Porcine models for the study of local and systemic regulation of innate immune factors in obesity:Innate immune gene expression and circulating biomarkers in obesity-induced inflammation

摘要

Overvægt og fedme er stigende i et alarmerende tempo globalt, og er hurtigt ved at blive et af de største medicinske problemer i verden. Overvægt og fedme er risikofaktorer for metaboliske sygdomme såsom diabetes, hjerte-kar-sygdomme og kræft. Fedme er forbundet med en kronisk tilstand af let inflammation i fedtvæv, der involverer flere faktorer af det innate immunrespons med en række systemiske effekter, og som er impliceret i udviklingen af det metaboliske syndrom.For at undersøge effekten af fedme og fedmerelaterede sygdomme er gode translationelle dyremodeller nødvendige, og som sådan er griseblevet foreslået som relevante modeller for human fedme-induceret inflammation eftersom, grise deler mange genetiske, anatomiske og fysiologiske ligheder med mennesker.I dette projekt blev op- og nedregulering af gener og proteiner involveret i det innate immunrespons mod fedme-induceret inflammation undersøgt for at definere responset og for at identificere en grise-model, der minder om det humane respons. Reguleringen blev undersøgt i leveren, to fedtvæv fra maven (subcutant fedtvæv (SAT) fra abdomen eller retroperitoneal fedtvæv (RPAT) og visceralt fedtvæv (VAT)) samt SAT fra halsen (neck SAT), såvel som i blodet. Tre tynde og fede svineracer, som alle tidligere er anvendt som fedme-modeller, er blevet undersøgt, nemlig produktionsgrise, Göttingen minigrise og Ossabaw minigrise, samt klonede produktionsgrise i et forsøg på at reducere variation, og dermed antallet af dyr, der skal anvendes i et studie for at opnå statistisk signifikans.I genreguleringsanalyserne blev to platforme til kvantitativ real-time PCR (qPCR) anvendt: Et Rotor-Gene Q instrument og en mikrofluid-baseret high-throughput Bio-Mark. Enzym-bundet immunsorbent-assays (ELISAs) blev anvendt for at analysere flere serumproteiners koncentrationer i blodet.I klonerne blev både klonings- og fedmeresponset fra gener i det innate immunforsvar ændret i væv og i blodet, idet færre gener var differentielt reguleret i klonerne og i fede grise, end i kontrollerne og tynde grise. Disse virkninger var additive, således at fede, klonede grise viste den mindste differentielle genekspression. Dog viste de fede kloner opregulering af to serumproteiner, nemlig haptoglobin og orosomucoid (ORM), som den eneste gruppe af produktionsgrise. Desuden reducerede kloning ikke den inter-individuelle fænotypiske variation mellem grisene. Dette ændrede respons i det innate immunrespons kan have fænotypiske effekter over tid, og derfor bør dette tages i betragtning, når klonede grise bruges til ernærings undersøgelser.I Göttingen minigrise inducerede fedme omfattende ændringer i genekspressionen i vævene, da ni gener i leveren (ud af 35), 12 gener i VAT, 11 i RPAT og otte gener i neck SAT (ud af 33) var signifikant differentielt reguleret i de fede Göttingen minigrise i forhold til de tynde. Tre gener blev differentielt udtrykt i alle tre fedtvæv, nemlig det proinflammatoriske CC chemokin ligand 3-like 1 (CCL3L1), den antiinflammatoriske CD200 og den antiinflammatoriske IL1RN, hvilket indikerer, at flere faktorer i fedtvæv undertrykker konsekvenserne af fedme. Denne reaktion er lig det respons der er observeret i fede mennesker. Dog udviste de fede Göttingen minigrise ikke forhøjede serum proteinkoncentrationer, der er observeret hos fede mennesker.De fede Ossabaw minigrise udviste ikke differentiel ekspression i fedtvævene, selv om dette kan skyldes små gruppestørrelser. En række gener i leveren (seks ud af 26 gener) var nedreguleret, hvilket ikke er lig menneskers respons på fedme.Ved sammenligning af de tre racer af porcine fedme-modeller i forhold til akutfaseproteinet ORM, udviste alle tre racer ingen forskel i genreguleringen af ORM mellem de tynde og fede grise. ORM har vist sig at have antiinflammatoriske og immunomodulatoriske virkninger, og er blevet forbundet med at opretholde metabolisk homøostase under fedme. Endvidere blev ingen ekspressions forskelle fundet mellem fedtvævene, hvilket svarer til responset hos fede mennesker. Hos fede mennesker er forhøjede plasmaniveauer af ORM blevet fundet, hvilket også var tilfældet for fede Ossabaw minigrise. Plasmaniveauerne mellem tynde og fede produktionsgrise og Göttingen minigrise var uændrede. Hvad angår ORM, reagerer Ossabaw minigrise altså tilsvarende på fedme som mennesker.Som konklusion viste ingen af de undersøgte racer af porcine fedme modeller et fuldstændigt menneske-lignende respons på fedme, under de undersøgte betingelser. Dog udviste de fede Göttingen minigrise et respons svarende til fede menneskers med hensyn til genekspression i fedtvæv, og de fede Ossabaw minigrise viste en lignende reaktion med hensyn til serum ORM koncentrationer i blodet.