Cellular target effects of adipokines in obesity: action of osteopontin and adiponectin on monocytes/macrophages and hepatic stellate cells, respectively

Adipositas geht mit einer chronischen, niedrig-gradigen Entzündung einher, die durch die Infiltration von aktivierten Makrophagen ins Fettgewebe charakterisiert ist. Diese vertreten die wichtigsten Produzenten von beteiligten Zytokinen bei der Entstehung und Aufrechterhaltung der Insulinresistenz und damit des Typ-2- Diabetes. Wohingegen einzelne Adipokine wie Adiponektin, produziert durch das weiße Fettgewebe, die systemische Insulin-Resistenz verringern. Das Zytokin Osteopontin (OPN) wird bei einer vorliegenden Entzündung exprimiert und ist beispielsweise im Fettgewebe bei Adipositas stark hochreguliert, im Gegensatz zu Adiponektin, welches bei Adipositas runterreguliert ist. In vorranggegangen Studien zeigte sich bereits die kritische Rolle der lokalen Makrophagenproliferation bei Fettgewebsentzündung und auch unsere Daten liefern einen Anhaltspunkt, dass bei Adipositas die Lebensfähigkeit von Makrophagen verstärkt und die Apoptose vermindert wird. Entzündetes Fettgewebe spielt eine zusätzliche Rolle bei Lebererkrankungen, die mit Fettakkumulation und Fibrose in Verbindung stehen. Diese Prozesse umfassen die Glycerolaufnahme in die Leber und Kanalproteine wie Aquaporine (AQPs), welche die Diffusion von Glycerol durch die Zellmembran begünstigen. Daher habe ich die Hypothese aufgestellt, dass OPN zur lokalen Makrophagen-Proliferation beitragen könnte. Darüber hinaus könnten Adipokine die Funktion von AQPs und die Aktivierung von hepatischen Sternzellen beeinflussen. Das Ziel meiner Arbeit war die Untersuchung der Effekte von Adipositas-assoziierten Veränderungen der Zytokinproduktion durch die Messung von OPN Effekten auf die Monozyten- und Makrophagenproliferation und deren Relevanz in Bezug auf die Fettgewebsentzündung. Das zweite Ziel war die Erforschung von hepatischer AQP Expression und die Verbindung mit der Adiponektinproduktion bei Adipositas. Ich konnte zeigen, dass humane Monozyten verstärkt überleben, wenn sie mit OPN behandelt werden und gleichzeitig die Apoptose vermindert wird. Zusätzlich bedingte OPN eine Erhöhung der Proliferationsraten von humanen und murinen Monozyten/Makrophagen. Weiters korrelierten die hepatischen AQP Genexpressionen mit dem Adiponektin im Serum. Zellversuche zeigten, dass eine Adiponektin-induzierte Hochregulierung von AQP3 in hepatischen Sternzellen (HSC) zu einer Erhöhung der Fettspeicherung und der Glycerolaufnahme führt. Diese Ergebnisse zeigen, dass OPN die Proliferation und die Überlebensfähigkeit von Makrophagen und Monozyten vorantreibt und dass Adiponektin einen Effekt auf die AQP Genexpression in hepatischen Sternzellen hat. Zusammengefasst könnten diese Adipositas-gesteuerten Mechanismen einerseits die Fettgewebsentzündung durch OPN und auf der anderen Seite die Leberfibrose, die zu einer Veränderung der HCSs mit Hilfe von Adiponektin, beeinflussen.Obesity is pathology associated with chronic low-grade inflammation, which is characterized by infiltration of adipose tissue with activated macrophages. Resident macrophages are able to produce cytokines which are key molecules in the onset of insulin resistance and, consequently, type 2 diabetes. Whereas, adipokine such as adiponectin produced by the white adipose tissue, reduce systemic insulin resistance. Osteopontin (OPN) is a cytokine expressed in the site of inflammation known to be strongly upregulated in obese adipose tissue, in contrast to adiponectin, which is well known to be downregulated by obesity. Recent works point towards a critical role of local macrophage proliferation in adipose tissue inflammation and my own data suggest that in obesity viability of macrophages is enhanced and apoptosis diminished. Inflamed adipose tissue is also key player in liver pathologies connected with fat accumulation and fibrosis. These processes involve glycerol uptake in liver with channel proteins such as aquaporins (AQPs) facilitating the transport of the latter through the cell membrane. Therefore, I hypothesised that OPN may contribute to local macrophage proliferation. Moreover, adipokines might influence AQPs function and hepatic stellate cells activation. In this thesis I aimed at investigating effects of obesity-induced alterations of cytokine production by determining OPN effects on monocyte and macrophage proliferation and their relevance in the context of adipose tissue inflammation. As a second approach, liver AQPs expression and function was studied in relation to the obesity-induced decrease of adiponectin production. Survival of human monocytes was enhanced by OPN, while apoptosis was diminished. Proliferation rates in human and mice monocytes/macrophage increased by OPN in parallel. In liver, serum adiponectin correlated with AQPs gene expression in human. Moreover, AQP3 expression was strongly induced by adiponectin, increasing lipid content and glycerol uptake in hepatic stellate cells (HSC). In conclusion, OPN increases macrophage abundance in obese adipose tissue also by inhibiting apoptosis and enhancing their local proliferation. Second, adiponectin may counteract the progress of fatty liver disease to fibrosis by leading HSC into a quiescent functional state. Hence in this thesis, I could demonstrate novel effects of important adipokines with potential impact on the prognosis of obese patients.submitted by Matteo Tardelli, MScZusammenfassung in deutscher SpracheMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016OeBB(VLID)192232