Die Bedeutung intraoperativer Hypothermie für die Expression adipozytärer Gene in humanen Fettgewebsdepots

Abstract

Adipositas ist das Resultat einer den Energieverbrauch anhaltend übersteigenden Energiezufuhr. Sie geht einher mit Störungen des Glukose-, Lipid- und Lipoproteinstoffwechsels und begünstigt die Entstehung von metabolischen, kardiovaskulären und neoplastischen Erkrankungen. Die anteiligen Kosten der Adipositas allein für das Gesundheitssystem belaufen sich in vielen Ländern auf bis zu sechs Prozent. Dabei ist nicht nur in Ländern mit hohem, sondern auch in Ländern mit mittlerem und niedrigem Einkommen eine steigende Prävalenz zu beobachten. Adipositas wird zunehmend ein globales Problem für die Volksgesundheit. In der Entwicklung therapeutischer Strategien für die Adipositas und damit assoziierte Erkrankungen, kommt der Erhöhung des Energieverbrauchs eine besondere Bedeutung zu. Thermogene Fettgewebe, zu denen braune und beige Fettgewebe gehören, sind durch eine hohe metabolische Aktivität charakterisiert. Eine Aktivierung klassischer brauner Adipozyten resultiert ebenso wie die Aktivierung der Thermogenese in weißem Fettgewebe (sog. Browning) in der Umwandlung chemischer in thermische Energie. Die dabei notwendige Utilisierung von Glukose und insbesondere Fettsäuren kommt dem Metabolismus des Organismus zugute. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung und Lokalisierung humaner Fettdepots, welche die Fähigkeit haben kälteaktiviert adaptive Thermogenese zu betreiben. Es werden dazu fünf humane Fettdepots einer molekular-biochemischen Analyse bezüglich der Genexpression thermogener Aktivitäts- und Differenzierungsmarker unterzogen. Die Gewinnung der Gewebeproben aus den epikardialen, perikardialen, mediastinalen, retrosternalen und subkutanen Fettgewebedepots erfolgte während kardiochirurgischer Eingriffe. Im Rahmen dieser Arbeit wird in keinem der untersuchten Fettgewebedepots eine auf der Ebene der Genexpression stattgefundene Aktivierung thermogener Adipozyten durch Kälte ersichtlich. Die nach Einfluss von Kälte unveränderten Genexpressionsraten einiger Aktivitäts- und Differenzierungsmarker sind begleitet von unterschiedlich gerichteten Veränderungen zwei weiterer Aktivitätsmarker. Dabei ist das Ausmaß der Genexpressionsänderung durch unterschiedliche Wirkzeiten der Kälte nicht erklärbar. Das Transkriptionsprodukt des ausschließlich in thermogenen Fettgewebe vorkommenden Uncoupling Protein 1 ist in epikardialem und mediastinalem Gewebe signifikant höher nachweisbar als in den übrigen Geweben. Die Variabilität seiner Expression ist durch die Variabilität ausgewählter physiologischer und metabolischer Marker in dieser Arbeit nicht erklärbar.

Obesity arises when energy intake constantly exceeds energy expenditure. Abnormal and excessive fat accumulation is accompanied by impaired glucose, lipid and lipoprotein metabolism and promotes the development of metabolic, cardiovascular and neoplastic diseases. The costs to the health services from obesity are estimated to be up to six percent of total health care expenditure in many countries. Once considered a high-income country problem, overweight and obesity are now on the rise in low-and middle-income countries. It is a major public health and economic problem of global significance. In the development of therapeutic strategies against obesity and associated diseases, the increase in energy expenditure is of high interest. Thermogenic adipose tissues, such as brown and beige adipose tissues, are characterized by a high metabolic activity. Both the activation of classical brown adipocytes and the activation of thermogenesis in white adipose tissue (so called Brown-ing) result in the transformation of chemical energy to heat. Required in this process is the utilization of glucose and particularly fatty acids, which positively affects the whole-body’s metabo-lism. The purpose of this work is to identify and locate human fat depots, which are capable of cold-activated adaptive thermogenesis. Five human fat depots are put on a biochemical and molecular analysis concerning the gene expression of thermogenic activity and differentiation markers. The adipose tissue samples from epicardial, pericardial, mediastinal, retrosternal and subcutaneous depots were obtained from patients undergoing cardiac surgery interventions. In this work, adaptive thermogenesis is not activated upon short term cold exposure in any of the examined adipose tissue depots. Patient specific gene expression rates under cold exposure vary among different activity and differentiation markers, though the magnitude of gene expression alterations is not dependent on the duration of cold exposition. The transcription product of the unique Uncoupling protein 1 is significantly more abundant in epicardial and mediastinal adipose tissue compared to the other fat depots. The variability of its expression is not dependent on the variability of a set of physiological and metabolic markers.