Z Hao

1 Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University System, Baton Rouge, LA, SUA

H Münzberg

1 Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University System, Baton Rouge, LA, SUA

K Rezai-Zadeh

1 Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University System, Baton Rouge, LA, SUA

M Keenan

2 Centrul agricol al Universității de Stat din Louisiana, Baton Rouge, LA, SUA

D Coulon

2 Centrul agricol al Universității de Stat din Louisiana, Baton Rouge, LA, SUA

3 Departamentul de endocrinologie și metabolizare, al cincilea spital afiliat al Universității Sun Yat-sen, Zhuhai, Guangdong, China

HR Berthoud

1 Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University System, Baton Rouge, LA, SUA

1 Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University System, Baton Rouge, LA, SUA

Abstract

OBIECTIV

Recâștigarea greutății contribuie la eșecul terapeutic la 15-20% dintre pacienții cu diabet zaharat de tip 2 după operația de by-pass gastric Roux-en-Y (RYGB), iar mecanismul rămâne în mare parte necunoscut. Acest studiu a fost realizat pentru a explora mecanismul de redobândire a greutății.

DESIGN DE CERCETARE

Șoarecii de obezitate indusă de dietă (DIO) de tip sălbatic au fost folosiți pentru a imita obezitatea umană, iar șoarecii ob/ob au fost folosiți pentru obezitatea indusă de deficiența de leptină. Două grupuri de șoareci au fost comparate cu greutatea recâștigată timp de 10 luni după RYGB. Pierderea în greutate, consumul de alimente, pierderea de energie fecală și cheltuielile de energie au fost monitorizate în studiul recâștigării greutății. Insulina de post, toleranța la insulină și evaluarea modelului homeostatic - rezistența la insulină au fost testate pentru sensibilitatea la insulină sub recâștigarea greutății. Pierderea în greutate din RYGB și restricția calorică au fost comparate pentru impactul sensibilității la insulină.

REZULTATE

La șoareci WT, RYGB a indus o pierdere în greutate susținută și sensibilizare la insulină în timpul operației simulate în acest studiu de 10 luni. Cu toate acestea, RYGB nu a reușit să genereze aceleași efecte la șoarecii ob/ob cu deficit de leptină, care au suferit o recuperare a greutății peste nivelul pre-chirurgical. La șoarecii ob/ob, greutatea corporală a fost redusă cu RYGB în mod tranzitor în prima săptămână, a fost recuperată în a doua săptămână și a crescut peste linia de bază după aceea. Pierderea în greutate a fost indusă de RYGB în raport cu cea a șoarecilor fals, dar pierderea nu a fost suficientă pentru a menține greutatea corporală sub nivelurile pre-chirurgicale. În plus, sensibilitatea la insulină nu a fost îmbunătățită prin scăderea în greutate. Răspunsul la RYGB a fost îmbunătățit la șoareci ob/ob cu 2 săptămâni de tratament cu leptină. Pierderea în greutate din cauza restricției calorice a avut un efect echivalent asupra sensibilizării la insulină, comparativ cu cea a RYGB.

CONCLUZIE

Aceste date demonstrează că șoarecii ob/ob și șoarecii DIO au răspuns diferit la intervenția chirurgicală RYGB, sugerând că leptina poate fi unul dintre factorii necesari pentru RYGB pentru a preveni recâștigarea greutății și reapariția diabetului.

INTRODUCERE

Chirurgia de by-pass gastric Roux-en-Y (RYGB) se numără printre cele mai eficiente intervenții chirurgicale bariatrice în producerea scăderii susținute a greutății corporale și a remisiei diabetului de tip 2. 1,2 În plus, RYGB îmbunătățește majoritatea comorbidităților dăunătoare asociate cu obezitatea severă. 2 În ciuda eforturilor intense, mecanismele critice responsabile pentru aceste efecte benefice ale RYGB nu au fost încă identificate în mod clar. În cele din urmă, RYGB trebuie să schimbe tiparele de semnalizare umorală și neuronală între sistemul gastro-intestinal și alte organe (cum ar fi creierul, ficatul, țesutul adipos și așa mai departe) implicate în reglarea energiei. 3.4 O mare atenție a fost acordată modificărilor hormonilor intestinali circulanți, cum ar fi peptida de tip glucagon 1 (GLP-1), 5.6 peptida tirozină tirozină (PYY) 7.8 și grelina 9 în studiile mecaniciste. Cu toate acestea, descoperirile recente din diferite modele de rozătoare au oferit un sprijin relativ mic pentru rolurile lor critice în efectele RYGB, 10-14, deși acțiunile sinergice dintre acești hormoni și alți factori nu au fost excluse.

De asemenea, a devenit clar că echilibrul energetic negativ după RYGB nu rezultă din incapacitatea de a crește aportul de energie. Dacă rozătoarele RYGB au fost stimulate în mod corespunzător, aportul de alimente poate fi ușor dublat, ducând la recâștigarea substanțială a greutății. 10,15,16 De asemenea, 15-20% dintre pacienții cu RYGB revin la nivelurile pre-chirurgicale ale consumului de alimente și recâștigă greutatea corporală, în ciuda intestinului rearanjat. 1 O interpretare a acestor observații este că o intervenție chirurgicală de succes stabilește un nou nivel mai scăzut de greutate corporală, care este apărat activ după RYGB. Această funcție este atribuită în mod clasic hipotalamusului, unde leptina și alte semnale de feedback reglează echilibrul energetic orchestrând schimbările necesare în aportul și cheltuielile de energie. 17 Nu este clar dacă leptina contribuie la apărarea greutății corporale reduse post-chirurgicale.

Rezistența la leptină contribuie la hiperfagie și hipometabolism la obezitate. Leptina serică este crescută de obezitate și scăzută cu RYGB, 5,18 sugerând o creștere a sensibilității la leptină. Cu toate acestea, nu se cunoaște în mare măsură dacă leptina are un rol în controlul recuperării greutății după RYGB. 4 În două studii timpurii asupra șobolanilor obezi Zucker cu deficit de receptor de leptină, RYGB a indus pierderea în greutate și sensibilizarea la insulină imediat după intervenția chirurgicală. 19.20 Cu toate acestea, efectul pe termen lung al RYGB nu a fost examinat în aceste studii pentru recuperarea greutății.

Prezentul studiu a fost conceput pentru a testa impactul leptinei asupra efectelor pe termen lung ale RYGB, cu accent pe recâștigarea greutății și controlul glicemic. Am stabilit recent un model RYGB de șoarece valid, caracterizat printr-o pungă gastrică mică, suprimarea susținută a greutății corporale sub nivelul pre-chirurgical și o mortalitate scăzută. 10,21 Aici, profităm de acest model pentru a studia recuperarea greutății și controlul glicemic timp de 10 luni după RYGB la șoarecii obezi induse de dietă (DIO) și ob/ob cu deficit de leptină. În plus, terapia de substituție cu leptină a fost testată la șoareci ob/ob timp de 2 săptămâni la 25 de săptămâni după RYGB.

MATERIALE ȘI METODE

Închide

Toate experimentele au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din Centrul de cercetare biomedicală Pennington. Animalele au fost adăpostite în condiții convenționale la Centrul pentru animale Pennington. În proiectarea studiului, șoareci C57BL/6J masculi de tip sălbatic (WT) au fost utilizați în grupul DIO și în grupul hrănit cu chow (control slab). Șoarecii DIO au fost generați prin hrănirea unui șoarec de 6 săptămâni cu o dietă bogată în grăsimi (HFD,> D12331 dietă, 58% calorii din grăsimi, Research Diets Inc.) timp de 14 săptămâni. Apoi, șoarecii DIO au fost împărțiți în trei subgrupuri (n = 7): DIO + RYGB, DIO + sham și DIO + greutate potrivite. Șoarecii slabi de control (n = 7) au fost hrăniți cu dietă regulată (11% calorii din grăsimi, 5001 LabDiet) ad libitum. După operație, șoarecii DIO au fost hrăniți cu o dietă cu conținut mediu de grăsimi (25% calorii din grăsimi, 5015 LabDiet) pentru a reflecta starea dietei la pacienți. Grupul DIO + în greutate a fost supus restricției alimentare la 14 săptămâni de hrănire HFD pentru a induce o pierdere în greutate identică cu cea a grupului DIO + RYGB. Patruzeci de șoareci C57BL/6 au fost folosiți pentru a genera modelele și 28 de șoareci au fost lăsați după excluderea șoarecilor DIO necalificați și a șoarecilor morți în operație. Șoarecii masculi ob/ob (26 șoareci) în gena C57BL/6 au fost achiziționați de la laboratorul Jackson la vârsta de 4-7 săptămâni și au fost hrăniți cu dieta regulată chow ad libitum înainte și după operație.

Proceduri chirurgicale

Operația RYGB a fost efectuată la șoareci DIO la 14 săptămâni pe HFD cu o greutate corporală de 46 ± 5 g. Operația a fost efectuată la șoareci ob/ob la vârsta de 6 săptămâni (35 g) și 10 săptămâni (50 g). Operația chirurgicală a fost efectuată așa cum a fost descris în detaliu mai devreme. 21 Pe scurt, animalele au fost postite cu 4-6 ore înainte de operație, iar anestezia a fost administrată cu inhalare de izofluran. În chirurgia RYGB, vasele gastrice stângi anterioare și posterioare, precum și vasele esofagiene, au fost ligate și tăiate. O mică pungă gastrică la 5% din volumul gastric total a fost generată și anastomozată cu jejunul de 16-18 puncte întrerupte cu sutură de nailon 11-0. Membrul Roux și membrul biliopancreatic erau

5–6 cm lungime. Intestinul a fost aranjat în poziția „S” pentru a evita obstrucția intestinală înainte de a închide cavitatea abdominală. În operația simulată, ligamentele perigastrice au fost tăiate și s-a făcut o incizie de 3 mm în stomac închisă cu o clemă din titan. Jejunul a fost transectat la 2 cm distal de ligamentul lui Treitz, iar cele două capete tăiate au fost anastomozate. Au fost utilizate proceduri aseptice standard pe tot parcursul. În primele 24 de ore după operație, șoarecii au fost introduși în cuști obișnuite pentru cutii de încălțăminte pe un tampon de încălzire la 35 ° C. Șoarecilor li s-au administrat 0,8 ml per șoarece de ser fiziologic subcutanat și carprofen (5 mg kg - 1, sc) pentru analgezie imediat după operație. Șoarecii au avut acces la apă și la o dietă solidă imediat după operație. Ratele de supraviețuire post-chirurgicale au fost de 90% la șoarecii DIO și de 80% la șoarecii ob/ob.

Parametrii fiziologici

Greutatea corporală, compoziția corporală și aportul alimentar au fost măsurate în acest studiu așa cum s-a descris în altă parte. 21 Greutatea corporală a fost determinată zilnic în primele 2 săptămâni și apoi săptămânal după operație. Compoziția corpului a fost determinată utilizând rezonanța magnetică nucleară în fiecare cohortă la orele indicate în Figura 1. Aportul de alimente a fost determinat manual la un șoarece monocazat sau folosind camera metabolică timp de 1-2 săptămâni.

leptină

Conținutul de calorii fecale

Probele fecale au fost colectate pentru fiecare șoarece după operație și depozitate la -80 ° C. Conținutul caloric a fost determinat folosind un calorimetru de bombă Parr 1266 Isoperibol (Parr Instrument Company, Moline, IL, SUA). Aproximativ 1 gm de probe fecale au fost liofilizate pentru a îndepărta toată umezeala. Pentru fiecare probă fecală de 1 gm, o alicotă de

0,2-0,3 grame au fost procesate în calorimetrul bombei. Hexadecan (Sigma-Aldrich, St Louis, MO, SUA), un agent de spiking combustibil, a fost adăugat la fiecare probă pentru a asigura arderea completă a întregii probe fecale. O valoare a căldurii de ardere este obținută pentru fiecare probă fecală în calorii pe gram după 8 min. Valoarea a fost corectată în funcție de căldura de ardere a agentului de spikare și s-a utilizat o valoare finală a căldurii brute pentru caloria fecală. Fiecare probă a fost efectuată în studii duplicate pentru a obține o valoare medie.

Testul de toleranță la insulină, leptină și insulină

Sângele a fost colectat de la șoareci prin sângerare retro-optică la 6 săptămâni după operație după post peste noapte. Insulina serică și leptina au fost testate folosind kitul multiplex (MMHMAG-44K, Millipore Corporation, 28820 Single Oak Drive, Temecula, California). Toleranța la insulină a fost efectuată în fiecare cohortă la orele indicate în Figura 1. Testul a fost efectuat cu injecție peritoneală de insulină la 0,7 U Kg -1 după 4 ore de post. MOHA-IR a fost calculat cu o formulă: evaluarea modelului homeostatic - rezistența la insulină (mg dl -1) = glucoză × insulină/405.

Injecție cu leptină

Pentru efectele pe termen lung ale leptinei asupra șoarecilor ob/ob RYGB, leptina a fost injectată intraperitoneal de două ori pe zi, timp de 2 săptămâni, la o doză de 1 mg kg -1 pe zi. Aportul alimentar și greutatea corporală au fost monitorizate zilnic folosind sistemul de cuști BioDaq.

analize statistice

Reducerea grăsimii corporale reprezintă pierderea în greutate indusă de operație. Masa de grăsime a fost măsurată utilizând rezonanța magnetică nucleară la șoareci WT și ob/ob. Șoarecii DIO au prezentat o reducere de 40% a masei grase la 8 săptămâni după RYGB (Figura 1d). O parte din reducere a fost rezultatul trecerii de la o dietă bogată în grăsimi medii după intervenția chirurgicală, deoarece s-a observat, de asemenea, o reducere în greutate de aproximativ 9% la șoarecii WT acționați în mod fals. HFD a fost înlocuit de dieta cu conținut mediu de grăsimi (crescător) după intervenția chirurgicală pentru a reflecta preferința alimentară la pacienții cu RYGB și pentru a menține adipozitatea. șoarecii ob/ob nu au prezentat o reducere a masei grase după RYGB, așa cum este indicat de datele din prima cohortă (Figura 1f). În schimb, masa de grăsime a fost crescută peste nivelurile pre-chirurgicale atât la șoareci falsi, cât și la șoareci RYGB ob/ob. Datele sugerează că RYGB nu reușește să reducă masa de grăsime sub nivelurile pre-chirurgicale persistent la șoareci ob/ob.

NRYGB a crescut cheltuielile de energie în WT, dar nu și șoarecii ob/ob

Aportul de energie, pierderea de energie fecală și cheltuielile de energie au fost examinate la 5-8 săptămâni după RYGB, când greutatea corporală a fost stabilizată la nivelul inferior la șoarecii DIO. Aportul zilnic de alimente pe șoarece nu a fost redus semnificativ de RYGB la șoarecii DIO (Figura 2a). O reducere modestă a fost observată la șoarecii ob/ob după RYGB (Figura 2a), dar schimbarea nu este semnificativă. Conținutul de calorii fecale a fost semnificativ crescut de RYGB atât la șoareci WT, cât și la șoareci ob/ob (Figurile 2b și c). Leptina serică a fost semnificativ redusă la șoarecii WT prin RYGB sau restricția calorică în grupul cu greutate (Figura 2d). Cheltuielile de energie pe masă corporală slabă au crescut semnificativ cu RYGB în WT, dar nu și la șoarecii ob/ob (Figurile 3a și b). Dimpotrivă, cheltuielile de energie au fost reduse de RYGB la șoarecii ob/ob (Figura 3b). Scăderea a fost observată atunci când datele au fost normalizate fie cu masa corporală slabă (Figura 3b), fie cu greutatea întregului corp (Figura 3c). Scăderea a fost semnificativă pe timp de zi și noapte când s-a normalizat cu masa slabă, dar numai pe timp de noapte când s-a normalizat cu masa întregului corp. Diferența dintre șoarecii WT și ob/ob sugerează că RYGB nu a fost capabil să inducă cheltuieli de energie la șoareci ob/ob.

Leptina a restabilit efectele RYGB la șoarecii ob/ob

Pentru a testa leptina în efectele RYGB, am administrat leptină la șoareci ob/ob (1 mg kg -1 pe zi, i.p.) într-un studiu de 2 săptămâni. Greutatea corporală, aportul alimentar și sensibilitatea la insulină au fost monitorizate în studiu. Reducerea greutății corporale și a consumului de alimente a fost observată atât la șoareci fals, cât și la șoareci RYGB după tratamentul cu leptină (Figurile 5a și b). Reducerea greutății a fost identică în masă (g) în cele două grupuri. Cu toate acestea, procentul de pierdere în greutate a fost semnificativ mai mare în grupul RYGB din cauza greutății corporale mai mici. Reducerea consumului de alimente a fost semnificativ mai mare (51%) în grupul RYGB comparativ cu grupul fals (Figura 5c). Sensibilitatea la insulină a fost măsurată prin insulină la post și evaluarea modelului homeostatic - rezistența la insulină. Mai multe îmbunătățiri au fost observate la șoarecii RYGB după tratamentul cu leptină (Figurile 5d - f). Glicemia din jeun nu a fost semnificativ diferită în cele două grupuri de șoareci după tratamentul cu leptină (Figura 5e). Aceste date sugerează că injecția cu leptină îmbunătățește semnificativ răspunsul ob/ob mouse la intervenția chirurgicală RYGB.

Efect de leptină și șoareci ob/ob. Leptina a fost administrată la șoareci ob/ob (grup de 9 săptămâni) la 25 săptămâni după RYGB. (A) Rata pierderii în greutate. Reducerea greutății corporale a fost calculată în procente în raport cu nivelul de pre-tratament. (b) Rata de reducere a aportului zilnic de alimente. Reducerea a fost în procente în raport cu nivelul de pretratare. (c) Aport cumulat de alimente. Numărul reprezintă o sumă a aportului zilnic de alimente pe parcursul celor 2 săptămâni de tratament cu leptină. (d) Insulina din sânge în post după tratamentul cu leptină. (e) Glicemia în post după tratamentul cu leptină. (f) MOHA-IR și ob/ob șoareci după tratamentul cu leptină. Datele sunt exprimate ca medie ± s.e. (n = 5-6). * P 1 O revizuire sistematică și meta-analiză a seturilor mari de date publicate sugerează că terapia RYGB nu reușește să îmbunătățească metabolismul glucozei la 15-20% dintre pacienții obezi. 1 Având în vedere acest criteriu, datele noastre sugerează că semnalul leptinei poate fi necesar pentru prevenirea recâștigării greutății în RYGB.

RYGB nu reușește să mărească cheltuielile de energie și șoarecii ob/ob. Leptina, un hormon produs de țesutul adipos, inhibă aportul de alimente și stimulează consumul de energie. Lipsa leptinei face ca mouse-ul ob/ob să fie un model excelent pentru a testa leptina în RYGB. Deși circuitul hipotalamic este modificat la șoarecii ob/ob, răspunsul neuronului la leptină nu este influențat de alterarea 24, iar leptina este capabilă să restabilească tulburările metabolice la șoarecii ob/ob. 25 Cheltuielile cu energia au fost crescute de RYGB la șoarecii DIO, dar nu la șoarecii ob/ob, sugerând că lipsa de leptină este responsabilă pentru cheltuielile de energie scăzute la șoarecii ob/ob. Sensibilitatea la leptină a fost redusă de obezitate și îmbunătățită de RYGB, așa cum sugerează modificarea serică a leptinei la șoarecii DIO în acest studiu. Îmbunătățirea se traduce prin pierderea în greutate susținută la șoarecii DIO, dar nu la șoarecii ob/ob. Leptina este necesară de către RYGB pentru a spori consumul de energie și pentru a reduce greutatea corporală.

În concluzie, datele noastre demonstrează diferența șoarecilor ob/ob și DIO ca răspuns la intervenția chirurgicală RYGB. La șoarecii DIO, RYGB a generat o pierdere în greutate persistentă și sensibilizare la insulină, precum cele raportate la 80-85% pacienți obezi în studiile clinice. La șoarecii ob/ob, deși RYGB a atenuat creșterea în greutate în comparație cu operația simulată, nu a reușit să mențină greutatea corporală sub nivelul pre-chirurgical. Recâștigarea greutății seamănă cu ceea ce a fost raportat la pacienții obezi cu mutație MCR4 după RYGB. Observațiile noastre sugerează că sensibilitatea la leptină este îmbunătățită de RYGB. Îmbunătățirea se traduce prin pierderea în greutate susținută la șoarecii DIO, dar nu la șoarecii ob/ob. Leptina pare a fi unul dintre factorii endocrini necesari pentru efectele terapeutice ale intervenției chirurgicale RYGB. Lipsa leptinei sau disfuncționalitatea circuitelor de semnalizare a leptinei pot contribui la recâștigarea greutății și la reapariția diabetului la 15-20% pacienți obezi după intervenția chirurgicală RYGB. Acest studiu reafirmă faptul că pierderea în greutate contribuie substanțial la sensibilizarea la insulină în RYGB. Aceste concluzii pot ajuta la prezicerea eficacității intervenției chirurgicale RYGB înainte de intervenția chirurgicală și explică recuperarea greutății după operație.