By adminvps06 
Dalam studi terbaru yang diterbitkan di Nature , para peneliti mengungkap mekanisme baru yang memungkinkan peradangan hipotalamus mendorong perombakan fibrotik dalam jaringan perineuronal (PNN), matriks ekstraseluler (ECM) khusus dari nukleus arkuata hipotalamus (ARC), untuk menginduksi disfungsi metabolik.
Latar belakang
Kadar glukosa darah yang tinggi memicu sel beta pankreas untuk melepaskan lebih banyak insulin. Hormon ini bersirkulasi ke ARC, yang mengendalikan proses fisiologis. Hilangnya sensitivitas insulin meningkatkan asupan makanan, yang menyebabkan penumpukan lemak dan obesitas. ECM, jaringan protein dan gula, mengganggu jangkauan insulin ke neuron ARC yang mengatur rasa lapar, yang berkontribusi terhadap obesitas.
ECM merupakan struktur dinamis yang penting bagi fungsi jaringan. Akan tetapi, perubahan patologis dapat menyebabkan peningkatan fibrosis pada ECM dalam bentuk jaringan perineural yang mengelilingi neuron pelepas Agouti-Related Protein (AgRP) di dalam ARC hipotalamus. Penumpukan fibrotik mencegah aktivitas insulin. Penelitian melaporkan bahwa resistensi insulin dapat mengakibatkan penyakit metabolik seperti obesitas dan diabetes yang tidak bergantung pada insulin.
Tentang penelitian ini
Penelitian saat ini menyelidiki remodeling matriks ekstraseluler ARC pada penyakit metabolik seperti obesitas.
Para peneliti memberi tikus makanan biasa atau makanan tinggi lemak dan tinggi gula (HFHS). Mereka menggunakan makanan HFHS untuk memicu diabetes pada tikus. Mereka memantau glukosa darah dan menggunakan tikus untuk menunjukkan nilai glukosa darah yang stabil untuk percobaan lebih lanjut.
Para peneliti melakukan imunohistokimia untuk mempelajari apakah neuroinflamasi menyebabkan pembentukan jaring di sekitar neuron AgRP di hipotalamus. Suntikan stereotaxic pada tikus menginduksi dan menghambat peradangan hipotalamus. Pewarnaan lektin wisteria floribunda (WFA) menandai jaring perineural di ECM tikus yang diberi HFHS.
Para peneliti mengganggu reseptor insulin pada neuron AgRP untuk memahami hubungan kausal antara neurofibrosis dan disfungsi metabolik. Untuk menentukan apakah obesitas meningkatkan resistensi insulin, para peneliti memberikan insulin-fluorescein isothiocyanate (FITC) dan mengukur masuknya dan pensinyalannya pada neuron hipotalamus. Pengukuran metabolik meliputi glukosa puasa atau insulin plasma dan adipositas.
Para peneliti menyelidiki apakah peradangan di hipotalamus meningkatkan perkembangan jaringan perineural dan penumpukan fibrotik di ECM neuronnya. Untuk melakukannya, mereka memberikan virus adeno-associated (AAV) yang mengekspresikan reseptor untuk faktor nekrosis tumor-alfa (TNF-α) dan faktor pertumbuhan tumor beta (TGF-β). TNF-α meningkatkan peradangan, sedangkan TGF-β bersifat anti-inflamasi . Reseptor akan mengikat proteinnya, sehingga meningkatkan ekspresinya secara artifisial. Para peneliti memberikan AAV ini bersama dengan kondroitinase ABC (chABC), enzim yang melarutkan jaringan perineural.
Percobaan elektrofisiologi patch clamp menilai interaksi insulin dengan PNN secara in vitro. Para peneliti membuat genotipe sampel tikus untuk mengukur ekspresi genetik dalam ECM hipotalamus mediobasal tikus kurus dan gemuk. Untuk mengeksplorasi potensi terapeutiknya, fluorosamine, obat yang mencegah sintesis kondroitin sulfat, diberikan secara intranasal dan disuntikkan ke dalam cairan serebrospinal tikus selama sepuluh hari.
Hasil
Pada tikus obesitas, ECM terakumulasi dalam bentuk jaring perineural di sekitar neuron ARC. Jaring perineural, setelah terbentuk di sekitar ‘neuron lapar’ ini, memfasilitasi pematangannya. Neuron dewasa ini di nukleus arkuata hipotalamus melepaskan AgRP, neuropeptida yang menyebabkan fibrosis di ECM. Tikus obesitas, tikus yang diberi makan HFHS, dan model penyakit metabolik yang dimodifikasi secara genetik menunjukkan peningkatan pembentukan jaring perineural di sekitar neuron AgRP.
Jaringan fibrotik mengurangi kadar insulin dalam nukleus arkuata dan menghambat aktivitas pensinyalan oleh reseptor insulin. Penurunan fungsi insulin meningkatkan aktivasi neuron rasa lapar yang melepaskan AgRP. Namun, kadar insulin dipulihkan setelah memecah jaringan perineural menggunakan enzim. Pemecahan tersebut juga meningkatkan konsentrasi ion kalium. Akibatnya, aktivasi neuron AgRP berkurang. Pemulihan kadar insulin juga menyebabkan peningkatan metabolisme glukosa dan penurunan berat badan.
Jaringan fibrotik di sekitar neuron rasa lapar menurunkan ekspresi gen yang mengkode reseptor insulin dalam neuron AgRP. Temuan tersebut menunjukkan bahwa remodeling ECM dengan fibrosis di sekitar neuron mengganggu fungsi metabolisme dengan meningkatkan resistensi insulin atau menurunkan aktivitas insulin. Namun, hasil pada tikus obesitas menunjukkan bahwa jaringan perineural tidak memengaruhi aktivitas leptin, hormon yang mengatur berat badan.
Obesitas meningkatkan kadar TNF-α inflamasi tetapi mengurangi ekspresi TGF-β anti-inflamasi. Peningkatan berat badan juga mengurangi ekspresi metaloproteinase. Metaloproteinase adalah enzim yang dapat mencerna jaringan fibrotik di sekitar neuron lapar. Menekan peradangan di hipotalamus menggunakan AAV meningkatkan ekspresi metaloproteinase.
Fluorosamine memulihkan sensitivitas insulin dan pembentukan ECM yang teratur pada neuron hipotalamus. Selanjutnya, berat badan berkurang, dan fungsi metabolisme membaik. Temuan tersebut menunjukkan bahwa obat yang menurunkan peradangan hipotalamus dan mencegah penumpukan fibrotik pada ECM dapat meningkatkan metabolisme dengan meningkatkan fungsi insulin dan metaloproteinase.