Η επίδραση των κυτταροκινών/ορμονών σε λιπώδη ιστό παχύσαρκων και φυσιολογικών παιδιών: Ιn vitro συγκριτική μελέτη

Abstract

Introduction: Childhood obesity is the new epidemic of the western world and reflects the excessive storage of body fat. Obesity is a risk factor for the development of metabolic comordities like insulin resistance, diabetes mellitus type 2, cardiovascular diseases and metabolic syndrome. Adipose tissue is an endocrine and paracrine organ, which through the secretion of adipokines and pro-inflammatory molecules it can regulate the body’s energy homeostasis. Adiponectin is one of the most important secreted adipokines of adipose tissue and through its AdipoR1 and AdipoR2 it can activate the insulin-dependent glucose uptake of adipocytes. In addition, adiponectin has anti-inflammatory and anti-atherogenic action in other peripheral tissues of the body. PPAR-γ belongs to the family of nuclear receptors PPARs (peroxisome proliferative-activated receptors) and it is a transcription factor, which responds to circulating Free Fatty Acids activating the preadipocyte differentiation into small multilocular mature adipocytes. PPAR-γ through its activation from its endogenous ligands, the thiazolidenidions, can regulate the body’s insulin sensitivity and can increase the transcription of adiponectin. The endocannabinoids, through their receptors CB1 and CB2, can regulate food intake via their central nervous system action, they activate lipogenesis in the periphery and reduce the gene expression of adiponectin. The endocannabinoids are found to be upregulated in adult obesity, whereas adiponectin levels are decreased. Aim: To study the expression of AdipoR1, PPAR-γ, CB1 and the endocannabinoid enzymes FAAH and DAGL-α, in prepubertal lean and obese children in relation to their adiponectin and insulin levels in their blood serum. Materials & Methods: Primary cultures of preadipocytes and mature adipocytes were developed from surgical biopsies of abdominal subcutaneous adipose tissue of 17 obese (BMI>95%) and 36 lean (BMI<85%) prepubertal children. The gene and protein expression of AdipoR1, PPAR-γ and CB1 were investigated by RT-PCR and western immunoblotting. The gene expression of the endocannabinoid enzymes FAAH and DAGL-α were studied by Real-Time PCR. Total and HMW adiponectin together with insulin were measured in blood serum by ELISA, whereas the insulin resistance index HOMA-IR was estimated and waist circumference was measured in every child. Results: The protein expression of AdipoR1 was significantly decreased in the preadipocytes and the mature adipocytes of the younger obese prepubertal children of group A when compared to their respective lean. PPAR-γ was increased in the mature adipocytes of all the children in comparison to their respective preadipocytes, whereas it was significantly increased in the mature adipocytes of the younger obese children compared to their respective lean. The endocannabinoid receptor, CB1, was significantly decreased in the mature adipocytes of the obese children in both age groups, when compared to their respective lean, whereas it increased with age in the older lean children. Furthermore, the degradation enzyme FAAH (for anandamide) decreased significantly with age in the older lean prepubertal children of group B, in comparison to the younger lean and it was significantly increased in the older obese children in comparison to their respective lean. The biosynthetic enzyme DAGL-α (for 2-AG) was found significantly increased in the older lean and obese prepubertal children of group B when compared to the younger children of group A. Insulin and the HOMA-IR were significantly increased in the older children, both lean and obese in comparison to their respective younger children. HMW adiponectin was decreased in the older prepubertal children of group B in comparison to group A, whereas it was significantly increased in the younger obese children of group A when compared to their respective lea. Waist circumference was significantly increased in the older obese boys when compared with their respective lean. Conclusions: The decreased expression of CB1 together with the increased expression of PPAR-γ and the increased levels of HMW adiponectin in the younger obese prepubertal children of group A, possibly reflects their body’s attempt to further limit their pathologic lipogenesis and to maintain normal insulin sensitivity in these obese children, who already have decreased AdipoR1 expression. In addition, the decreased HMW adiponectin levels and the increased insulin in the older children could be indicative of their “physiological” insulin resistance during puberty. The increased expression of the enzymes FAAH and DAGL-α in the older obese prepubertal children of group B, may indirectly demonstrate that anandamide is decreased and 2-AG is increased in these children, possibly pre-empting them for increased lipogenesis. The decreased expression of CB1 in the older obese children may also indicate either the body’s attempt to further limit lipogenesis since they are already at risk due to their obesity or it reflects their decreased ability of storing fat in their subcutaneous adipose tissue, increasing the risk of visceral fat disposition that can disrupt their energy homeostasis and could possibly lead to the development of glucose intolerance.

Εισαγωγή: Η παιδική παχυσαρκία αποτελεί μία επιδημία του σύγχρονου δυτικού κόσμου και ορίζεται λειτουργικά ως η υπέρμετρη αύξηση του λιπώδους ιστού. Η παχυσαρκία αποτελεί ανεξάρτητο παράγοντα κινδύνου για την ανάπτυξη μίας πληθώρας συνοσηροτήτων όπως την αντίσταση στην ινσουλίνη, το σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2, καρδιοαγγειακά νοσήματα και μεταβολικό σύνδρομο. Ο λιπώδης ιστός είναι ένα παρακρινές και ενδοκρινές όργανο, το οποίο μέσω της έκκρισης κυτταροκινών και φλεγμονογόνων παραγόντων έχει την ικανότητα να ρυθμίσει το ενεργειακό ισοζύγιο του οργανισμού. Η αντιπονεκτίνη μία από τις πιο σημαντικές κυτταροκίνες του λιπώδους ιστού, μέσω των υποδοχέων της AdipoR1 και AdipoR2, ενεργοποιεί την ινσουλινοεπαγώμενη πρόσληψη της γλυκόζης από το λιποκύτταρο, ενώ έχει αντι-φλεγμονώδης και αντι-αθηρωματική δράση σε άλλους ιστούς του οργανισμού. Ο PPAR-γ, ανήκει στην υπερ-οικογένεια των πυρηνικών υποδοχέων PPARs (peroxisome proliferative-activated receptors) και είναι ένας μεταγραφικός παράγοντας, ο οποίος σε ανταπόκριση στα κυκλοφορούντα ελεύθερα λιπαρά οξέα, ενεργοποιεί τη διαφοροποίηση των προλιποκυττάρων σε ώριμα λιποκύτταρα μικρού μεγέθους με πολλά λιποσταγονίδια. Το PPAR-γ μέσω της ενεργοποίησης του από τους ενδογενείς υποκαταστάτες του, τις θειαζολιδινεδιόνες, επάγει την ινσουλινοευαισθησία και αυξάνει την έκφραση της αντιπονεκτίνης. Τα ενδοκανναβινοειδή, μέσω των υποδοχέων τους CB1 και CB2, ρυθμίζουν την όρεξη στο κεντρικό νευρικό σύστημα, ενώ μπορούν να ενεργοποιήσουν περιφερικά τη λιπογένεση και να μειώσουν τη γονιδιακή έκφραση της αντιπονεκτίνης. Τα ενδοκανναβινοειδή βρίσκονται υπερενεργοποιημένα σε ενήλικες παχύσαρκους, ενώ τα επίπεδα της αντιπονεκτίνης μειώνονται σημαντικά. Σκοπός: Να μελετηθούν τα επίπεδα έκφρασης του AdipoR1, του PPAR-γ, του CB1 και των ενζύμων των ενδοκανναβινοειδών FAAH και DAGL-α, σε λεπτόσωμα και παχύσαρκα προεφηβικά παιδιά και να συσχετιστούν με τα κυκλοφορούντα επίπεδα της αντιπονεκτίνης και της ινσουλίνης. Μεθοδολογία: Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκαν πρωτογενείς καλλιέργειες προλιποκυττάρων και ώριμων λιποκυττάρων από βιοψίες κοιλιακού υποδόριου λιπώδους ιστού 17 παχύσαρκων (BMI>95%) και 36 λεπτόσωμων (BMI<85%) προεφηβικών παιδιών. Τα παιδιά χωρίστηκαν σε δύο ηλικιακές ομάδες, ομάδα Α: 2 μηνών-7 ετών και ομάδα Β: 9-12 ετών. Η γονιδιακή και πρωτεϊνική έκφραση του AdipoR1, PPAR-γ και CB1 μελετήθηκαν με τη μέθοδο RT-PCR και Western Immunoblotting. Επίσης, η γονιδιακή έκφραση των ενζύμων των ενδοκανναβινοειδών FAAH και DAGL-α, μελετήθηκαν με Real-Time PCR. Τα κυκλοφορούντα επίπεδα της ολικής και HMW αντιπονεκτίνης όπως και της ινσουλίνης μετρήθηκαν με ELISA, ενώ υπολογίστηκε ο δείκτης ινσουλινοαντίστασης HOMA-IR και μετρήθηκε η περίμετρος κοιλίας σε κάθε παιδί. Αποτελέσματα: Η πρωτεϊνική έκφραση του AdipoR1 βρέθηκε μειωμένη στα προλιποκύτταρα και ώριμα λιποκύτταρα των μικρότερων παχύσαρκων παιδιών της ομάδας Α, σε σύγκριση με τα αντίστοιχα λεπτόσωμά τους. To PPAR-γ βρέθηκε αυξημένο στα ώριμα λιποκύτταρα των λεπτόσωμων και παχύσαρκων παιδιών, σε σύγκριση με τα προλιποκύτταρά τους, ενώ ήταν και σημαντικά αυξημένο στα ώριμα λιποκύτταρα των μικρότερων παχύσαρκων παιδιών, σε σύγκριση με τα αντίστοιχα λεπτόσωμά τους. Ο υποδοχέας των ενδοκανναβινοειδών, CB1, ήταν σημαντικά μειωμένος στα ώριμα λιποκύτταρα των παχύσαρκων παιδιών και των δύο ηλικιακών ομάδων, σε σύγκριση με τα αντίστοιχα λεπτόσωμά τους, ενώ παρουσίασε μία σημαντική αύξηση με την ηλικία. Επιπρόσθετα, το ένζυμο αποδόμησης FAAH (για την ανανδαμίδη) μειώθηκε με την ηλικία στα μεγαλύτερα λεπτόσωμα παιδιά της ομάδας Β, ενώ στα μεγαλύτερα παχύσαρκα παιδιά ήταν αυξημένο σε σύγκριση με τα αντίστοιχα λεπτόσωμά τους. Το ένζυμο βιοσύνθεσης DAGL-α (για το 2-AG) βρέθηκε αυξημένο στα μεγαλύτερα λεπτόσωμα και παχύσαρκα παιδιά της ομάδας Β σε σύγκριση με τα λεπτόσωμα και παχύσαρκα παιδιά της ομάδας Α. Η ινσουλίνη και το HOMA-IR ήταν σημαντικά αυξημένα στα μεγαλύτερα παιδιά, λεπτόσωμα και παχύσαρκα, σε σύγκριση με τα μικρότερα παιδιά. Η HMW αντιπονεκτίνη βρέθηκε μειωμένη στα λεπτόσωμα και παχύσαρκα παιδιά της ομάδας Β σε σύγκριση με τα αντίστοιχα παιδιά της ομάδας Α, ενώ ήταν σημαντικά αυξημένη στα μικρότερα παχύσαρκα παιδιά σε σύγκριση με τα αντίστοιχα λεπτόσωμά τους. Η περίμετρος κοιλίας ήταν σημαντικά αυξημένη στα μεγαλύτερα παχύσαρκα αγόρια σε σύγκριση με τα αντίστοιχα λεπτόσωμά τους. Συμπεράσματα: Η μειωμένη έκφραση του CB1 και η αυξημένη έκφραση του PPAR-γ στα μικρότερα παχύσαρκα προεφηβικά παιδιά της ομάδας Α, σε συνάφεια με τα αυξημένα επίπεδα της HMW αντιπονεκτίνης, πιθανόν να αντικατοπτρίζουν έναν προστατευτικό μηχανισμό ελεγχόμενης λιπογένεσης και διατήρησης της ινσουλινοευαισθησίας στα παιδιά αυτά που ήδη παρουσιάζουν μειωμένα επίπεδα έκφρασης του υποδοχέα της αντιπονεκτίνης, AdipoR1. Επιπλέον, τα μειωμένα επίπεδα της HMW αντιπονεκτίνης και τα αυξημένα επίπεδα της ινσουλίνης στα μεγαλύτερα παιδιά πιθανόν απεικονίζει την προετοιμασία των παιδιών αυτών για την «φυσιολογική» ινσουλινοαντίσταση της εφηβείας. Η αύξηση των ενζύμων FAAH και DAGL-α στα μεγαλύτερα παχύσαρκα παιδιά της ομάδας Β, μπορεί έμμεσα να μας δείχνει ότι τα επίπεδα της ανανδαμίδης στα παιδιά αυτά είναι μειωμένα, ενώ τα επίπεδα του ενδοκανναβινοειδούς 2-AG αυξάνονται, θέτοντας πιθανόν τα παχύσαρκα παιδιά σε μεγαλύτερο κίνδυνο για λιπογένεση. Η μειωμένη έκφραση του CB1 στα μεγαλύτερα παχύσαρκα παιδιά όμως, μπορεί να απεικονίζει είτε την προσπάθεια του οργανισμού να περιορίσει την λιπογένεση στα παιδιά αυτά, που ήδη βρίσκονται σε κίνδυνο λόγω της παχυσαρκίας τους, είτε αντικατοπτρίζει τη μειωμένη ικανότητα του υποδόριου λιπώδους ιστού να αποθηκεύσει λίπος αυξάνοντας τον κίνδυνο εναπόθεσης λίπους ενδοκοιλιακά, το οποίο μπορεί να διαταράξει την ενεργειακή ισορροπία του οργανισμού τους προκαλώντας διαταραγμένη ανοχή στη γλυκόζη.