Oxytocin induziert Ghrelin und Leptin, reduziert Uncoupling Protein-1 Genexpression und moduliert die Entzündungsreaktion in braunen Fettzellen

Abstract

Die funktionelle Wechselwirkung zwischen der Hypothalamus-Hypophysen-Achse und peripheren Geweben ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Energiehomöostase. Erst jüngst wurde Fettgewebe als wichtige Quelle für endokrine Hormone identifiziert. So spiegelt die adipozytäre Leptin-Freisetzung die Höhe der Körperlipidmasse wider und führt zu einer verminderten Nahrungsaufnahme und einem reduzierten Körpergewicht durch Bindung an seinen Rezeptor im Hypothalamus. Dieser Mechanismus ist im diabetischen und/ oder fettleibigen Zustand gestört und wird als Leptinresistenz bezeichnet. Es gibt vermehrt wissenschaftliche Belege dafür, dass Oxytocin (OT) sogar ein negatives Energieungleichgewicht induziert, wenn eine Leptinresistenz vorliegt. Bisher ist nicht ausreichend geklärt, ob zentrale und/ oder periphere OT Mechanismen primär bei der Vermittlung dieser anorexigenen Effekte verantwortlich sind. Mit dem Nachweis einer signifikanten OT-Rezeptor Expression in murinen braunen Adipozyten untersuchten wir im Folgenden die direkten Effekte von OT auf die intrazelluläre Signalkaskade, Differenzierung sowie endokrine und metabolische Funktion im vorliegenden murinen Zellmodel. Die akute Stimulation mit OT führte in ausdifferenzierten Adipozyten zu einer dosis- [max. 1,7-fach, 100 nM, P <0,05] und zeitabhängigen [max. 2-fach, 5 min, 100nM, P <0,01] Phosphorylierung der p44 / p42 Mitogen-activated Protein Kinase (MAP Kinase) während die Phosphorylierung von anderen wichtigen Zwischenprodukten der Januskinase / Signaltransducer and aktivator der transcription (JAK/STAT) -Signalkaskade nicht nachgewiesen werden konnte. Anschließend wurde die Leptin- und Ghrelin Genexpression nach akuter und chronischer OT-Inkubation gemessen. Hierbei konnte ein Anstieg der Leptin mRNA Expression nach chronischer OT- Stimulation [max. 3-fach, 1μM, p <0,01] ermittelt werden. Folglich kann angenommen werden, dass die appetithemmende Wirkung von OT teilweise durch die Steigerung der Leptin Genexpression und Leptin Generierung im Fettgewebe vermittelt wird, da bekannterweise OT hierüber zu einer Hemmung von appetitsteigernden NPY/AgRP Nervenzellen im Nucleus arcuatus und zu einer Stimulation von appetithemmenden POMC/CART Nervenzellen im Nucleus paraventrikularis führt. Darüber hinaus konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die akute Stimulation mit OT zu einer Steigerung der Ghrelin mRNA Expression [max. 1,5-fach, 1 Stunde, 100nM p <0,05] in braunen Adipozyten führt und dass braunes Fettgewebe einen weiteren Ursprung der Ghrelinproduktion darstellt. Die vorliegende Forschungsarbeit liefert demnach Hinweise für ein durch OT, Leptin und Ghrelin vermitteltes Feedbacksystem an das ZNS durch das braune Fettgewebe. Braunes Fettgewebe ist weithin für seine besondere Fähigkeit zur zitterfreien Thermogenese bekannt und trägt daher zur Energiehomöostase im Menschen bei. Infolgedessen wurde der Einfluss von OT auf die Uncoupling Protein-1 (UCP-1) Genexpression erfasst. Unter chronischer OT-Inkubation konnte eine signifikante Hemmung der UCP-1 Genexpression [0,79-fach, 1μM, p <0,05] nachgewiesen werden, während eine akute Stimulation keine modulierenden Effekte erbrachte. Darüber hinaus zeigte sich in OT behandelten adulten braunen Adipozyten eine hochsignifikant verminderte Glukoseaufnahme unter ß-adrengerger Stimulation mit Isoprenalin. Signifikante Differenzen in der Insulin induzierten Glukoseaufnahme konnten diesbezüglich jedoch nicht ermittelt werden. Folglich ist dies der erste Hinweis, dass die sympathisch stimulierte thermogenetische Kapazität unter chronischem OT Einfluss in adulten braunen Adipozyten vermindert ist. Da diese Erkenntnisse durch eine OT vermittelte Veränderung der Adipozyten-Differenzierung zu erklären wären, wurde im Folgenden der molekulare Phänotyp, die Lipidakkumulation und die Morphologie der am Versuchsende ausgereiften braunen Adipozyten ausführlich bestimmt. Eine Differenz zwischen unbehandelten und chronisch mit OT behandelten Adipozyten konnte schlussendlich nicht ermittelt werden. Da Diabetes und Übergewicht mit einer chronischen Entzündungsreaktion assoziiert sind, wurden folglich die durch OT vermittelten Effekte auf bedeutende Entzündungsmediatoren ermittelt. Die akute Stimulation mit OT führte zu einer Erhöhung der Interleukin-6 - [max. 2.2-fach, 2 Stunden, 100 nM, p <0,01], zu einer biphasischen Monocyte chemoattractant Protein-1 - [max. 1,5-fach, 0,5 Stunden, 100nM, p <0,01; min. 0,85-fach, 8 Stunden, p <0,01] und zu einer signifikanten Inhibierung der Tumornekrosefaktor alpha (TNFalpha) mRNA Expression [min. 0,52, 2 Stunden, 100 nM, p <0,01]. Unter chronischer Inkubation konnte ebenfalls eine Reduktion der TNFalpha Expression nachgewiesen werden [0.72- fach, 1μM, p <0,01]. Die TNFalpha reduzierende Wirkung scheint hierbei durch die MAP-Kinasen abhängig zu sein, da eine Inhibierung dieser Signalkaskade die inhibitorische Wirkung von OT aufhob. Zusammengefasst stellt die beschriebene Forschungsarbeit wichtige neue Erkenntnisse der durch OT vermittelten endokrinen Funktion in murinen braunen Adipozyten dar und fördert das Verständnis für die vorteilhafte metabolische Funktion.