本文介绍了一种白色和棕色脂肪组织移植方案,该方案为逆转糖尿病和肥胖型BTBR小鼠的生育力低下、肥胖和高血糖,并改善其肾功能提供了有前景的策略。
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本文介绍了一种白色和棕色脂肪组织移植方案,该方案为逆转糖尿病和肥胖型BTBR小鼠的生育力低下、肥胖和高血糖,并改善其肾功能提供了有前景的策略。
白色脂肪组织(WAT)和棕色脂肪组织(BAT)移植已成为一种有前景的治疗策略,可用于逆转代谢紊乱,而无需持续给予外源性药物。WAT 作为参与能量稳态的关键内分泌器官,而 BAT 则是体温调节所必需的产热组织。黑褐色短尾(BTBR)肥胖 小鼠模型很好地模拟了肥胖、2 型糖尿病(T2DM)和糖尿病肾病(DKD)的关键特征,包括高血糖、胰岛素抵抗、代谢低下以及生育力下降。
根据下述方案,将来自BTBR野生型和杂合子供体的白色脂肪组织(WAT)与棕色脂肪组织(BAT)联合移植至BTBR肥胖 受体后,成功逆转了亚生育力,减轻了体重增加,使血糖调控恢复正常,并改善了肾脏相关指标。值得注意的是,肾组织肥大和细胞凋亡减少,足细胞数量得以保留。这些结果表明,联合移植WAT和BAT可能成为治疗2型糖尿病(T2DM)的一种替代性治疗策略,同时对糖尿病肾病(DKD)和肥胖具有协同改善作用。此外,该方法可能有助于增加动物房种群中可存活的BTBR肥胖小鼠数量。进一步探究其潜在机制将有助于推动该干预手段的临床转化。
糖尿病肾病(DKD)、2型糖尿病(T2DM)和肥胖症是相互关联的多因素疾病,构成了日益严重的全球性健康挑战。糖尿病肾病定义为在无其他可识别肾脏损害原因的情况下,糖尿病(DM)与慢性肾脏病同时存在,影响约20%-40%的糖尿病患者1,2。2型糖尿病是一种以慢性高血糖以及葡萄糖、脂质和胰岛素稳态紊乱为特征的全身性代谢障碍,目前影响全球超过5亿人,是全球十大主要死亡原因之一3。肥胖症由长期能量摄入与消耗失衡所致,目前全球每八人中就有一人受累,是导致发病和死亡的重要因素4。这三种疾病密切相关:肥胖显著增加患2型糖尿病的风险,而后者又显著提高发生糖尿病肾病的风险1,4。肥胖症、2型糖尿病和糖尿病肾病在全球范围内日益流行,凸显了深入理解其病理生理机制并开发有效治疗策略的紧迫性。
棕色脂肪组织移植已成为对抗肥胖症和2型糖尿病的一种有前景的治疗策略。该干预措施与体重减轻、胰岛素抵抗和肝脂肪变性的改善,以及循环脂联素水平升高、β3-肾上腺素能受体表达增加和脂肪酸氧化相关基因的上调密切相关。5需要注意的是,哺乳动物的脂肪组织可根据颜色分为三种主要类型:白色、棕色和米色6出生后不久,白色脂肪组织(WAT)即开始扩张,并广泛分布于全身。其作为关键的内分泌器官,通过摄取循环中的葡萄糖和游离脂肪酸,以甘油三酯的形式储存多余能量。6相比之下,棕色脂肪组织(BAT)通过将能量以热能形式耗散,在体温调节中发挥关键作用 通过 非颤抖性产热而非将其储存为ATP6BAT 的活性随年龄增长、肥胖和糖尿病而降低。在成人中,BAT 占全身脂肪组织的比例较小,主要位于人体的锁骨上区和颈部区域,而在小鼠中则主要分布于肩胛间区。6富含线粒体的棕色脂肪组织(BAT)消耗大量葡萄糖和脂肪酸,并与抵抗体重增加相关。7越来越多的证据支持棕色脂肪组织(BAT)在促进更纤瘦且更具代谢优势的表型方面的作用,由此引发了人们对其通过移植进行治疗应用的日益关注。
瘦素(Leptin)是一种主要由白色脂肪组织(WAT)分泌的激素,在调节能量平衡、代谢和生育力中起核心作用8。它作用于中枢神经系统,刺激下丘脑促性腺激素释放激素(GnRH)的分泌,进而促进垂体前叶释放黄体生成素(LH)和卵泡刺激素(FSH)9。瘦素还可直接作用于卵巢的膜细胞和颗粒细胞,支持卵泡发育9。
BTBRob/ob (BTBR 肥胖型)小鼠模型,基因型为 BTBR.Cg-Lep ob/WiscJ(黑灰毛色、肥胖、簇状毛发;参见材料表),在瘦素基因(Lep)上具有纯合的自发功能丧失突变,表现出多种代谢和生殖异常,包括高血糖、葡萄糖耐受不良、高胰岛素血症、高甘油三酯血症、伤口愈合受损、代谢低下、低体温以及由于低促性腺激素性性腺功能减退导致的生育力下降。雄性小鼠通常在6周龄时即发展为2型糖尿病(T2DM),而雌性小鼠则在8周龄时发展为该病10。高血糖严重且呈进行性发展,至10周龄时空腹血糖水平超过400 mg/dL。此外,BTBR 肥胖型雄性小鼠在第8周开始出现随时间推移而加重的白蛋白尿,并进展为组织学上明显的糖尿病肾病(DKD),包括系膜区扩张和足细胞尿。这些特征使BTBR 肥胖型小鼠成为一种可靠的临床前模型,能够高度模拟人类糖尿病肾病(DKD)的病理过程10。
鉴于瘦素缺乏所导致的严重代谢后果,已有多种策略被用于逆转ob/ob表型,包括瘦素替代疗法和脂肪组织移植。尽管大多数研究使用的是C57BL/6背景的ob/ob小鼠,但针对代谢功能障碍更为严重的BTBR品系开展的此类干预研究仍相对较少。在C57BL/6背景的ob/ob小鼠中,白色脂肪组织(WAT)移植已被证明可使胰岛素水平恢复正常,改善胰岛素敏感性,并恢复生育能力8。此外,在瘦型C57BL/6小鼠中进行棕色脂肪组织(BAT)移植已被证实可防止体重增加,改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性,同时减轻胰岛素抵抗,尤其是在高脂饮食诱导的肥胖背景下11。另有研究表明,BAT移植还可改善心脏血流动力学和整体代谢健康状况12。尽管结果令人鼓舞,但这些研究仍存在若干重要局限性。大多数研究均在C57BL/6背景的ob/ob小鼠中进行,而该品系的代谢表型相较于BTBR ob/ob小鼠较轻。因此,这些发现向具有更显著胰岛素抵抗、高血糖、肥胖及肾病等特征的模型的推广性受到限制。此外,瘦素替代治疗及脂肪组织移植在BTBR背景下的效应尚未得到充分研究,这构成了当前文献中的一个关键空白。许多此类干预措施还仅在瘦型动物中或短期实验中进行评估,可能无法充分反映人类代谢性疾病的复杂性和慢性特征。尽管已有研究报道了胰岛素敏感性、葡萄糖耐量及生育能力的改善,但其潜在机制仍不清楚,且这些发现向临床应用的转化价值仍不确定。值得注意的是,在BTBR ob/ob小鼠中联合进行白色与棕色脂肪组织移植的代谢效应仍基本未被探索。
本研究旨在建立一种在BTBR肥胖小鼠中联合进行白色脂肪组织(WAT)和棕色脂肪组织(BAT)移植的标准化方案,并评估其对生育力恢复、肾功能及组织学变化的影响。次要目标是促进BTBR肥胖小鼠品系的扩繁,同时减少动物房中杂合子型(BTBR ob/+) 和野生型(BTBR +/+)小鼠的损耗。
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所有实验均经巴西圣保罗以色列爱因斯坦医院(HIAE)机构动物护理与使用委员会批准,并在圣保罗犹太研究与教育研究所注册(编号:3309-18 和编号:4900-21)。所用试剂与设备的详细信息列于 材料表.
注意:使用BTBR肥胖小鼠(瘦素基因敲除,纯合子,ob/ob)作为2型糖尿病(T2DM)、糖尿病肾病(DKD)和肥胖的模型。4至5周龄的雌性BTBR肥胖小鼠作为脂肪组织移植的受体。供体动物为雌性BTBR ob/+(杂合子)或 +/+(野生型)小鼠(基因型未确认,但表型为瘦型)。移植时,受体小鼠的平均体重范围为25至32 g。所有动物均饲养在独立通风的笼具中,环境条件标准,自由摄食和饮水,12小时光照/黑暗循环,并控制环境温度。每笼最多饲养五只动物。
1. 手术操作
注意:所有手术器械应在使用前通过热珠灭菌器加热至240-270 °C进行灭菌,随后用70%酒精处理。所有试管在使用前应通过高压灭菌法进行灭菌。

图1:脂肪移植操作示意图。(A)使用异氟烷在密闭箱中对供体实施安乐死。(B)采集腹股沟白色脂肪组织(WAT)。(C)采集中肩胛间棕色脂肪组织(BAT)。(D)脂肪组织匀浆。(E)脂肪称重。(F)对受体进行麻醉。(G)背部无菌处理。(H)使用镊子辅助技术进行脂肪注射。请点击此处查看该图的放大版本。
2. 移植后交配
3. 功能评估
4. 形态学分析
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移植脂肪的量与方案有效性
在完成方案标准化后,评估了两种脂肪移植体积(占供体体重的5-9.9%和10-15%)的有效性,有效性定义为至少实现一次成功妊娠并产下可存活后代。5-9.9%组的成功率为23.8%,而10-15%组的成功率达到52.2%,相当于方案有效性提高了2.2倍(图2A)。关于组织组成,图2B显示,随着移植脂肪中棕色脂肪组织(BAT)含量的增加,有效性呈比例上升,当BAT占总注射脂肪的25%时,有效性达到100%。
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本研究表明,在2型糖尿病、糖尿病肾病和肥胖症的临床前模型中,联合移植白色脂肪组织和棕色脂肪组织是一种有效的治疗策略,可控制高血糖、防止体重增加和胰岛细胞肥大,恢复女性亚生育能力,并通过减少细胞凋亡和维持足细胞数量来改善肾功能。
尽管以往的研究已探讨了将白色脂肪组织(WAT)和棕色脂肪组织(BAT)移植作为调节葡萄糖稳态和胰岛素敏感性11、改善心脏功能12,13、预防肥胖5,8、恢复生育能力8或改善糖尿病肾病(DKD)14的策略,但大多数研究使用的2型糖尿病(T2DM)、糖尿病肾病(DKD)和肥胖表型较轻的小鼠模型,例如B6.V-Lepob/J(C57BL/6J Lepob/Lepob)或C57Bl/6品系,与...
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作者声明无利益冲突。
感谢实验与外科培训中心(CETEC)和技术团队以及犹太研究与教育研究所(IIEP)的技术团队提供的支持。本研究得到了巴西高等教育人员改进协调机构(CAPES/Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior)向 S.B. 提供的硕士研究奖学金、向 M.L.F. 提供的直接攻读博士学位研究奖学金,以及圣保罗州研究支持基金会(FAPESP/Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo;编号 2024/08173-6)向 M.O.M. 提供的硕士研究奖学金和(FAPESP/Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo;编号 2019/12636-3)向 M.T.A.B-R. 提供的科研启动奖学金资助。本研究还获得了圣保罗州研究支持基金会(FAPESP/Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo;编号 2017/23195-2 和编号 2021/02216-7)以及欧洲糖尿病研究基金会(EFSD/European Foundation for the Study of Diabetes)向 É.B.R. 提供的项目资助。作者声明,本稿件中未使用任何人工智能(AI)生成的内容。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.5% 醇类氯己定二葡糖酸盐溶液 | Rioquímica | SKU 1068253 | |
| 16 号针头 | Becton Dickinson | SKU 305198 | |
| 2.0% 非醇类氯己定二葡糖酸盐溶液 | Rioquímica | SKU 1113045 | |
| 3 mL 注射器 | Becton Dickinson | SKU 309657 | |
| Accu-Check 试纸条 – Performa | Roche | EAN 4015630981960 | |
| 阿辛蓝 PAS 试剂盒 | EasyPath | SKU EP-11-20019 | |
| 牛血清白蛋白 (BSA) | Sigma-Aldrich | A4612 | |
| CellSens 软件 | Olympus | CELLSENS | |
| 柠檬酸盐缓冲液 pH 6.0:一水合柠檬酸 + 氢氧化钠 | Sigma-Aldrich | C1909 + 28-3010 | |
| 活化型 Caspase-3 抗体 | Cell Signaling Technology | 9661 | |
| Cobas C 111 分析仪 | Roche | 4528778001 | |
| 肌酐 K | Labtest | 96-300 | |
| EnVision FLEX DAB+ 显色剂 | Agilent-Dako | K3468 | |
| EnVision FLEX /HRP 检测试剂 | Agilent-Dako | SM802 | |
| EnVision FLEX 过氧化物酶阻断试剂 | Agilent-Dako | SM801 | |
| EnVision FLEX 底物缓冲液 | Agilent-Dako | SM803 | |
| EnVision FLEX 洗涤缓冲液 20x | Agilent-Dako | K800721-2 | |
| 伊红 | Agilent-Dako | CS701 | |
| GloMax Discover 微孔板读数仪 | Promega | GM3000 | |
| 血糖仪 Accu-Check - Performa | Roche | EAN 4015630980512 | |
| GraphPad Prism 8 软件(统计学软件) | GraphPad by Dotmatics | - | |
| 100% v/v 异氟烷 (Isoflurane) | Cristália | - | |
| 苏木精 | Agilent-Dako | CS700 | |
| IX51 光学显微镜 | Olympus | IX51 | |
| 单只小鼠代谢笼 | Tecniplast | 3600M021 | |
| 封片剂 - Entellan | Sigma-Aldrich | 100869 | |
| 小鼠白蛋白 ELISA 试剂盒 | Abcam | Ab207620 | |
| 小鼠品系:BTBR.Cg-Lepob/WiscJ | JAX Laboratories | 4824 | |
| 过碘酸雪夫 (PAS) 试剂盒 | EasyPath | EP-11-20014 | |
| RM255 切片机 | Leica Biosystems | 14050237960 | |
| TP1020 组织处理仪 | Leica Biosystems | TP-1020 | |
| 曲马多 50 mg/mL | Grünenthal | 4022444 | |
| WT-1 抗体 | Santa Cruz | SC-192 |
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