Abstract
Fedme er en viktig risikofaktor for utvikling av tykktarmskreft; derimot, er de endokrine /parakrine /metabolske nettverk som medierer denne sammenhengen dårlig forstått. Her hypoteser vi at fedme fører til utskilling av produkter fra fettvev som induserer malignitet relaterte metabolske endringer i tykktarm kreft celler. Menneske HCT116 tykktarm kreft celler, ble utsatt for betinget media fra dyrkede humane fettvev fragmenter av obese vs ikke-overvektige pasienter. Oksygenforbruk rate (OCR, for det meste mitokondriell respirasjon) og ekstracellulære forsuring rate (ECAR, for det meste laktatproduksjon via glykolyse) ble undersøkt vis-à-vis celleviabilitet og uttrykk for beslektede gener og proteiner. Våre resultater viser at kondisjonert medium fra overvektige (vs ikke-overvektige) fag redusert basal (40%,
p 0,05
) og maksimal (50%,
p 0,05
) OCR og genuttrykk av mitokondrie proteiner og Bax uten å påvirke cellenes levedyktighet eller uttrykk for glykolytiske enzymer. Tilsvarende endringer kan rekapitulert ved å inkubere cellene med leptin, mens leptin-reseptor spesifikk antagonist hemmet redusert OCR indusert av kondisjonert medium fra overvektige pasienter. Vi konkluderer med at utskilling av produkt fra fettvev av overvektige pasienter hemmer mitokondriell respirasjon og funksjon i HCT116 tykktarmskreftceller, en virkning som er minst delvis mediert av leptin. Disse resultatene markere en antatt ny mekanisme for fedme-assosiert risiko for gastrointestinale maligniteter, og foreslå eventuelle nye terapeutiske muligheter
Citation. Yehuda-Shnaidman E, Nimri L, Tarnovscki T, Kirshtein B, Rudich A, Schwartz B (2013) utskilt Menneskelig adipose Leptin Reduserer mitokondrie respirasjon i HCT116 Colon kreftceller. PLoS ONE 8 (9): e74843. doi: 10,1371 /journal.pone.0074843
Redaktør: Giovanna Bermano, Robert Gordon University, Storbritannia
mottatt: 24 januar 2013; Godkjent: 08.08.2013; Publisert: 20.09.2013
Copyright: © 2013 Yehuda-Shnaidman et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av Israel Science Foundation Grant 134/06 til BS Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
det blir stadig klarere at den alarmerende økning i fedme prevalens vil ikke bare øke befolkningen risikoen for hjerte- og metabolske forstyrrelser [1], som overflødig kroppsvekt er nå også anerkjent som en viktig risikofaktor for utvikling av utbredte kreftformer som tykktarmskreft [2]. Likevel, mens sammenhengen mellom fedme og dets cardio-metabolic manifestasjoner har blitt grundig studert de siste tiårene, mekanismer for «fedme-malignitet tilkobling» fortsatt dårlig forstått.
Fettvev er en aktiv endokrin organ, sekresjon fettsyrer og peptidhormoner eller cytokiner (adipocytokines), som er direkte involvert ikke bare i reguleringen av hele kroppen metabolisme, men også i inflammatoriske og immunresponser [3]. Det har blitt foreslått at fedme-assosiert økning i adipocyttdifferensiering størrelse og /eller antall, endret adipocytokine sekresjon og økt angiogenese, kan alle bidra til økt risiko for visse ondartede sykdommer, inkludert kreft i tykktarmen [1,4,5]. Endringer i adipocytokine nivåer påvirker celleproliferasjon, apoptose, invasiv vekst, og angiogenese [1]. Selv om tallrike adipocytokines har blitt identifisert, er bare flere undersøkt for deres evne til å regulere tykktarmskreft tumorvekst. Serumnivået av leptin er nært knyttet til fettvev (AT) masse [6] og ble tidligere funnet av oss å påvirke tykktarmskreft initiering og progresjon,
in vitro product: [7].
i motsetning til normale celler, som er avhengige primært på mitokondrie oksidativ fosforylering for ATP produksjon, de fleste kreftceller mer avhengig av aerob glykolyse; et fenomen kalt «den Warburg-effekten» [8]. Det ble tidligere vist at under normale oksygenforhold, ikke-metastatiske celler bruker mindre glukose mens metastatiske celler konstitutivt stille høyere glykolyse rente, noe som tyder på at «Warburg effekten «medarbeidere med høyere malign fenotype [9]. Tilsvarende forhøyet glukoseopptak selv under normale oksygenforhold er et kjennetegn på ondartet kreft, men de molekylære hendelser som er involvert er ikke fullt ut forstått. Spesielt er det uklart om overgangen fra mitokondrie til glycolytic respirasjon er primære, dvs. en konsekvens av forhøyet uttrykk for glykolytiske proteiner, eller er ganske sekundært til mitokondriell dysfunksjon (som utgjør en tilsvarende av «Pasteur-effekten «).
den høye forekomsten av kreft i fedme kan peke for ondartede fremmende faktorer som kommer fra forandret fettvev. Selv om de fleste adipocytter ikke kan være i direkte fysisk kontakt med tykktarmceller, er det likevel lokale adipocytter i magefett som er plassert i nærheten av tarmvev og kan påvirke, gjennom sine utskilte produkter, colonic cellemetabolismen. Under kolon karsinogenisitetsstudier kreftceller kan trenge inn i tarmen, når sirkulasjonen og skriv leveren. I trekkveien tykktarm kreft celler kan støte blodkar som stammer fra fettmasse og rik på adipokines. Så langt vi kjenner til, er det uutforsket om AT induserer metabolske omprogrammering av colonic vev gjennom å fremme økt glykolyse og /eller ved å hemme mitokondriell respirasjon. Adressering denne hypotesen, utførte vi en detaljert bioenergetikk av et panel av humane tarmkreftcellelinjer som er utsatt for kondisjonerte medier (CM) oppsamlet fra dyrkede humane visceral (omental) AT-fragmenter oppnådd fra individer innenfor et bredt spekter av BMI. Vi rapporterer heri at HCT116 tykktarmskreftceller eksponert for CM fra overvektige pasienter vise en signifikant reduksjon i mitokondriell respirasjon hastighet og i genekspresjonen nivået av mitokondrielle proteiner, med ingen vesentlig endring i ekspresjonsnivået av glykolyse proteiner. Videre finner vi at leptin kan være en viktig molekylær signal formidling samspillet mellom AT og tykktarmskreftceller.
Metoder
Menneskelig prøvetaking og betinget media (CM) forberedelse
studien protokollen ble godkjent av lokale etikkutvalg av Soroka University Medical Center og Ben Gurion-universitetet. En skriftlig informert samtykke ble oppnådd for hver av de deltakende pasientene. Menneskelig oment AT biopsier ble samlet inn under valg abdominal kirurgi, som tidligere beskrevet [10] fra ikke-overvektige (BMI: 26,2 kg /m
2 ± 0,9 (gjennomsnitt ± SD), alder: 51,2 ± 11 år,
n
= 4) eller overvektige personer (BMI: 42.1 kg /m
2 ± 5,8, alder: 38,8 ± 16 år,
n
= 10). Dyrkede adipose vev fragmenter (2-3 mm
3, 100 mg /ml medium) ble inkubert ved 37 ° C i medium [DMEM + 10% (v /v) FCS, 2 mM L-glutamin], tillatt å sedimentere over natten, mediet ble erstattet, og fragmentene ble ytterligere inkubert i 24 timer i samme medium uten FCS. Fragmentene ble fjernet med pinsett, og media (CM) som er overført fra brønnen til et rent rør, raskt frosset (10 sekunder) i flytende nitrogen og lagret ved -80 ° C.
Cell Culture
humane tykktarmkreftcellelinjer: HCT116, HM-7 og Caco
2 ble dyrket ved 37 ° C, 5% CO
2 i DMEM supplementert med 10% (v /v) FCS, 2 mM L- glutamin og 0,2% (volum /volum) penicillin-streptomycin. HCT116 og Caco
to cellelinjer ble oppnådd fra American Type Culture Collection (ATCC, USA). HM-7 er en celle variant av LS174T, som på forhånd er valgt for sin evne til å produsere høye mengder av slimstoff [11] og å være svært metastatiske i
in vivo product: [12] og
in vitro
systemer [13]
celler ble sådd ut:. 0,2% gelatin-dekket 24-brønns XF24 plater (3 × 10
4 celler /brønn, Seahorse Bioscience, North Billerica, MA) for OCR og ECAR eksperimenter; 24-brønners plater (7,5 x 10
5-celler /brønn) i protein eller RNA-ekstraksjon. Tjuefire timer senere ble cellene behandlet med DMEM (kontroll), leptin (100 ng /ml), ikke-overvektige eller fete CM. Hvor indikert ble leptin antagonist (1NG /ml) tilsatt celler som ble inkubert med CM.
Cell respirasjon målinger
Cellular OCR og ECAR ble målt ved hjelp av XF24 Analyzer (Seahorse Bioscience, MA , USA) som tidligere beskrevet [14,15]. For maksimal respirasjon, ble 0,4 mikrometer FCCP brukt. Optimal FCCP Konsentrasjonen ble bestemt i gangsetting.
RNA ekstraksjon og real-time PCR
RNA ble isolert ved hjelp av Tri Reagens løsning (MRC, Cincinnati, OH). Revers transkripsjon ble utført ved hjelp av High-Capacity cDNA Kit (Applied Biosystems, Foster City, California) med tilfeldige primere på en Veriti® 96-brønns termosykler (Applied Biosystems). Real-time PCR ble gjort ved hjelp av SYBR® Grønn (Applied Biosystems) i en ABI PRISM® 7900HT Sequence Detection System. Primere er beskrevet i tabell S1. Alle resultater ble normalisert til p-aktin uttrykk.
Western-blotting
Cellene ble sådd ut på 7,5 x 10
5 celler /brønn i 24 brønners plater. Etter 24 timer ble cellene behandlet med DMEM (kontroll), leptin (100 ng /ml), CM fra ikke-overvektige eller fete personer og inkubert i 24 timer ved 37 ° C. Celler ble lysert og sentrifugert ved 23000 g, 15 min. Protein ble bestemt i supernatantene ved microbicinchoninic syrebasert proteinanalyse (BCA) (Pierce, Rockford, IL). 25-50 ug proteinprøver ble underkastet elektroforese på SDS-PAGE, overført til nitrocellulosemembraner (Whatman, Schleicher HCT116 HM-7 [16]. Derfor vurderte vi HCT116 cellelinje for å være en «medium ondartet «tykktarmskreft cellelinje og brukt disse cellene i vår neste forsøk. Bruke XF24 analysator, målte vi oksygenforbruk rate (OCR, for det meste mitokondriell respirasjon) og ekstracellulære forsuring rate (ECAR, laktat generert via glykolyse [15]) av HCT116-celler. Faktisk leptin behandling av HCT116 cellene resulterte i lavere OCR nivåer (figur 1A) uten en betydelig endring i ECAR (figur 1B). I tillegg er den maksimale pusterytme som målt i nærvær av FCCP var signifikant lavere følgende leptin behandling (figur 1C). Av notatet, gjorde leptin behandling ikke indusere celledød, i likhet med vår tidligere studie [7] og bekreftet her ved å måle celletallet (figur S1 A) og celleviabilitet (Figur S1B).
HCT116 cellene ble behandlet med DMEM (kontroll), sammenlignet med leptin (100 ng /ml), i 24 timer. (
A
) Basal OCR, (
B
), Basal ECAR, (
C
), FCCP-indusert maksimal OCR (0,4 mm) ble målt ved hjelp av XF24 Analyzer (
n
= 5). *,
P
0,01 vs. kontroll (Student
t
-test). **
P
0,05 vs. kontroll (Student
t
-test). Resultatene ble normalisert til cellenummer, og uttrykt som prosent av kontroll
Økt ekspresjon av et antall av glykolytiske enzymer har blitt forbundet med kreftfremkallende fenotype (oversikt i 8,19,20), inkludert:. Pyruvat kinase (spesielt M2 tumor-spesifikk isoform, men også M1 (PKM1, PKM2 [19,21])), Hexokinase (spesielt isoform 2, men også en (Ht1, HK2 [22,23])), og phosphofructokinase (PFK [ ,,,0],8]).
Leptin behandling ikke medfører vesentlige endringer i genet (figur 2A) eller protein (figur 2B, C) uttrykk nivåer av Ht1, HK2, PKM2, eller PFK. Imidlertid er proteinnivået av totalt PKM1 og PKM2 isoformer (PKM1M2) var signifikant høyere i leptin-behandlede celler (figur 2B, C), noe som tyder på at leptin kan påvirke glykolysen i det minste i en viss grad (muligens ved å øke PKM1), selv om det ikke er reflektert i ECAR.
HCT116-celler behandlet med DMEM (kontroll) sammenlignet med leptin (100 ng /ml), i 24 timer. (
A
) genuttrykk nivåer ble oppdaget ved hjelp av kvantitativ real-time PCR (
n
= 4). (
B
) Totalt cellelysater ble analysert ved Western blot. (
C
) Densitometrisk analyse av Western blot data ble gjort. *
P
0,05, kontra respektive kontroll av hvert protein (Student
t
-test).
mitokondrie respirasjon kan bli påvirket av en rekke endringer i mitokondrielle gener inkludert de som koder luftveiskjedekomplekser , som også påvirkes av kreftutvikling [24,25]. Vi neste vurderes om det reduserte OCR-indusert av leptin er assosiert med endringer i genet og proteinet ekspresjonsprofilen av større mitokondrielle proteiner. Vi målte mRNA nivåer av luftveiskjede komplekser gener: kompleks 1 (
ND1
,
NDUFA13
), kompleks 2 (
SDHB /C /D
), kompleks 4 (
COX1 /2/4/5
), kompleks 5 (
ATP6, ATP5H
) og cytokrom C (
CytC
). Leptin behandling betydelig redusert uttrykket nivåer av atom kodede mitokondrie gener:
NDUFA13, COX5, CytC plakater (figur 3A); og av mitokondrie kodet gener:
ND1, SDHD, COX2 plakater (Figur 3B). Videre proteinnivået av cytokrom C ble signifikant redusert med leptin (figur 3C). Disse resultatene antyder at leptin, som en isolert faktor; kan redusere mitokondrie masse og funksjon av HCT116 tykktarmskreftceller.
HCT116-celler behandlet med DMEM (kontroll) sammenlignet med leptin (100 ng /ml), i 24 timer. (
En
,
B
) genuttrykk nivåer ble oppdaget ved hjelp av kvantitativ real-time PCR (
n
= 4). *,
P
0,05, **,
P
0,01 vs. respektive kontroll av hvert gen (Student
t
-test). (
C
) Cellelysater ble analysert for cytokrom C (CytC, øvre panel) og β-aktin (nedre panel) ved Western blot, og densitometrisk analyse av data ble foretatt. *
P
0,01, vs. kontroll (Student
t
-test).
Effekter av overvektige CM på HCT116 åndedrett
Vi testet effekten av kondisjonert medium (CM) , hentet fra visceral (oment) AT obese vs ikke-overvektige pasienter, på glykolytiske vs. mitokondrielle respirasjonsmålinger i HCT116-celler [16] (figur 4). Detaljene i fagene er oppsummert i tabell S2.
HCT116 cellene ble behandlet i 24 timer med DMEM (kontroll), CM samlet inn fra visceral AT av ikke-overvektige pasienter (n = 4) eller overvektige pasienter (n = 10) og analysert for OCR (
A
) og ECAR (
B
) nivåer ved hjelp av XF24 Analyzer. *,
P
0,05 vs. ikke-overvektige eller kontroll (t-test). (
C
) Maximal OCR nivåer etter FCCP (0,4 mikrometer) ble målt ved hjelp av XF24 Analyzer. Control (
n
= 9), ikke-overvektige (
n
= 4), overvektige (
n
= 10). *,
P
0,05 vs. ikke-overvektige prøve (Mann Whitney test). Resultatene ble normalisert til proteinkonsentrasjon og uttrykt som prosent av kontroll
Våre data viser at CM fra overvektige AT førte til en signifikant. (P 0,05) ble redusert OCR nivå med ~ 40% (figur 4A) . Interessant, ECAR nivåene ble ikke øket av den obese CM (figur 4B), som ville være forventet i respons til «Warburg-effekten». I tillegg er maksimal respirasjonsmålinger, målt ved den mitokondrielle uncoupler FCCP, var signifikant lavere i celler eksponert for overvektige-CM vs celler utsatt for ikke-overvektige CM (Figur 4C).
Sammen er disse resultatene tyder på at CM av aT, særlig fra overvektige personer, har kapasitet til å hemme mitokondriell respirasjon i HCT116 tykktarmskreftceller; en endring karakteristisk for metabolsk omprogrammering typisk for malign transformasjon.
Effekt av overvektige CM på HCT116 glykolyse
Med tanke på langsiktig debatt om glykolytiske vs. mitokondrielle funksjoner under kreft [26], må vi først bekreftet at mangelen på økning i ECAR som reaksjon på overvektige CM korresponderte med uttrykket nivåer av nøkkel glykolytiske proteiner. Vi testet derfor effekten av overvektige CM på gen- og protein uttrykk nivåer av disse valgte nøkkel glykolytiske enzymer. Celler utsatt for overvektige CM ikke utøve noen økning i genet (figur 5A) eller protein (figur 5B) ekspresjonsnivåer av Ht1, HK2, PKM1, eller PFK sammenlignet med celler eksponert for den ikke-overvektige CM. I motsetning til dette en betydelig reduksjon i nivået av mRNA
PKM2
(figur 5A) ble notert, men dette var ikke assosiert med en parallell reduksjon i protein uttrykket nivåer (figur 5B). HM-7 og Caco
2-celler ble brukt som kontroller for celler med mer eller mindre ondartede egenskaper sammenlignet med HCT116, henholdsvis [16]. Våre resultater viser en positiv korrelasjon mellom malignitet nivået av cellene og proteinet ekspresjonsnivået av Ht1 og PKM2, mens ekspresjonsnivået av PFK ble redusert i HM7 cellelinje (figur 5B, C). Dette er i sammenheng med redusert OCR /ECAR forholdet av tykktarmskreftceller med malignitet nivå (Caco
2 HCT116 HM-7, figur S2). Disse resultatene er i overensstemmelse med resultatene som er angitt for kreftvev og aktive prolifererende celler [27]. Alle sammen, antyder disse resultater at endringer i glykolytiske enzymer uttrykk ikke kan forklare den respiratoriske effekter indusert ved overvektige CM. Dette fikk oss til å teste om CM endrer mitokondrienes funksjon.
HCT 116 celler ble behandlet i 24 timer med CM samlet inn fra visceral AT av ikke-overvektige pasienter (
n
= 4) eller overvektige pasienter (
n
= 9). (
A
) Bax genuttrykk nivåer ble oppdaget ved hjelp av kvantitativ real-time PCR. *,
P
0,05 vs. respektive ikke-obese prøve av hvert gen (Mann Whitney-test). (
B
) Cellelysater ble analysert ved Western blot. HM-7 og Caco
2 ble brukt som kontroller (se resultater) (
C
), Densitometrisk analyse av Western blot data. *,
P
0,01, **,
P
0,05 (Two Way ANOVA, Bonferroni test)
Effekt av overvektige CM på HCT116 cellene mitokondriene
I forhold til. non-obese CM, celler inkubert med de overvektige CM oppviste betydelig lavere mRNA-nivåer av mitokondrielle respiratoriske kjeden komplekser (figur 6). Nedgangen ble oppdaget i gener kodet av enten kjernekraft (Figur 6A) eller mitokondrielle (figur 6B) DNA, i fellesskap å foreslå lavere mitokondriell masse. ATP syntase (ATP5H, ATP6) reduksjon utstilt lignende trend. Av notatet, gjorde obese CM ikke redusere celle nummer (figur S3A) eller celle levedyktighet (figur S3b). I tillegg HCT116-celler behandlet med den ikke-overvektige CM uttrykte høyere gen- og proteinnivåer Bax, en stor pro-apoptotiske Bcl-2-familiemedlem, [28], sammenlignet med kontroll eller fete CM-behandlede celler (figur 6C, D ). Samlet viser disse resultatene alvorlig mitokondriell dysfunksjon av HCT116-celler indusert med CM fra overvektige personer.
HCT116-celler behandlet i 24 timer med DMEM (kontroll), CM samlet inn fra visceral AT av ikke-overvektige pasienter. (
En
,
B
) genuttrykk nivåer ble oppdaget ved hjelp av kvantitativ real-time PCR. Overvektige (
n
= 8), ikke-overvektige (
n
= 4). *,
P
0,05, **,
P
0,01 vs. respektive ikke-obese prøve av hvert gen (Mann Whitney-test). (
C
) genuttrykk nivåer ble oppdaget ved hjelp av kvantitativ real-time PCR. Control (
n
= 3), ikke-overvektige (
n
= 4), overvektige (
n
= 9). *,
P
0,05, vs. kontroll (Mann Whitney), **
P
0,05, kontra ikke-overvektige (Mann Whitney). (
D
) Cellelysater ble analysert for Bax (øverste panel) eller β-aktin (nedre panel) antistoffer ved Western blot og densitometrisk analyse ble gjort. Vertikale hvite linjer betegne image spleising å presentere kun relevante band, for klarhet (vist er en enkelt blot). Control (
n
= 3), ikke-overvektige (
n
= 3), overvektige (
n
= 6). *,
P
0,01 vs. Control (One Way ANOVA, Tukey test). **
P
0.001, kontra ikke-overvektige prøver (One Way ANOVA, Tukey test).
Til slutt, som det ble tidligere vist at leptin konsentrasjonen i CM var direkte korrelert med BMI på adipose tissue givere [29 ], dermed har vi bestemt om leptin skilles fra adipose tissue explants kunne formidle effekten av overvektige-CM på tykktarmskreft celle åndedrett. Faktisk, tilsetning av leptin antagonist som blokkerer leptin handlings [30], i betydelig grad beskyttet mot reduksjon i OCR som ble indusert av fedme CM (figur 7).
HCT116-celler behandlet i 24 timer med CM innsamlede fra visceral AT av ikke-overvektige eller fete personer, med eller uten leptin antagonist (1 ng /ml). OCR-nivåer ble målt ved anvendelse av XF24 Analyzer. Ikke overvektige (
n
= 4), overvektige (
n
= 7), ikke-overvektige antagonist (Lepa ikke-overvektige,
n
= 3), overvektige antagonist (Lepa obese,
n
= 6). *,
P
0,05 vs. prøver fra overvektige (t-test). Resultatene ble normalisert til proteinkonsentrasjon og uttrykt som prosent av kontroll.
diskusjon
fettvev er en viktig endokrine organ påvirker hele kroppens metabolisme. På et tidspunkt i løpet av fedme progresjon, kan forskjellige stress-stimuli fører til en dysfunksjonell AT, som i sin tur vil hemmelig forstyrret signaler som kan endre funksjonen av tilstøtende eller fjerne celler og vev (paracrine og endocrine kommunikasjon). Dette forstyrret krysstale kan bidra til betennelse, for å utvikle insulinresistens og for å utbruddet og /eller progresjon av ulike kreftformer (oversikt i 4,31). Faktisk, fedme har nå blitt klart assosiert med øket risiko for utvikling av forskjellige typer av kreft, spesielt kreft i perifert vev som er i umiddelbar nærhet til den viscerale AT (for eksempel: lever, tykktarm, bukspyttkjertel, nyre [1,2] ). En relevant studie ble nylig rapportert av Sung et al. [32] som viste at mus som tykktarmskreft ble kjemisk indusert, ble observert flest colontumorer i mus matet en fettrik diett. Dette ble assosiert med høyere magefett og konsentrasjoner av leptin, insulin og IGF-1. Faktisk har det nylig blitt anmeldt at overvektige visceral AT utøver ulike effekter på tumorprogresjon på ulike stadier av kreftutvikling [4]. Imidlertid er den grunnleggende bidrag på å tumor fysiologi ikke klart heller ikke er de mekanismer som er involvert. Vi rapporterer her at AT av overvektige emnet kan fremme kreft progresjon ved å fremkalle metabolske forandringer og spesielt, mitokondriell dysfunksjon.
Energi metabolismen av celler resultater fra samspillet mellom de to hoved bioenergetisk trasé, oksidativ fosforylering og glykolyse [33 ]. Det er godt etablert at en hyppig metabolsk endring ble observert i tumorceller er en høyere glykolyse hastighet og melkesyreproduksjon på grunn av den økte ekspresjon av gener som koder for glykolytiske enzymer og glukosetransportører ([34] og ref. Deri). Men våre resultater viser bare en mild effekt av leptin på glykolyse. Siden celleproliferasjon ikke ble påvirket av den CM fra vektige AT disse resultatene kan forklares ved det faktum at mange tumorer produserer mesteparten av sin ATP (mer enn 80%) av mitokondriell respirasjon [33], [35], som er mye mer effektiv enn glykolyse. Dessuten er ikke alle funnene støtter glykolytiske endringer med tumorgenese. I stedet noen støtte en forsterket mitokondriell ATP-produksjon for å støtte den energibehovet av kreftceller [36,37]. Av notatet, kan våre resultater ikke utelukke endringer i glukoseopptak og utnyttelse av oppstrøms glycolytic mellom av leptin /obese CM. Fremtidige studier om hvorvidt og hvordan endringer i glukose utnyttelse og glukosemetabolismen er endret av leptin eller fete CM kan være en mekanistisk del av fedme /leptin effekt i tillegg til endringer i mitokondrielle respirasjonen.
Mange molekyler kan tenkes å megle crosstalk mellom overvektige aT og tykktarmskreft. Leptin er et hormon som produseres av AT i sammenheng med hele kroppen fett fedme. Det er kjent å påvirke matinntak via sentrale effektene [38], men utøver også det perifere virkninger via dets reseptorer i perifere vev (for eksempel: lever, muskel, AT, tykktarm [7,39]), og kan være tilstede ved høy konsentrasjoner i perifert vev omgitt av visceralt fett depot. Faktisk, akkumulerende rapporter tyder leptin som en nøkkel kandidat bindings fedme og kreft, inkludert: (a) leptin fremmer tykktarmskreft progresjon og aggressivitet [7,40], celleproliferasjon og tumorvekst [17,18]; (B) leptin fremmer brystsvulster hos overvektige mus [41]; (C) leptinreseptoren uttrykk blir øket i tumorvev, og er nødvendig for å fremme tumorprogresjon [42]; og (d) leptin og leptin receptor nivåer som brukes for å indikere brystkreft progresjon [43]. Ja, våre data stede bevis for metabolske forandringer indusert av leptin i HCT116 tykktarm kreft celler som ligner på de som er observert ved overvektige CM. Våre resultater er konsistente med en tidligere rapport av Park et al. (2012) i mus, som viser at tumor epitel-celler som mangler leptinreseptoren ha høyere basal og maksimal OCR nivå sammenlignet med celler med normal leptinreseptoren [42]. Interessant, Park et al. oppdaget ikke en signifikant forskjell i mitokondrielle gener uttrykk eller i OCR nivå etter leptin behandling. Dette avviket kan forklares med de ulike eksperimentinnstillinger, bruker mus tumor epitelceller kontra menneskelige tykktarmskreftceller; og ved de forskjellige leptin konsentrasjoner anvendt. Mitokondriell dysfunksjon etter 24 timers behandling med leptin kan være en konsekvens av innledende økning i fettsyreoksidasjon som følge av høyere fettsyrer konsentrasjoner og AMP-aktivert protein kinase-aktivering [44], for å understøtte øket-ATP etterspørsel av kreftceller [36 , 37]. Dette kan drive inn senere mitokondriell skade, som vist i hjertet [45]. Faktisk, ved umiddelbar eksponering av HCT116 cellene til CM, ble en økt OCR observert (ikke vist).
Viktigere, fant vi ut at HCT116 cellene utsettes for overvektige CM viste lavere basal og maksimal OCR nivåer sammen med lavere uttrykk nivåer av kjerne- og mitokondrier-kodede gener, noe som tyder på en sentral rolle for mitokondriene i den metabolske omprogrammering av tykktarmskreft med fedme. Støttende av våre resultater, har det vist seg at mitokondriene spille en nøkkelrolle i tumorgenese (oversikt i 24,25), hvor det kan være dysfunksjonell grunn av feil i den oksydative fosforylering prosessen og /eller som følge av lavere mitokondrie DNA [20, 24]. Eksempler omfatter: NDUFA13 (GRIM-19), en vesentlig subenheten av komplekset 1, er redusert i kolorektal karsinom [46]; SDHs, kompleks 2 subenheter, betraktes tumorsuppressorgener siden deres mutasjoner som fører til tumorgenese; og COX2, kompleks 4-subenhet, er redusert i mange typer kreft ([24] og ref. deri). Videre er mitokondrisk DNA funnet å være redusert i tilstander av fedme [47] og kreft ([20], [24], men se 25). Mekanismen kan omfatte økt mitokondriell nedbrytning (mitophagy) og /eller nedre mitokondriell proliferasjon [20]. Den forbedrede oksidativt stress i kreftceller kan redusere ekspresjonen av mitokondrielle gener [48]. Viktigst er reduksjonen i mitokondrie DNA korrelert med progresjon og aggressivitet av kreft. Dette fenomenet gjør at mitokondrie-DNA som et diagnostisk verktøy for å evaluere kreft progresjon ([24,25] og ref. Deri). Alt i alt har de funnene tyder på at fedme avanserer kreftceller progresjon og aggressivitet, noe som resulterer i en mer alvorlig sykdom.
Et annet interessant resultat er den observasjon at HCT116-celler utsatt for overvektige CM er ute av stand til å øke ekspresjonen Bax, i motsetning til de ikke-overvektige CM-behandlede celler (figur 6C, D). Selv Bax aktivitetsnivå, per se, ikke ble målt, kan forklaringen inkluderer «mitocheckpoint» teori (omtalt i 24), med henvisning til mitokondrie evne til å over-come skadelige stimuli ved å gjenopprette mitokondrienes funksjon eller fremme apoptose ved hjelp av genuttrykk endringer. I tilfeller der mitokondriene er dysfunksjonelle, ville celler blir resistente mot apoptose og dermed kan skade stimulans føre til tumorigenesis. Respiratoriske komplekser anses å være den mitokondrielle «checkpoint» mekanisme som spiller en rolle i å undertrykke tumorgenesen. Således kan, tyder våre resultater dysfunksjonell mitokondrier av de aktuelle kreftceller. De økte Bax nivåer fremkalt av det ikke-overvektige CM kan forklares ved adipo-cytokiner produksjon av AT som er forskjellig mellom de fete og som ikke er overvektige AT på grunn av differensial makrofag populasjoner (fleste makrofager i lean AT er M2 makrofager mens vektige er M1 makrofager [31]). Når dissekere sammenhengen mellom fedme og kreft i tykktarmen disse resultatene legge verdifull og romanen innsikt i å fremheve mitokondriene som en viktig faktor i denne prosessen.
Til slutt, vi har oppdaget en betydelig beskyttelse av leptin antagonist mot fedme-CM-indusert OCR-reduksjon (figur 7), som støtter den viktige rollen av leptin i mitokondrie effekten av fedme på tykktarmskreftceller. Faktisk, Amemori et al.
