ここでは、糖尿病および肥満のBTBRマウスの腎機能を改善しながら、不妊症、肥満、および高血糖を逆転させる有望な戦略を提供する白と褐色の脂肪組織移植プロトコルを紹介します。
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方法論記事
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ここでは、糖尿病および肥満のBTBRマウスの腎機能を改善しながら、不妊症、肥満、および高血糖を逆転させる有望な戦略を提供する白と褐色の脂肪組織移植プロトコルを紹介します。
白色脂肪組織 (WAT) と褐色脂肪組織 (BAT) の移植は、外因性薬剤の持続的な投与を必要とせずに代謝障害を逆転させるための有望な治療戦略として浮上しています。WAT はエネルギー恒常性に関与する重要な内分泌器官として機能しますが、BAT は体温調節に重要な熱発生組織です。Black and Tan Brachyuric(BTBR)肥満マウスモデルは、高血糖、インスリン抵抗性、代謝低下、不妊症など、肥満、2型糖尿病(T2DM)、糖尿病性腎疾患(DKD)の主要な特徴を厳密に模倣しています。
以下に示すプロトコルを使用して、BTBR 野生型およびヘテロ接合ドナーに由来する WAT と BAT を BTBR 肥満レシピエントに併用すると、不妊症の逆転、体重増加の減衰、血糖コントロールの正常化、および腎パラメータの改善がもたらされました。特に、腎肥大とアポトーシスが減少し、足細胞数が維持されました。これらの発見は、WAT と BAT の併用移植が T2DM の治療のための代替治療戦略であり、DKD と肥満の軽減に同時に利点をもたらす可能性があることを示唆しています。さらに、このアプローチは、ビバリウムコロニー内の生存可能なBTBR肥満マウスの数を増やすのに役立つ可能性があります。根底にあるメカニズムをさらに調査することで、この介入の臨床的翻訳が容易になる可能性があります。
糖尿病性腎疾患 (DKD)、2 型糖尿病 (T2DM)、および肥満は、相互に関連する多因子疾患を表しており、重大かつ増大する世界的な健康上の課題を引き起こしています。DKD は、腎障害の他の特定可能な原因がない場合に糖尿病 (DM) と慢性腎臓病が共存することとして定義され、DM 患者の約 20-40% が罹患します 1,2。T2DM は、慢性的な高血糖とグルコース、脂質、インスリンの恒常性の破壊を特徴とする全身性代謝障害です。これは世界の主要な死因のトップ 10 にランクされており、現在 5 億人以上が罹患しています3。エネルギー摂取量と消費量の間の慢性的な不均衡によって引き起こされる肥満は、現在、世界の 8 人に 1 人が罹患しており、罹患率と死亡率の両方に大きく寄与しています4。これら 3 つの状態は密接に関連しており、肥満は T2DM を発症するリスクを著しく高め、その結果、DKD のリスクが大幅に高まります 1,4。肥満、T2DM、DKD の世界的な有病率の上昇は、それらの病態生理学的メカニズムをより深く理解し、効果的な治療戦略を開発することが緊急に必要であることを浮き彫りにしています。
BAT 移植は、肥満や T2DM と戦うための有望な治療戦略として浮上しています。この介入は、体重の減少、インスリン抵抗性と脂肪肝の改善、循環アディポネクチン、β3-アドレナリン受容体の発現、および脂肪酸酸化に関与する遺伝子の増加と関連しています5。なお、哺乳類の脂肪組織は、色に基づいて白、茶色、ベージュの3つの主要なタイプに分類できます6。WATは出生後すぐに拡大し始め、全身に広く分布しています。重要な内分泌器官として機能し、循環グルコースと遊離脂肪酸を隔離することにより、過剰なエネルギーをトリグリセリドの形で蓄えます6。対照的に、BATは、エネルギーをATP6として蓄えるのではなく、震えない熱発生を介して熱として放散することにより、体温調節において重要な役割を果たします。BAT活性は、年齢、肥満、糖尿病とともに減少します。成人では、BATは総脂肪組織のごく一部を占め、ヒトでは主に鎖骨上および頸部領域に位置しますが、マウスでは、主に肩甲骨間領域に位置します6。ミトコンドリアが豊富なBATは、かなりの量のグルコースと脂肪酸を消費し、体重増加に対する耐性と関連しています7。新たな証拠は、より痩せて代謝的に有利な表現型を促進する上での BAT の役割を裏付けており、移植による治療への関心が高まっています。
レプチンは、主にWATによって分泌されるホルモンであり、エネルギーバランス、代謝、生殖能力の調節において中心的な役割を果たします8。中枢神経系に作用して視床下部のゴナドトロピン放出ホルモン (GnRH) 分泌を刺激し、その後、下垂体前葉からの黄体形成ホルモン (LH) と卵胞刺激ホルモン (FSH) の放出を促進します9。レプチンはまた、卵巣テカ細胞と顆粒膜細胞に直接作用して、卵胞の発達をサポートします9。
BTBRob/ob (BTBR肥満)マウスモデルは、遺伝的にBTBRと指定されています。Cg-Lep ob/WiscJ(黒と黄褐色、肥満、房状、 材料表を参照)は、レプチン遺伝子(Lep)の自発的な機能喪失のホモ接合体であり、高血糖、耐糖能異常、高インスリン血症、高トリグリセリド血症、創傷治癒障害、代謝低下、低体温症、および低ゴナドトロピン性性腺機能低下症による不妊症など、さまざまな代謝異常および生殖異常を示します。男性は通常、生後 6 週までに T2DM を発症しますが、女性は 8 週間までに発症します10。高血糖は重度かつ進行性であり、空腹時血糖値は 10 週間までに 400 mg/dL を超えます。さらに、BTBR 肥満男性は 8 週目までに時間依存性アルブミン尿を示し、メサンギウム拡張や足細胞尿症などの組織学的に明らかな DKD に進行します。これらの特徴により、BTBR肥満マウスは、ヒトDKD10を厳密に再現する堅牢な前臨床モデルとして確立されています。
レプチン欠乏症の重大な代謝への影響を考慮して、レプチン補充療法や脂肪組織移植など、産婦人科/産科の表現型を逆転させるためのいくつかの戦略が研究されています。ほとんどの研究では、C57BL/6 のバックグラウンドで ob/ob マウスが使用されていますが、代謝がより低下した BTBR 株でこれらの介入を調査した研究は比較的少ないです。C57BL/6 ob/ob マウスでは、WAT 移植がインスリンレベルを正常化し、インスリン感受性を改善し、生殖能力を回復することが示されています8。さらに、痩せたC57BL / 6マウスへのBAT移植は、特に高脂肪食誘発性肥満の文脈において、体重増加を防ぎ、耐糖能とインスリン感受性を改善しながら、インスリン抵抗性を低下させることが実証されています11。さらに、BAT 移植は心臓の血行動態と代謝の健康を改善することが示されました12。有望な結果にもかかわらず、これらの研究にはいくつかの重要な制限があります。ほとんどの研究は、より重度の影響を受けたBTBR ob/ob株と比較して比較的軽度の代謝表現型を示すC57BL / 6 ob / obマウスで実施されています。その結果、これらの所見が、より顕著なインスリン抵抗性、高血糖、肥満、および腎臓病のモデルへの一般化可能性は限られています。さらに、レプチン補充と脂肪組織移植の効果は、BTBR の背景では十分に研究されておらず、文献に重大なギャップがあります。これらの介入の多くは、痩せた動物や短期間で評価されているため、ヒトの代謝性疾患の複雑さと慢性的な性質を適切に捉えられていない可能性があります。インスリン感受性、耐糖能、生殖能力の改善が報告されていますが、根底にあるメカニズムは十分に理解されておらず、これらの発見と臨床現場との翻訳的関連性はまだ不明です。特に、BTBR ob/ob マウスにおける白色脂肪組織移植と褐色脂肪組織移植の複合代謝効果は、ほとんど未解明のままです。
この研究の目的は、BTBR 肥満マウスにおける WAT と BAT の併用移植のプロトコルを標準化し、生殖能力の回復、腎機能、および組織学的変化に対するその効果を評価することです。第 2 の目的は、ビバリウム内のヘテロ接合体 (BTBR ob/+) および野生型 (BTBR +/+) マウスの損失を減らしながら、BTBR 肥満コロニーの拡大を促進することです。
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すべての実験は、イスラエル・アルバート・アインシュタイン病院(HIAE)の施設動物管理および使用委員会によって承認され、ブラジルのサンパウロ、SP(N°.3309-18およびN°.4900-21)にあるユダヤ研究教育研究所に登録されました。使用する試薬と機器の詳細は 、材料表に記載されています。
注:BTBR肥満マウス(レプチン遺伝子ノックアウト、ホモ接合体、 ob/ob)をT2DM、DKD、および肥満のモデルとして使用しました。生後4〜5週の雌BTBR肥満マウスが脂肪組織移植のレシピエントとして機能しました。ドナー動物は、雌のBTBR ob / + (ヘテロ接合体)または +/+ (野生型)マウス(遺伝子型は確認されていませんが、表現型は痩せていました)。移植時のレシピエントマウスの平均体重は25〜32gの範囲でした。すべての動物は、標準的な条件下で個別に換気されたケージに収容され、餌と水への自由なアクセス、12時間の明暗サイクル、および周囲温度制御が行われました。ケージごとに最大5頭の動物が収容されました。
1.外科的処置

図1:脂肪移植手順の概略図。 (A) 密閉された箱に入れられたイソフルランを使用したドナーの安楽死。(B)鼠径部WATの採取。(C)肩甲骨間BATの採取。(D)脂肪の均質化。(E)脂肪計量。(F) レシピエント麻酔。(G)バック無菌。(H) 鉗子支援技術による脂肪注入。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
2. 移植後の交配
3. 機能評価
4. 形態学的解析
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移植脂肪の量とプロトコルの有効性
プロトコルの標準化後、2 つの脂肪移植量 (ドナー体重に対して 5-9.9% および 10-15%) の有効性が評価され、少なくとも 1 回の妊娠を達成して生存可能な子孫を生み出すと定義されました。5〜9.9%のグループは23.8%の成功率を示しましたが、10〜15%のグループは52.2%を達成し、プロトコルの有効性が2.2倍に増加しました (図2A)。組織組成に関しては、 図2B は、BAT含有量が高いほど有効性が比例して増加し、BATが注入された総脂肪の25%を占めると100%に達しました。
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この研究は、WAT と BAT の併用移植が、T2DM、DKD、および肥満の前臨床モデルにおいて、アポトーシスを減らし、足細胞数を維持することにより、高血糖の制御、体重増加と膵島細胞肥大の予防、女性の不妊症の回復、腎機能の改善のための効果的な治療アプローチであることを示しています。
以前の研究では、グルコース恒常性とインスリン感受性を調節する戦略としてWATおよびBAT移植が調査されてきましたが11、心機能の改善12,13、肥満の予防5,8、生殖能力の回復8、またはDKDの改善14、最も使用されたマウスモデルは、B6などのT2DM、DKD、お...
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著者は利益相反を宣言しません。
実験外科訓練センター(CETEC)とユダヤ研究教育研究所(IIEP)の技術チームの支援に感謝します。この研究は、CAPES(Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel)からS.Bへの修士研究フェローシップ助成金、CAPES(Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel)からM.L.Fへの直接博士号研究フェローシップ助成金によって支援されました。 FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; no. 2024/08173-6) から M.O.M. への修士研究フェローシップ助成金、および FAPESP (FUNDAÇÃO DE Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; no. 2019/12636-3) から M.T.A.B-R. への科学イニシエーション フェローシップ助成金。この研究は、FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; no. 2017/23195-2 および no. 2021/02216-7) および EFSD (European Foundation for the Study of São Paulo) から É.B.R. への助成金によっても支援されました。著者は、この原稿で人工知能(AI)によって生成された作品を使用していないことを宣言します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.5%アルコール度数クロルヘキシジン・ジグルコン酸溶液 | リオク&イアキューテ;雲母 | SKU 1068253 | |
| 16ゲージの針 | ベクトン・ディキンソン | SKU 305198 | |
| 2.0%非アルコールクロルヘキシジンジグルコン酸溶液 | リオク&イアキューテ;雲母 | SKU 1113045 | |
| 3mLシリンジ | ベクトン・ディキンソン | SKU 309657 | |
| Accu-Checkのストリップとndash;パルマ | ロッシュ | 4015630981960 | |
| アルシアンブルーPASキット | イージーパス | SKU EP-11-20019 | |
| 牛血清アルブミン(BSA) | シグマ・オルドリッチ | A4612 | |
| CellSeensソフトウェア | オリンポス | セルセンス | |
| クエン酸緩衝液pH 6.0:クエン酸一水和物+水酸化ナトリウム | シグマ・オルドリッチ | C1909 + 28-3010 | |
| 切断されたカスパーゼ3抗体 | 細胞シグナル伝達技術 | 9661 | |
| コバスC 111アナライザー | ロッシュ | 4528778001 | |
| クレアチニンK | ラボテスト | 96-300 | |
| エンビジョン FLEX DAB+ クロモジェン | アジレント・ダコ | K3468 | |
| EnVision FLEX /HRP検出試薬 | アジレント・ダコ | SM802 | |
| FLEXペルオキシダーゼ遮断試薬を想像してください | アジレント・ダコ | SM801 | |
| EnVision FLEX基板バッファ | アジレント・ダコ | SM803 | |
| EnVision FLEXはバッファを20倍にしていました | アジレント・ダコ | K800721-2 | |
| イオシン | アジレント・ダコ | CS701 | |
| GloMax ディスカバーマイクロプレートリーダー | プロメガ | GM3000 | |
| グルコメーターアキュチェック - Performa | ロッシュ | イー 4015630980512 | |
| GraphPad Prism 8ソフトウェア(統計ソフトウェア) | DotmaticsによるGraphPadです | - | |
| 100% v/v イソフォリン(イソフルラン) | クリスト&アキュート;リア | - | |
| ヘマトキシリン | アジレント・ダコ | CS700 | |
| IX51光顕微鏡 | オリンポス | IX51 | |
| 単一マウス用のメタボリックケージ | テクニプラスト | 3600M021 | |
| マウントメディア - エンテラン | シグマ・オルドリッチ | 100869 | |
| マウスアルブミンELISAキット | アブカム | Ab207620 | |
| マウス系統:BTBR。CG-Lepob/WiscJ | JAXラボラトリーズ | 4824 | |
| 周期酸シフ(PAS)キット | イージーパス | EP-11-20014 | |
| RM255 ミクロトーム | ライカ・バイオシステムズ | 14050237960 | |
| TP1020 ティッシュプロセッサー | ライカ・バイオシステムズ | TP-1020 | |
| トラマドール 50 mg/mL | グラムル;ネンタール | 4022444 | |
| WT-1抗体 | サンタクルーズ | SC-192 |
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