低酸素処理された脂肪細胞からの条件付き培地は、筋肉細胞をインスリン抵抗性にします

脂肪組織低酸素症は、肥満の初期の表現型であり、マクロファージの浸潤と局所炎症に関連しています。ここでは、培養中の脂肪細胞がマクロファージの移動を刺激し、筋肉インスリン抵抗性を引き起こす炎症誘発性因子の放出を伴う低酸素環境に反応するという仮説をテストします。1％O2大気で培養された3T3-L1脂肪細胞は、HIF-1αのタンパク質発現を高めることにより、古典的な低酸素反応で反応しました。これは、mRNA発現の上昇とサイトカインTNFα、IL-6およびケモカイン単球化学誘引物質タンパク質-1（MCP-1）のペプチド放出に関連していました。抗炎症性アディポカインアディポネクチンのmRNAおよびタンパク質発現が減少しました。低酸素処理脂肪細胞（CM-H）からの条件付き培地は、C2C12筋管で安定して発現するGLUT4mycのインスリン刺激および上昇した基底細胞表面レベルを阻害しました。AKTおよびAS160リン酸化のインスリン刺激、GLUT4MYCエキソサイトーシスの重要な調節因子は著しく損なわれました。CM-Hはまた、JNKとS6Kの活性化を引き起こし、C2C12筋管におけるIRS1のセリンリン酸化の上昇を引き起こしました。これらの効果は、AktおよびAS160へのインスリンシグナル伝達の伝播を減らすことに関係していました。CM-Hの熱の不活性化は、筋肉細胞のGLUT4MYCトラフィックに対する二重効果を逆転させました。興味深いことに、CM-HにおけるIL-6の抗体媒介中和は、変更されていないCM-Hと比較して、基底およびインスリン刺激細胞表面GLUT4MYCの両方に対する効果を低下させました。IL-6は、AMPKでの作用を通じてGLUT4MYCトラフィックを調節した可能性があります。さらに、MCP-1の抗体媒介中和は、変更されていないCM-Hによって引き起こされるインスリン刺激GLUT4MYCエキソサイトーシスの阻害を部分的に逆転させました。Transwellの共同培養では、低酸素症に挑戦した脂肪細胞が生の264.7マクロファージを引き付け、低酸素中の脂肪細胞からのMCP-1の放出の上昇と一致しました。脂肪細胞CM-HにおけるMCP-1の中和により、マクロファージの移動が妨げられ、筋肉細胞のインスリン応答に対するCM-Hの効果が部分的に逆転しました。脂肪組織低酸素症は、肥満で観察される炎症反応の重要な引き金となる可能性があり、ケモカインMCP-1の増加は、脂肪組織へのマクロファージの移動の増加に寄与し、その後の筋肉のグルコース摂取のインスリン応答性の低下に寄与する可能性があると結論付けています。

Adipose tissue hypoxia is an early phenotype in obesity, associated with macrophage infiltration and local inflammation. Here we test the hypothesis that adipocytes in culture respond to a hypoxic environment with the release of pro-inflammatory factors that stimulate macrophage migration and cause muscle insulin resistance. 3T3-L1 adipocytes cultured in a 1% O2 atmosphere responded with a classic hypoxia response by elevating protein expression of HIF-1α. This was associated with elevated mRNA expression and peptide release of cytokines TNFα, IL-6 and the chemokine monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1). The mRNA and protein expression of the anti-inflammatory adipokine adiponectin was reduced. Conditioned medium from hypoxia-treated adipocytes (CM-H), inhibited insulin-stimulated and raised basal cell surface levels of GLUT4myc stably expressed in C2C12 myotubes. Insulin stimulation of Akt and AS160 phosphorylation, key regulators of GLUT4myc exocytosis, was markedly impaired. CM-H also caused activation of JNK and S6K, and elevated serine phosphorylation of IRS1 in the C2C12 myotubes. These effects were implicated in reducing propagation of insulin signaling to Akt and AS160. Heat inactivation of CM-H reversed its dual effects on GLUT4myc traffic in muscle cells. Interestingly, antibody-mediated neutralization of IL-6 in CM-H lowered its effect on both the basal and insulin-stimulated cell surface GLUT4myc compared to unmodified CM-H. IL-6 may have regulated GLUT4myc traffic through its action on AMPK. Additionally, antibody-mediated neutralization of MCP-1 partly reversed the inhibition of insulin-stimulated GLUT4myc exocytosis caused by unmodified CM-H. In Transwell co-culture, hypoxia-challenged adipocytes attracted RAW 264.7 macrophages, consistent with elevated release of MCP-1 from adipocytes during hypoxia. Neutralization of MCP-1 in adipocyte CM-H prevented macrophage migration towards it and partly reversed the effect of CM-H on insulin response in muscle cells. We conclude that adipose tissue hypoxia may be an important trigger of its inflammatory response observed in obesity, and the elevated chemokine MCP-1 may contribute to increased macrophage migration towards adipose tissue and subsequent decreased insulin responsiveness of glucose uptake in muscle.