Estrogen withdrawal and liver fat accumulation : contribution of hepatic VLDL-TG production and effect of exercise training

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A.

Effects of Exercise Training on Hepatic Microsomal Triglyceride Transfer Protein Content in Rats

Microsomal triglyceride transfer protein (MTP) is a protein that exerts a central regulatory role in very-low-density lipoprotein (VLDL) assembly and secretion. The purpose of the study was to investigate the effects of all exercise-training program oil hepatic content of MTP and its relation to hepatic VLDL-triglyceride (VLDL-TG) production in response to lipid infusion. Female rats either fed a standard (SD) or all obesity-induced high-fat (HF; 43% as energy) diet for 8 weeks were Subdivided into sedentary (Sed) and trained (Tr) groups. Exercise training consisted Of Continuous running on a motor-driven rodent treadmill 5 times/week for 8 weeks. At the end of this period, all rats in the fasted state were intravenously infused with a 20% Solution of intralipid for 3 h followed by all injection of Triton WR1339 to block lipoprotein lipase. An additional control grout) consisting of Sed rats fed the SD diet was infused with saline (0.9% NaCl). Plasma TG accumulation was thereafter measured during 90 min to estimate VLDL-TG production. Under HF diet, hepatic MTP content and plasma TG accumulation after Triton blockade (thus reflecting VLDL-TG synthesis and secretion) were not changed in Sed rats, whereas liver TG content was highly increased (similar to 90%; p<0.01). Oil the other hand, training reduced liver MTP protein content in both SD(-18%) and HF(-23%) fed rats(p<0.05). Plasma VLDL-TG accumulation was also lower (p<0.05) in Tr than in Sed rats fed the HF diet. This effect was not observed in SD fed rats. Furthermore, the exercise training-induced decrease in VLDL-TG production in HF rats was associated with a decrease in liver TG levels. It is Concluded that in addition to a reduction in liver TG content, exercise training reduces VLDL synthesis and/or secretion in HF fed rats probably via MTP regulation.

Exercise Training Reduces Liver Fat and Increases Rates of VLDL Clearance, but not VLDL Production in NAFLD

Context Randomised controlled trials in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) have shown that regular exercise, even without calorie restriction, reduces liver steatosis. A previous study has shown that 16 weeks supervised exercise training in NAFLD did not affect total VLDL kinetics. Objective To determine the effect of exercise training on intrahepatocellular fat (IHCL) and the kinetics of large triglyceride-(TG)-rich VLDL1 and smaller denser VLDL2 which has a lower TG content. Design A 16 week randomised controlled trial. Patients 27 sedentary patients with NAFLD. Intervention Supervised exercise with moderate-intensity aerobic exercise or conventional lifestyle advice (control). Main outcome Very low density lipoprotein1 (VLDL1) and VLDL2-TG and apolipoproteinB (apoB) kinetics investigated using stable isotopes before and after the intervention. Results In the exercise group VO2max increased by 31±6% (mean±SEM) and IHCL decreased from 19.6% (14.8, 30.0) to 8.9% (5.4, 17.3) (median (IQR)) with no significant change in VO2max or IHCL in the control group (change between groups p<0.001 and p=0.02, respectively). Exercise training increased VLDL1-TG and apoB fractional catabolic rates, a measure of clearance, (change between groups p=0.02 and p=0.01, respectively), and VLDL1-apoB production rate (change between groups p=0.006), with no change in VLDL1 -TG production rate. Plasma TG did not change in either group. Conclusion An increased clearance of VLDL1 may contribute to the significant decrease in liver fat following 16 weeks of exercise in NAFLD. A longer duration or higher intensity exercise interventions may be needed to lower plasma TG and VLDL production rate.

Distúrbios Lipídicos em Crianças com Diabetes Mellitus Insulino-Dependentes

Os distúrbios dos lípidos e das lipoproteínas plasmáticas, frequentes em doentes diabéticos insulinodependentes, contribuem significativamente para o risco cardiovascular elevado que estes indivíduos apresentam. Estudos efectuados em crianças e jovens insulinodependentes, demonstram o aparecimento precoce de alterações no metabolismo lipídico, habitualmente associa das e agravadas por um deficiente controle glicémico. Algumas outras alterações mantém-se presentes em crianças diabéticas, mesmo em condições de bom controle glicémico. Aparentemente, as medidas habituais de optimização do controle metabólico não corrigem todas as alterações do perfil lipídico, induzidas pela Diabetes Mellitus. A hiperglicémia induz a maioria das perturbações verificadas, através da estimulação da síntese hepática de triglicéridos, e pela glicolização e oxidação das lipoproteinas e respectivas apolipoproteinas. A carência em insulina, é responsá vel por alterações adicionais, ao interferir na actividade da lipoproteina lipase. O perfil lipídico, em crianças e jovens insulinodependentes, com deficiente controlo metabólico, tende a ser sobre ponível ao descrito para os diabéticos adultos: elevação significativa de triglicéridos, VLDL-Tg, LDL-Tg, VLDL-Col, Apo B e CIII e diminuição do HDL-Col e da Apo AI. Dada a forte corre lação do controle glicémico com a maioria das alterações lipidicas, mesmo em presença de va lores de colesterol e triglicéridos normais, os doseamentos das apolipoproteinas Apo AI, Apo B 100 e de Apo CIII, parecem ser fieis indicadores do controle glicémico, na criança diabética, e factores de elevado valor predictivo de risco cardiovascular, na idade adulta.

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.

Effects of short-term high-fructose diets in humans: modulation by environmental factors

It is currently suspected that sugar overconsumption, and more specifically fructose, may promote the development of obesity and of several cardio-metabolic disorders. However, environmental factors, such as fish oil and dietary proteins, may prevent some deleterious effects of fructose. The aim of this thesis was to identify potential environmental factors that may modulate the metabolic effects of fructose. The first study was designed to evaluate the impact of endurance exercise in healthy young men fed a high-fructose, isocaloric diet. Fructose-induced effects on lipid profile were totally prevented by endurance exercise and may be explained by an enhanced clearance of TRL-TG and the inhibition of de novo lipogenesis. As energy intake was adjusted to energy requirement, we can conclude that exercise acts on fructose metabolism independently of energy imbalance. The second study aimed at determining whether coffee and more specifically chlorogenic acid consumption may prevent fructose-induced intrahepatic lipids accumulation, hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance, through a stimulation of lipid oxidation. Coffee did not prevent the fructose-induced increase in IHCL or plasma TG. Interestingly, the three coffees tested prevented the decrease in hepatic insulin sensitivity, independently of their content in caffeine or chlorogenic acid. Finally, in the third study, we evaluated the effect of essential amino acid supplementation on the increase of hepatic lipids induced by a high-fructose diet. This intervention slightly decreased IHCL concentration. The exact mechanisms remain unidentified but may involve an increased secretion of VLDL-TG. In conclusion, the environmental factors evaluated allow to prevent some of the deleterious effects of fructose and suggest that recommendations on fructose consumption should also take into account environmental factors.

Does fructose consumption contribute to non-alcoholic fatty liver disease?

Fructose is mainly consumed with added sugars (sucrose and high fructose corn syrup), and represents up to 10% of total energy intake in the US and in several European countries. This hexose is essentially metabolized in splanchnic tissues, where it is converted into glucose, glycogen, lactate, and, to a minor extent, fatty acids. In animal models, high fructose diets cause the development of obesity, insulin resistance, diabetes mellitus, and dyslipidemia. Ectopic lipid deposition in the liver is an early occurrence upon fructose exposure, and is tightly linked to hepatic insulin resistance. In humans, there is strong evidence, based on several intervention trials, that fructose overfeeding increases fasting and postprandial plasma triglyceride concentrations, which are related to stimulation of hepatic de novo lipogenesis and VLDL-TG secretion, together with decreased VLDL-TG clearance. However, in contrast to animal models, fructose intakes as high as 200 g/day in humans only modestly decreases hepatic insulin sensitivity, and has no effect on no whole body (muscle) insulin sensitivity. A possible explanation may be that insulin resistance and dysglycemia develop mostly in presence of sustained fructose exposures associated with changes in body composition. Such effects are observed with high daily fructose intakes, and there is no solid evidence that fructose, when consumed in moderate amounts, has deleterious effects. There is only limited information regarding the effects of fructose on intrahepatic lipid concentrations. In animal models, high fructose diets clearly stimulate hepatic de novo lipogenesis and cause hepatic steatosis. In addition, some observations suggest that fructose may trigger hepatic inflammation and stimulate the development of hepatic fibrosis. This raises the possibility that fructose may promote the progression of non-alcoholic fatty liver disease to its more severe forms, i.e. non-alcoholic steatohepatitis and cirrhosis. In humans, a short-term fructose overfeeding stimulates de novo lipogenesis and significantly increases intrahepatic fat concentration, without however reaching the proportion encountered in non-alcoholic fatty liver diseases. Whether consumption of lower amounts of fructose over prolonged periods may contribute to the pathogenesis of NAFLD has not been convincingly documented in epidemiological studies and remains to be further assessed.

Green tea extract rich in epigallocatechin-3-gallate prevents fatty liver by ampk activation via lkb1 in mice fed a high-fat diet

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeitos da administração de eritropoietina na dislipidemia e na hipertrofia ventricular esquerda de camundongos hiperlipidêmicos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Serum lipoproteins during treatment with the antihypertensive agent indapamide

Considering the documented, potentially undesirable influence of various thiazide-type or loop diuretics on serum lipoproteins, we prospectively investigated in 69 men (mean age +/- SEM, 32 +/- 1 years) the metabolic effects of the new diuretic-antihypertensive compound indapamide. Compared to placebo, indapamide (2.5 mg/day) given for 6 to 8 weeks lowered (p less than 0.02 to less than 0.001) blood pressure (supine values from 148/98 +/- 3/2 to 137/93 +/- 3/2) in 29 men with mild to moderate essential hypertension, but not in 40 healthy men. In both groups, significant (p less than 0.05 to less than 0.001) decreases in body weight (-0.8 kg) and plasma potassium (-0.6 mmol/L), and increases in plasma uric acid (+20%), renin activity (+200%), and aldosterone documented good compliance. There were no significant changes in total cholesterol (in all subjects, from 208 +/- 6 to 213 +/- 6 mg/dl), low- or very low-density lipoprotein (VLDL) cholesterol (127 +/- 6 to 129 +/- 6 and 21 +/- 1 to 21 +/- 2 respectively), high-density lipoprotein cholesterol (50 +/- 1 to 51 +/- 1 mg/dl), total triglycerides (Tg) (108 +/- 5 to 112 +/- 6 mg/dl), VLDL-Tg, apoproteins A1 and A2, plasma glucose, epinephrine, norepinephrine, sodium, calcium, magnesium, and creatinine; apoprotein B (84 +/- 2 to 88 +/- 3 mg/dl) and plasma insulin after glucose loading dose tended to be increased minimally. The absence of distinct lipoprotein alterations after short-term indapamide treatment may be of clinical and epidemiological interest.

Blocking VLDL secretion causes hepatic steatosis but does not affect peripheral lipid stores or insulin sensitivity in mice

The liver secretes triglyceride-rich VLDLs, and the triglycerides in these particles are taken up by peripheral tissues, mainly heart, skeletal muscle, and adipose tissue. Blocking hepatic VLDL secretion interferes with the delivery of liver-derived triglycerides to peripheral tissues and results in an accumulation of triglycerides in the liver. However, it is unclear how interfering with hepatic triglyceride secretion affects adiposity, muscle triglyceride stores, and insulin sensitivity. To explore these issues, we examined mice that cannot secrete VLDL [due to the absence of microsomal triglyceride transfer protein (Mttp) in the liver]. These mice exhibit markedly reduced levels of apolipoprotein B-100 in the plasma, along with reduced levels of triglycerides in the plasma. Despite the low plasma triglyceride levels, triglyceride levels in skeletal muscle were unaffected. Adiposity and adipose tissue triglyceride synthesis rates were also normal, and body weight curves were unaffected. Even though the blockade of VLDL secretion caused hepatic steatosis accompanied by increased ceramides and diacylglycerols in the liver, the mice exhibited normal glucose tolerance and were sensitive to insulin at the whole-body level, as judged by hyperinsulinemic euglycemic clamp studies. Normal hepatic glucose production and insulin signaling were also maintained in the fatty liver induced by Mttp deletion. Thus, blocking VLDL secretion causes hepatic steatosis without insulin resistance, and there is little effect on muscle triglyceride stores or adiposity

Metabolic fate of fructose ingested with and without glucose in a mixed meal.

Ingestion of pure fructose stimulates de novo lipogenesis and gluconeogenesis. This may however not be relevant to typical nutritional situations, where fructose is invariably ingested with glucose. We therefore assessed the metabolic fate of fructose incorporated in a mixed meal without or with glucose in eight healthy volunteers. Each participant was studied over six hours after the ingestion of liquid meals containing either 13C-labelled fructose, unlabeled glucose, lipids and protein (Fr + G) or 13C-labelled fructose, lipids and protein, but without glucose (Fr), or protein and lipids alone (ProLip). After Fr + G, plasma 13C-glucose production accounted for 19.0% ± 1.5% and 13CO2 production for 32.2% ± 1.3% of 13C-fructose carbons. After Fr, 13C-glucose production (26.5% ± 1.4%) and 13CO2 production (36.6% ± 1.9%) were higher (p < 0.05) than with Fr + G. 13C-lactate concentration and very low density lipoprotein VLDL 13C-palmitate concentrations increased to the same extent with Fr + G and Fr, while chylomicron 13C-palmitate tended to increase more with Fr + G. These data indicate that gluconeogenesis, lactic acid production and both intestinal and hepatic de novo lipogenesis contributed to the disposal of fructose carbons ingested together with a mixed meal. Co-ingestion of glucose decreased fructose oxidation and gluconeogenesis and tended to increase 13C-pamitate concentration in gut-derived chylomicrons, but not in hepatic-borne VLDL-triacylglycerol (TG). This trial was approved by clinicaltrial. gov. Identifier is NCT01792089.

Modelling of global crop production and resulting N2O emissions

Landwirtschaft spielt eine zentrale Rolle im Erdsystem. Sie trägt durch die Emission von CO2, CH4 und N2O zum Treibhauseffekt bei, kann Bodendegradation und Eutrophierung verursachen, regionale Wasserkreisläufe verändern und wird außerdem stark vom Klimawandel betroffen sein. Da all diese Prozesse durch die zugrunde liegenden Nährstoff- und Wasserflüsse eng miteinander verknüpft sind, sollten sie in einem konsistenten Modellansatz betrachtet werden. Dennoch haben Datenmangel und ungenügendes Prozessverständnis dies bis vor kurzem auf der globalen Skala verhindert. In dieser Arbeit wird die erste Version eines solchen konsistenten globalen Modellansatzes präsentiert, wobei der Schwerpunkt auf der Simulation landwirtschaftlicher Erträge und den resultierenden N2O-Emissionen liegt. Der Grund für diese Schwerpunktsetzung liegt darin, dass die korrekte Abbildung des Pflanzenwachstums eine essentielle Voraussetzung für die Simulation aller anderen Prozesse ist. Des weiteren sind aktuelle und potentielle landwirtschaftliche Erträge wichtige treibende Kräfte für Landnutzungsänderungen und werden stark vom Klimawandel betroffen sein. Den zweiten Schwerpunkt bildet die Abschätzung landwirtschaftlicher N2O-Emissionen, da bislang kein prozessbasiertes N2O-Modell auf der globalen Skala eingesetzt wurde. Als Grundlage für die globale Modellierung wurde das bestehende Agrarökosystemmodell Daycent gewählt. Neben der Schaffung der Simulationsumgebung wurden zunächst die benötigten globalen Datensätze für Bodenparameter, Klima und landwirtschaftliche Bewirtschaftung zusammengestellt. Da für Pflanzzeitpunkte bislang keine globale Datenbasis zur Verfügung steht, und diese sich mit dem Klimawandel ändern werden, wurde eine Routine zur Berechnung von Pflanzzeitpunkten entwickelt. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit Anbaukalendern der FAO, die für einige Feldfrüchte und Länder verfügbar sind. Danach wurde das Daycent-Modell für die Ertragsberechnung von Weizen, Reis, Mais, Soja, Hirse, Hülsenfrüchten, Kartoffel, Cassava und Baumwolle parametrisiert und kalibriert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass Daycent die wichtigsten Klima-, Boden- und Bewirtschaftungseffekte auf die Ertragsbildung korrekt abbildet. Berechnete Länderdurchschnitte stimmen gut mit Daten der FAO überein (R2 = 0.66 für Weizen, Reis und Mais; R2 = 0.32 für Soja), und räumliche Ertragsmuster entsprechen weitgehend der beobachteten Verteilung von Feldfrüchten und subnationalen Statistiken. Vor der Modellierung landwirtschaftlicher N2O-Emissionen mit dem Daycent-Modell stand eine statistische Analyse von N2O-und NO-Emissionsmessungen aus natürlichen und landwirtschaftlichen Ökosystemen. Die als signifikant identifizierten Parameter für N2O (Düngemenge, Bodenkohlenstoffgehalt, Boden-pH, Textur, Feldfrucht, Düngersorte) und NO (Düngemenge, Bodenstickstoffgehalt, Klima) entsprechen weitgehend den Ergebnissen einer früheren Analyse. Für Emissionen aus Böden unter natürlicher Vegetation, für die es bislang keine solche statistische Untersuchung gab, haben Bodenkohlenstoffgehalt, Boden-pH, Lagerungsdichte, Drainierung und Vegetationstyp einen signifikanten Einfluss auf die N2O-Emissionen, während NO-Emissionen signifikant von Bodenkohlenstoffgehalt und Vegetationstyp abhängen. Basierend auf den daraus entwickelten statistischen Modellen betragen die globalen Emissionen aus Ackerböden 3.3 Tg N/y für N2O, und 1.4 Tg N/y für NO. Solche statistischen Modelle sind nützlich, um Abschätzungen und Unsicherheitsbereiche von N2O- und NO-Emissionen basierend auf einer Vielzahl von Messungen zu berechnen. Die Dynamik des Bodenstickstoffs, insbesondere beeinflusst durch Pflanzenwachstum, Klimawandel und Landnutzungsänderung, kann allerdings nur durch die Anwendung von prozessorientierten Modellen berücksichtigt werden. Zur Modellierung von N2O-Emissionen mit dem Daycent-Modell wurde zunächst dessen Spurengasmodul durch eine detailliertere Berechnung von Nitrifikation und Denitrifikation und die Berücksichtigung von Frost-Auftau-Emissionen weiterentwickelt. Diese überarbeitete Modellversion wurde dann an N2O-Emissionsmessungen unter verschiedenen Klimaten und Feldfrüchten getestet. Sowohl die Dynamik als auch die Gesamtsummen der N2O-Emissionen werden befriedigend abgebildet, wobei die Modelleffizienz für monatliche Mittelwerte zwischen 0.1 und 0.66 für die meisten Standorte liegt. Basierend auf der überarbeiteten Modellversion wurden die N2O-Emissionen für die zuvor parametrisierten Feldfrüchte berechnet. Emissionsraten und feldfruchtspezifische Unterschiede stimmen weitgehend mit Literaturangaben überein. Düngemittelinduzierte Emissionen, die momentan vom IPCC mit 1.25 +/- 1% der eingesetzten Düngemenge abgeschätzt werden, reichen von 0.77% (Reis) bis 2.76% (Mais). Die Summe der berechneten Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden beträgt für die Mitte der 1990er Jahre 2.1 Tg N2O-N/y, was mit den Abschätzungen aus anderen Studien übereinstimmt.

Mathematical modelling of competitive LDL/VLDL binding and uptake by hepatocytes

Elevated levels of low-density-lipoprotein cholesterol (LDL-C) in the plasma are a well-established risk factor for the development of coronary heart disease. Plasma LDL-C levels are in part determined by the rate at which LDL particles are removed from the bloodstream by hepatic uptake. The uptake of LDL by mammalian liver cells occurs mainly via receptor-mediated endocytosis, a process which entails the binding of these particles to specific receptors in specialised areas of the cell surface, the subsequent internalization of the receptor-lipoprotein complex, and ultimately the degradation and release of the ingested lipoproteins' constituent parts. We formulate a mathematical model to study the binding and internalization (endocytosis) of LDL and VLDL particles by hepatocytes in culture. The system of ordinary differential equations, which includes a cholesterol-dependent pit production term representing feedback regulation of surface receptors in response to intracellular cholesterol levels, is analysed using numerical simulations and steady-state analysis. Our numerical results show good agreement with in vitro experimental data describing LDL uptake by cultured hepatocytes following delivery of a single bolus of lipoprotein. Our model is adapted in order to reflect the in vivo situation, in which lipoproteins are continuously delivered to the hepatocyte. In this case, our model suggests that the competition between the LDL and VLDL particles for binding to the pits on the cell surface affects the intracellular cholesterol concentration. In particular, we predict that when there is continuous delivery of low levels of lipoproteins to the cell surface, more VLDL than LDL occupies the pit, since VLDL are better competitors for receptor binding. VLDL have a cholesterol content comparable to LDL particles; however, due to the larger size of VLDL, one pit-bound VLDL particle blocks binding of several LDLs, and there is a resultant drop in the intracellular cholesterol level. When there is continuous delivery of lipoprotein at high levels to the hepatocytes, VLDL particles still out-compete LDL particles for receptor binding, and consequently more VLDL than LDL particles occupy the pit. Although the maximum intracellular cholesterol level is similar for high and low levels of lipoprotein delivery, the maximum is reached more rapidly when the lipoprotein delivery rates are high. The implications of these results for the design of in vitro experiments is discussed.

Pyrolysis and auto-gasification of black liquor in presence of ZnO: An integrated process for Zn/ZnO nanostructure production and bioenergy generation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)