Editat de Richard D. Palmiter, Facultatea de Medicină a Universității din Washington, Seattle, WA și aprobat pe 25 iulie 2006 (primit pentru revizuire 19 iulie 2005)

agonistului

Abstract

Obezitatea a devenit recent o chestiune de mare îngrijorare, deoarece este considerată unul dintre cei mai mari factori de risc pentru diabetul zaharat, hiperlipidemia și arterioscleroza. Pentru a menține greutatea corporală, aportul caloric și consumul de energie trebuie să fie echilibrate, iar aportul caloric excesiv este o cauză principală a obezității (1). Există dovezi din ce în ce mai mari că creierul primește și integrează informații legate de starea energetică din țesuturile periferice și că pofta de mâncare este sub controlul a numeroși neurotransmițători și hormoni, cum ar fi neuropeptida Y, melanocortina, leptina și grelina (2, 3).

Histamina este un mediator inflamator clasic în țesuturile periferice și funcționează, de asemenea, ca neurotransmițător în creier. Histamina joacă un rol esențial în diferite funcții fiziologice, cum ar fi comportamentul de hrănire și homeostazia energetică (4). Administrarea intracerebroventriculară de histamină scade în mod constant apetitul la mai multe specii (4). Șoarecii cu gene perturbate pentru receptorul histaminei H1 sau histidina decarboxilaza (HDC), o enzimă care limitează rata pentru sinteza histaminei, sunt predispuși să devină obezi pe o dietă bogată în grăsimi sau la vârste înaintate (5-8). Mai mult, se știe că mai multe medicamente antipsihotice cu afinități mari pentru receptorii H1 cauzează creșterea în greutate la rozătoare și la oameni (9). Aceste rezultate sugerează un rol semnificativ pentru receptorii histaminei și H1 în comportamentul de hrănire și reglarea greutății corporale.

Receptorii histaminei H3 (H3Rs) au fost identificați farmacologic în urmă cu mai bine de un deceniu și recent au fost clonați (10, 11). Ele sunt exprimate predominant în creier, unde reglează negativ eliberarea histaminei, acționând ca autoreceptoare presinaptice (10). Prin urmare, potențialul terapeutic al antagoniștilor H3R/agoniștilor inversi pentru tratarea obezității a fost discutat pe larg (12, 13). Studiul nostru anterior folosind șoareci cu deficit de H3R (H3RKO) a demonstrat un rol crucial pentru H3R în reglarea apetitului și a greutății corporale (14). Cu toate acestea, eliberarea îmbunătățită de histamină a fost însoțită de fenotipuri obeze și hiperfagice la șoarecii H3RKO. Mai mult, efectele blocării farmacologice a H3R-urilor asupra poftei de mâncare și a homeostaziei energetice au rămas controversate (6, 13, 15-19).

În acest studiu, abordăm rolul H3Rs în reglarea apetitului și a greutății corporale utilizând instrumente farmacologice selective și șoareci H3RKO. Acest studiu demonstrează că activarea H3R la șoareci scade consumul de alimente și crește cheltuielile de energie. Mai mult, dozarea cronică cu un agonist H3R reduce greutatea corporală, masa de grăsime, hiperleptinemia și hiperinsulinemia la șoarecii obezi induși în dietă (DiO).

Rezultate

Dozarea cronică cu Imetit, dar nu și cu greutatea corporală redusă cu tioperamidă și hiperinsulinemie și hiperleptinemie ameliorate la șoareci DiO.

Efectele dozării cronice cu vehicul (cercuri umplute) sau imetit (cercuri deschise) asupra aportului alimentar la șoareci WT DiO (A) și H3RKO DiO (B) și schimbarea greutății corporale la șoareci WT DiO (C) și H3RKO DiO (D) . Imetit a fost administrat de două ori pe zi. Greutățile corporale inițiale au fost de 60,6 ± 1,3 g (WT, vehicul), 59,3 ± 1,3 g (WT, imetit), 58,2 ± 3,3 g (H3RKO, vehicul) și 59,6 ± 3,2 g (H3RKO, imetit). n = 9 sau 10 (șoareci WT DiO) și 5 sau 6 (șoareci H3RKO DiO). ANOVA repetată urmată de testul lui Dunnett a indicat un efect semnificativ al imetitului asupra aportului alimentar și a modificării greutății corporale la șoarecii WT. ∗, P Vizualizați acest tabel:

  • Vizualizați în linie
  • Vizualizați fereastra pop-up

Efectele dozării cronice cu imetit la șoarecii DiO asupra compoziției corpului și a concentrațiilor plasmatice de glucoză, insulină și leptină

Efectele dozării cronice cu imetit la șoarecii DiO WT asupra concentrațiilor plasmatice de trigliceride, acizi grași liberi și colesterol și trigliceride hepatice și conținutul de colesterol

Reglementarea consumului alimentar și a cheltuielilor energetice de către Imetit.

Constatările de mai sus au fost surprinzătoare; cu toate acestea, pot explica fenotipurile obeze observate la șoarecii H3RKO (14). Pentru a aborda mai precis efectele antiobezității imetitului, am examinat efectele acute ale imetitului asupra consumului de alimente și a consumului de energie, folosind șoareci H3RKO menținuți pe o dietă obișnuită. Șoarecii H3RKO au fost obezi și hiperfagi atunci când au fost comparați cu șoarecii WT colegi, așa cum sa raportat (14) (WT, 33,6 ± 0,8 g; H3RKO, 42,7 ± 1,2 g, P 0,05 față de controlul vehiculului respectiv). Un studiu de calorimetrie indirectă a indicat faptul că imetit a crescut semnificativ consumul de O2 (VO2) și a scăzut coeficientul respirator (RQ) (Fig. 5). Deoarece VO2 reflectă cheltuielile de energie și o reducere a RQ reprezintă o schimbare a sursei de energie de la carbohidrați la lipide, aceste rezultate sugerează că imetitul crește cheltuielile de energie și folosește mai multe lipide ca sursă de energie. Colectiv, aceste date sugerează că imetitul reduce adipozitatea nu numai prin scăderea poftei de mâncare, ci și prin creșterea consumului de energie și a consumului de lipide.

Efectul clorurii de litiu (LiCl, 0,15 M) sau imetitei (20 mg/kg greutate corporală) asupra formării aversiunii gustative condiționate la șoareci. Admiterea vehiculului (bare deschise, soluție salină sau 0,5% metilceluloză) sau a stimulului (bare umplute, LiCl sau imetit) aromă Kool-Aid asociată este prezentată pe axa y.

Efectele imetitei sau α-FMH. Efectele dozării orale cu imetit (IM) sau α-FMH asupra nivelurilor de histamină (A) și tele-metilhistamină (B) și aportului alimentar nocturn (C). Dozele utilizate sunt exprimate în miligrame pe kilogram de greutate corporală, sub axa x. n = 5 șoareci (A și B) și 11-13 șoareci (C). ANOVA unidirecțională, urmată de testul lui Dunnett, a indicat un efect semnificativ al medicamentelor. ∗, P Vizualizați acest tabel:

  • Vizualizați în linie
  • Vizualizați fereastra pop-up

Efectele imetitului sau a-FMH asupra nivelului creierului neurochimicilor la șoarecii C57BL/6J și H3RKO

H3R și sistemele de melanocortină reglează apetitul în mod independent.

O schemă a reglării H3R asupra poftei de mâncare. Histamina eliberată acționează asupra H3R-urilor exprimate asupra neuronilor nonhistaminergici precum norepinefrina, dopamina, serotonina, glutamatul și GABA. Histamina eliberată poate activa, de asemenea, H3Rs postsinaptice.

În timp ce utilitatea terapeutică a antagoniștilor H3R/agoniștilor inversi pentru tratarea obezității a fost discutată pe larg (12, 13), efectele tioperamidei și ale altor agoniști inversi H3 asupra poftei de mâncare și a homeostaziei energetice rămân controversate. Rezultatele raportate variază considerabil în funcție de paradigma experimentală, calea de administrare sau tulpinile/speciile utilizate. Aceste rezultate includ efecte anorexigenice asupra consumului spontan de alimente la șobolani raportate de la cinci grupuri (13, 15-18, 37), fără efecte de la două grupuri (19, 38) și efecte orexigenice dintr-un grup (39). Alimentația este foarte sensibilă la stări de rău, stres, durere și alte comportamente anormale, care pot perturba apetitul normal. Deoarece șoarecii knockout sunt instrumente puternice pentru validarea selectivității in vivo a compușilor (40), am abordat cu atenție comportamentul de hrănire și cheltuielile de energie ale liganzilor H3R la șoarecii WT și H3RKO. De asemenea, am observat că administrarea intracerebroventriculară a tioperamidei a crescut, în timp ce cea a imetitului a scăzut, consumul de alimente chiar și la șobolani, implicând faptul că H3R furnizează semnale catabolice, cel puțin la rozătoare (Fig. 11, care este publicată ca informații de sprijin pe site-ul PNAS.

În concluzie, am demonstrat că H3Rs reglează negativ consumul de alimente la rozătoare independent de modularea tonusului histaminergic. Mai mult, administrarea cronică a unui agonist H3R a redus adipozitatea și a îmbunătățit hiperinsulinemia și hiperleptinemia la șoarecii DiO. Aceste rezultate sugerează potențialul terapeutic al agoniștilor H3R în tratamentul obezității și diabetului zaharat.

Materiale și metode

Animale.

Șoarecii H3RKO au fost generați conform raportării (14) și încrucișați înapoi timp de cinci generații (N5) într-un fundal C57BL/6J. Șoarecii de sex masculin au fost utilizați pentru toate studiile de dozare acută cu șoareci H3RKO (vârsta de 6-9 luni). Șoarecii obținuți din încrucișarea intracoloniei a părinților H3RKO sau WT (N5 pe C57BL/6J) au fost utilizați pentru studiul de dozare cronică (vârsta de 18-20 de luni). Șoarecii MC3/4RKO au fost generați după cum sa raportat (28), iar șoarecii femele MC3/4RKO (vârsta de 3-4 luni) și șoarecii femele martor C57BL/6J (The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME) au fost folosiți. În alte studii, șoarecii masculi C57BL/6J (vârsta de 2-4 luni) au fost cumpărați de la CLEA Japonia (Tokyo, Japonia). Toate animalele au fost adăpostite individual la 25 ° C, cu cicluri de lumină - întuneric de 12 h (ciclu de lumină 0700-1900 ore) cu acces ad libitum la apă și chow regulat pentru șoareci și șobolani slabi (CE2; CLEA Japonia) sau cu conținut ridicat de grăsimi dieta pentru șoareci DiO (Oriental Bioservice, Kanto, Japonia). Animalele au fost complet aclimatizate la manipulare înainte de experimente pentru a minimiza stresul. Toate procedurile experimentale au urmat Ghidul de utilizare animală al Societății farmacologice japoneze.

Compuși.

Imetitul a fost cumpărat de la Tocris Cookson (Ellisville, MO), iar tioperamida și α-FMH au fost de la Sigma - Aldrich (St. Louis, MO). Tioperamida și imetitul s-au dizolvat în 0,5% metilceluloză când s-a administrat oral (5 ml/kg greutate corporală) și în PBS conținând 0,5% BSA când s-a administrat intracerebroventricular (1 μl pe cap). α-FMH a fost dizolvat în soluție salină și i.p. administrat la 10 ml/kg greutate corporală.

Măsurarea aportului alimentar.

Imetit sau tioperamida a fost administrată animalelor între 1700 și 1800 de ore, iar α-FMH a fost administrat cu 1 oră înainte de administrarea imetit. Aportul alimentar a fost măsurat prin cântărirea alimentelor la 1900 și 2300 ore, iar diferențele de greutate au fost presupuse a fi cantitatea de alimente consumate.

Studii antiobezitate.

Șoarecii au fost clasificați în subgrupuri cu greutatea corporală medie potrivită și aportul zilnic de alimente înainte de administrarea compusului. Greutatea corporală și aportul de alimente au fost măsurate zilnic. În studiul tioperamidă, șoarecii slabi C57BL/6J au fost dozați cu vehicul sau tioperamidă de două ori pe zi (5 ml/kg). În studiul imetit, șoarecii WT sau H3RKO DiO hrăniți cu o dietă cu conținut ridicat de grăsimi au fost dozați cu vehicul sau imetit de două ori pe zi. În ziua 10, șoarecii au postit timp de 2 ore, iar sângele a fost colectat din cavitatea orbitală pentru măsurători ale glucozei, leptinei și insulinei. Plasmele pentru măsurarea trigliceridelor, colesterolului total și a acidului gras liber (FFA) au fost colectate din inimă sub anestezie cu izofluran (4%). Lipidele totale au fost extrase din 50 mg de ficat după cum sa raportat (41) și uscate sub azot gazos. Măsurătorile pentru fiecare parametru de plasmă și ficat au fost efectuate utilizând kituri disponibile comercial pentru glucoză, trigliceride și colesterol (Kyowa Medex, Tokyo, Japonia), leptină și insulină (Morinaga, Tokyo, Japonia) și FFA (Wako Pure Chemical Industries, Osaka), Japonia). Grăsimea și masa slabă au fost măsurate utilizând un analizor RMN (Minispec; Bruker, Billerica, MA) la sfârșitul experimentului.

Interventie chirurgicala.

O canulă de ghidare inoxidabilă a fost implantată stereotaxic în ventricul lateral la șoareci. Coordonatele stereotaxice au fost 0,4 mm posterioare bregmei, 0,8 mm laterale față de linia mediană și 2,0 mm de la suprafața craniului.

Aversiune la gust condiționată.

Măsurarea monoaminelor.

Șoarecii au fost dozați cu compuși între orele 0900 și 1400 ore și uciși prin decapitare la 4 ore după administrare. Creierele au fost înghețate rapid în azot lichid, iar histamina, t-MH și alți neurotransmițători au fost măsurați conform raportării (43, 44).

Statistici.

Testul t al studentului nepereche sau ANOVA urmat de testul lui Dunnett a fost folosit pentru a compara două sau mai multe decât două grupuri cu controlul vehiculului. P ‡ Cui trebuie să i se adreseze corespondența. E-mail: shigeru_tokitamerck.com

Contribuțiile autorului: R.Y., A.I., A.K. și S.T. cercetare proiectată; R.Y., Y.M. și K.S. cercetări efectuate; K.T., H.K., A.S.C. și H.Y.C. a contribuit cu noi reactivi/instrumente analitice; R.Y. și Y.M. date analizate; și R.Y., D.J.M., A.K. și S.T. a scris ziarul.

Declarație privind conflictul de interese: nu s-au declarat conflicte.

Această lucrare a fost trimisă direct (pista II) la biroul PNAS.

Disponibil gratuit online prin opțiunea de acces deschis PNAS.