여기에서 우리는 당뇨병 및 비만 BTBR 마우스의 신장 기능을 개선하면서 난임, 비만 및 고혈당증을 역전시키는 유망한 전략을 제공하는 흰색 및 갈색 지방 조직 이식 프로토콜을 제시합니다.
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여기에서 우리는 당뇨병 및 비만 BTBR 마우스의 신장 기능을 개선하면서 난임, 비만 및 고혈당증을 역전시키는 유망한 전략을 제공하는 흰색 및 갈색 지방 조직 이식 프로토콜을 제시합니다.
백색지방조직(WAT)과 갈색지방조직(BAT)의 이식은 외인성 제제의 지속적인 투여 없이 대사 장애를 역전시키기 위한 유망한 치료 전략으로 부상했습니다. WAT는 에너지 항상성에 관여하는 핵심 내분비 기관으로 기능하는 반면, BAT는 체온 조절에 중요한 열 발생 조직입니다. BTBR(Black and Tan Brachyuric) 비만 마우스 모델은 고혈당증, 인슐린 저항성, 대사 저하 및 난임력을 포함하여 비만, 제2형 당뇨병(T2DM) 및 당뇨병성 신장 질환(DKD)의 주요 특징을 밀접하게 모방합니다.
아래에 제시된 프로토콜을 사용하여 BTBR 야생형 및 이형접합 기증자로부터 유래한 WAT와 BAT를 BTBR 비만 수용자에게 병용 이식하면 난임력의 역전, 체중 증가의 감쇠, 혈당 조절의 정상화 및 신장 매개변수의 개선이 이루어졌습니다. 특히, 신장 비대와 세포사멸이 감소한 반면 족세포 수는 보존되었습니다. 이러한 발견은 WAT와 BAT 이식의 병용이 DKD와 비만을 완화하는 데 동시적인 이점이 있는 T2DM 치료를 위한 대체 치료 전략을 나타낼 수 있음을 시사합니다. 또한, 이 접근법은 사육대 콜로니 내에서 생존 가능한 BTBR 비만 마우스의 수를 늘리는 데 도움이 될 수 있습니다. 기본 메커니즘에 대한 추가 조사는 이 개입의 임상적 번역을 촉진할 수 있습니다.
당뇨병성 신장 질환(DKD), 제2형 당뇨병(T2DM) 및 비만은 중대하고 증가하는 글로벌 건강 문제를 제기하는 상호 관련된 다인성 상태를 나타냅니다. 신장 손상의 다른 식별 가능한 원인이 없는 상태에서 당뇨병(DM)과 만성 신장 질환이 공존하는 것으로 정의되는 DKD는 DM 환자의 약 20-40%에 영향을 미칩니다 1,2. T2DM은 만성 고혈당증과 포도당, 지질 및 인슐린 항상성 장애를 특징으로 하는 전신 대사 장애입니다. 이는 전 세계적으로 10대 주요 사망 원인 중 하나이며 현재 5억 명 이상의 개인에게 영향을 미치고 있습니다3. 에너지 섭취와 소비 사이의 만성적인 불균형으로 인한 비만은 현재 전 세계적으로 8명 중 1명에게 영향을 미치고 있으며 이환율과 사망률 모두에 주요 원인입니다4. 이 세 가지 조건은 밀접하게 연결되어 있습니다: 비만은 T2DM 발병 위험을 현저하게 증가시키고, 이는 차례로 DKD의 위험을 크게 증가시킵니다 1,4. 비만, T2DM 및 DKD의 전 세계적으로 유병률이 증가함에 따라 병태생리학적 메커니즘에 대한 더 깊은 이해와 효과적인 치료 전략 개발이 시급히 필요합니다.
BAT 이식은 비만과 제2형 당뇨병을 퇴치하기 위한 유망한 치료 전략으로 부상했습니다. 이 개입은 체중 감소, 인슐린 저항성 및 간 지방증의 개선, 순환 아디포넥틴, β3-아드레날린성 수용체 발현 및 지방산 산화에 관여하는 유전자의 증가와 관련이 있습니다5. 참고로 포유류 지방 조직은 색상에 따라 흰색, 갈색, 베이지색의 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다6. WAT는 출생 직후 확장되기 시작하며 몸 전체에 널리 분포합니다. 이는 순환하는 포도당과 유리 지방산을 격리하여 과도한 에너지를 중성지방 형태로 저장하는 핵심 내분비 기관 역할을 합니다6. 대조적으로, BAT는 에너지를 ATP6으로 저장하는 것이 아니라 떨리지 않는 열 발생을 통해 열로 방출함으로써 체온 조절에 중요한 역할을 합니다. BAT 활성은 나이, 비만 및 DM에 따라 감소합니다. 성인의 경우 BAT는 전체 지방 조직의 작은 부분을 구성하며 주로 인간의 쇄골상 및 경추 부위에 위치한 반면, 생쥐에서는 주로 견갑간 부위에 위치합니다6. 미토콘드리아가 풍부한 BAT는 상당한 양의 포도당과 지방산을 섭취하며 체중 증가에 대한 저항성과 관련이 있습니다7. 새로운 증거는 더 날씬하고 대사적으로 더 유리한 표현형을 촉진하는 BAT의 역할을 뒷받침하여 이식을 통한 치료 사용에 대한 관심이 높아지고 있습니다.
WAT에서 주로 분비되는 호르몬인 렙틴은 에너지 균형, 신진대사 및 생식력을 조절하는 데 중심적인 역할을 합니다8. 중추신경계에 작용하여 시상하부에서 성선 자극 호르몬 방출 호르몬(GnRH) 분비를 자극하고, 이후 뇌하수체 전엽에서 황체 형성 호르몬(LH)과 난포 자극 호르몬(FSH)의 방출을 촉진합니다9. 렙틴은 또한 난소 테카 및 과립막 세포에 직접 작용하여 난포 발달을 지원합니다9.
유전적으로 BTBR로 지정된 BTBRob/ob (BTBR 비만) 마우스 모델. Cg-Lep ob/WiscJ(검은색 및 황갈색, 비만, 술; 재료 표 참조)는 렙틴 유전자(Lep)의 자발적인 기능 상실에 대해 동형접합체이며 고혈당증, 포도당 불내성, 고인슐린혈증, 고중성지방혈증, 상처 치유 장애, 저대사, 저체온증 및 저성선자극성 성선기능저하증으로 인한 난임. 남성은 일반적으로 생후 6주에 T2DM이 발생하는 반면 여성은 8주에 발생합니다10. 고혈당증은 심각하고 진행성이며 공복 혈당 수치가 10주까지 400mg/dL을 초과합니다. 또한, BTBR 비만 남성은 8주차까지 시간 의존적 알부민뇨를 나타내며, 메산지움 확장 및 족세포뇨증을 포함하여 조직학적으로 명백한 DKD로 진행됩니다. 이러한 특징은 BTBR 비만 마우스를 인간 DKD10을 밀접하게 요약하는 강력한 전임상 모델로 확립합니다.
렙틴 결핍의 심각한 대사 결과를 감안할 때 렙틴 대체 요법 및 지방 조직 이식을 포함하여 산부인과 표현 형을 역전시키기 위한 몇 가지 전략이 조사되었습니다. 대부분의 연구에서는 C57BL/6 배경에서 ob/ob 마우스를 사용했지만, 대사적으로 더 손상된 BTBR 균주에서 이러한 개입을 조사한 연구는 상대적으로 적습니다. C57BL/6 ob/ob 마우스에서 WAT 이식은 인슐린 수치를 정상화하고 인슐린 감수성을 개선하며 생식력을 회복하는 것으로 나타났습니다8. 또한, 마른 C57BL/6 마우스에 대한 BAT 이식은 특히 고지방 식이 유발 비만의 맥락에서 체중 증가를 예방하고 내당능 및 인슐린 감수성을 개선하는 동시에 인슐린 저항성을 감소시키는 것으로 입증되었습니다11. 또한 BAT 이식은 심장 혈역학과 대사 건강을 개선하는 것으로 나타났습니다12. 고무적인 결과에도 불구하고 이러한 연구는 몇 가지 중요한 한계를 제시합니다. 대부분의 연구는 C57BL/6 ob/ob 마우스에서 수행되었으며, 이는 더 심각하게 영향을 받은 BTBR ob/ob 균주에 비해 상대적으로 가벼운 대사 표현형을 나타냅니다. 결과적으로, 인슐린 저항성, 고혈당증, 비만 및 신장 질환이 더 뚜렷한 모델에 대한 이러한 발견의 일반화 가능성은 제한적입니다. 더욱이, 렙틴 대체 및 지방 조직 이식의 효과는 BTBR 배경에서 충분히 연구되지 않았으며 이는 문헌에서 중요한 격차를 나타냅니다. 이러한 개입 중 다수는 마른 동물이나 단기간에 걸쳐 평가되었으며, 이는 인간 대사 질환의 복잡성과 만성 특성을 적절하게 포착하지 못할 수 있습니다. 인슐린 감수성, 내당능 및 생식력의 개선이 보고되었지만 근본적인 메커니즘은 잘 이해되지 않았으며 이러한 발견이 임상 환경에 대한 중개 관련성은 여전히 불확실합니다. 특히, BTBR ob/ob 마우스에서 백색 및 갈색 지방 조직 이식의 결합된 대사 효과는 대부분 탐구되지 않은 상태로 남아 있습니다.
이 연구의 목적은 BTBR 비만 마우스에서 WAT 및 BAT 병용 이식을 위한 프로토콜을 표준화하고 생식력 회복, 신장 기능 및 조직학적 변화에 미치는 영향을 평가하는 것입니다. 두 번째 목표는 사육장에서 이형접합(BTBR ob/+) 및 야생형(BTBR +/+) 마우스의 손실을 줄이면서 BTBR 비만 콜로니의 확장을 촉진하는 것입니다.
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모든 실험은 이스라엘리타 알버트 아인슈타인 병원(HIAE)의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았으며 브라질 SP 상파울루에 있는 유대인 연구 및 교육 연구소(N°. 3309-18 및 N°. 4900-21)에 등록되었습니다. 사용된 시약 및 장비에 대한 세부 사항은 재료 표에 나열되어 있습니다.
참고: BTBR 비만 마우스(렙틴 유전자 녹아웃, 동형접합체, ob/ob)를 T2DM, DKD 및 비만의 모델로 사용했습니다. 4-5주 된 암컷 BTBR 비만 마우스가 지방 조직 이식의 수혜자 역할을 했습니다. 기증자 동물은 암컷 BTBR ob/+ (이형접합) 또는 +/+ (야생형) 마우스(유전자형은 확인되지 않았지만 표현형은 마른)였습니다. 이식 당시 수혜자 마우스의 평균 체중은 25 내지 32g 범위였습니다. 모든 동물은 음식과 물에 대한 임의의 접근, 12시간의 빛/암흑 주기 및 주변 온도 조절이 가능한 표준 조건에서 개별적으로 환기되는 케이지에 수용되었습니다. 우리당 최대 5마리의 동물이 수용되었습니다.
1. 수술 절차

그림 1: 지방 이식 절차의 개략도. (A) 밀폐된 상자에 이소플루란을 사용한 기증자 안락사. (B) 사타구니 WAT의 수확. (C) 견갑간 BAT 수확. (D) 지방 균질화. (E) 지방 계량. (F) 수혜자 마취. (G) 백 무균. (H) 겸자 보조 기술을 사용한 지방 주입. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 이식 후 짝짓기
3. 기능 평가
4. 형태학적 분석
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이식된 지방의 양과 프로토콜 효과
프로토콜 표준화 후, 2개의 지방 이식량(기증자 체중에 비해 5-9.9% 및 10-15%)의 효과에 대해 평가되었으며, 이는 생존 가능한 자손을 낳는 적어도 한 번의 임신을 달성하는 것으로 정의되었습니다. 5-9.9% 그룹은 23.8%의 성공률을 보인 반면, 10-15% 그룹은 52.2%를 달성하여 프로토콜 효과가 2.2배 증가했습니다 (그림 2A). 조직 구성과 관련하여 그림 2B 는 BAT가 총 주입 지방의 25%를 구성했을 때 100%에 도달하여 BAT 함량이 높을수록 효과가 비례적으로 증가하는 것을 보여주었습니다.
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이 연구는 WAT와 BAT 병용 이식이 고혈당증 조절, 체중 증가 및 섬 세포 비대 예방, 여성 난임 회복, 세포사멸 감소 및 족세포 수 보존을 통한 신장 기능 개선을 위한 효과적인 치료 접근법임을 보여줍니다.
이전 연구에서는 포도당 항상성 및 인슐린 감수성을 조절하고11, 심장 기능을 개선하고12,13, 비만 예방5,8, 생식력을 회복8 또는 DKD14를 개선하기 위한 전략으로 WAT 및 BAT 이식을 조사했지만, B6과 같이 T2DM, DKD 및 비만의 경미한 표현형을 가진 마우스 ...
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저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
실험 및 외과 훈련 센터(CETEC)와 유대인 연구 및 교육 연구소(IIEP)의 기술팀의 지원에 감사드립니다. 이 작업은 CAPES(Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel)에서 SB에 대한 석사 연구 펠로우십 보조금, CAPES(Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel)에서 MLF에 대한 직접 박사 연구 펠로우십 보조금의 지원을 받았습니다. FAPESP(Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; no. 2024/08173-6)에서 MOM에 석사 연구 펠로우십 보조금, FAPESP(Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; no. 2019/12636-3)에서 M.T.A.B-R. 이 작업은 또한 FAPESP(Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo/São Paulo Research Foundation; no. 2017/23195-2 및 no. 2021/02216-7) 및 EFSD(European Foundation for the Study of São Paulo)의 보조금으로 지원되었습니다. 저자는 이 원고에서 인공 지능(AI)으로 생성된 저작물을 사용하지 않았음을 선언합니다.
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