Metabolic effects of diets differing in glycaemic index depend on age and endogenous glucose-dependent insulinotrophic polypeptide in mice.

AIMS/HYPOTHESIS: High- vs low-glycaemic index (GI) diets unfavourably affect body fat mass and metabolic markers in rodents. Different effects of these diets could be age-dependent, as well as mediated, in part, by carbohydrate-induced stimulation of glucose-dependent insulinotrophic polypeptide (GIP) signalling. METHODS: Young-adult (16 weeks) and aged (44 weeks) male wild-type (C57BL/6J) and GIP-receptor knockout (Gipr ( -/- )) mice were exposed to otherwise identical high-carbohydrate diets differing only in GI (20-26 weeks of intervention, n = 8-10 per group). Diet-induced changes in body fat distribution, liver fat, locomotor activity, markers of insulin sensitivity and substrate oxidation were investigated, as well as changes in the gene expression of anorexigenic and orexigenic hypothalamic factors related to food intake. RESULTS: Body weight significantly increased in young-adult high- vs low-GI fed mice (two-way ANOVA, p < 0.001), regardless of the Gipr genotype. The high-GI diet in young-adult mice also led to significantly increased fat mass and changes in metabolic markers that indicate reduced insulin sensitivity. Even though body fat mass also slightly increased in high- vs low-GI fed aged wild-type mice (p < 0.05), there were no significant changes in body weight and estimated insulin sensitivity in these animals. However, aged Gipr ( -/- ) vs wild-type mice on high-GI diet showed significantly lower cumulative net energy intake, increased locomotor activity and improved markers of insulin sensitivity. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: The metabolic benefits of a low-GI diet appear to be more pronounced in younger animals, regardless of the Gipr genotype. Inactivation of GIP signalling in aged animals on a high-GI diet, however, could be beneficial.

Neuroendocrine characterization and anorexigenic effects of telmisartan in diet- and glitazone-induced weight gain.

Telmisartan is an angiotensin II receptor blocker with peroxisome proliferator-activated receptor-gamma agonistic properties. Telmisartan prevents weight gain and decreases food intake in models of obesity and in glitazone-treated rodents. This study further investigates the influence of telmisartan and pioglitazone and their association on weight gain and body composition by examining their influence on neuroendocrine mediators involved in food intake. Male C57/Black 6 mice were fed a high-fat diet, weight matched, and randomized in 4 treatment groups: vehicle, pioglitazone, telmisartan, and pioglitazone-telmisartan. Weight gain, food and water intake, body composition, plasma leptin levels, and the hypothalamic expression of neuroendocrine mediators were analyzed. Additional studies were performed with irbesartan and in angiotensin II 1(A) receptor-knockout mice. Telmisartan abolished weight and fat gain in vehicle- and pioglitazone-treated mice while decreasing food intake, the hypothalamic expression of the agouti-related protein, and plasma leptin levels. Modifications in neuropeptide Y and proopiomelanocortin were not consistent with changes in food intake. The effects on weight gain and expression of the agouti-related protein were intermediate with irbesartan. The effects of telmisartan on weight gain were even more pronounced in angiotensin II 1(A) receptor-knockout mice. This study confirms the anorexigenic effects of telmisartan in mice fed a high-fat diet and suggests for the first time a functional role of telmisartan on hypothalamic orexigenic agouti-related protein regulation. These anorexigenic properties abolish both weight gain and body composition modifications in fat-fed and glitazone-treated mice. The anorexigenic properties are independent from the angiotensin II 1(A) receptor.

Does metabolic compensation explain the majority of less-than-expected weight loss in obese adults during a short-term severe diet and exercise intervention?

Objective:We investigated to what extent changes in metabolic rate and composition of weight loss explained the less-than-expected weight loss in obese men and women during a diet-plus-exercise intervention.Design:In all, 16 obese men and women (41±9 years; body mass index (BMI) 39±6 kg m(-2)) were investigated in energy balance before, after and twice during a 12-week very-low-energy diet(565-650 kcal per day) plus exercise (aerobic plus resistance training) intervention. The relative energy deficit (EDef) from baseline requirements was severe (74%-87%). Body composition was measured by deuterium dilution and dual energy X-ray absorptiometry, and resting metabolic rate (RMR) was measured by indirect calorimetry. Fat mass (FM) and fat-free mass (FFM) were converted into energy equivalents using constants 9.45 kcal per g FM and 1.13 kcal per g FFM. Predicted weight loss was calculated from the EDef using the '7700 kcal kg(-1) rule'.Results:Changes in weight (-18.6±5.0 kg), FM (-15.5±4.3 kg) and FFM (-3.1±1.9 kg) did not differ between genders. Measured weight loss was on average 67% of the predicted value, but ranged from 39% to 94%. Relative EDef was correlated with the decrease in RMR (R=0.70, P<0.01), and the decrease in RMR correlated with the difference between actual and expected weight loss (R=0.51, P<0.01). Changes in metabolic rate explained on average 67% of the less-than-expected weight loss, and variability in the proportion of weight lost as FM accounted for a further 5%. On average, after adjustment for changes in metabolic rate and body composition of weight lost, actual weight loss reached 90% of the predicted values.Conclusion:Although weight loss was 33% lower than predicted at baseline from standard energy equivalents, the majority of this differential was explained by physiological variables. Although lower-than-expected weight loss is often attributed to incomplete adherence to prescribed interventions, the influence of baseline calculation errors and metabolic downregulation should not be discounted.

Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Energy expenditure in obese women before and during weight loss, after refeeding, and in the weight-relapse period.

In 10 moderately obese women, 24-h energy expenditure (24EE) was measured in a respiration chamber under four conditions: 1) before weight loss (body weight = 77.9 kg), 2) during weight loss (63.9 kg), 3) after realimentation (62.5 kg), and 4) 6-15 mo after the study diet with ad libitum diet (67.7 kg). The 14 +/- 8 kg (mean +/- SD) weight loss produced a decrease in 24EE of 1498 +/- 1138 kJ/d (P < 0.001), ie, a decrease of weight of 107 kJ.kg body wt-1.d-1. The subsequent 24EE (conditions 3 and 4) remained lower than the value before weight loss. A significant correlation was found between changes before and after weight regain in basal respiratory quotient (RQ) and the spontaneous rate of body-weight gain after cessation of the period of low energy intake (r = 0.89, P < 0.01); this suggests that the value of the postabsorptive RQ may be a predictor of relapse of weight gain. After discontinuation of the low energy diet, an elevated postabsorptive RQ shows that the endogenous lipid oxidation is low, a condition favoring weight gain.

The anorexigenic effects of metformin involve increases in hypothalamic leptin receptor expression.

Metformin demonstrates anorectic effects in vivo and inhibits neuropeptide Y expression in cultured hypothalamic neurons. Here we investigated the mechanisms implicated in the modulation of feeding by metformin in animals rendered obese by long-term high-fat diet (diet-induced obesity [DIO]) and in animals resistant to obesity (diet resistant [DR]). Male Long-Evans rats were kept on normal chow feeding (controls) or on high-fat diet (DIO, DR) for 6 months. Afterward, rats were treated 14 days with metformin (75 mg/kg) or isotonic sodium chloride solution and killed. Energy efficiency, metabolic parameters, and gene expression were analyzed at the end of the high-fat diet period and after 14 days of metformin treatment. At the end of the high-fat diet period, despite higher leptin levels, DIO rats had higher levels of hypothalamic neuropeptide Y expression than DR or control rats, suggesting a central leptin resistance. In DIO but also in DR rats, metformin treatment induced significant reductions of food intake accompanied by decreases in body weight. Interestingly, the weight loss achieved by metformin was correlated with pretreatment plasma leptin levels. This effect was paralleled by a stimulation of the expression of the leptin receptor gene (ObRb) in the arcuate nucleus. These data identify the hypothalamic ObRb as a gene modulated after metformin treatment and suggest that the anorectic effects of the drug are potentially mediated via an increase in the central sensitivity to leptin. Thus, they provide a rationale for novel therapeutic approaches associating leptin and metformin in the treatment of obesity.

Substrate metabolism, nutrient balance and obesity development in children and adolescents: a target for intervention?

Obesity results from the organism's inability to maintain energy balance over a long term. Childhood obesity and its related factors and pathological consequences tend to persist into adulthood. A cluster of factors, including high energy density in the diet (high fat intake), low energy expenditure, and disturbed substrate oxidation, favour the increase in fat mass. Oxidation of three major macronutrients and their roles in the regulation of energy balance, particularly in children and adolescents, are discussed. Total glucose oxidation is not different between obese and lean children; exogenous glucose utilization is higher whereas endogenous glucose utilization is lower in obese compared with lean children. Carbohydrate composition of the diet determines carbohydrate oxidation regardless of fat content of the diet. Both exogenous and endogenous fat oxidation are higher in obese than in lean subjects. The influence of high fat intake on accumulation of fat mass is operative rather over a long term. Several future directions are addressed, such that a combination of increased physical activity and modification in diet composition, in terms of energy density and glycemic index, is recommended for children and adolescents.

Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II

Résumé tout public : Le développement du diabète de type II et de l'obésité est causé par l'interaction entre des gènes de susceptibilité et des facteurs environnementaux, en particulier une alimentation riche en calories et une activité physique insuffisante. Afín d'évaluer le rôle de l'alimentation en absence d'hétérogénéité génétique, nous avons nourri une lignée de souris génétiquement pure avec un régime extrêmement gras. Ce régime a conduit à l'établissement de différents phénotypes parmi ces souris, soit : un diabète et une obésité (ObD), un diabète mais pas d'obésité (LD) ou ni un diabète, ni une obésité (LnD). Nous avons fait l'hypothèse que ces adaptations différentes au stress nutritionnel induit par le régime gras étaient dues à l'établissement de programmes génétiques différents dans les principaux organes impliqués dans le maintien de l'équilibre énergétique. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons développé une puce à ADN contenant approximativement 700 gènes du métabolisme. Cette puce à ADN, en rendant possible la mesure simultanée de l'expression de nombreux gènes, nous a permis d'établir les profils d'expression des gènes caractéristiques de chaque groupe de souris nourries avec le régime gras, dans le foie et le muscle squelettique. Les données que nous avons obtenues à partir de ces profils d'expression ont montré que des changements d'expression marqués se produisaient dans le foie et le muscle entre les différents groupes de souris nourries avec le régime gras. Dans l'ensemble, ces changements suggèrent que l'établissement du diabète de type II et de l'obésité induits par un régime gras est associé à une synthèse accrue de lipides par le foie et à un flux augmenté de lipides du foie jusqu'à la périphérie (muscles squelettiques). Dans un deuxième temps, ces profils d'expression des gènes ont été utilisés pour sélectionner un sous-ensemble de gènes suffisamment discriminants pour pouvoir distinguer entre les différents phénotypes. Ce sous-ensemble de gènes nous a permis de construire un classificateur phénotypique capable de prédire avec une précision relativement élevée le phénotype des souris. Dans le futur, de tels « prédicteurs » basés sur l'expression des gènes pourraient servir d'outils pour le diagnostic de pathologies liées au métabolisme. Summary: Aetiology of obesity and type II diabetes is multifactorial, involving both genetic and environmental factors, such as calory-rich diets or lack of exercice. Genetically homogenous C57BL/6J mice fed a high fat diet (HFD) up to nine months develop differential adaptation, becoming either obese and diabetic (ObD) or remaining lean in the presence (LD) or absence (LnD) of diabetes development. Each phenotype is associated with diverse metabolic alterations, which may result from diverse molecular adaptations of key organs involved in the control of energy homeostasis. In this study, we evaluated if specific patterns of gene expression could be associated with each different phenotype of HFD mice in the liver and the skeletal muscles. To perform this, we constructed a metabolic cDNA microarray containing approximately 700 cDNA representing genes involved in the main metabolic pathways of energy homeostasis. Our data indicate that the development of diet-induced obesity and type II diabetes is linked to some defects in lipid metabolism, involving a preserved hepatic lipogenesis and increased levels of very low density lipoproteins (VLDL). In skeletal muscles, an increase in fatty acids uptake, as suggested by the increased expression of lipoprotein lipase, would contribute to the increased level of insulin resistance observed in the ObD mice. Conversely, both groups of lean mice showed a reduced expression in lipogenic genes, particularly stearoyl-CoA desaturase 1 (Scd-1), a gene linked to sensitivity to diet-induced obesity. Secondly, we identified a subset of genes from expression profiles that classified with relative accuracy the different groups of mice. Such classifiers may be used in the future as diagnostic tools of each metabolic state in each tissue. Résumé Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II L'étiologie de l'obésité et du diabète de type II est multifactorielle, impliquant à la fois des facteurs génétiques et environnementaux, tels que des régimes riches en calories ou un manque d'exercice physique. Des souris génétiquement homogènes C57BL/6J nourries avec un régime extrêmement gras (HFD) pendant 9 mois développent une adaptation métabolique différentielle, soit en devenant obèses et diabétiques (ObD), soit en restant minces en présence (LD) ou en absence (LnD) d'un diabète. Chaque phénotype est associé à diverses altérations métaboliques, qui pourraient résulter de diverses adaptations moléculaires des organes impliqués dans le contrôle de l'homéostasie énergétique. Dans cette étude, nous avons évalué si des profils d'expression des gènes dans le foie et le muscle squelettique pouvaient être associés à chacun des phénotypes de souris HFD. Dans ce but, nous avons développé une puce à ADN métabolique contenant approximativement 700 ADNc représentant des gènes impliqués dans les différentes voies métaboliques de l'homéostasie énergétique. Nos données indiquent que le développement de l'obésité et du diabète de type II induit par un régime gras est associé à certains défauts du métabolisme lipidique, impliquant une lipogenèse hépatique préservée et des niveaux de lipoprotéines de très faible densité (VLDL) augmentés. Au niveau du muscle squelettique, une augmentation du captage des acides gras, suggéré par l'expression augmentée de la lipoprotéine lipase, contribuerait à expliquer la résistance à l'insuline plus marquée observée chez les souris ObD. Au contraire, les souris minces ont montré une réduction marquée de l'expression des gènes lipogéniques, en particulier de la stéaroyl-CoA désaturase 1 (scd-1), un gène associé à la sensibilité au développement de l'obésité par un régime gras. Dans un deuxième temps, nous avons identifié un sous-ensemble de gènes à partir des profils d'expression, qui permettent de classifier avec une précision relativement élevée les différents groupes de souris. De tels classificateurs pourraient être utilisés dans le futur comme outils pour le diagnostic de l'état métabolique d'un tissu donné.

Peroxisome proliferator-activated receptor alpha mediates the adaptive response to fasting.

Prolonged deprivation of food induces dramatic changes in mammalian metabolism, including the release of large amounts of fatty acids from the adipose tissue, followed by their oxidation in the liver. The nuclear receptor known as peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha) was found to play a role in regulating mitochondrial and peroxisomal fatty acid oxidation, suggesting that PPARalpha may be involved in the transcriptional response to fasting. To investigate this possibility, PPARalpha-null mice were subjected to a high fat diet or to fasting, and their responses were compared with those of wild-type mice. PPARalpha-null mice chronically fed a high fat diet showed a massive accumulation of lipid in their livers. A similar phenotype was noted in PPARalpha-null mice fasted for 24 hours, who also displayed severe hypoglycemia, hypoketonemia, hypothermia, and elevated plasma free fatty acid levels, indicating a dramatic inhibition of fatty acid uptake and oxidation. It is shown that to accommodate the increased requirement for hepatic fatty acid oxidation, PPARalpha mRNA is induced during fasting in wild-type mice. The data indicate that PPARalpha plays a pivotal role in the management of energy stores during fasting. By modulating gene expression, PPARalpha stimulates hepatic fatty acid oxidation to supply substrates that can be metabolized by other tissues.

Metabolic effects of fructose and the worldwide increase in obesity.

While virtually absent in our diet a few hundred years ago, fructose has now become a major constituent of our modern diet. Our main sources of fructose are sucrose from beet or cane, high fructose corn syrup, fruits, and honey. Fructose has the same chemical formula as glucose (C(6)H(12)O(6)), but its metabolism differs markedly from that of glucose due to its almost complete hepatic extraction and rapid hepatic conversion into glucose, glycogen, lactate, and fat. Fructose was initially thought to be advisable for patients with diabetes due to its low glycemic index. However, chronically high consumption of fructose in rodents leads to hepatic and extrahepatic insulin resistance, obesity, type 2 diabetes mellitus, and high blood pressure. The evidence is less compelling in humans, but high fructose intake has indeed been shown to cause dyslipidemia and to impair hepatic insulin sensitivity. Hepatic de novo lipogenesis and lipotoxicity, oxidative stress, and hyperuricemia have all been proposed as mechanisms responsible for these adverse metabolic effects of fructose. Although there is compelling evidence that very high fructose intake can have deleterious metabolic effects in humans as in rodents, the role of fructose in the development of the current epidemic of metabolic disorders remains controversial. Epidemiological studies show growing evidence that consumption of sweetened beverages (containing either sucrose or a mixture of glucose and fructose) is associated with a high energy intake, increased body weight, and the occurrence of metabolic and cardiovascular disorders. There is, however, no unequivocal evidence that fructose intake at moderate doses is directly related with adverse metabolic effects. There has also been much concern that consumption of free fructose, as provided in high fructose corn syrup, may cause more adverse effects than consumption of fructose consumed with sucrose. There is, however, no direct evidence for more serious metabolic consequences of high fructose corn syrup versus sucrose consumption.

Mechanisms of the anti-obesity effects of oxytocin in diet-induced obese rats.

Apart from its role during labor and lactation, oxytocin is involved in several other functions. Interestingly, oxytocin- and oxytocin receptor-deficient mice develop late-onset obesity with normal food intake, suggesting that the hormone might exert a series of beneficial metabolic effects. This was recently confirmed by data showing that central oxytocin infusion causes weight loss in diet-induced obese mice. The aim of the present study was to unravel the mechanisms underlying such beneficial effects of oxytocin. Chronic central oxytocin infusion was carried out in high fat diet-induced obese rats. Its impact on body weight, lipid metabolism and insulin sensitivity was determined. We observed a dose-dependent decrease in body weight gain, increased adipose tissue lipolysis and fatty acid β-oxidation, as well as reduced glucose intolerance and insulin resistance. The additional observation that plasma oxytocin levels increased upon central infusion suggested that the hormone might affect adipose tissue metabolism by direct action. This was demonstrated using in vitro, ex vivo, as well as in vivo experiments. With regard to its mechanism of action in adipose tissue, oxytocin increased the expression of stearoyl-coenzyme A desaturase 1, as well as the tissue content of the phospholipid precursor, N-oleoyl-phosphatidylethanolamine, the biosynthetic precursor of the oleic acid-derived PPAR-alpha activator, oleoylethanolamide. Because PPAR-alpha regulates fatty acid β-oxidation, we hypothesized that this transcription factor might mediate the oxytocin effects. This was substantiated by the observation that, in contrast to its effects in wild-type mice, oxytocin infusion failed to induce weight loss and fat oxidation in PPAR-alpha-deficient animals. Altogether, these results suggest that oxytocin administration could represent a promising therapeutic approach for the treatment of human obesity and type 2 diabetes.

High protein intake reduces intrahepatocellular lipid deposition in humans.

BACKGROUND: High sugar and fat intakes are known to increase intrahepatocellular lipids (IHCLs) and to cause insulin resistance. High protein intake may facilitate weight loss and improve glucose homeostasis in insulin-resistant patients, but its effects on IHCLs remain unknown. OBJECTIVE: The aim was to assess the effect of high protein intake on high-fat diet-induced IHCL accumulation and insulin sensitivity in healthy young men. DESIGN: Ten volunteers were studied in a crossover design after 4 d of either a hypercaloric high-fat (HF) diet; a hypercaloric high-fat, high-protein (HFHP) diet; or a control, isocaloric (control) diet. IHCLs were measured by (1)H-magnetic resonance spectroscopy, fasting metabolism was measured by indirect calorimetry, insulin sensitivity was measured by hyperinsulinemic-euglycemic clamp, and plasma concentrations were measured by enzyme-linked immunosorbent assay and gas chromatography-mass spectrometry; expression of key lipogenic genes was assessed in subcutaneous adipose tissue biopsy specimens. RESULTS: The HF diet increased IHCLs by 90 +/- 26% and plasma tissue-type plasminogen activator inhibitor-1 (tPAI-1) by 54 +/- 11% (P < 0.02 for both) and inhibited plasma free fatty acids by 26 +/- 11% and beta-hydroxybutyrate by 61 +/- 27% (P < 0.05 for both). The HFHP diet blunted the increase in IHCLs and normalized plasma beta-hydroxybutyrate and tPAI-1 concentrations. Insulin sensitivity was not altered, whereas the expression of sterol regulatory element-binding protein-1c and key lipogenic genes increased with the HF and HFHP diets (P < 0.02). Bile acid concentrations remained unchanged after the HF diet but increased by 50 +/- 24% after the HFHP diet (P = 0.14). CONCLUSIONS: Protein intake significantly blunts the effects of an HF diet on IHCLs and tPAI-1 through effects presumably exerted at the level of the liver. Protein-induced increases in bile acid concentrations may be involved. This trial was registered at www.clinicaltrials.gov as NCT00523562.

METABOLIC EFFECTS OF DIETARY PROTEINS

SUMMARY :Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is characterized by an elevated intra- hepatocellular lipid (IHCL) concentration (> 5%). The incidence of NAFLD is frequently increased in obese patients, and is considered to be the hepatic component of the metabolic syndrome. The metabolic syndrome, also characterized by visceral obesity, altered glucose homeostasis, insulin resistance, dyslipidemia, and high blood pressure, represents actually a major public health burden. Both dietary factors and low physical activity are involved in the development of the metabolic syndrome. ln animals and healthy humans, high-fat or high-fructose diets lead to the development of several features of the metabolic syndrome including increased intrahepatic lipids and insulin resistance. ln contrast the effects of dietary protein are less well known, but an increase in protein intake has been suggested to exert beneficial effects by promoting weight loss and improving glucose homeostasis in insulin-resistant patients. Increased postprandial thermogenesis and enhanced satiety after protein ingestion may be both involved. The effects of dietary protein on hepatic lipids have been poorly investigated in humans, but preliminary studies in rodents have shown a reduction of hepatic lipids in carbohydrate fed rats and in obese rats. ln this context this work aimed at investigating the metabolic effects of dietary protein intake on hepatic lipid metabolism and glucose homeostasis in humans. The modulation by dietary proteins of exogenous lipid oxidation, net lipid oxidation, hepatic beta-oxidation, triglycerides concentrations, whole-body energy expenditure and glucose tolerance was assessed in the fasting state and in postprandial states. Measurements of IHCL were performed to quantify the amount of triglycerides in the liver. ln an attempt to cover all these metabolic aspects under different point of views, these questions were addressed by three protocols involving various feeding conditions. Study I addressed the effects of a 4-day hypercaloric high-fat high-protein diet on the accumulation of fat in the liver (IHCL) and on insulin sensitivity. Our findings indicated that a high protein intake significantly prevents intrahepatic fat deposition induced by a short- term hypercaloric high-fat diet, adverse effects of which are presumably modulated at the liver level.These encouraging results led us to conduct the second study (Study ll), as we were also interested in a more clinical approach to protein administration and especially if increased protein intakes might be of benefit for obese patients. Therefore the effects of one-month whey protein supplementation on IHCL, insulin sensitivity, lipid metabolism, glucose tolerance and renal function were assessed in obese women. Results showed that whey protein supplementation reduces hepatic steatosis and improves the plasma lipid profile in obese patients, without adverse effects on glucose tolerance or creatinine clearance. However since patients were fed ud-libitum, it remains possible that spontaneous carbohydrate and fat intakes were reduced due to the satiating effects of protein. The third study (Study lll) was designed in an attempt to deepen our comprehension about the mechanisms involved in the modulation of IHCL. We hypothesized that protein improved lipid metabolism and, therefore, we evaluated the effects of a high protein meal on postprandial lipid metabolism and glucose homeostasis after 4-day on a control or a protein diet. Our results did not sustain the hypothesis of an increased postprandial net lipid oxidation, hepatic beta oxidation and exogenous lipid oxidation. Four days on a high-protein diet rather decreased exogenous fat oxidation and enhanced postprandial triglyceride concentrations, by impairing probably chylomicron-TG clearance. Altogether the results of these three studies suggest a beneficial effect of protein intake on the reduction in lHCL, and clearly show that supplementation of proteins do not reduce IHCL by stimulating lipid metabolism, e.g. whole body fat oxidation, hepatic beta oxidation, or exogenous fat oxidation. The question of the effects of high-protein intakes on hepatic lipid metabolism is still open and will need further investigation to be elucidated. The effects of protein on increased postprandial lipemia and lipoproteins kinetics have been little investigated so far and might therefore be an interesting research question, considering the tight relationship between an elevation of plasmatic TG concentrations and the increased incidence of cardiovascular diseases.Résumé :La stéatose hépatique non alcoolique se caractérise par un taux de lipides intra-hépatiques élevé, supérieur à 5%. L'incidence de la stéatose hépatique est fortement augmentée chez les personnes obèses, ce qui mène à la définir comme étant la composante hépatique du syndrome métabolique. Ce syndrome se définit aussi par d'autres critères tels qu'obésité viscérale, altération de l'homéostasie du glucose, résistance à l'insuline, dyslipidémie et pression artérielle élevée. Le syndrome métabolique est actuellement un problème de santé publique majeur.Tant une alimentation trop riche et déséquilibrée, qu'une faible activité physique, semblent être des causes pouvant expliquer le développement de ce syndrome. Chez l'animal et le volontaire sain, des alimentations enrichies en graisses ou en sucres (fructose) favorisent le développement de facteurs associés au syndrome métabolique, notamment en augmentant le taux de lipides intra-hépatiques et en induisant le développement d'une résistance à l'insuline. Par ailleurs, les effets des protéines alimentaires sont nettement moins bien connus, mais il semblerait qu'une augmentation de l'apport en protéines soit bénéfique, favorisant la perte de poids et l'homéostasie du glucose chez des patients insulino-résistants. Une augmentation de la thermogenese postprandiale ainsi que du sentiment de satiété pourraient en être à l'origine.Les effets des protéines sur les lipides intra-hépatiques chez l'homme demeurent inconnus à ce jour, cependant des études préliminaires chez les rongeurs tendent à démontrer une diminution des lipides intra hépatiques chez des rats nourris avec une alimentation riche en sucres ou chez des rats obèses.Dans un tel contexte de recherche, ce travail s'est intéressé à l'étude des effets métaboliques des protéines alimentaires sur le métabolisme lipidique du foie et sur l'homéostasie du glucose. Ce travail propose d'évaluer l'effet des protéines alimentaires sur différentes voies métaboliques impliquant graisses et sucres, en ciblant d'une part les voies de l'oxydation des graisses exogènes, de la beta-oxydation hépatique et de l'oxydation nette des lipides, et d'autre part la dépense énergétique globale et l'évolution des concentrations sanguines des triglycérides, à jeun et en régime postprandial. Des mesures des lipides intra-hépatiques ont aussi été effectuées pour permettre la quantification des graisses déposées dans le foie.Dans le but de couvrir l'ensemble de ces aspects métaboliques sous différents angles de recherche, trois protocoles, impliquant des conditions alimentaires différentes, ont été entrepris pour tenter de répondre à ces questions. La première étude (Etude I) s'est intéressée aux effets d'u.ne suralimentation de 4 jours enrichie en graisses et protéines sur la sensibilité à l'insuline et sur l'accumulation de graisses intra-hépatiques. Les résultats ont démontré que l'apport en protéines prévient l'accumulation de graisses intra-hépatiques induite par une suralimentation riche en graisses de courte durée ainsi que ses effets délétères probablement par le biais de mécanismes agissant au niveau du foie. Ces résultats encourageants nous ont conduits à entreprendre une seconde étude (Etude ll) qui s'intéressait à l'implication clinique et aux bénéfices que pouvait avoir une supplémentation en protéines sur les graisses hépatiques de patients obèses. Ainsi nous avons évalué pendant un mois de supplémentation l'effet de protéines de lactosérum sur le taux de graisses intrahépatiques, la sensibilité à l'insuline, la tolérance au glucose, le métabolisme des graisses et la fonction rénale chez des femmes obèses. Les résultats ont été encourageants; la supplémentation en lactosérum améliore la stéatose hépatique, le profil lipidique des patientes obèses sans pour autant altérer la tolérance au glucose ou la clairance de la créatinine. L'effet satiétogene des protéines pourrait aussi avoir contribué à renforcer ces effets. La troisième étude s'est intéressée aux mécanismes qui sous-tendent les effets bénéfiques des protéines observés dans les 2 études précédentes. Nous avons supposé que les protéines devaient favoriser le métabolisme des graisses. Par conséquent, nous avons cherché a évaluer les effets d'un repas riche en protéines sur la lipémie postprandiale et l'homéostasie glucidique après 4 jours d'alimentation contrôlée soit isocalorique et équilibrée, soit hypercalorique enrichie en protéines. Les résultats obtenus n'ont pas vérifié l'hypothèse initiale ; ni une augmentation de l'oxydation nette des lipides, ni celle d'une augmentation de la béta-oxydation hépatique ou de l'oxydation d'un apport exogène de graisses n'a pu étre observée. A contrario, il semblerait même plutôt que 4 jours d'a]irnentation hyperprotéinée inhibent le métabolisme des graisses et augmente les concentrations sanguines de triglycérides, probablement par le biais d'une clairance de chylornicrons altérée. Globalement, les résultats de ces trois études nous permettent d'attester que les protéines exercent un effet bénéfique en prévenant le dépot de graisses intra-hépatiques et montrent que cet effet ne peut être attribué à une stimulation du métabolisme des lipides via l'augmentation des oxydations des graisses soit totales, hépatiques, ou exogènes. La question demeure en suspens à ce jour et nécessite de diriger la recherche vers d'autres voies d'exploration. Les effets des protéines sur la lipémie postprandiale et sur le cinétique des lipoprotéines n'a que peu été traitée à ce jour. Cette question me paraît néanmoins importante, sachant que des concentrations sanguines élevées de triglycérides sont étroitement corrélées à une incidence augmentée de facteurs de risque cardiovasculaire.

High-resolution three-dimensional aortic magnetic resonance angiography and quantitative vessel wall characterization of different atherosclerotic stages in a rabbit model

PURPOSE: Atherosclerosis results in a considerable medical and socioeconomic impact on society. We sought to evaluate novel magnetic resonance imaging (MRI) angiography and vessel wall sequences to visualize and quantify different morphologic stages of atherosclerosis in a Watanabe hereditary hyperlipidemic (WHHL) rabbit model. MATERIAL AND METHODS: Aortic 3D steady-state free precession angiography and subrenal aortic 3D black-blood fast spin-echo vessel wall imaging pre- and post-Gadolinium (Gd) was performed in 14 WHHL rabbits (3 normal, 6 high-cholesterol diet, and 5 high-cholesterol diet plus endothelial denudation) on a commercial 1.5 T MR system. Angiographic lumen diameter, vessel wall thickness, signal-/contrast-to-noise analysis, total vessel area, lumen area, and vessel wall area were analyzed semiautomatically. RESULTS: Pre-Gd, both lumen and wall dimensions (total vessel area, lumen area, vessel wall area) of group 2 + 3 were significantly increased when compared with those of group 1 (all P < 0.01). Group 3 animals had significantly thicker vessel walls than groups 1 and 2 (P < 0.01), whereas angiographic lumen diameter was comparable among all groups. Post-Gd, only diseased animals of groups 2 + 3 showed a significant (>100%) signal-to-noise ratio and contrast-to-noise increase. CONCLUSIONS: A combination of novel 3D magnetic resonance angiography and high-resolution 3D vessel wall MRI enabled quantitative characterization of various atherosclerotic stages including positive arterial remodeling and Gd uptake in a WHHL rabbit model using a commercially available 1.5 T MRI system.

Coffee consumption attenuates short-term fructose-induced liver insulin resistance in healthy men.

BACKGROUND: Epidemiologic and experimental data have suggested that chlorogenic acid, which is a polyphenol contained in green coffee beans, prevents diet-induced hepatic steatosis and insulin resistance. OBJECTIVE: We assessed whether the consumption of chlorogenic acid-rich coffee attenuates the effects of short-term fructose overfeeding, dietary conditions known to increase intrahepatocellular lipids (IHCLs), and blood triglyceride concentrations and to decrease hepatic insulin sensitivity in healthy humans. DESIGN: Effects of 3 different coffees were assessed in 10 healthy volunteers in a randomized, controlled, crossover trial. IHCLs, hepatic glucose production (HGP) (by 6,6-d2 glucose dilution), and fasting lipid oxidation were measured after 14 d of consumption of caffeinated coffee high in chlorogenic acid (C-HCA), decaffeinated coffee high in chlorogenic acid, or decaffeinated coffee with regular amounts of chlorogenic acid (D-RCA); during the last 6 d of the study, the weight-maintenance diet of subjects was supplemented with 4 g fructose · kg(-1) · d(-1) (total energy intake ± SD: 143 ± 1% of weight-maintenance requirements). All participants were also studied without coffee supplementation, either with 4 g fructose · kg(-1) · d(-1) (high fructose only) or without high fructose (control). RESULTS: Compared with the control diet, the high-fructose diet significantly increased IHCLs by 102 ± 36% and HGP by 16 ± 3% and decreased fasting lipid oxidation by 100 ± 29% (all P < 0.05). All 3 coffees significantly decreased HGP. Fasting lipid oxidation increased with C-HCA and D-RCA (P < 0.05). None of the 3 coffees significantly altered IHCLs. CONCLUSIONS: Coffee consumption attenuates hepatic insulin resistance but not the increase of IHCLs induced by fructose overfeeding. This effect does not appear to be mediated by differences in the caffeine or chlorogenic acid content. This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT00827450.