Summary
इस प्रोटोकॉल chemokine की भूमिका का अध्ययन (सी सी आकृति) ligand 5 (CCL5) hypothalamus में एक प्रतिपक्षी, मिलेCCL5, माउस मस्तिष्क में एक सूक्ष्म परासरणी पंप मस्तिष्क अर्क प्रणाली का उपयोग करके । CCL5 गतिविधि के इस क्षणिक निषेध बाधित हाइपोथैलेमस इंसुलिन संकेतन, ग्लूकोज असहिष्णुता और परिधीय प्रणालीगत इंसुलिन संवेदनशीलता के लिए अग्रणी.
Abstract
इंसुलिन hypothalamus और परिधीय इंसुलिन प्रतिक्रिया में व्यवस्थित चयापचय को नियंत्रित करता है । परिधीय वसा ऊतकों में एक भड़काऊ प्रतिक्रिया टाइप करने के लिए योगदान देता है 2 मधुमेह (T2DM) विकास और hypothalamus में भूख विनियमन । Chemokine CCL5 और सी-सी Chemokine रिसेप्टर टाइप 5 (CCR5) स्तर में मध्यस्थता करने के लिए सुझाव दिया गया है धमनीकाठिंय और ग्लूकोज असहिष्णुता प्रकार में 2 मधुमेह (T2DM). इसके अलावा, CCL5 भोजन का सेवन और शरीर के तापमान को विनियमित द्वारा hypothalamus में एक neuroendocrine भूमिका निभाता है, इस प्रकार, हमें संकेत हाइपोथैलेमस इंसुलिन संकेतन और परिधीय ग्लूकोज चयापचय के विनियमन में अपने कार्य की जांच करने के लिए ।
माइक्रो परासरणी पंप मस्तिष्क अर्क प्रणाली CCL5 समारोह में हेरफेर और मस्तिष्क में इसके प्रभाव का अध्ययन करने के लिए एक त्वरित और सटीक तरीका है । यह भी एक ट्रांसजेनिक पीटा जानवर पैदा करने के लिए एक सुविधाजनक वैकल्पिक दृष्टिकोण प्रदान करता है । इस प्रणाली में, CCL5 संकेतन अपने विरोधी की intracerebroventricular (आईसीवी) अर्क, CCL5, एक माइक्रो परासरणी पंप का उपयोग कर, मिलेद्वारा अवरुद्ध किया गया था । परिधीय ग्लूकोज चयापचय और इंसुलिन जवाबदेही मौखिक ग्लूकोज सहनशीलता परीक्षण (OGTT) और इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण (ITT) द्वारा पता लगाया गया था. इंसुलिन सिग्नलिंग गतिविधि तो पशुओं से व्युत्पंन ऊतक के नमूनों से प्रोटीन दाग द्वारा विश्लेषण किया गया था ।
मिलेCCL5 आधान के 7-14 दिनों के बाद, ग्लूकोज चयापचय और इंसुलिन जवाबदेही चूहों में बिगड़ा हुआ था, OGTT और ITT के परिणामों में देखा के रूप में. आईआरएस-1 serine302 फास्फारिलीकरण बढ़ गया था और एकेटी गतिविधि चूहों हाइपोथैलेमस ंयूरॉंस में कम किया गया था CCL5 निषेध निंनलिखित । कुल मिलाकर, हमारे डेटा का सुझाव है कि अवरुद्ध CCL5 माउस मस्तिष्क में आईआरएस-1 S302 के फास्फारिलीकरण बढ़ जाती है और हाइपोथैलेमस इंसुलिन संकेतन, परिधीय ऊतकों में इंसुलिन समारोह में कमी के लिए अग्रणी के रूप में के रूप में अच्छी तरह से ग्लूकोज की हानि को बाधित करता है चयापचय.
Introduction
इंसुलिन मस्तिष्क सहित ऊतकों की एक विस्तृत विविधता को प्रभावित करता है । इंसुलिन रक्त मस्तिष्क बाधा के माध्यम से गुजरता है, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) में प्रवेश करती है, और भोजन का सेवन, सहानुभूति गतिविधि, और परिधीय इंसुलिन प्रतिक्रिया को विनियमित करने के लिए hypothalamus में इंसुलिन रिसेप्टर (आईआर) के साथ बांधता है. परिधीय वसा ऊतकों में जीर्ण सूजन टाइप 2 मधुमेह (T2DM) में योगदान करने के लिए प्रस्तावित किया गया है, लेकिन कैसे इन भड़काऊ प्रतिक्रियाओं hypothalamus में इंसुलिन संकेतों को प्रभावित प्रणालीगत इंसुलिन प्रतिक्रिया और ग्लूकोज असहिष्णुता मध्यस्थता करने के लिए अस्पष्ट बनी हुई है । कुछ chemokines hypothalamus में भूख विनियमन और शरीर के तापमान विनियमन में भाग लेने के1 जैसे ट्यूमर परिगलन कारक-अल्फा (TNFα), interleukin (IL)-6, आईएल-1β, monocyte chemoattractant प्रोटीन-1 (एमसीपी-1), और CCL5 (सी-सी आकृति ligand 5 ). इसके अलावा, hypothalamus में सूजन T2DM2,3में इंसुलिन प्रतिरोध की ओर जाता है ।
इन chemokines के अलावा, chemokine CCL5 और इसकी रिसेप्टर, CCR5, वसा ऊतकों में अभिव्यक्ति के स्तर में परिवर्तन धमनीकाठिंय के साथ जुड़े हुए है और T2DM में ग्लूकोज असहिष्णुता मनुष्यों के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पशुओं । CCL5 भी hypothalamus में भोजन के सेवन और शरीर का तापमान, विनियमन सहित neuroendocrine कार्य किया है । यह इस प्रकार की जांच करने के लिए महत्वपूर्ण है कि क्या CCL5 hypothalamus या परिधीय ऊतकों के भीतर इंसुलिन संकेत सक्रियण में भाग लेता है ।
इंसुलिन संकेतन कोशिकाओं के भीतर कसकर विनियमित है. इंसुलिन रिसेप्टर्स को इंसुलिन की बाइंडिंग (IR) इंसुलिन रिसेप्टर सब्सट्रेट (आईआरएस) प्रोटीन को सक्रिय करता है, phosphatidylinositol द्वारा पीछा किया 3-कळेनासे (PI3K) और प्रोटीन कळेनासे बी (PKB/एकेटी) सक्रियण और ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर-4 (GLUT4) झिल्ली translocation4 . आईआरएस प्रोटीन इस संकेतन मार्ग में प्रमुख नियामकों हैं: वे कई tyrosine और serine अवशेषों, जो सकारात्मक या नकारात्मक इंसुलिन संकेतों के जवाब में phosphorylated जा सकता है5। उदाहरण के लिए, serine ३०२ फास्फारिलीकरण पर आईआरएस-1 आईआर और ब्लॉक इंसुलिन सिग्नल transduction से आईआरएस-1 के भौतिक पृथक्करण करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, इंसुलिन प्रतिरोध करने के लिए अग्रणी6. hypothalamus में आईआरएस प्रोटीन की गतिविधि हानि इंसुलिन प्रतिरोध और चूहों में ग्लूकोज असहिष्णुता प्रेरित करने के लिए दिखाया गया है7.
एक आम तरीका है एक विशिष्ट जीन के समारोह का अध्ययन लक्ष्य जीन की अभिव्यक्ति की हेरफेर जीव के पूरे शरीर में वितरित की है । हालांकि, यह कई कमियां हो सकती है: 1) यह अलग प्रतिक्रिया उत्पंन कर सकता है विनियामक या समय और 2 पर क्षतिपूरक प्रभाव) इस विधि में मदद नहीं करता है हमें विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों में लक्ष्य प्रोटीन की भूमिका वर्णन । इसके अलावा, ऊतक और कोशिका विशिष्ट जीन नॉकआउट जानवरों नस्ल के लिए एक लंबे समय ले और महंगा कर रहे हैं । इस प्रकार, हम एक अल्पकालिक मस्तिष्क अर्क परासरणी पंप प्रणाली का उपयोग करें-एक अपेक्षाकृत त्वरित और सुविधाजनक तरीका है मस्तिष्क में लक्ष्य प्रोटीन का संकेत विरोधी दवा का उपयोग करने के लिए aforementioned मुद्दों पर काबू पाने के साथ हस्तक्षेप । स्टीरियोटैक्टिक इंजेक्शन उपकरण और समय में जटिल शल्य चिकित्सा कौशल और व्यापक निवेश की आवश्यकता के लिए इस्तेमाल किया । इस प्रोटोकॉल में, हम रक्त ग्लूकोज की एकाग्रता का पता लगाने और हाइपोथैलेमस इंसुलिन सिग्नलिंग विनियमन में CCL5 की भूमिका की जांच करने के लिए स्टीरियोटैक्टिक इंजेक्शन और एक त्वरित, कम हानिकारक और तात्कालिक विधि प्रदर्शन करने के लिए एक सरल और सुरक्षित तरीका प्रदान करते हैं ।
Protocol
नोट: सभी प्रोटोकॉल और तरीकों पशु विषयों में इस्तेमाल किया संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समितियों (IACUC) ताइपे चिकित्सा विश्वविद्यालय के द्वारा अनुमोदित किया गया है (प्रोटोकॉल संख्या: एलएसी-2014-0387)
1. माइक्रो-परासरणी पम्प इन्फ्यूश़न सिस्टम तैयार करना
नोट: पंप तैयार, कृत्रिम मस्तिष्कमेरु द्रव (aCSF) बफर, और दवा (मिले-CCL5/rants प्रोटीन समाधान (aCSF में 10 एनजी/एमएल) ०.२ µm फिल्टर के साथ फ़िल्टर बफ़र्स का उपयोग कर बाँझ स्थितियों के अंतर्गत) और साथ संस्कृति हूड के तहत सभी प्रक्रियाओं का संचालन दस्ताने. सर्जरी प्रक्रियाओं निम्नानुसार आयोजित की जाती हैं:
- सूक्ष्म परासरणी पंपों सर्जरी से पहले एक दिन तैयार: कृत्रिम मस्तिष्कमेरु द्रव (aCSF) के साथ एक 1 मिलीलीटर सिरिंज और कुंद सिर सुई किट के साथ प्रदान के साथ मस्तिष्क सूक्ष्म परासरणी पंप भरें । aCSF में माइक्रो परासरणी पंप विसर्जित कर दिया और यह एक बरतन पर जगह और धीरे रात भर हिला ।
चेतावनी: पंप aCSF से भरा जाना चाहिए, और हवा के बुलबुले पंप के अंदर से बचा जाना चाहिए (चित्र 1a) । - सर्जरी शुरू करने से पहले, संयोजक से मुलाकात की तैयारी-CCL5/rants प्रोटीन समाधान (10 एनजी/एमएल, aCSF में पतला) प्रयोग में इस्तेमाल किया जाएगा । पंप से aCSF निकालें और दवा समाधान के साथ पंप धीरे से भरने जब तक अतिरिक्त लीक से बाहर ।
नोट: 15 मिलीलीटर aCSF या मिले-CCL5/rants समाधान 5-8 पंपों के लिए पर्याप्त है ।
चेतावनी: प्रक्रिया को दोहराने के लिए सुनिश्चित करें कि पंप पूरी तरह से अंदर बुलबुले के बिना दवा से भर जाता है । - वांछित लंबाई में कैथेटर ट्यूब में कटौती और उंहें मस्तिष्क अर्क किट में कुंद अंत मस्तिष्क अर्क सुई के साथ देते हैं । अर्क किट और दवा के साथ ट्यूबों भरें ।
- अंत में, इकट्ठा और माइक्रो परासरणी पंप करने के लिए मस्तिष्क अर्क किट देते हैं ।
चेतावनी: कोई बुलबुले ट्यूब या पंप में गठन किया जाना चाहिए (चित्र 1a). - पूरे परासरणी पंप विसर्जित-मस्तिष्क फ्यूजन एक निष्फल ५० मिलीलीटर ट्यूब में aCSF में स्थापित करने के लिए बाहर सुखाने से पंप को रोकने के । परासरणी पंप-ब्रेन फ्यूजन सेट अब सर्जरी के लिए इस्तेमाल होने के लिए तैयार है ।
नोट: माइक्रो-परासरणी पम्प सिस्टम को दीर्घकालिक दवा आधान के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । यह माउस मस्तिष्क में दवा वितरण की एक सुरक्षित और सुविधाजनक मोड सुनिश्चित करता है ।
2. इंट्रा वेंट्रिकुलर सर्जरी – माइक्रो परासरणी पम्प का आरोपण
चेतावनी: ७५% इथेनॉल के साथ शल्य चिकित्सा पर्यावरण निष्फल और सुनिश्चित करें कि अध्ययन में शामिल लोगों बाँझ दस्ताने और एक साफ प्रयोगशाला कोट पहने हुए हैं । सर्जिकल उपकरण/उपकरण autoclaved और उपयोग करने से पहले सूख जाना चाहिए, और बाद में चूहों सर्जरी के बीच में ७५% इथेनॉल के साथ निष्फल ।
- माउस का वजन और anesthetize के साथ इंट्रा पेरिटोनियल इंजेक्शन (IP) का उपयोग कर Ketamine/Xylazine (Ketamine ५० मिलीग्राम/किग्रा, Xylazine 10 मिलीग्राम/
चेतावनी: चूहों शरीर वजन से कम 24 जी परासरणी पंप प्रत्यारोपण सर्जरी के लिए अनुशंसित नहीं हैं । - माउंट और स्टीरियोटैक्टिक उपकरण (चित्र 1b) पर माउस सिर को ठीक करें ।
- शल्य कैंची और pincers की एक जोड़ी का उपयोग करने के लिए खुला बाहरी त्वचा खोपड़ी को कवर काट । परिधीय खोपड़ी को साफ करने के लिए आयोडीन का उपयोग करें ।
- परासरणी पंप के लिए गर्दन क्षेत्र के पास कुंद सिर pincers की एक जोड़ी की मदद से चमड़े के नीचे त्वचा से त्वचा की बाहरी परत अलग-मस्तिष्क फ्यूजन सेट आरोपण (चित्रा 1C) ।
- स्टीरियोटैक्टिक तंत्र का उपयोग मस्तिष्क मानचित्र (चित्रा 1 d) के संदर्भ के साथ अर्क बिंदु निशान. इस प्रयोग में, सुई 3rd निलय क्षेत्र (Bregma: ०.० mm पार्श्व, १.३ mm पीछे, ५.७ mm ventral) में प्रत्यारोपित किया जाना चाहिए ।
- खोपड़ी पर चिह्नित क्षेत्र के चारों ओर एक कील ड्रिल का उपयोग कर एक छेद ड्रिल (चित्रा 1E) ।
सावधानी: माउस मेनिन्जेस और रक्त वाहिकाओं को तोड़ने के लिए नहीं सावधान रहना, इस प्रकार मस्तिष्क में सूक्ष्म रक्त वाहिकाओं के विघटन से बचने. - माइक्रो-परासरणी पंप-मस्तिष्क संलयन सेट aCSF युक्त (नियंत्रण के रूप में) या दवा (मिले-CCL5/rants प्रोटीन समाधान) गर्दन क्षेत्र के पीछे त्वचा के नीचे और ड्रिल होल में मस्तिष्क अर्क सुई डालने के लिए माउस मस्तिष्क में दवा ( चित्रा 1E). सुई मेनिन्जेस घुसना और निलय में मिल जाएगा । सतह संवेदनशील जेल (चित्रा 1F) का उपयोग खोपड़ी पर जगह में सुई फिक्स और गोंद सूख जाता है जब तक 1-2 मिनट प्रतीक्षा करें । अगला, सुई के शीर्ष पर पेश हिस्सा काट (चित्रा 1G-एच) ।
- सिर पर आपरेशन घाव चंगा करने के लिए एक ऊतक चिपकने वाला गोंद का प्रयोग करें । घाव के शीर्ष पर गोंद के ५० µ एल लागू करें, त्वचा के दोनों किनारों को एक साथ खींचो, और 30 एस के लिए त्वचा को सील करने की अनुमति देने के लिए पर पकड़ (चित्रा 1I) ।
चेतावनी: उपयोग १००% शराब पैड सर्जरी के बाद घाव को साफ करने के लिए और streptomycin के साथ १०० उल पेनिसिलिन संक्रमण को रोकने के लिए. नोट: माउस त्वचा निशान ऊतक फार्म और सर्जिकल गोंद के प्रशासन के बाद कुछ दिनों में चंगा होगा । गोंद का मुख्य लाभ शल्य टांके जो त्वचा जलन या सूजन पैदा कर सकता है की परिहार है । - एक साफ पिंजरे में एक गर्म थाली पर रखा माउस प्लेस (३७ डिग्री सेल्सियस तक गरम) और जब तक इंतज़ार माउस संवेदनाहारी प्रभाव से ठीक हो ।
चेतावनी: यह सर्जरी के बाद अस्तित्व की संभावना को बढ़ाने के लिए माउस के शरीर के तापमान को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है । - एक सप्ताह की वसूली अवधि के बाद, चूहों आगे प्रयोगों के लिए तैयार हो जाएगा, जैसे मौखिक ग्लूकोज सहनशीलता परीक्षण (OGTT) और इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण (ITT).
3. ओरल ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण (OGTT)
नोट: aCSF के अर्क के बाद मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण 7 दिनों के प्रदर्शन और CCL5/rants (10 एनजी/एमएल, १०० µ एल) से मुलाकातकी । पर्याप्त पानी की आपूर्ति के साथ OGTT से पहले चूहों के लिए एक 6 घंटे तेजी से बनाए रखें । जानवरों को एक ही काम बेंच पर रखें जहां प्रयोग किया जाएगा ताकि वे प्रक्रिया के दौरान तनाव कम करने के लिए पर्यावरण को acclimatize कर सकें ।
- ग्लूकोज समाधान की तैयारी: प्रयोग करने से पहले, १५ मिलीलीटर आसुत एच२ओ में ३.७५ ग्राम ग्लूकोज को भंग करके ग्लूकोज समाधान तैयार करें.
- प्रयोगात्मक प्रक्रिया (तालिका 1) के दौरान पठन रिकॉर्ड करने के लिए एक समय सारिणी सेट करें ।
नोट: यह प्रयोग के दौरान सटीक रिकॉर्डिंग की अनुमति देने के लिए प्रत्येक रक्त परीक्षा के बीच उचित अंतराल के साथ एक समय-सारणी स्थापित करने के लिए महत्वपूर्ण है. - उपवास के बाद प्रत्येक माउस तौलना और ग्लूकोज की उचित मात्रा की गणना करने के लिए इंजेक्ट किया जा ।
- ग्लूकोमीटर (बैटरी स्थिति की जांच करने के लिए प्रारंभ बटन दबाएं, सुनिश्चित करें कि यह परीक्षण से पहले कार्य कर रहा है.)
- ग्लूकोज चिप
- इंसुलिन सिरिंज (०.३ मिलीलीटर इंसुलिन सिरिंज)
- उस्तरा ब्लेड
- टाइमर
नोट: ग्लूकोज चिप रक्त की केवल एक बूंद की आवश्यकता है । जब रक्त के नमूने के लिए एक से अधिक बार एकत्र की जरूरत है, बस माउस की पूंछ के साथ अपनी उंगलियों को कई बार चला जबकि चिप के शीर्ष पर सीधे खून इकट्ठा करने के लिए पूंछ के अंत पकड़े द्वारा दबाव लागू होते हैं । रक्त के नमूनों को इकट्ठा करते समय हर बार टेल एंड कट करना जरूरी नहीं है ।
4. इंसुलिन सहिष्णुता टेस्ट (ITT)
नोट: इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण और मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण पशुओं पर उपवास प्रभाव को कम करने के लिए अलग से कम 7 दिन निर्धारित किया जाना चाहिए. इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण (ITT) के लिए, मानव इंसुलिन (०.७५ U/Kg) आईपी इंजेक्शन के माध्यम से प्रशासित किया जाएगा ।
- ०.२५ यू इंसुलिन समाधान की तैयारी: 100U मानव इंसुलिन खारा समाधान में 1:400 के अनुपात को पतला ।
- उपवास के बाद प्रत्येक माउस तौलना, और तदनुसार इंसुलिन की इंजेक्शन राशि की गणना: मात्रा (µ एल) के ०.२५ यू इंसुलिन इंजेक्शन किया जा करने के लिए IP = 3 X BW (०.७५ u इंसुलिन/किलोग्राम शरीर के वजन). उदाहरण के लिए: २८.८ g वजनी माउस के लिए, इंजेक्षन: २८.८ X 3 = ८६.४ µ l (०.२५ U पतला इंसुलिन) (तालिका 2) ।
चेतावनी: एक ही जानवर अलग अलग दिनों पर 6 घंटे के उपवास के बाद शरीर के विभिंन वजन हो सकता है । इस प्रकार, यह शरीर के वजन को मापने के लिए आवश्यक है ठीक से पहले और उपवास के बाद और OGTT और ITT परीक्षण आचरण । माउस शरीर के वजन प्रजातियों, लिंग, और उपवास अवधि के आधार पर छोड़ सकता है । इंसुलिन की उच्च खुराकों इंसुलिन सदमे पैदा कर सकता है और पशु की मौत के लिए नेतृत्व करेंगे. - प्रयोगात्मक प्रक्रिया के दौरान रीडिंग रिकॉर्ड करने के लिए एक तालिका (तालिका 2) सेट करें । चरण ३.४ दोहराएँ । ३.८ के लिए । माप रक्त शर्करा के स्तर के लिए ।
Representative Results
नियंत्रण या CCL5 विरोधी के रूप में या तो aCSF युक्त परासरणी अर्क पंपों के सर्जिकल प्रत्यारोपण मिलेCCL5 (मस्तिष्क में CCL5 प्रभाव को ब्लॉक करने के लिए) चूहों पर आयोजित किया गया. 7 और 14 दिनों में सर्जरी के बाद, परिधीय ग्लूकोज सहिष्णुता और चूहों की इंसुलिन जवाबदेही OGTT का उपयोग कर विश्लेषण किया गया (7 दिन के बाद) और ITT (14 दिनों के बाद) के रूप में प्रोटोकॉल में उल्लेख किया. 6 घंटे के उपवास के बाद चूहों के ओरल ग्लूकोज टॉलरेंस टेस्ट (OGTT) और इंसुलिन टॉलरेंस टेस्ट (ITT) का प्रदर्शन किया गया । चूहों ग्लूकोज मौखिक रूप से, उनके संबंधित शरीर के वजन के आधार पर राशि के साथ प्रशासित किया गया । रक्त शर्करा के स्तर में परिवर्तन दर्ज किए गए, जैसा कि चित्र 3में दिखाया गया है । इंसुलिन संवेदनशीलता परीक्षण चूहों में intraperitoneal (आईपी) इंसुलिन इंजेक्शन द्वारा किया गया था और रक्त शर्करा के स्तर के परिवर्तन तुरंत मापा गया था. अलग अर्क दवाओं के साथ चूहों में इंसुलिन उत्तेजना पर रक्त शर्करा के स्तर में परिवर्तन दर्ज किया गया, के रूप में चित्रा 4में दिखाया गया है । ग्लूकोज प्रशासन (चित्र बी) और इंसुलिन इंजेक्शन (चित्रा 4B) CCL5 विरोधी के साथ चूहों में (मिलेCCL5) अर्क के रूप में चूहों की तुलना में aCSF अर्क के साथ के बाद रक्त शर्करा का स्तर केवल थोड़ा कम किया गया था. ये परिणाम मस्तिष्क में प्रशासित CCL5 के साथ चूहों में परिधीय ग्लूकोज चयापचय पर इंसुलिन समारोह में विकलांगता का सुझाव देते हैं.
अगले, हम हाइपोथैलेमस ऊतकों में आईआरएस-1 फास्फारिलीकरण और एकेटी सक्रियकरण के स्तर का मूल्यांकन करके इंसुलिन संकेत के सक्रियण का विश्लेषण किया । आईआरएस-1 के ३०२ पर serine फास्फारिलीकरण विरोधी के साथ इलाज चूहों (मिलेCCL5) (चित्रा 5B-सी) जब चूहों सामांय रूप से खिलाया गया में विनियमित था । नियंत्रण समूह में, aCSF चूहों hypothalamus करने के लिए administrated था और इंसुलिन चुनौती बहाव संकेत अणु एकेटी (phosphorylated एकेटी Serine ४७३) सक्रिय (चित्रा 5d, एफ) के बिना बढ़ती आईआरएस-1 serine302 सक्रियण ( चित्र 5d -इ) आणि एकेटी serine473 फास्फारिलीकरण. इसके विपरीत, CCL5 के साथ संचार चूहों में एकेटी संकेत बढ़ नहीं था, लेकिन वहां आईआरएस-1 serine ३०२ के फास्फारिलीकरण में वृद्धि हुई थी बजाय । इस बीच, माउस मस्तिष्क में CCL5 संकेत अवरुद्ध hypothalamus और बिगड़ा परिधीय इंसुलिन समारोह में इंसुलिन गतिविधि बाधित । हमारे समग्र निष्कर्षों से, जैसे ITT, OGTT से परिणाम, और पूर्व vivo इंसुलिन चैलेंज, हम निष्कर्ष निकाला है कि CCL5 में hypothalamus इंसुलिन संकेत सक्रियण और परिधीय ग्लूकोज चयापचय पर इंसुलिन उत्तेजना करने के लिए योगदान देता है ।
चित्र 1. परासरणी पंप तैयारी और प्रत्यारोपण शल्य प्रक्रिया माउस में । (क) मस्तिष्क आधान किट और दवा समाधान के साथ पंप तैयारी perfused. लाल तीर कैथेटर तरल से भरा ट्यूबों का संकेत है । (B) ठीक करें और स्टीरियोटैक्टिक उपकरण पर माउस सिर को माउंट करें । (ग) माइक्रो-परासरणी पम्प-ब्रेन इन्फ्यूश़न सेट के आरोपण के लिए चमड़े के नीचे की त्वचा से त्वचा की बाहरी परत को अलग करें; डैश लाइनें परासरणी पंप प्रत्यारोपण के स्थान का संकेत है । (D) तीर अर्क ओर इंगित करता है । (ई) खोपड़ी पर चिह्नित क्षेत्र के चारों ओर एक छेद ड्रिल । (च) परासरणी पम्प-ब्रेन इन्फ्यूश़न को माउस के पीछे में सेट करें और ड्रिल्ड होल (डैश सर्कल) में ब्रेन इन्फ्यूश़न सुई डालें । (g) ऊतक चिपकने वाले गोंद का उपयोग कर खोपड़ी पर सुई को ठीक करें और सुई के ऊपर (कैंची जी में बताया) के रूप में (एच) में दिखाया गया है । (I) घाव ऊतक चिपकने वाला गोंद का उपयोग कर सील । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 2. दवा प्रसार क्षेत्र के प्रतिनिधि छवियों जब दवा वेंट्रिकुलर क्षेत्र में प्रशासित परासरणी पंप का उपयोग कर रहा है । इवान ब्लू प्रतिनिधि दवा वेंट्रिकुलर क्षेत्र में परासरणी पंप दवा अर्क चित्रण में प्रयोग किया जाता है (एक) और पार्श्व और तीसरे निलय (बी) में प्रसार. स्केल बार = ०.५ cm. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्र 3. मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण (OGTT) द्वारा मापा सर्जरी के बाद चूहों के ग्लूकोज चयापचय. रक्त शर्करा के स्तर के वितरण WT चूहों aCSF (ए) और विरोधी, एमCCL5 (बी) के साथ संचार में ग्लूकोज के मौखिक प्रशासन के बाद बदल दिया । डेटा मतलब ± एसई के रूप में दिखाया गया है । (8से संशोधित चित्रा) । * p & #60; ०.०५, दो तरह से ANOVA. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 4. चूहों में इंसुलिन फंक्शन रक्त ग्लूकोज-इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण (ITT). रक्त शर्करा के स्तर का वितरण WT चूहों में aCSF (ए) के साथ संचार किया, और विरोधी, एमCCL5 (बी) के साथ संचार के बाद इंसुलिन इंजेक्शन बदल दिया । डेटा के रूप में प्रस्तुत मतलब ± एसई (8से संशोधित आंकड़ा) । p & #60; ०.००१, दो तरह से ANOVA. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 5. सर्जरी के बाद चूहों में इंसुलिन सिग्नल गतिविधि. (क) निरोधात्मक Serine के पश्चिमी सोख्ता ३०२ फास्फारिलीकरण फार्म आईआरएस-1 (इंसुलिन प्रतिक्रिया सब्सट्रेट-1, pIRS1S302) चूहों hypothalamus ऊतकों में aCSF या CCL5 विरोधी के साथ इलाज, मिलेCCL5 (एमCCL5) अर्का पम्प । (ख) फास्फोरस के संबंधित स्तर-आईआरएस-1S302 चूहों में अर्क के बाद सामान्य खिलाने के साथ hypothalamus.(ग) आईआरएस-1 के S302 फास्फारिलीकरण के पश्चिमी सोख्ता और एकेटी सक्रियण (फॉस्फोरस-एकेटी S473, pAktS473) के साथ या बिना इंसुलिन उत्तेजना के हाइपोथैलेमस ऊतक में aCSF के बाद या मिलेCCL5 इन्फ्यूश़न. (डी-ई) pIRS के सापेक्ष स्तर-1S302, pS6KT421, और pAktS473। ("2" प्रत्येक बार ग्राफ में के लिए खड़ा है: n = 2 सभी quantifications के लिए) । (5d-e में रिक्त पट्टियां, बाएं: बिना इंसुलिन; स्ट्रिप्स पट्टी में 5d-e, दाएं: इंसुलिन के साथ) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
| # | माउस ID | शरीर | ग्लूकोज | शुरू | 0 | 15 | 30 | ६० | ९० |
| वजन | μL = 10xBW | समय | मिनट | मिनट | मिनट | मिनट | मिनट | ||
| 1 | ५०१ | 25.8 जी | २५८ | 9:00 | 9:00 | 9:00 | 9:15 | 9:30 | 10:00 |
| 2 | ५०२ | 25.3 जी | २५३ | 9:07 | 9:07 | 9:07 | 9:22 | 9:37 | 10:07 |
तालिका 1. मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण (OGTT) रिकॉर्डिंग के लिए समय सारिणी
| # | माउस ID | शरीर | इंसुलिन 0.25 iu | शुरू | 0 | 15 | 30 | ६० | ९० |
| वजन | μL = 3xBW | समय | मिनट | मिनट | मिनट | मिनट | मिनट | ||
| 1 | ५०१ | 28.8 जी | ८६.४ | 9:00 | 9:00 | 9:15 | 9:30 | 10:00 | 10:30 |
| 2 | ५०२ | 25.3 जी | ७५.९ | 9:07 | 9:07 | 9:22 | 9:37 | 10:07 | 10:37 |
तालिका 2. इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण (ITT) रिकॉर्डिंग के लिए समय सारिणी
Discussion
जीर्ण सूजन और संबंधित chemokines जैसे CCL5 और इसकी रिसेप्टर की व्यवस्था – टाइप-2 मधुमेह के विकास में CCR5 अस्पष्ट बनी हुई है । जीर्ण सूजन वसा ऊतकों में macrophage घुसपैठ का कारण बनता है और adipokines के विनियमन को प्रभावित करता है; इस बीच, यह भी β-कोशिकाओं को आकर्षित करती है और रक्त ग्लूकोज के जवाब में आइलेट्स के टाप से बिगड़ा इंसुलिन स्राव. मस्तिष्क में Hypothalamus भूख को विनियमित करने में प्रणालीगत परिधीय ऊतकों से इंसुलिन और adipokine संकेतों समंवय में एक नियंत्रण केंद्र के रूप में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, परिधीय रक्त ग्लूकोज चयापचय, और इंसुलिन प्रतिक्रिया. कई अध्ययनों से यह भी संकेत मिलता है कि हाइपोथैलेमस सूजन ऊर्जा homeostasis के दोषपूर्ण विनियमन की ओर जाता है और साथ ही दोषपूर्ण अग्नाशय टाप और जिगर समारोह2,3,9,10। मस्तिष्क में CCL5 भोजन का सेवन करने के लिए योगदान देता है और शरीर के तापमान विनियमन में hypothalamus11,12; हालांकि, हाइपोथैलेमस और प्रणालीगत इंसुलिन सिग्नलिंग के लिए CCL5 के सहसंबंध अस्पष्ट है । एक CCL5 पूरे शरीर पीटा माउस (CCL5-/) इस सवाल है, जो उच्च इंसुलिन के स्तर और रक्त में उच्च रक्त शर्करा के स्तर के साथ एक इंसुलिन प्रतिरोध phenotype से पता चलता है के लिए उत्पन्न किया गया है8. तथापि, यह T2DM phenotype विकसित करने के लिए एक लंबे समय की आवश्यकता है और यह संभव दीर्घकालिक क्षतिपूरक प्रभाव के कारण हाइपोथैलेमस इंसुलिन संकेत में CCL5 की भूमिका और तंत्र की जांच करने के लिए मुश्किल है. इसलिए, हाइपोथैलेमस न्यूरॉन्स में संकेत CCL5 का एक सीधा हेरफेर सबसे अच्छा तरीका है. वहां रहे हैं, तथापि, हाइपोथैलेमस क्षेत्र में ंयूरॉंस के कई प्रकार के और यह काफी महंगा है और समय लेने वाली सेल विशिष्ट नॉकआउट चूहों उत्पंन करने के लिए । एक आईसीवी अर्क प्रणाली का उपयोग इस प्रकार समय बचाने के लिए और एक अधिक विशिष्ट दृष्टिकोण सीधे मस्तिष्क में CCL5 समारोह में हेरफेर प्रदान करते हैं, संभव परिधीय भड़काऊ प्रतिक्रियाओं को दरकिनार कर सकते हैं ।
अध्ययन परासरणी पंपों का उपयोग पहले से ही पहले प्रकाशित किया गया है, महान उदाहरण और तकनीकों के प्रदर्शनों को कुतर13में परासरणी पंपों के आरोपण में शामिल प्रदान । हालांकि, हम कुछ चुनौतियों का सामना करना पड़ा, जबकि हमारे अध्ययन में इन प्रोटोकॉल का पालन । सबसे पहले, प्रोटोकॉल में प्रयुक्त उपकरणों में से कुछ काफी महंगा है, सहित 1) बिजली प्रणाली के स्थान तक पहुंचने के लिए, ड्राइंग और माउस मस्तिष्क, 2 में सुई डालने) माउस शरीर का तापमान और 3 को बनाए रखने के लिए थर्मामीटरों प्रणाली) ऑक्सीजन-isoflurane चूहों को संज्ञाहरण प्रशासन के लिए आपूर्ति प्रणाली । दूसरा, अंय लेख में वर्णित तकनीकों को दोहराने क्योंकि हम केवल शरीर के वजन की एक छोटी सी सीमा के भीतर और हमारे अध्ययन के लिए कुछ उंर में पशुओं का उपयोग कर रहे थे मुश्किल थे । हम जानते है कि बड़े चूहों सर्जरी और आरोपण के लिए और अधिक उपयुक्त हैं । हालांकि, हमारे अध्ययन में, हम छोटे और छोटे चूहों इंसुलिन और रक्त शर्करा विनियमन पर अधिक वजन और उम्र बढ़ने के प्रभाव से बचने के लिए उपयोग किया था: केवल शरीर के वजन के साथ पुरुष चूहों 25 ± 2 जी और उम्र के आसपास 2 महीने पुराने अध्ययन में चुना गया. इस प्रकार, यह सर्जरी प्रदर्शन करने के लिए मुश्किल है और माउस सिर पर घाव टांका । तीसरा, भड़काऊ प्रतिक्रिया सर्जरी के बाद के बाद से कम हो गया है एक भड़काऊ cytokine इस अध्ययन में लक्ष्य है । चूहों और चूहों सर्जरी के बाद आसानी से टांका और खुले घावों को हटा सकते हैं, जो सूजन में परिणाम और chemokine प्रतिक्रियाओं में वृद्धि होगी । इसलिए, एक रणनीति स्थान तक पहुंचने और आकर्षित और माउस मस्तिष्क कि माध्यमिक संक्रमण से बचा जाता है में सुई डालने के लिए आवश्यक है । इसलिए, हम पहले वर्णित प्रोटोकॉल संशोधित करने के लिए इस तकनीक लागत प्रभावी, आसान, और कम पशुओं के लिए हानिकारक, के रूप में निंनलिखित पैराग्राफ में वर्णित है ।
सबसे पहले, हम एक कील ड्रिल का इस्तेमाल करने के लिए मैंयुअल रूप से लक्ष्य क्षेत्र के आसपास एक छेद ड्रिल खोपड़ी पर चिह्नित, के रूप में २.६ कदम में वर्णित है । इस विधि लागत प्रभावी है और हमें पूरी प्रक्रिया पर नजर रखने के लिए इतनी के रूप में माउस मेनिन्जेस और रक्त वाहिकाओं हानिकारक से बचने के लिए अनुमति देता है । रक्त ग्लूकोज विनियमन तीव्र स्ट्रोक के बाद बिगड़ा हुआ है, मस्तिष्क में एक नकसीर जैसे । एक्यूट hyperglycemia और मधुमेह की तरह सिंड्रोम भी नैदानिक सेटिंग्स14,15में स्ट्रोक के बाद मनाया गया । इसी तरह, हम भी पाया बिगड़ा ग्लूकोज स्तर और मस्तिष्क में नकसीर और मवाद के साथ चूहों में इंसुलिन प्रतिक्रिया. हम जानते है कि मैनुअल आधारित शल्य चिकित्सा के बेहतर नियंत्रण के लिए परिणामों की निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है । दूसरे, हम एक नव विकसित चिकित्सा जैव सामग्री का लाभ उठाया आमतौर पर क्लीनिक में इस्तेमाल किया, ऊतक चिपकने वाला गोंद (२.८ कदम), शल्य चिकित्सा के बाद माउस सिर पर त्वचा को सील करने के लिए, इसलिए, टांके से परहेज और चिकित्सा की दर में तेजी । यह शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं को आसान प्रदर्शन और द्वितीयक सूजन का मौका कम कर देता है । तीसरे, पूरे शल्य प्रक्रिया प्रदर्शन करने के लिए आवश्यक समय अपेक्षाकृत कम है, जो चूहों के लिए अस्तित्व की संभावना बढ़ जाती है और संवेदनाहारी दवा की खुराक intraperitoneally इंजेक्शन किया जा रहा कम करती है. हम एक उच्च उत्तरजीविता दर (९५%) और इस संशोधित प्रोटोकॉल का पालन करके अपेक्षाकृत सटीक परिणाम प्राप्त मनाया ।
इस तकनीक की सीमा दवा वितरण की अपेक्षाकृत कम समय सीमा है. हालांकि एक परासरणी पंप फिर से मस्तिष्क खोलने के बिना वैकल्पिक रूप से माउस शरीर में रखा जा सकता है, हमारे अध्ययन केवल परिधीय प्रणालीगत इंसुलिन संकेतन को विनियमित करने के लिए मस्तिष्क पर भड़काऊ chemokine प्रभाव पर केंद्रित है । परिधीय ऊतकों में अतिरिक्त सर्जरी संभवतः परिधीय ऊतकों में एक भड़काऊ प्रतिक्रिया पैदा कर सकता है, जो फिर भड़काऊ chemokine अभिव्यक्ति में वृद्धि और परिणाम को प्रभावित करेगा । दूसरा, दवा का आधा जीवन भी अध्ययन की अवधि को सीमित करता है । संयोजक प्रोटीन जैसे chemokine आमतौर पर एक छोटी आधा जीवन है, जो समय के साथ अपनी गतिविधि खो देता है, हालांकि यह भी हमें अल्पावधि पर मस्तिष्क में संकेतन CCL5 अवरुद्ध के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए अनुमति देता है । हमारे पिछले अध्ययनों ने भी एक CCL5 नॉकआउट माउस, जो दीर्घकालिक प्रभाव के साथ एक मॉडल प्रदान करता है पैदा करने के लिए एक आनुवंशिक संशोधन दृष्टिकोण का वर्णन किया है8।
मस्तिष्क में दवाओं को वितरित करने के लिए कुछ नई तकनीक और वैकल्पिक तरीके हैं । नैनो एक शक्तिशाली तकनीक है, जो केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में दवाओं को वितरित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । हालांकि, कई दवाओं thermosensitive रहे है और नष्ट किया जा सकता है जब उंहें नैनोकणों में पैकेज की कोशिश कर रहा16। इसके अलावा, नैनोकणों BBB के माध्यम से पारित कर सकते है और कोशिकाओं है कि सिरना या सबसे आम दवाओं के लिए उपयुक्त है द्वारा उठाए गए, लेकिन यह ligand रिसेप्टर बाध्यकारी के लिए एक आदर्श तरीका नहीं है ।CCL5 इसकी रिसेप्टर के लिए बाध्यकारी की आवश्यकता है, CCR5, hypothalamus चाप न्यूरॉन्स में8प्रभाव लेने के लिए, और CCL5 के माध्यम से ंयूरॉंस में नैनोकणों मिलेCCL5 विरोधी की डिलीवरी के लिए बाध्य करने की क्षमता का एक नुकसान का कारण हो सकता है और प्रकोष्ठ पर CCR5 ब्लॉक सतह.
रक्त शर्करा का स्तर CCL5 के साथ प्रशासित चूहों में काफी अधिक था-प्रतिपक्षी मुलाकातके रूप में नियंत्रण की तुलना में CCL5 (चूहों aCSF के साथ प्रशासित) मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण में. अतिरिक्त इंसुलिन प्रशासन (इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण) भी मिलेCCL5 चूहों (चित्रा 4B), जो पता चलता है कि दोनों अंतर्जात और बाहरी इंसुलिन रक्त शर्करा के स्तर को कम नहीं कर सकते में रक्त शर्करा के स्तर को कम करने में असमर्थ था जब अवरुद्ध हाइपोथैलेमस CCL5 संकेतन । चूहों hypothalamus में CCL5 गतिविधि के बिना इंसुलिन प्रतिरोधी बन गया । बढ़ी हुई serine302 फास्फारिलीकरण आईआरएस-1 प्राप्त चूहों में पाया गया था-CCL5 aCSF प्राप्त चूहों को नियंत्रित करने के लिए तुलना (चित्र 5 ए-बी). Serine ३०२ आईआरएस-1 के फास्फारिलीकरण इंसुलिन रिसेप्टर, जो इंसुलिन प्रतिरोध का एक प्रमुख कारण है की एक भौतिक पृथक्करण-1 के प्रेरित करने के लिए दिखाया गया है6; इंसुलिन PI3K-एकेटी मार्ग जैसे बहाव संकेतों को सक्रिय करने में असमर्थ है । एक पूर्व vivo इंसुलिन उत्तेजना अध्ययन इंसुलिन बहाव संकेत अणु एकेटी (पी-AktS473) में इंसुलिन द्वारा सक्रिय नहीं था की पुष्टि की माउस हाइपोथैलेमस ऊतक मिले-CCL5 के साथ संचार किया और, बजाय, serine ३०२ फास्फारिलीकरण वृद्धि हुई. कुल मिलाकर, दोनों शारीरिक डेटा (OGTT और ITT) और आणविक अध्ययन प्रदर्शित करता है कि हाइपोथैलेमस CCL5 मध्यस्थ संकेत हाइपोथैलेमस इंसुलिन संकेत विनियमन, जो व्यवस्थित इंसुलिन प्रतिरोध और ग्लूकोज चयापचय के लिए योगदान देता है.
मोटापा से जुड़ी डायबिटीज में CCL5 और CCR5 की भूमिका और तंत्र अस्पष्ट रहता है । Kitade एट अल. ने बताया कि CCR5 की कमी से संरक्षित चूहों मोटापे से प्रेरित सूजन, macrophage भर्ती, और इंसुलिन प्रतिरोध17. हालांकि, कैनेडी एट अल द्वारा अंय अध्ययनों से संकेत मिलता है कि CCR5 की कमी प्रणालीगत ग्लूकोज सहिष्णुता के रूप में अच्छी तरह से adipocyte और मांसपेशी इंसुलिन सिग्नलिंग18संकेतन विपरीत परिणाम मिला । दोनों अध्ययनों से मोटापा पैदा करने के लिए एक उच्च वसा वाले आहार लागू किया, जो पूरे शरीर पुरानी सूजन और क्षतिपूरक प्रतिक्रिया की ओर जाता है । ये अध्ययन इंसुलिन सिग्नलिंग विनियमन में CCL5 और CCR5 के स्वच्छ और स्पष्ट तंत्र प्रदान नहीं किया । दूसरी ओर, परासरणी पंप तकनीक एक मस्तिष्क विशिष्ट अर्क की अनुमति देता है और अपने समय सीमित वितरण के साथ क्षतिपूरक प्रतिक्रिया से बचा जाता है ।
अंत में, हालांकि मस्तिष्क अर्क प्रणाली के साथ परासरणी पंप एक "पुराने जमाने" तकनीक लगता है, यह एक सस्ता प्रदान करता है, आसान है, और दवा वितरण के कम हानिकारक विधि और ligand के समारोह की जांच में मदद करता है-रिसेप्टर में संकेतन मस्तिष्क.
Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
हम कृतज्ञ हैं विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय, ताइवान से समर्थित-MOST105-2628-b-038-005-MY3 (1-3) और तंबाकू उत्पादों के स्वास्थ्य और कल्याण अधिभार-MOHW106-TDU-बी-212-144001 एस वाई सी के लिए ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vetbond Tissue Adhesive | 3M | #1049SB | The glue used to seal the lesion site on the mouse head |
| LOCTITE 454 instant adhesive | Durect Corporation | #8670 | The glue used to fix the needle on the mouse skull |
| Alzet Micro- Osmotic Pump | Durect Corporation | #9922 | 0.11 μl per hour, 28 days |
| Brain infusion system | Durect Corporation | #8851 | 1-3 mm, used to perfuse the drug in to the mice brain |
| Glucometer | Roche | #06870244001 | Used to measure the blood glucose level |
| Glucose chip | Roche | #06454011020 | Used to load the blood sample |
| Evan's blue | Sigma | #MKBK0523V | To demonstrate the drug infusion area |
| Insulin syringe | Becton, Dickinson and Company | #3232145 C | Used to administer insulin intraperitoneally |
| MIO NE116 CONTROL UNIT (nail drill) |
Mio System | #E235-015 | To drill a hole in the skull of the mouse |
| CCL5/Met-RANTES Protein | R&D | #ADB0111081 | Recombinant Human CCL5, E-coli derived |
| aCSF formula | 119 mM NaCl 26.2 mM NaHCO3 2.5 mM KCl 1 mM NaH2PO4 1.3 mM MgCl2 10 mM glucose |
Filter sterilize with a 0.22 μm filter apparatus, and store at 4°C. aCSF is stable for 3-4 weeks |
|
| Phospho-IRS-1 Serine302 antibody | Cell Signaling | #12879 | 1:1000 dilution |
| IRS-1 (D23G12) antibody | Cell Signaling | #12879 | 1:1000 dilution |
| Phospho-Akt Serine 473 antibody | Cell Signaling | #9916 | 1:2000 dilution |
| Akt (pan) (C67E7) antibody | Cell Signaling | #9916 | 1:1000 dilution |
| Animals: C57BL/6 | NAR Labs | Wild type mice strain used in the study |
References
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