O transportador de serotonina sustenta a termogênese do tecido adiposo marrom humano

Nature Metabolism volume 5, páginas 1319–1336 (2023)Cite este artigo

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A ativação do tecido adiposo marrom (TAM) em humanos é uma estratégia para tratar a obesidade e doenças metabólicas. Aqui mostramos que o transportador de serotonina (SERT), codificado por SLC6A4, previne a supressão da função BAT humana mediada pela serotonina. O sequenciamento de RNA de adipócitos marrons e brancos primários humanos mostra que o SLC6A4 é altamente expresso em adipócitos marrons humanos, mas não murinos, e em BAT. A serotonina diminui a respiração desacoplada e reduz a proteína desacopladora 1 através do receptor 5-HT2B. A inibição do SERT pelo inibidor seletivo da recaptação da serotonina (ISRS) sertralina impede a captação da serotonina extracelular, potencializando assim o efeito supressor da serotonina nos adipócitos marrons. Além disso, vemos que a sertralina reduz a ativação do BAT em voluntários saudáveis, e os pacientes tratados com ISRS não demonstram captação de 18F-fluorodesoxiglicose pelo BAT à temperatura ambiente, ao contrário dos controles correspondentes. A inibição da termogênese BAT pode contribuir para o ganho de peso e disfunção metabólica induzidos por ISRS, e a redução da ação periférica da serotonina pode ser uma abordagem para tratar a obesidade e doenças metabólicas.

A identificação da MTD em humanos adultos há aproximadamente 15 anos reacendeu o interesse na ativação deste tecido como uma nova estratégia para tratar a obesidade e doenças metabólicas associadas, como diabetes mellitus tipo 2 e dislipidemia1. O TAM é um órgão termogênico que aumenta o gasto energético (GE) para gerar calor em um processo denominado termogênese sem tremores, mantendo a temperatura corporal em ambiente frio2. Isto é conseguido principalmente através da única proteína de desacoplamento de proteína termogênica 1 (UCP1), que permite a transdução do gradiente de elétrons-prótons para desacoplar a produção de energia da síntese de trifosfato de adenosina em BAT. O BAT humano mantém muitas semelhanças com o BAT de roedores; por exemplo, o TAM humano contribui para a termogênese sem tremores3, contém UCP1 funcional (ref. 4), é ativado pelo frio5,6 e está sob regulação simpática7. A MTD humana demonstra uma captação substancial de glicose, além da utilização de reservas locais de triglicerídeos e outros substratos energéticos, para alimentar a termogênese induzida pelo frio (CIT)8. Essa alta captação de glicose é explorada pelo uso da tomografia por emissão de pósitrons 18F-fluorodesoxiglicose (18F-FDG-PET), geralmente em combinação com CT (PET-CT), para quantificar a massa BAT e atuar como um marcador de atividade em humanos9. No ser humano adulto, o TAM é encontrado em vários locais, como nos depósitos adiposos supraclaviculares, axilares, paravertebrais e peri-renais, e a massa e a atividade do TAM são reduzidas na obesidade5,10,11. Além de aumentar o EE, a ativação do TAM em humanos melhora a sensibilidade à insulina12 e a depuração lipídica13, e a presença do TAM está associada à redução de doenças cardiometabólicas, principalmente em indivíduos obesos14. Como tal, existe um interesse substancial na ativação da MTD como um novo tratamento para doenças cardiometabólicas.

A prova inicial de conceito de que a atividade da MTD pode ser aumentada em humanos adultos veio de estudos que utilizaram exposição repetida e intermitente ao frio15,16. No entanto, a exposição ao frio é demorada e pode causar desconforto, pelo que a farmacoterapia para ativar as MTD à temperatura ambiente pode ser uma abordagem terapêutica mais adequada. Até o momento, os estudos em humanos adultos restringiram-se principalmente ao mirabegron simpatomimético (um agonista β3), que aumentou o EE e melhorou os parâmetros metabólicos; no entanto, o mirabegrom aumentou a pressão arterial e a frequência cardíaca, o que limita o potencial para administração crónica7,17,18. Foram identificados numerosos fatores que induzem o escurecimento e aumentam o EE em roedores, como o fator de crescimento de fibroblastos 21 e diversas proteínas morfogênicas ósseas19; no entanto, nenhum desses agentes ainda levou a uma terapêutica bem-sucedida para os pacientes. É importante ressaltar que existem diferenças na regulação da BAT humana e murina, como exemplificado pelos glicocorticóides que aumentam agudamente a atividade da BAT em humanos, mas diminuem a termogênese em roedores20. Estes resultados destacam a necessidade de dissecar a fisiologia do BAT em humanos para compreender as vias que regulam a ativação do BAT humano e desenvolver terapêuticas seguras. Dados de adipócitos marrons humanos imortalizados forneceram alguma compreensão adicional dessas vias21,22; no entanto, a imortalização pode alterar a assinatura molecular das células. Portanto, os adipócitos marrons humanos primários são um modelo importante para identificar novos genes e vias que regulam a função BAT humana in vivo.

25-fold more highly in human brown compared with white adipocytes (Fig. 1a and Extended Data Fig. 1b). We performed pathway analysis to identify canonical pathways whose components were more highly expressed in brown adipocytes (Fig. 1b). Of most interest was the serotonin degradation pathway, highlighting a possible role for serotonin metabolism in BAT function (Fig. 1b). This led us to prioritize and investigate the role of serotonin uptake by SLC6A4 in human BAT./p>2 and adjusted P values (Padj) <0.05), DIO2 is highlighted in grey owing to the log2(fold change) being 1.99. b, Top canonical pathways enriched in paired human white and brown adipocytes with z scores >2. eNOS, endothelial nitric oxide synthase; RXR, retinoid X receptor; VDR, vitamin D receptor; VEGF, vascular endothelial growth factor. c,d, qPCR of paired human white (yellow columns) and brown adipocytes (red columns; n = 12 biologically independent samples per group) (c) and paired murine inguinal/beige (blue columns) and brown adipocytes (red columns; n = 4 biologically independent animals per group) (d). e, 3H-serotonin uptake with and without increasing concentrations of the SERT inhibitor sertraline (1 nM to 10 μM) in paired human white and brown adipocytes (n = 6 biologically independent samples per group). ***P < 0.0001 for sertraline concentrations ≥10 nM versus brown adipocyte vehicle. Data are mean ± s.e.m. Data were analysed using DESeq2 (a), Ingenuity Pathway Analysis (Qiagen) (b), multiple paired t-test (Holm–Sidak) (c,d) or two-way repeated measures ANOVA with Sidak multiple comparisons (e). Significant P values are detailed in the respective panels. IC, internal control./p>200-fold greater in human brown compared with white adipocytes (Fig. 1c). The serotonin-metabolizing enzyme monoamine oxidase A (MAO-A) was also more highly expressed in brown adipocytes (Fig. 1c). Both the serotonin 2A and 2B receptors (5-HT2A/2B; HTR2A/B) were expressed in human brown and white adipocytes, although 5-HT2A mRNA levels were lower in brown adipocytes (Fig. 1c). The 5-HT2C (HTR2C), 5-HT3A-E (HTR3A-E), 5-HT6 and 5-HT7 receptors were not expressed in either cell type; the lack of 5-HT3A expression is of note because this receptor has been implicated in serotonin-mediated suppression of murine BAT thermogenesis28. There was no substantial expression of other 5-HT receptor subtypes in human brown adipocytes in the RNA-seq data (Extended Data Table 1)./p> 0.3) (Fig. 3i). The difference in 18F-FDG uptake by BAT between the SSRI and placebo phases correlated with the difference in CIT (Extended Data Fig. 4j). Circulating sertraline and its active metabolite norsertraline (Extended Data Fig. 4k,l) were detected only on the sertraline phase, but concentrations did not correlate with any measurements of BAT activity (see Source data for Fig. 3 and Extended Data Fig. 4)./p>

1.5 g ml−1 normalized to body mass, which corresponded to tissues with a radio density on the CT scan with Hounsfield units between −190 and −109. Participants were classified into ‘BAT-positive’ or ‘BAT-negative’ based on the above analysis. The mean SUV and the volume of BAT with detectable 18F-FDG uptake were calculated for the BAT-positive patients./p>

2) were generated using Prism v.9 (GraphPad). RNA-seq data generated this study have been uploaded to ArrayExpress (E-MTAB-101123; details in Source data for Fig. 1)./p>

2 log2-fold change and adjusted P value < 0.05) in paired human (a) white and (b) brown adipocytes. Transcripts are presented from top to bottom in decreasing order of differential expression between cell types, while the colour scale ranges from red (highest expression) to white (lowest expression). Log10 values ≤ 0 are presented as 0 on the heatmap./p>