIP, and C-peptide concentrations were recorded in the peripheral blood of the pigs at five successive time periods (15 minutes prior to the injection, in the beginning of the rapid or slow injection, and after 5, 15, and 30 minutes). Through this experimental protocol, an attempt was made to understand the principles of function and determine the degree of participation/effect of Orexin-A in the function of the enteroinsular axis, since the properties of all four peptides are directly or indirectly involved with the axis. A novel subcutaneous epicranial valve was placed on the experimental animals, thus allowing multiple catheterizations. Finally, eleven healthy pigs weighing 10 kg each, approximately, were used in our study, instead of seven pigs specified in the experimental protocol. In two of these experimental animals, it was impossible to carry out the experiment, because the cerebral parenchyma was heavily injured due to the incorrect and hasty placement of the lumbar puncture tube causing the sudden death of the pigs. The other two pigs were used as follows: One was used to perform a CT scan of the brain in vivo and the other was used to take photographs of the cerebral parenchyma. Plasma insulin levels presented a statistically significant increase throughout the experiment, both in the 5mg dose and the 10mg dose, in both ways of administration (rapid and slow injection). Similarly, with the simultaneous intravenous glucose administration, an even larger statistical increase in insulin levels was seen throughout the experiment in both doses of the neuropeptide mentioned above, in both different ways of administration, respectively. Plasma glucagons levels presented a statistically significant increase from the beginning of the experiment until the end, both for the 5mg dose and the 10mg dose, in both ways of administration (rapid and slow injection). With the simultaneous intravenous glucose administration, a statistically significant increase in glucagon concentrations was noted during the first 15 minutes of the experiment. Subsequently, its values presented a gradual decrease until the end of the experiment. This behavior was noted in both doses of Orexin-A, and in both ways of administration, respectively. Plasma GIP levels presented a statistically significant increase throughout the experiment in both doses of 5 and 10 mg, in both ways of administration (rapid and slow injection). Similarly, with the simultaneous intravenous glucose administration, there was a statistically significant increase in GIP levels throughout the experiment, which was even larger, in both doses of the neuropeptide as mentioned above, in both different ways of administration, respectively. Plasma C-peptide levels presented a statistically significant increase from the beginning of the experiment until the end, in both doses of 5 and 10mg, in both ways of administration (rapid and slow injection). Similarly, with the simultaneous intravenous glucose administration, there was an even larger statistical increase in C-peptide levels throughout the experiment, in both doses of 5 and 10mg of the neuropeptide administered, both for the rapid and the slow injection. The i.c.v. injection of porcine Orexin-A affects insulin, glucagon, GIP, and C-peptide concentrations in the peripheral blood of the pig in a time- and dose-dependent way, thus causing eventually an increase in their concentrations. It is well known and accepted that all four hormones examined are directly or indirectly involved in the function of the enteroinsular axis. Based on the above experimental data, probably an i.c.v. injection of porcine Orexin A seems to play a regulatory/mediatory role in the function of the enteroinsular axis in pigs.

Για τη διατήρηση του μεταβολισμού και την ενεργειακή ομοιόσταση με βασικό σκοπό την εύρυθμη λειτουργία του οργανισμού, πρωταρχικό ρόλο κατέχει ο υποθάλαμος. Ο τελευταίος αποτελεί τον κοινό τόπο παραγωγής και ενδεχομένως δράσης μεγάλου αριθμού νευροπεπτιδίων των οποίων ο συνολικός αριθμός αλλά και η πλήρης καταγραφή των ιδιοτήτων τους παραμένει ακόμα πεδίο έντονης έρευνας με αντικρουόμενα και ασαφή συμπεράσματα. Το νευροπεπτίδιο Ορεξίνη-Α παράγεται από μια μικρή ομάδα νευρώνων γύρω από τον πυρήνα της ψαλίδος (οπίσθιος υποθάλαμος), τον παρακοιλιακό και μεσοραχιαίο πυρήνα, τον μεσοκοιλιακό υποθάλαμο, καθώς και την πλάγια υποθαλαμική περιοχή. τοποθεσίες που είναι γνωστό ότι εμπλέκονται στη ρύθμιση της σίτισης στα θηλαστικά. Η Ορεξίνη-Α απομονώθηκε για πρώτη φορά το 1998 από τα εκχυλίσματα του εγκεφαλικού ιστού του αρουραίου. Η εντυπωσιακή διασπορά των αξόνων από τουςπροαναφερόμενους νευρώνες που παράγουν την Ορεξίνη-Α, αλλά και η ύπαρξη των αντίστοιχων υποδοχέων του νευροπεπτιδίου σε πολλά όργανα το καθιστά σημαντικό παράγοντα ρύθμισης όχι μόνο στο φαινόμενο της όρεξης, αλλά και σε πλήθος άλλων φυσιολογικών λειτουργιών. Η Ορεξίνη-Α έχοντας σαν όργανο-στόχο το πάγκρεας φαίνεται να κατέχει ρυθμιστικό/μεσολαβητικό ρόλο στη λειτουργική σύνδεση υποθαλάμου, παγκρέατος και εντέρου και κατ’ επέκταση στον εντεροϊνσουλινικού άξονα ο οποίος εκφράζει τη λειτουργική σύνδεση του Γ.Ε.Σ. με τα παγκρεατικά νησίδια. Ο σκοπός της έρευνάς μας ήταν η i.c.v. έγχυση του νευροπεπτιδίου Ορεξίνη-Α χοίρειας προέλευσης στον εγκέφαλο του χοίρου με δύο διαφορετικούς τρόπους χορήγησης (ταχεία και βραδεία έγχυση-διάρκειας 15 λεπτών), σε δύο διαφορετικές δόσεις της Ορεξίνης-Α (5 και 10μg),καθώς και με τον συνδυασμό της ταυτόχρονης χορήγησης γλυκόζης. Στο περιφερικό αίμα του χοίρου έγινε καταγραφή των μεταβολών των συγκεντρώσεων της ινσουλίνης, του γλουκαγόνου, του GIP και του c-πεπτιδίου σε πέντε διαδοχικές χρονικές στιγμές (15 λεπτά πριν την έγχυση, κατά την έναρξη της ταχείας ή της βραδείας έγχυσης και μετά από 5, 15 και 30 λεπτά). Με αυτό το πειραματικό πρωτόκολλο καταβλήθηκε προσπάθεια κατανόησης των αρχών λειτουργίας και προσδιορισμός του βαθμού συμμετοχής/επιρροής της Ορεξίνης-Α στη λειτουργία του εντεροϊνσουλινικού άξονα, αφού οι ιδιότητες και των τεσσάρων πεπτιδίων εμπλέκονται άμεσα ή έμμεσα με τον άξονα. Στα πειραματόζωα τοποθετήθηκε πρωτότυπη υποδόρια επικράνια βαλβίδα καθιστώντας δυνατή τη διενέργεια πολλαπλών καθετηριασμών. Στη μελέτη μας χρησιμοποιήθηκαν τελικά έντεκα υγιείς χοίροι με βάρος περίπου 10Kg από τους επτά που ορίζει το πειραματικό πρωτόκολλο. Σε δύο από τα πειραματόζωα δεν κατέστη δυνατή η διενέργεια του πειράματος επειδή το εγκεφαλικό παρέγχυμα τραυματίστηκε βαριά από τη λανθασμένη και βεβιασμένη τοποθέτηση του καθετήρα οσφυονωτιαίας παρακέντησης προκαλώντας τον αιφνίδιο θάνατο των χοίρων. Οι υπόλοιποι δύο χοίροι χρησιμοποιήθηκαν ως εξής: Ο ένας για τη διενέργεια CT τομογραφίας εγκεφάλου εν ζωή και ο άλλος για τη λήψη φωτογραφιών του εγκεφαλικού παρεγχύματος. Τα επίπεδα της ινσουλίνης του πλάσματος παρουσίασαν στατιστικά σημαντική αύξηση από την αρχή έως το τέλος του πειράματος, τόσο στη δόση των 5μg, όσο και των 10μg και με τους δύο τρόπους χορήγησης (ταχεία και βραδεία έγχυση). Ομοίως και με την ταυτόχρονη ενδοφλέβια χορήγηση της γλυκόζης υπήρξε στατιστικώς ακόμα μεγαλύτερη αύξηση των επιπέδων της ινσουλίνης σε όλη τη χρονική διάρκεια του πειράματος και με τις δύο προαναφερόμενες δόσεις του νευροπεπτιδίου, όσο και με τους δύο διαφορετικούς τρόπους χορήγησης αντίστοιχα. Τα επίπεδα του γλουκαγόνου του πλάσματος εμφάνισαν στατιστικά σημαντική αύξηση από την έναρξη του πειράματος μέχρι και το τέλος, τόσο με τη δόση των 5μg, όσο και αυτή των 10μg καθώς επίσης και με τους δύο τρόπους χορήγησης (ταχεία και βραδεία έγχυση). Με την ταυτόχρονη ενδοφλέβια χορήγηση γλυκόζης παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική αύξηση των συγκεντρώσεων του γλουκαγόνου μέχρι και τα 15 λεπτά του πειράματος. Στη συνέχεια οι τιμές του εμφάνισαν προοδευτική πτώση μέχρι και το τέλος του πειράματος. Αυτή η συμπεριφορά παρατηρήθηκε και με τις δύο δόσεις της Ορεξίνης-Α, καθώς και με τους δύο τρόπους χορήγησης αντίστοιχα. Τα επίπεδα του GIP του πλάσματος παρουσίασαν στατιστικά σημαντική αύξηση από την αρχή έως το τέλος του πειράματος και στις δύο δόσεις των 5 και 10μg, καθώς και με τους δύο τρόπους χορήγησης (ταχεία και βραδεία έγχυση). Ομοίως και με την ταυτόχρονη ενδοφλέβια χορήγηση της γλυκόζης υπήρξε στατιστικώς σημαντική ακόμα μεγαλύτερη αύξηση των επιπέδων του GIP σε όλη τη χρονική διάρκεια του πειράματος και με τις δύο προαναφερόμενες δόσεις του νευροπεπτιδίου, αλλά και με τους δύο διαφορετικούς τρόπους χορήγησης αντίστοιχα. Τα επίπεδα του c-πεπτιδίου του πλάσματος παρουσίασαν στατιστικά σημαντική αύξηση από την αρχή έως το τέλος του πειράματος, στις δύο δόσεις των 5 και 10μg καθώς και με τους δύο τρόπους χορήγησης (ταχεία και βραδεία έγχυση). Ομοίως με την ταυτόχρονη ενδοφλέβια χορήγηση της γλυκόζης υπήρξε στατιστικώς ακόμα μεγαλύτερη αύξηση των επιπέδων του c-πεπτιδίου σε όλη τη χρονική διάρκεια του πειράματος και με τις δόσεις των 5 και 10μg του νευροπεπτιδίου που χορηγήθηκε, τόσο με την ταχεία, όσο και με τη βραδεία έγχυση. Η i.c.v. έγχυση της χοίρειας Ορεξίνης-Α επιδρά με (χρόνο και δοσο)- εξαρτώμενο τρόπο στις συγκεντρώσεις της ινσουλίνης, του γλουκαγόνου, του GIP και του c-πεπτιδίου στο περιφερικό αίμα του χοίρου προκαλώντας τελικά αύξηση των συγκεντρώσεων τους. Και οι τέσσερις ορμόνες που μελετήθηκαν είναι γνωστό και αποδεκτό πως εμπλέκονται άμεσα ή έμμεσα στη λειτουργία του εντεροϊνσουλινικού άξονα. Με βάση τα παραπάνω πειραματικά δεδομένα πιθανόν η i.c.v. έγχυση της χοίρειας Ορεξίνης-Α φαίνεται να κατέχει ρυθμιστικό/μεσολαβητικό ρόλο στη λειτουργία του εντεροϊνσουλινικού άξονα στον χοίρο.