Brown and white adipose tissue metabolism in obesity: stimulation by cold and meal ingestion

Adipose tissue (AT) metabolism is dysregulated in obesity. Reduced brown adipose tissue (BAT) glucose uptake during cold exposure is associated with obesity and insulin resistance, but the role of fatty acids in human BAT metabolism is unclear. Rodent BAT is activated by meal ingestion, in humans it is unclear if BAT is stimulated by meal. Increased subcutaneous adipose tissue (SAT) perfusion after a meal is reduced in obesity, leading to the accumulation of ectopic fat, increasing the risk of type 2 diabetes (T2D). Visceral adipose tissue (VAT) accumulation is considered more detrimental to metabolic health compared to SAT. Discovering what changes occur in VAT metabolism in obesity, and after weight loss, could help elucidate the role of VAT in metabolic disease. Using positron emission tomography (PET) BAT fatty acid uptake (FAU) and perfusion were investigated in lean and subjects with obesity during stimulation by cold exposure or meal ingestion and at basal state. The effects of meal ingestion and the gut hormone glucagon-like peptide (GIP-infusion on SAT and VAT perfusion were studied using PET in subjects with obesity prior to and after bariatric surgery, as well as in healthy control subjects. Cold stimulated BAT FAU and perfusion were blunted in subjects with obesity compared to controls. In subjects with obesity BAT FAU was lower already at basal state, resembling SAT FAU. Meal stimulation increased BAT perfusion similarly to cold exposure, showing that meal ingestion activates BAT. Meal and GIP-induced increase of SAT perfusion were blunted in subjects with obesity prior to bariatric surgery. Bariatric surgery normalizes SAT perfusion response to a meal, but not to GIP stimulation. VAT perfusion after a meal or GIP stimulation was similar between controls and subjects with obesity and was unaffected by bariatric surgery, however after surgery VAT blood flow response to a meal was seen already at 20 min after a meal, compared to 50 min before bariatric surgery. This thesis work shows that obesity has a blunting effect on BAT FAU during cold exposure and at basal level. Meal activates BAT: postprandial BAT perfusion was similar to cold exposure perfusion. Additionally, bariatric surgery was shown to normalize postprandial SAT blood flow response.Ruskean ja valkoisen rasvan aineenvaihdunta lihavuudessa: kylmäaltistuksen ja ruokailun vaikutukset Lihavilla henkilöillä rasvakudoksen aineenvaihdunta on häiriintynyt. Vähentynyt ruskean rasvan (BAT) toiminta on yhdistetty ylipainoon ja insuliiniresistenssiin. Kylmäaltistus lisää BAT:n glukoosin sisäänottoa, mutta on epäselvää, mikä on vapaiden rasvahappojen rooli ihmisen BAT:n aineenvaihdunnassa. Jyrsijöillä BAT aktivoituu ruokailun jälkeen, mutta vielä ei ole selvää, aktivoiko ruokailu myös ihmisen BAT:a. Ruokailu lisää ihonalaisen rasvakudoksen (SAT) verenkiertoa. Lihavilla tämä vaikutus on heikentynyt, mikä lisää rasvan varastoitumista muihin kudoksiin. Tämä lisää riskiä sairastua tyypin 2 diabetekseen. Vatsaontelon sisäistä rasvaa (VAT) pidetään terveydelle haitallisempana kuin SAT:tä. VAT:n roolista aineenvaihdunnallisissa sairauksissa voidaan saada lisää tietoa tutkimalla lihavuuden ja lihavuusleikkauksen siihen aiheuttamia muutoksia. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää lihavuuden vaikutuksia BAT:n rasvahappoaiheenvaihduntaan ja verenkiertoon kylmäaltistuksessa positroniemissiotomografiaa käyttäen. Lisäksi tavoitteena oli tutkia ruokailun BAT:ta aktivoivaa vaikutusta. Lisäksi tutkittiin ruokailun ja glucose-dependent insulinotropic polypeptiden (GIP) vaikutusta SAT:n ja VAT:n verenkiertoon lihavilla henkilöillä ennen lihavuusleikkausta ja sen jälkeen, sekä verrokeilla. Kylmäaltistus lisää BAT:n rasvahappojen sisäänottoa ja verenkiertoa normaalipainoisilla henkilöillä, mutta ei lihavilla. Lihavilla BAT:n rasvahappojen sisäänotto oli jo huoneenlämmössä matalampi kuin normaalipainoisilla henkilöillä. Ruokailu lisäsi BAT:n verenvirtausta samalle tasolle kuin kylmäaltistus, mikä osoittaa ruokailun aktivoivan BAT:ta. SAT:n verenkierto ruokailun ja GIP-infuusion jälkeen oli ylipainoisilla matalampi kuin normaalipainoisilla. Lihavuusleikkaus normalisoi ylipainoisten henkilöiden SAT:n ruokailun jälkeisen vasteen, mutta ei vaikuttanut GIP:n aiheuttamaan aktiivisuuteen. VAT:n verenkierto lisääntyi ruokailun ja GIP-infuusion jälkeen samankaltaisesti normaalipainoisilla ja ylipainoisilla. Lihavuusleikkauksen jälkeen ruokailun aiheuttama VAT:n verenkierron lisääntyminen nähtiin jo 20 min ruokailun jälkeen, kun ennen lihavuusleikkausta vaste oli nähtävissä vasta 50 min ruokailun jälkeen. GIP:n aiheuttamaan vasteeseen lihavuusleikkauksella ei ollut vaikutusta. Tässä tutkimuksessa osoitettiin, että BAT:n rasvahappojen sisäänotto on heikentynyt lihavilla kylmäaltistuksessa ja huoneenlämmössä. Ruokailu aktivoi BAT:ta, sillä ruokailun jälkeinen BAT:n verenkierto oli samalla tasolla kuin kylmäaltistuksessa. Lisäksi osoitettiin, että lihavuusleikkaus normalisoi ruokailun aiheuttaman verenkierron lisääntymisen SAT:ssa