Взаимодействие между репродуктивната и метаболитната функция: характеризиране на ролята на невроендокринните фактори и енергийния сензор, усилена активирана протеин киназа (ampk)

  • Автори:Мария Алексия Барозу Ромеро
  • Директори на дисертации:Мануел Хосе Тена Семпере (реж. Тес.), Хуан Роа Ривас (реж. Тес.)
  • Четене: В Университета в Кордова (Испания) през 2020г
  • Идиом: Испански
  • Дипломна квалификация:Justo Pastor Castaño Fuentes (председател), Mónica García Alloza (тайна), Alfonso Lechuga Sancho (говорител)
  • Теми:
    • Физически
      • Физика на твърдото тяло
        • Електронни състояния
    • науки за живота
      • Човешка физиология
        • Физиология на централната нервна система
        • Репродуктивна физиология
  • Връзки
    • Теза с отворен достъп в: Helvia
  • Обобщение

    • 1. ВЪВЕДЕНИЕ Размножаването е скъп процес от гледна точка на енергийното потребление, който, макар и от съществено значение за оцеляването на вида, е необходим на индивидуално ниво. Следователно съзряването и функцията на репродуктивната ос са тясно свързани с енергийното състояние на организма и са под контрола на сложна мрежа от регулаторни фактори, където невроналните, хормоналните и екологичните сигнали си сътрудничат, за да гарантират правилното му съзряване, по време на различни етапи на развитие и тяхното функционално поддържане в зряла възраст, при условие че хранителните и метаболитните условия са адекватни. Успехът на този процес се ръководи от интегрираното действие на сигналите на така наречената ос Хипоталамус-Хипофиза-Гонадали (HHG), при което GnRH невроните заемат видно място, контролирайки възпроизводството и неговата модулация чрез метаболитни сигнали (1, 2 ). Междувременно Kiss1 невроните са ключови елементи в контрола на репродукцията, тъй като те регулират освобождаването на GnRH и следователно гонадотропини, а също така са способни да предават метаболитна информация на GnRH неврони, стимулирайки или инхибирайки нейния синтез (3).

      взаимодействие

      В този контекст през последните десетилетия са открити голям брой сигнали от централен и периферен произход, отговорни за адаптирането на репродуктивната функция към наличието на енергийни ресурси на тялото. Най-общо може да се приеме, че сигналите за енергийна достатъчност (анорексигенни) стимулират стартирането и функционирането на репродуктивната ос, докато сигналите, които съобщават за недостига на енергийни ресурси (орексигенни) инхибират функционирането на репродуктивната ос. По този начин по време на еволюцията са разработени сложни механизми, които позволяват специфично инхибиране на репродуктивната ос при неблагоприятни енергийни условия (3).

      Споменатите неблагоприятни метаболитни условия могат да възникнат както при дефицити, така и при излишъци на енергийните запаси на тялото. По този начин, както в развитите, така и в развиващите се страни, разпространението на затлъстяването и свързаните с него патологии се увеличава със скорост на епидемични пропорции. Причините се дължат на комбинация между генетично предразположение и социални и екологични фактори, които водят до дисбаланс в енергийния баланс, и е свързана с хипертония, диабет тип 2, затлъстяване на черния дроб и различни нарушения, известни като метаболитен синдром. От друга страна, различни състояния, някои от които са все по-разпространени, са свързани със сериозен енергиен дефицит, като анорексия, туморна кахексия и други консумативни патологии, или дори интензивни програми за физическа подготовка, като тези на професионалните спортисти. И при двете състояния, в зависимост от момента, в който се появяват, пубертетът, плодовитостта и функцията на половите жлези могат да бъдат сериозно засегнати (4).

      На свой ред, самата функция на половите жлези може да повлияе на метаболитното състояние на организма, така че секрециите на половите жлези, като андрогени и естрогени, са мощни модулатори на метаболитната хомеостаза и телесното тегло. Поради всички тези причини различни експериментални доказателства сочат, че не само хранителните промени и други ситуации на метаболитен стрес, но и неподходящите нива на половите хормони в определени периоди на развитие, могат да допринесат за задействане на метаболитни промени и трайно да модифицират репродуктивната функция (5, 6 ). Неврохормоналните механизми, лежащи в основата на това двупосочно взаимодействие между метаболизма и репродуктивната ос, остават до голяма степен неизвестни.

      От друга страна, в допълнение към различните централни и периферни сигнали, неотдавнашните данни показват участието на клетъчни енергийни сензори в метаболитния контрол на репродуктивната функция. Сред тях се откроява AMP-активираната протеинкиназа, наречена AMPK, ключов енергиен сензор, който се активира в условията на енергиен дефицит и участва в енергийната хомеостаза на тялото, главно чрез регулиране на енергийния прием и изразходване, упражнявайки действието му в ядрата на хипоталамуса, дъгата (ARC) и вентромедиала (VMN), съответно (7). Освен това, неотдавнашни проучвания показват, че AMPK функционира като ключов път, който информира и модулира оста HHG в ситуации на енергийна недостатъчност, въпреки че доказателствата в подкрепа на тази роля са все още фрагментарни и неубедителни, без ясна характеристика на ролята на сигнализирането. в ключови невронални популации за метаболитен контрол на репродуктивната функция (1).

      В обобщение, въпреки че е очевидно, че има ясна връзка между енергийното и метаболитното състояние на организма и съзряването и функцията на репродуктивната ос, невронните мрежи и хормоналните и молекулярни основи на участващите механизми все още не са напълно разбрано.в този физиологичен феномен. Всичко това изисква по-добро разбиране на сложните двупосочни взаимодействия между метаболитния статус и репродуктивната функция, невроендокринните основи на тези взаимодействия и молекулярните механизми, които свързват двете съответни телесни системи.

      Вземайки предвид горното, основната цел на тази докторска дисертация е да задълбочи характеризирането на динамичните взаимодействия между метаболитното състояние на организма и ключовите аспекти на съзряването и репродуктивната функция. В този контекст тази дисертация е обърнала специално внимание на определянето на въздействието на промените в функцията на половите жлези и излагането на обезогенни фактори върху ендокринно-метаболитния профил в зряла възраст и на оценката на възможната роля на клетъчния енергиен сензор, AMPK, действащ върху GnRH и Kiss1 неврони, в метаболитния контрол на репродуктивната функция.

      2. СЪДЪРЖАНИЕ НА ИЗСЛЕДВАНЕТО Тази докторска дисертация е разделена на два основни експериментални блока.

      В експериментален блок 1 въздействието на постнаталната хранителна манипулация и неонаталната стероидна среда върху метаболитната и гонадотропната функция е оценено при мъжки и женски плъхове, в ранна възраст (PND50) и в зряла възраст (PND150).

      Нашите резултати показват, първо, че прекомерното хранене, приложено от неонаталния период, състоящо се от прехранване по време на лактация (SL), последвано от диета с високо съдържание на мазнини след отбиване (HFD), предизвиква откриваеми промени в различни метаболитни и гонадотропни параметри при плъхове от двата пола., въпреки че тези ефекти са много по-очевидни при мъжете, отколкото при жените.

      По този начин мъжките плъхове SL/HFD, прекомерно подхранени от неонаталния период, показват не само значително увеличение на телесното тегло в сравнение с нормално подхранваните контроли (NL/CD), но също така показват очевидни показатели за централен хипогонадизъм и дисрегулация на глюкозната хомеостаза . Забележително е, че затлъстяването индуцира потискане на серумните нива на гонадотропин при мъже, откриваеми на 50 и 150-дневна възраст, което доведе до значително намаляване на основните тестикуларни андрогени, тестостерон, DHT и андростендион, без забележими промени в нивата. на ден след раждането 150 (PND150). Що се отнася до метаболитната хомеостаза, затлъстелите мъже показаха в PND150 ясно повишени нива на базална гликемия, както и променени профили в тестовете за толерантност към глюкоза (GTT) и инсулин (ITT).

      За разлика от тях, чувствителността към метаболитното и гонадотропното въздействие на тези обезогенни манипулации е значително по-ниска при женски плъхове. По този начин, въпреки забележимото наддаване на тегло в сравнение с нормално хранените женски плъхове (NL/CD), затлъстелите възрастни жени не са показали значителни промени в нивата на циркулиращ LH и FSH, нито са показали потискане в серумните концентрации на гонадни андрогени, въпреки че те представят повишаване на нивата на андростендион и естрадиол, без значителни промени в нивата на прогестерон и естрон. По отношение на метаболитните параметри, затлъстелите жени са показали само преходно намаляване на серумните концентрации на инсулин, селективно в PND50, и много специфична и умерена промяна (ограничена в минута 20 от GTT) на толеранс към глюкозния болус при PND150, без забележими промени в или изходна глюкоза в кръвта, или глобални стойности на глюкоза в кръвта по време на GTT или ITT.

      И накрая, в този експериментален блок ние също анализираме въздействието върху гонадотропната и метаболитната функция при възрастни плъхове (PND150) от двата пола на пълното елиминиране на половите стероиди чрез гонадектомия (GNX), комбинирано или не с постнатално прехранване и богата диета.мазнини.

      Премахването на яйчниците чрез оофоректомия (OVX) в зряла възраст (PND90) предизвика известно нарастване на въздействието на обезогенните манипулации при женски плъхове върху определени ендокринно-метаболитни параметри. Мащабът на тези промени обаче обикновено беше много скромен, с изключение на наддаването на тегло и нивата на лептин, които бяха значително увеличени от комбинацията на OVX с устойчиво преяждане (SL/HFD). Във всеки случай, за разлика от непокътнатите жени, затлъстелите жени с OVX показаха частично потиснати нива на LH (в сравнение с жените с ненаднормено тегло OVX) и тенденция към повишаване на базалните нива на глюкоза в кръвта, заедно с умерено повишаване на устойчивостта към действията на инсулин, без промени в профилите на GTT между интактни затлъстели плъхове и OVX.

      И накрая, орхидектомията (ORX) на мъжки плъхове в зряла възраст, като маневра за пълно елиминиране на тестикуларния секрет, не предизвиква като цяло очевидно влошаване на метаболитните профили нито при нормално хранените, нито при затлъстелите животни. за повишаване на базалните нива на инсулин при мъже със затлъстяване ORX, което обаче не е свързано с очевидни промени в профилите GTT и ITT. Във всеки случай трябва да се отбележи, че при нормално хранени мъже ORX води до намаляване на телесното тегло, докато ORX не влошава затлъстяването, причинено от продължително прехранване (SL/HFD) от лактацията.

      В експериментален блок 2 използвахме генетично модифицирани миши модели, генерирани в нашата лаборатория, наречени GAMKO и KAMKO, с дефицит в α1 субединицата на AMPK, по-специално в клетките на GnRH и Kiss1, за да характеризираме ролята на метаболитния сензор, AMPK, действащ селективно при тези невронални популации, при метаболитния контрол на пубертета и гонадотропната функция на възрастните.

      При условия на нормално хранене, женските мишки GAMKO показаха напредък във възрастта на отваряне на вагината, като външен признак за настъпване на пубертета, което доведе до значително по-ниска средна възраст на пубертета, отколкото при контролните мишки. Това явление не е установено при мъжки мишки GAMKO, нито при мишки KAMKO от двата пола. По същия начин перипуберталните женски мишки GAMKO показаха повишени LH-секреторни отговори (като сурогатен маркер за секреция на GnRH) към приложението на kisspeptin.

      Въпреки липсата на фенотипни промени в пубертетни маркери при условия на нормално хранене, женските мишки KAMKO показаха частична устойчивост на вредно въздействие, по отношение на забавено начало на пубертета, в условия на отрицателен енергиен баланс, при който активността на хипоталамуса се увеличава значително при физиологични условия . По този начин, докато контролира женските мишки, хроничното недохранване след отбиването причинява значително намаляване на телесното тегло, забавяне на възрастта на влагалищното отваряне и намаляване на теглото на яйчниците, премахването на AMPK сигнализирането в клетките Kiss1, въпреки че не предотвратява спад в телесното тегло, причинен от недохранване, с подобен мащаб на този, наблюдаван при недохранени контролни мишки, той предотвратява глобалното забавяне на възрастта на влагалищното отваряне, предизвикано от споменатото недохранване, също причинявайки забележима тенденция към повишаване на нивата на LH и теглото на яйчниците при недохранени мишки KAMKO vs. контроли, подложени на подобен протокол за недохранване.

      В зряла възраст пулсиращите профили на LH секреция не показват откриваеми промени при мъжки и женски мишки GAMKO или при женски мишки KAMKO. Въпреки липсата на промени в секреторните профили на LH, селективно GAMKO жените показват увеличение на секреторните отговори на GnRH (доказано от отговорите на LH) към прилагането на различни стимули на гонадотропната ос, които включват kisspeptin-10, агонист на NKB (Senktide) и GnRH.

      3. ЗАКЛЮЧЕНИЯ Основните изводи от нашата работа са:

      1. Метаболитните и гонадотропни промени, предизвикани от продължително прехранване от ранна детска възраст до зряла възраст, представляват подчертан сексуален диморфизъм, с много по-забележимо засягане при мъжките плъхове, отколкото при женските. Тази по-голяма чувствителност на мъжете към обезогенни манипулации се превръща не само в нарушаване на регулацията на въглехидратната хомеостаза в зряла възраст, но и в появата на хипогонадотропен хипогонадизъм, свързан със затлъстяването, дефиниран от първоначално потискане на секрецията на гонадотропини, откриваема още в ранна възраст, предшестващо дълбоко потискане на тестикуларната андрогенна секреция, свързано с хиперлептинемия, непоносимост към претоварване с глюкоза и инсулинова резистентност.

      2. Състоянието на устойчивост на женския плъх към въздействието на обезогенните манипулации върху метаболитните параметри и гонадотропната функция се дължи до голяма степен на правилния процес на полова диференциация в ранните етапи на развитие и самата функция на яйчниците, така че маскулинизацията на ранната сексуална диференциация процеси чрез новородена андрогенизация и, в по-малка степен, елиминиране на функцията на яйчниците в зряла възраст, сенсибилизират метаболитната и гонадотропната системи към вредните действия на трайно прехранване от ранна възраст до зряла възраст.

      3. По-специално при жените, клетъчният енергиен сензор AMPK, действащ върху GnRH невроните, играе важна роля в метаболитния контрол на пубертета и гонадотропната функция в зряла възраст, действайки като инхибиторен сигнал за невроналната активност на GnRH, с откриваема роля както при условия на нормално хранене, така и по-специално при отрицателен енергиен баланс, при действие, зависещо от яйчниковия секрет.

      4. При жените AMPK сигнализирането в невроните Kiss1 участва в метаболитния контрол на пубертета, но изглежда не играе съществена роля в модулацията на гонадотропната функция в зряла възраст. По отношение на пубертетната регулация, активността на AMPK в невроните Kiss1 допринася за медииране на инхибиторния ефект на недохранените условия върху пубертетно активиране на репродуктивната ос.

      5. Заедно с доказателства от предишни експресивни и фармакологични проучвания, нашите резултати при миши модели, GAMKO и KAMKO, със селективна аблация на α1 субединицата на AMPK в клетките на GnRH и Kiss1, са допринесли за характеризиране на естеството и значимостта Физиология на хипоталамусна AMPK сигнализация в метаболитния контрол на репродуктивната ос, с променлива роля в зависимост от невроналния тип, в който работи, пола, времето на развитие и хранителния статус.

      4. БИБЛИОГРАФИЯ 1. M. S. Avendaño, M. J. Vazquez, M. Tena-Sempere, Разплитане на пубертета: нови невроендокринни пътища и механизми за контрол на пубертета на бозайници. Hum Reprod актуализация 23, 737-763 (2017).

      2. J. Roa, M. Tena-Sempere, Свързване на метаболизма и репродукцията: роли на централните енергийни сензори и ключови молекулярни медиатори. Ендокринол Mol Cell 397, 4-14 (2014).

      3. M. Manfredi-Lozano, J. Roa, M. Tena-Sempere, Свързващ метаболизъм и функция на половите жлези: Нови централни невропептидни пътища, участващи в метаболитния контрол на пубертета и плодовитостта. Преден невроендокринол 48, 37-49 (2018).

      4. F. R. Day, C. E. Elks, A. Murray, K. K. Ong, J. R. Perry, Puberty timing, свързан с диабет, сърдечно-съдови заболявания, както и различни здравни резултати при мъжете и жените: проучване на UK Biobank. Sci Rep 5, 11208 (2015).

      5. M. A. Sánchez-Garrido et al., Метаболитно и гонадотропно въздействие на последователните обезогенни инсулти при жените: Влияние на загубата на секреция на яйчниците. Ендокринология 156, 2984-2998 (2015).

      6. M. G. Novelle et al., Новородени събития, като андрогенизация и прехранване след раждането, променят отговора на грелин. Sci Rep 4, 4855 (2014).

      7. M. López, M. Tena-Sempere, Естрадиол ефекти върху хипоталамусния AMPK и BAT термогенеза: Вход за лечение на затлъстяване? Pharmacol Ther 178, 109-122 (2017).