Lipocalin 2 in perpetuating hepatic lipid homeostasis challenged by high fructose diet

• Lipocalin 2 in der Erhaltung der hepatischen Lipidhomöostase bei fruktosereicher Ernährung

Lambertz, Jessica; Weiskirchen, Ralf (Thesis advisor); Hollert, Henner (Thesis advisor); van Dongen, Joost Thomas (Thesis advisor)

Aachen (2019, 2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Der lipogene Zucker Fruktose ist Teil des Süßungsmittels High Fructose Corn Syrup (HFCS) und führt zum Anstieg des Nüchtern-Blutzuckerspiegels, freien Fettsäuren und Plasma-Triglyceriden, trägt dadurch zur Entstehung von Stoffwechselstörungen und Diabetes bei. Ca. 90% der aufgenommenen Fruktose werden in der Leber metabolisiert. Chronischer Fruktose-Konsum kann die Neusynthese von Lipiden in der Leber fördern, die so genannte De novo Lipogenese. Zudem konnte gezeigt werden, dass Fruktose an der Entstehung und Progression von Nierenschäden beteiligt ist, die mit systemischen Entzündungen, Schädigungen der Nierentubuli und Nierenfunktionsstörungen einhergehen. Ein übermäßiger Verzehr von Fruktose in der Ernährung führt zu einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD). Bei der Beschreibung des Krankheitsverlaufs der NAFLD wird von der „Two Hit Theory“ gesprochen. Sie beschreibt eine stufenweise Entwicklung mit der Steatose, der Ansammlung von Fett, als erste Stufe und der Steatohepatitis als zweite Stufe, die durch Faktoren wie oxidativem Stress und Entzündungen begleitet wird. Wie genau Fruktose an der Entstehung und Progression der NAFLD beteiligt ist, ist jedoch noch nicht vollständig geklärt, was die Therapiemöglichkeiten einschränkt. Lipocalin 2 (LCN2) ist ein Transportprotein, das lipophile Verbindungen wie Fettsäuren, Phospholipide, Steroide, Retinol und Pheromone bindet. LCN2 reguliert den Fett- und Energiestoffwechsel bei Fettleibigkeit und wird als Reaktion auf Insulin hochreguliert. Es ist bereits bekannt, dass LCN2 hepatoprotektive Wirkungen aufweist, daher ist eine Hochregulation des Proteins ein zuverlässiger Marker für Leberschäden. Um zu untersuchen, ob LCN2 den Stoffwechsel von Fruktose beeinflusst und dadurch Leber- und Nierenschäden verursacht, wurden Wildtyp- und Lcn2-defiziente Mäuse 4 und 8 Wochen lang mit Fruktose-angereicherten Diäten gefüttert. Die Mäuse bekamen den Zucker entweder gelöst im Trinkwasser (30% (w / v)) oder durch Gabe eines speziellen eines Futters mit 60% (w / w) Fructose. Es wurde angenommen, dass eine Fütterung mit hohem Gehalt an Fruktose zeitabhängige Leber- und Nierenschäden bei Mäusen und eine schwerere Steatose bei Mäusen ohne LCN2 nach längerer Fütterung verursacht. In dieser Studie wurden männliche und weibliche Mäuse getrennt analysiert, um geschlechtsspezifische Unterschiede im Krankheitsverlauf zu untersuchen. Das Körpergewicht und die tägliche Aufnahme von Futter und Wasser dieser Mäuse wurde während der Studie regelmäßig gemessen. Mittels einer Oil-Red-O-Färbung an Leber-Paraffinschnitten wurde der Fettgehalt der Lebern ermittelt, durch qRT-PCR und Western-Blot-Analyse wurde das Expressionsmuster von Genen, die am Fett- und Zuckerstoffwechsel beteiligt sind, sowie von Entzündungsmarkergenen gemessen. Fruktose-induzierte Steatose und Leberschäden traten bei weiblichen Mäusen häufiger auf als bei männlichen Tieren. Die schwersten Leberschäden wurden bei weiblichen Mäusen beobachtet, denen LCN2 fehlte. Unerwarteter Weise induzierte der Verzehr von erhöhter Fruktose keine De-novo-Lipogenese oder Entzündungsreaktion. Stattdessen scheint Fructose direkt in die die Leberhomöostase einzugreifen, wodurch der Fettstoffwechsel verändert wird.