Toksyny środowiskowe przyczyniają się do otyłości i chorób metabolicznych

Toksyny środowiskowe przyczyniają się do otyłości i chorób metabolicznych

W niedawno opublikowanym badaniu w Aktualna opinia w farmakologii Journal, naukowcy zbadali wpływ toksyn środowiskowych i brunatnej tkanki tłuszczowej (BAT) na otyłość i zaburzenia metaboliczne.

Otyłość wynika z większego spożycia energii w porównaniu do wydatku energetycznego, co z kolei prowadzi do wzrostu otyłości. Luka kaloryczna zapobiegająca przyrostowi masy ciała wynosi jedynie 8,2 do 61,2 kcal dziennie w różnych populacjach. Siedzący tryb życia i nadmierny wydatek energetyczny mogą nie być całkowicie odpowiedzialne za rosnącą częstość występowania globalnej otyłości i związanych z nią chorób metabolicznych, pomimo solidności regulacji bilansu energetycznego. Warto zauważyć, że wiele innych gatunków oprócz ludzi wydaje się cierpieć na otyłość. Wyniki te sugerują, że do otyłości mogą również przyczyniać się czynniki inne niż zwiększona dostępność wysokokalorycznej żywności i ograniczona mobilność spowodowana postępem technologicznym.

Uczyć się: Toksyny środowiskowe, brązowa tkanka tłuszczowa i potencjalne powiązania z otyłością i chorobami metabolicznymi. Źródło zdjęcia: Suzanne Tucker / Shutterstock

BAT a termogeneza i profilaktyka otyłości

Głównym miejscem gromadzenia się lipofilowych związków środowiskowych jest tkanka tłuszczowa. BAT i biała tkanka tłuszczowa (WAT) to dwie różne formy tkanki tłuszczowej. Tylko ssaki eutheryjskie mają BAT, który w przeciwieństwie do WAT ma funkcję termogeniczną, która daje zwierzętom ewolucyjną przewagę na zimnie.

Aktywność termogeniczna wykonywana przez aktywne BAT na gram tkanki powoduje utlenianie trójglicerydów i glukozy w osoczu ze stosunkowo dużą szybkością. Należy jednak zauważyć, że termogeneza oparta na mięśniach szkieletowych w znacznie większym stopniu przyczynia się do wydatku energetycznego podczas ekspozycji na zimno ze względu na jego dużą masę. Cztery tygodnie aklimatyzacji do zimna wystarczą dorosłym, aby zwiększyć termogenezę BAT i zmniejszyć drżenie mięśni szkieletowych. Podkreśla to potencjalne znaczenie BAT dla wydatków energetycznych całego ciała. Natomiast hamowanie lipolizy tkanki tłuszczowej zmniejsza termogenezę BAT i sprzyja drżeniom mięśni.

Badania sugerują, że rozłączenie białka 1 (UCP1) i BAT sprzyja również wydatkowi energii u ludzi, niezależnie od narażenia na zimno, poprzez zwiększenie termogenezy indukowanej dietą (DIT). DIT stanowi od 5% do 15% dziennego wydatku energetycznego, w zależności od składu i ilości spożywanej żywności. Dodatkowo badanie wykazało, że zjedzenie posiłku gwałtownie zwiększa przepływ krwi i zużycie tlenu w BAT. W rezultacie termogeneza DIT może odgrywać znaczącą rolę w codziennym wydatku energetycznym człowieka przebywającego w środowiskach termoneutralnych. Zahamowanie tego procesu można zatem wiązać z otyłością i zaburzeniami metabolicznymi.

Pestycyd chloropiryfos hamuje termogenezę indukowaną dietą u BAT

Zespół zbadał brązowe adipocyty wykazujące ekspresję promotora UCP1 powiązanego z lucyferazą, aby zidentyfikować zanieczyszczenia środowiska, które mogą bezpośrednio wpływać na funkcjonowanie BAT. W sumie zbadano 34 szeroko stosowane pestycydy, w tym materiały opakowaniowe do żywności, herbicydy i barwniki do żywności, które wykazywały strukturalne podobieństwo do serotoniny, substancji hamującej termogenezę BAT. Zespół odkrył, że aktywność promotora UCP1 oraz ekspresja białka i informacyjnego kwasu rybonukleinowego (mRNA) uległy dramatycznemu zmniejszeniu w obecności chloropiryfosu (CPF) w dawkach tak niskich jak 1 pM. CPF, insektycyd fosforoorganiczny, jest często stosowany do różnych upraw i owoców w celu zwalczania szkodników.

Po potraktowaniu 1 pM CPF komórki BAT poddano bezstronnemu sekwencjonowaniu RNA, które ujawniło, że niska dawka CPF spowodowała zauważalne zmiany w ekspresji genów mitochondrialnych. Późniejsze badania wykazały, że zmiany te były powiązane z deficytami w oddychaniu mitochondrialnym. Wyniki te wykazały, że CPF hamuje ekspresję UCP1 i termogenezę w hodowanych komórkach BAT w ramach okna ekspozycji, w którym osoby mogą być narażone na CPF poprzez spożycie owoców i warzyw.

Zespół odkrył, że wysokie dawki CPF, które blokują aktywność acetylocholinoesterazy w mózgu i osoczu oraz butyrylocholinoesterazy w osoczu, mogą powodować otyłość i rozregulowanie poziomu glukozy poprzez mechanizmy, które mogą obejmować zmiany w florze jelitowej lub zwiększenie wydatku kalorycznego. Jednakże, przy niskich dawkach CPF, gdy myszy testowe utrzymywano w temperaturze neutralnej, zgłaszano również przyrost masy ciała, nietolerancję glukozy, insulinooporność i niealkoholową stłuszczeniową chorobę wątroby (NAFLD). Sugerowało to, że poziomy CPF zgodne z narażeniem niezwiązanym z pracą u poszczególnych osób mogą sprzyjać otyłości, zapobiegając termogenezie wywołanej dietą w BAT.

Inne zanieczyszczenia środowiska, które mogą mieć wpływ na funkcjonowanie BAT

Wiele toksyn środowiskowych wiąże się z receptorami hormonów, takimi jak receptory androgenowe (AR), receptory węglowodorów arylowych (AhR), receptory estrogenowe (ER), receptory związane z receptorami estrogenowymi (ERR), receptory tarczycy (TR) i receptory pregnanu X (PXR). ) zaburza działanie hormonalne. Receptory te odgrywają kluczową rolę w kontroli termogenezy BAT. Do toksyn środowiskowych należą DDT, chloroorganiczny i winklozolina, które blokują procesy za pośrednictwem receptora androgenowego, w tym transkrypcję UCP1.

Niektóre toksyny środowiskowe mogą wpływać na termogenezę BAT, naśladując działanie estrogenu. Na przykład najpopularniejszy przemysłowy środek chemiczny stosowany w produkcji tworzyw sztucznych, bisfenol A (BPA), powoduje utratę wagi bez zmiany spożycia kalorii. Co więcej, narażenie matki na BPA w czasie ciąży naśladuje słabego agonistę estrogenu, zwiększając masę międzyłopatkową BAT i zwiększając ekspresję UCP1 u potomstwa płci żeńskiej, ale zmniejszając aktywność BAT i adipogenezę brązową u potomstwa płci męskiej.

Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badania wykazały, że niektóre zanieczyszczenia środowiska mogą hamować termogenezę BAT. Należy przeprowadzić dalsze badania przy różnych dawkach w liniach komórkowych BAT, aby ocenić tę możliwość i zapewnić dokładniejsze przełożenie na ludzi.

Odniesienie:

• Bo Wang, Gregory R. Steinberg, Umweltgifte, braunes Fettgewebe und mögliche Verbindungen zu Fettleibigkeit und Stoffwechselerkrankungen, Current Opinion in Pharmacology, Band 67, 2022, 102314, ISSN 1471-4892, DOI: https://doi.org/10.1016/j.coph.2022.102314, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1471489222001412

.