Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định lợi ích chuyển hóa trung gian qua nitric oxide của bức xạ cực tím liều thấp ở chuột: tập trung vào mô mỡ nâu
Tóm tắt
Sự tiếp xúc với ánh sáng mặt trời có khả năng làm giảm rối loạn chuyển hóa và béo phì. Chúng tôi đã chứng minh trước đó rằng việc tiếp xúc thường xuyên với liều bức xạ cực tím (UVR) thấp giúp giảm tăng cân và các dấu hiệu của bệnh tiểu đường ở chuột đực ăn chế độ ăn nhiều chất béo, phần nào thông qua sự giải phóng nitric oxide từ da. Ở đây, chúng tôi khám phá thêm các con đường cơ chế mà qua đó UVR liều thấp phát huy những tác dụng có lợi này. Chúng tôi đã cho chuột mang gen Ucp1 gắn với luciferase (gen mã hóa protein ngắt kết [UCP-1]), được gọi là chuột transgenic Ucp1 luciferase (‘Thermomouse’), ăn chế độ ăn nhiều chất béo và kiểm tra tác động của việc tiếp xúc lặp đi lặp lại với UVR liều thấp lên tăng cân và phát triển rối loạn chuyển hóa cũng như quá trình sinh nhiệt phụ thuộc UCP-1 trong mô mỡ nâu quanh xương bả vai (iBAT). Việc tiếp xúc lặp đi lặp lại với UVR liều thấp đã ức chế sự phát triển của tình trạng không dung nạp glucose và tích tụ lipid gan thông qua sự giải phóng nitric oxide từ da, đồng thời giảm mức IL-6 lưu hành (so với chuột chỉ ăn chế độ ăn nhiều chất béo). Việc bổ sung nitrate từ chế độ ăn uống không mô phỏng được các tác động của UVR liều thấp. Một liều UVR thấp đơn lẻ đã làm tăng sự biểu hiện UCP-1 (hơn hai lần) trong iBAT của chuột ăn chế độ ăn ít chất béo, 24 giờ sau khi tiếp xúc. Tuy nhiên, ở chuột ăn chế độ ăn nhiều chất béo, không có tác động của UVR lên sự biểu hiện UCP-1 trong iBAT (so với chuột được điều trị giả) khi được đo ở các khoảng thời gian đều đặn trong 12 tuần. Các nghiên cứu chu kỳ rộng hơn không xác định được bất kỳ thay đổi đáng kể nào trong sự biểu hiện UCP-1 ở chuột tiếp xúc với UVR liều thấp, mặc dù nhiệt độ da tại vị trí quanh xương bả vai đã giảm ở chuột tiếp xúc với UVR. Sự xuất hiện của các tế bào có kiểu hình adipocyte trắng (‘whitening’) trong iBAT do ăn chế độ ăn nhiều chất béo đã bị ức chế bởi việc tiếp xúc với UVR liều thấp theo cách phụ thuộc vào nitric oxide. Những sự thay đổi đáng kể trong sự biểu hiện của các điều hòa gen cốt lõi quan trọng của chức năng BAT (Dio2, tăng hơn hai lần), vận chuyển axit béo (tăng Fatp2 [còn được gọi là Slc27a2]), phân giải lipid (giảm Atgl [còn được gọi là Pnpla2]), sinh tổng hợp lipid (giảm Fasn) và viêm (giảm Tnf), cũng như tỷ lệ của các tế bào đại thực bào (tăng gấp đôi) đã được quan sát trong iBAT của chuột tiếp xúc với UVR liều thấp. Những tác động này là độc lập với nitric oxide được giải phóng từ da. Kết quả của chúng tôi gợi ý rằng UVR liều thấp không gây cháy có thể ức chế tác dụng 'whitening', trạng thái steatotic và các yếu tố pro-diabetic của việc tiêu thụ chế độ ăn nhiều chất béo thông qua việc giải phóng nitric oxide từ da, với một số con đường chuyển hóa và miễn dịch trong iBAT được điều chỉnh bởi UVR độc lập với nitric oxide.
Từ khóa
#Bức xạ cực tím #nitric oxide #chuyển hóa #mô mỡ nâu #béo phì #chuộtTài liệu tham khảo
Gorman S, Lucas RM, Allen-Hall A, Fleury N, Feelisch M (2017) Ultraviolet radiation, vitamin D and the development of obesity, metabolic syndrome and type-2 diabetes. Photochem Photobiol Sci 16(3):362–373. https://doi.org/10.1039/c6pp00274a
Fleury N, Feelisch M, Hart PH et al (2017) Sub-erythemal ultraviolet radiation reduces metabolic dysfunction in already overweight mice. J Endocrinol 233(1):81–92. https://doi.org/10.1530/JoE-16-0616
Geldenhuys S, Hart PH, Endersby R et al (2014) Ultraviolet radiation suppresses obesity and symptoms of metabolic syndrome independently of vitamin D in mice fed a high-fat diet. Diabetes 63(11):3759–3769. https://doi.org/10.2337/db13-1675
Teng S, Chakravorty L, Fleury N, Gorman S (2019) Regular exposure to non-burning ultraviolet radiation reduces signs of non-alcoholic fatty liver disease in mature adult mice fed a high fat diet: results of a pilot study. BMC Res Notes 12(1):78–78. https://doi.org/10.1186/s13104-019-4112-8
Oplander C, Suschek CV (2012) The role of photolabile dermal nitric oxide derivates in ultraviolet radiation (UVR)-induced cell death. Int J Mol Sci 14(1):191–204. https://doi.org/10.3390/ijms14010191
Mowbray M, McLintock S, Weerakoon R et al (2009) Enzyme-independent NO stores in human skin: quantification and influence of UV radiation. J Invest Dermatol 129(4):834–842. https://doi.org/10.1038/jid.2008.296
Liu D, Fernandez BO, Hamilton A et al (2014) UVA irradiation of human skin vasodilates arterial vasculature and lowers blood pressure independently of nitric oxide synthase. J Invest Dermatol 134(7):1839–1846. https://doi.org/10.1038/jid.2014.27
Stanford KI, Middelbeek RJ, Townsend KL et al (2013) Brown adipose tissue regulates glucose homeostasis and insulin sensitivity. J Clin Invest 123(1):215–223. https://doi.org/10.1172/JCI62308
Galmozzi A, Sonne SB, Altshuler-Keylin S et al (2014) ThermoMouse: an in vivo model to identify modulators of UCP1 expression in brown adipose tissue. Cell Rep 9(5):1584–1593. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2014.10.066
Feldmann HM, Golozoubova V, Cannon B, Nedergaard J (2009) UCP1 ablation induces obesity and abolishes diet-induced thermogenesis in mice exempt from thermal stress by living at thermoneutrality. Cell Metab 9(2):203–209. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2008.12.014
Razzoli M, Emmett MJ, Lazar MA, Bartolomucci A (2018) Beta-adrenergic receptors control brown adipose UCP-1 tone and cold response without affecting its circadian rhythmicity. FASEB J 32(10):5640–5646. https://doi.org/10.1096/fj.201800452R
van den Berg R, Kooijman S, Noordam R et al (2018) A diurnal rhythm in brown adipose tissue causes rapid clearance and combustion of plasma lipids at wakening. Cell Rep 22(13):3521–3533. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.03.004
Eley J, Himms-Hagen J (1989) Brown adipose tissue of mice with GTG-induced obesity: altered circadian control. Am J Physiol 256(6 Pt 1):E773–E779. https://doi.org/10.1152/ajpendo.1989.256.6.E773
Lee P, Bova R, Schofield L et al (2016) Brown adipose tissue exhibits a glucose-responsive thermogenic biorhythm in humans. Cell Metab 23(4):602–609. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2016.02.007
van der Veen DR, Shao J, Chapman S, Leevy WM, Duffield GE (2012) A diurnal rhythm in glucose uptake in brown adipose tissue revealed by in vivo PET-FDG imaging. Obesity (Silver Spring) 20(7):1527–1529. https://doi.org/10.1038/oby.2012.78
Luijten IHN, Feldmann HM, von Essen G, Cannon B, Nedergaard J (2019) In the absence of UCP1-mediated diet-induced thermogenesis, obesity is augmented even in the obesity-resistant 129S mouse strain. Am J Physiol Endocrinol Metab 316(5):E729–E740. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00020.2019
Roberts LD, Ashmore T, Kotwica AO et al (2015) Inorganic nitrate promotes the browning of white adipose tissue through the nitrate-nitrite-nitric oxide pathway. Diabetes 64:471–484. https://doi.org/10.2337/db14-0496
Milsom AB, Fernandez BO, Garcia-Saura MF, Rodriguez J, Feelisch M (2012) Contributions of nitric oxide synthases, dietary nitrite/nitrate, and other sources to the formation of NO signaling products. Antioxid Redox Signal 17(3):422–432. https://doi.org/10.1089/ars.2011.4156
Gorman S, Scott NM, Tan DH et al (2012) Acute erythemal ultraviolet radiation causes systemic immunosuppression in the absence of increased 25-hydroxyvitamin D3 levels in male mice. PLoS One 7(9):e46006. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0046006
Lauer T, Preik M, Rassaf T et al (2001) Plasma nitrite rather than nitrate reflects regional endothelial nitric oxide synthase activity but lacks intrinsic vasodilator action. Proc Natl Acad Sci U S A 98(22):12814–12819. https://doi.org/10.1073/pnas.221381098
Gao M, Ma Y, Liu D (2015) High-fat diet-induced adiposity, adipose inflammation, hepatic steatosis and hyperinsulinemia in outbred CD-1 mice. PLoS One 10(3):e0119784. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119784
Farrell HE, Bruce K, Lawler C, Stevenson PG (2019) Murine cytomegalovirus spread depends on the infected myeloid cell type. J Virol 93(15): pii: e00540-19. https://doi.org/10.1128/JVI.00540-19
Braune J, Weyer U, Hobusch C et al (2017) IL-6 regulates M2 polarization and local proliferation of adipose tissue macrophages in obesity. J Immunol 198(7):2927–2934. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1600476
Braun K, Oeckl J, Westermeier J, Li Y, Klingenspor M (2018) Non-adrenergic control of lipolysis and thermogenesis in adipose tissues. J Exp Biol 221(Pt Suppl 1). https://doi.org/10.1242/jeb.165381
Kodo K, Sugimoto S, Nakajima H et al (2017) Erythropoietin (EPO) ameliorates obesity and glucose homeostasis by promoting thermogenesis and endocrine function of classical brown adipose tissue (BAT) in diet-induced obese mice. PLoS One 12(3):e0173661. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0173661
Romanovsky AA (2014) Skin temperature: its role in thermoregulation. Acta Physiol (Oxf) 210(3):498–507
Madden CJ, Morrison SF (2019) Central nervous system circuits that control body temperature. Neurosci Lett 696:225–232. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2018.11.027
Meyer CW, Ootsuka Y, Romanovsky AA (2017) Body temperature measurements for metabolic phenotyping in mice. Front Physiol 8:520. https://doi.org/10.3389/fphys.2017.00520
Forni MF, Peloggia J, Braga TT et al (2017) Caloric restriction promotes structural and metabolic changes in the skin. Cell Rep 20(11):2678–2692. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.08.052
Kajiya K, Kunstfeld R, Detmar M, Chung JH (2007) Reduction of lymphatic vessels in photodamaged human skin. J Dermatol Sci 47(3):241–243. https://doi.org/10.1016/j.jdermsci.2007.05.003
Kotzbeck P, Giordano A, Mondini E et al (2018) Brown adipose tissue whitening leads to brown adipocyte death and adipose tissue inflammation. J Lipid Res 59(5):784–794. https://doi.org/10.1194/jlr.M079665
Kim DH, Gutierrez-Aguilar R, Kim HJ, Woods SC, Seeley RJ (2013) Increased adipose tissue hypoxia and capacity for angiogenesis and inflammation in young diet-sensitive C57 mice compared with diet-resistant FVB mice. Int J Obes (Lond) 37(6):853–860. https://doi.org/10.1038/ijo.2012.141
Jastroch M, Divakaruni AS, Mookerjee S, Treberg JR, Brand MD (2010) Mitochondrial proton and electron leaks. Essays Biochem 47:53–67. https://doi.org/10.1042/bse0470053
Bertholet AM, Kirichok Y (2017) UCP1: a transporter for H+ and fatty acid anions. Biochimie 134:28–34. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2016.10.013
Betz MJ, Enerback S (2018) Targeting thermogenesis in brown fat and muscle to treat obesity and metabolic disease. Nat Rev Endocrinol 14(2):77–87. https://doi.org/10.1038/nrendo.2017.132