The effect of disruption of circadian rhythm on vascular function in lean (C57BL/6) and obese, leptin resistant (DB/DB) mice
Issued Date
2023
Copyright Date
2013
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
xvi, 141 leaves : ill.
Access Rights
restricted access
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (Ph.D. (Biopharmaceutical Sciences))--Mahidol University, 2013
Suggested Citation
Nitirut Nernpermpisooth The effect of disruption of circadian rhythm on vascular function in lean (C57BL/6) and obese, leptin resistant (DB/DB) mice. Thesis (Ph.D. (Biopharmaceutical Sciences))--Mahidol University, 2013. Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/89717
Title
The effect of disruption of circadian rhythm on vascular function in lean (C57BL/6) and obese, leptin resistant (DB/DB) mice
Alternative Title(s)
ผลของการรบกวนระบบรอบวันต่อการทำงานของหลอดเลือดในหนูเม้าส์ปกติ (C57BL/6) และหนูเม้าส์อ้วนจากภาวะดื้อต่อฮอร์โมนแลปติน (DB/DB)
Author(s)
Advisor(s)
Abstract
The environmental light cycle strongly influences human physiology and pathology. An artificial light or shift work at night might disturb a circadian gene oscillation and behavior, which has been known to associate with cardiovascular and metabolic risks. However, the mechanisms of circadian disruption on vascular function still remain unclear. The aim of this study is to determine whether disruption of the circadian rhythm impairs the vascular function in lean (C57/BL6) mice (LM) and enhances the vascular dysfunction in obese, leptin resistant (db/db) mice (Ob). Lean and obese male mice, age 10-11 weeks were subjected to normal 12:12 h light-dark cycle (LD) or constant darkness (DD) to disrupt the circadian rhythm for 4 weeks. The metabolic parameters, vasoreactivity of thoracic aorta and small mesenteric artery were evaluated. In addition, daily rhythmic expression of clock genes (BMAL1, CLOCK, NPAS2, PER1, PER2, CRY1), clock output gene (DBP), vascular relaxation-related genes (eNOS, GTP-CH1), and superoxide-related genes (NOXs, SODs) were also investigated after 4 weeks of light regimens. Circadian disruption had no effect on glucose metabolism in lean mice, while obese mice showed a marked increase in fasting serum glucose and HbA1C levels. Obese mice had stronger aortic vasoconstriction to 5-HT than lean mice. Circadian disruption enhanced the response to 5-HT only in lean mice. In small mesenteric artery, the vasoconstriction to PE was not altered by obesity or circadian disruption. While endothelium-dependent dilation to Ach was attenuated in obese mice (LM-LD 81.1? 6.0% vs. Ob-LD 52.0?3.4 vs.) and depressed in lean mice subjected to constant darkness (LM-LD 81.1?6.0 % vs. LM-DD 63.3?6.4). In the presence of L-NAME, the vasodilator responses were attenuated in both lean and obese groups. SNP-mediated relaxation was impaired in lean mice subjected to constant darkness (LM-LD 57.5?10.8% vs. LM-DD 32.5?3.9 %) but was not observed in obesity. In small mesenteric artery, the rhythmic expression of PER1 and DBP was depressed in obesity. Circadian disruption altered the daily oscillation of CLOCK, NPAS2, and PER1 in lean mice. The gene profile of DBP was also depressed in lean mice under constant darkness. The vascular profile of eNOS expression was depressed and GTPCH1 lost rhythmic expression both in obesity and by constant darkness. The SODs expression was also depressed in obesity and in constant darkness, while the NOXs components were generally increased in obese subjected to constant darkness. These results suggested that circadian disruption increased the vasoconstrictor property of macrovessel and impaired both endothelium-dependent and independent dilation of microvessel in lean mice without metabolic disturbances. However, circadian disruption exacerbates glycemic load but fails to enhance the vascular impairment in obese mice. The interruption of nitric oxide pathways reveals an underlying mechanism of vascular impairment by circadian disruption. Aberrant clock gene oscillation and vascular dysfunction might imply a parallel interconnection. Their regulation and relation between circadian clock and vascular disease are further needed to verify.
วงจรรอบวันของแสงในสิ่งแวดล้อมมีผลต่อการทำงานของร่างกายและพยาธิวิทยาในมนุษย์ แสงประดิษฐ์หรือการ ทำงานในเวลากลางคืนอาจรบกวนการแกว่งขึ้นลงของยีนที่ควบคุมรอบวัน (Circadian Gene) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับปัจจัยเสี่ยงความผิดปกติของหัวใจและหลอดเลือดและเเมแทบอลิซึม กลไกการรบกวนระบบรอบวันต่อการทำงานของหลอดเลือดยังไม่ชัดเจน วัตถุประสงค์ในการศึกษาครั้งนี้เพื่อประเมินการรบกวนระบบรอบวันมีผลให้การทำงานของหลอดเลือดบกพร่องในหนูเม้าส์ปกติ (C57BL/6) และเพิ่มความผิดปกติการทำงานของหลอดเลือดในหนูเม้าส์อ้วนจากภาวะดื้อต่อฮอร์โมนเลปติน (db/db) หรือไม่ หนูเม้าส์เพศผู้อายุ 10-11 สัปดาห์ถูกเลี้ยงในห้องที่วงจรรอบแสงสว่างสลับมืดอย่างละ 12 ชม (LD) หรือมีสภาวะมืดตลอด 24 ชม (DD) เป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ โดยประเมินค่าพารามิเตอร์ตัวแปรเมตาบอลิซึม ปฎิกิริยาตอบสนองของหลอดเลือดต่อสารกระตุ้นทั้งในหลอดเลือดแดงใหญ่เอออร์ตา( Aorta) และ ในหลอดเลือดแดงมีเซนเทอริค (Mesenteric Artery) รวมทั้งจังหวะการแสดงออกของยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวัน( BMAL1, CLOCK, NPAS2, PER1, PER2, CRY1) ยีนผลผลิตจากยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวัน (DBP) ยีนที่เกี่ยวกับการคลายตัวของหลอดเลือด (eNOS, GTP-CH1) และ ยีนที่เกี่ยวกับการสร้างและยับยั้งอนุมูลอิสระ (NOXs, SODs) เมื่อครบ 4 สัปดาห์ การรบกวนระบบรอบวันไม่มีผลต่อเเมแทบอลิซึมของกลูโคสในหนูเม้าส์ปกติแต่ในหนูเม้าส์อ้วนมีการเพิ่มของระดับนํ้าตาลในลือดหลังงดอาหารและระดับH bA1C อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ หนูเม้าส์อ้วนมีการหดตัวของหลอดเลือดเอออร์ตาต่อ5 -HT ที่แรงกว่าหนูเม้าส์ปกติ การรบกวนระบบรอบวันพบการตอบสนองต่อ 5-HT เพิ่มขึ้นเฉพาะในหนูเม้าส์ปกติ ในหลอดเลือดแดงมีเซนเทอริคการหดตัวของหลอดเลือดต่อ PE ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งในภาวะอ้วนหรือการรบกวนระบบรอบวัน ในขณะที่การคลายตัวของหลอดเลือดต่อ Ach ซึ่งขึ้นอยู่กับเซลล์บุหลอดเลือดเอนโดธีเลียมลดลงในหนูเม้าส์อ้วน (LM-LD 81.1± 6.0%) vs. Ob-LD 52.0±3.4) และถูกกดลงในหนู เม้าส์ปกติที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม (LM-LD 81.1±6.0 % vs. LM-DD 63.3±6.4). เมื่อมีสาร L-NAME การขยายตัวตอบสนองต่อ Ach ของหลอดเลือดลดลงทั้งในหนูเม้าส์ปกติและหนูเม้าส์อ้วน การคลายตัวของหลอดเลือดต่อ SNP ลดลงในหนูเม้าส์ปกติที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม (LM-LD 57.5±10.8% vs. LM-DD 32.5±3.9 %) แต่ไม่พบในภาวะอ้วน ในหลอดเลือดแดงมีเซนเทอริคจังหวะการแสดงออกของยีน PER1 และ DBP ลดลงในหนูเม้าส์อ้วน การรบกวนระบบรอบวันมีผลเปลี่ยนแปลงการแกว่งขึ้นลงในรอบวันของยีน CLOCK NPAS2 และ PER1 ในหนูเม้าส์ปกติ โดยพบการแสดงออกของยีน DBP ถูกกดลงในหนูเม้าส์ปกติที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม อีกด้วยการแสดงออกของยีน eNOS ในหลอดเลือดถูกกดลงและไม่พบการแกว่งขึ้นลงในรอบวันของยีน GTP-CH1 ทั้งในภาวะอ้วนและโดยสภาวะมืดตลอด 24 ชม รวมทั้งพบการแสดงออกของยีน SODs ถูกกดลงในภาวะอ้วนและสภาวะมืดตลอด 24 ชั่วโมง แต่ในส่วนของ NOXs โดยทั่วไปพบการเพิ่มขึ้น ในหนูเม้าส์อ้วนที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม จากผลการทดลองแสดงว่าการรบกวนระบบรอบวันทำให้ลักษณะการหดตัวในหลอดเลือดขนาดใหญ่รุนแรงเพิ่มขึ้นและการคลายตัวของหลอดเลือดขนาดเล็กมีความบกพร่องทั้งที่พึ่งประสงค์และไม่พึ่งเซลล์เอนโดธีเลียมในหนูเม้าส์ปกติ โดยไม่มีผลรบกวนเมตาบอลิซึม อย่างไรก็ตามการรบกวนระบบรอบวันทำให้ภาระระดับนํ้าตาลสูงมีความรุนแรงเพิ่มขึ้นแต่ไม่สามารถเพิ่มความบกพร่องของหลอด เลือดในหนูเม้าส์อ้วน การขัดขวางวิถีการออกฤทธิ์ของ NO แสดงให้เห็นถึงกลไกที่ก่อให้เกิดความบกพร่องของหลอดเลือดจากการรบกวนระบบรอบวัน การเปลี่ยนแปลงของการแกว่งขึ้นลงของยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวันและความผิดปกติการทำงานของหลอดเลือดอาจแสดงนัยสอดคล้องกันในเชิงขนาน การควบคุมและความสัมพันธ์ระหว่างยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวันกับโรคหลอดเลือดต้องมีการศึกษาเพิ่มต่อไป
วงจรรอบวันของแสงในสิ่งแวดล้อมมีผลต่อการทำงานของร่างกายและพยาธิวิทยาในมนุษย์ แสงประดิษฐ์หรือการ ทำงานในเวลากลางคืนอาจรบกวนการแกว่งขึ้นลงของยีนที่ควบคุมรอบวัน (Circadian Gene) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับปัจจัยเสี่ยงความผิดปกติของหัวใจและหลอดเลือดและเเมแทบอลิซึม กลไกการรบกวนระบบรอบวันต่อการทำงานของหลอดเลือดยังไม่ชัดเจน วัตถุประสงค์ในการศึกษาครั้งนี้เพื่อประเมินการรบกวนระบบรอบวันมีผลให้การทำงานของหลอดเลือดบกพร่องในหนูเม้าส์ปกติ (C57BL/6) และเพิ่มความผิดปกติการทำงานของหลอดเลือดในหนูเม้าส์อ้วนจากภาวะดื้อต่อฮอร์โมนเลปติน (db/db) หรือไม่ หนูเม้าส์เพศผู้อายุ 10-11 สัปดาห์ถูกเลี้ยงในห้องที่วงจรรอบแสงสว่างสลับมืดอย่างละ 12 ชม (LD) หรือมีสภาวะมืดตลอด 24 ชม (DD) เป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ โดยประเมินค่าพารามิเตอร์ตัวแปรเมตาบอลิซึม ปฎิกิริยาตอบสนองของหลอดเลือดต่อสารกระตุ้นทั้งในหลอดเลือดแดงใหญ่เอออร์ตา( Aorta) และ ในหลอดเลือดแดงมีเซนเทอริค (Mesenteric Artery) รวมทั้งจังหวะการแสดงออกของยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวัน( BMAL1, CLOCK, NPAS2, PER1, PER2, CRY1) ยีนผลผลิตจากยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวัน (DBP) ยีนที่เกี่ยวกับการคลายตัวของหลอดเลือด (eNOS, GTP-CH1) และ ยีนที่เกี่ยวกับการสร้างและยับยั้งอนุมูลอิสระ (NOXs, SODs) เมื่อครบ 4 สัปดาห์ การรบกวนระบบรอบวันไม่มีผลต่อเเมแทบอลิซึมของกลูโคสในหนูเม้าส์ปกติแต่ในหนูเม้าส์อ้วนมีการเพิ่มของระดับนํ้าตาลในลือดหลังงดอาหารและระดับH bA1C อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ หนูเม้าส์อ้วนมีการหดตัวของหลอดเลือดเอออร์ตาต่อ5 -HT ที่แรงกว่าหนูเม้าส์ปกติ การรบกวนระบบรอบวันพบการตอบสนองต่อ 5-HT เพิ่มขึ้นเฉพาะในหนูเม้าส์ปกติ ในหลอดเลือดแดงมีเซนเทอริคการหดตัวของหลอดเลือดต่อ PE ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งในภาวะอ้วนหรือการรบกวนระบบรอบวัน ในขณะที่การคลายตัวของหลอดเลือดต่อ Ach ซึ่งขึ้นอยู่กับเซลล์บุหลอดเลือดเอนโดธีเลียมลดลงในหนูเม้าส์อ้วน (LM-LD 81.1± 6.0%) vs. Ob-LD 52.0±3.4) และถูกกดลงในหนู เม้าส์ปกติที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม (LM-LD 81.1±6.0 % vs. LM-DD 63.3±6.4). เมื่อมีสาร L-NAME การขยายตัวตอบสนองต่อ Ach ของหลอดเลือดลดลงทั้งในหนูเม้าส์ปกติและหนูเม้าส์อ้วน การคลายตัวของหลอดเลือดต่อ SNP ลดลงในหนูเม้าส์ปกติที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม (LM-LD 57.5±10.8% vs. LM-DD 32.5±3.9 %) แต่ไม่พบในภาวะอ้วน ในหลอดเลือดแดงมีเซนเทอริคจังหวะการแสดงออกของยีน PER1 และ DBP ลดลงในหนูเม้าส์อ้วน การรบกวนระบบรอบวันมีผลเปลี่ยนแปลงการแกว่งขึ้นลงในรอบวันของยีน CLOCK NPAS2 และ PER1 ในหนูเม้าส์ปกติ โดยพบการแสดงออกของยีน DBP ถูกกดลงในหนูเม้าส์ปกติที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม อีกด้วยการแสดงออกของยีน eNOS ในหลอดเลือดถูกกดลงและไม่พบการแกว่งขึ้นลงในรอบวันของยีน GTP-CH1 ทั้งในภาวะอ้วนและโดยสภาวะมืดตลอด 24 ชม รวมทั้งพบการแสดงออกของยีน SODs ถูกกดลงในภาวะอ้วนและสภาวะมืดตลอด 24 ชั่วโมง แต่ในส่วนของ NOXs โดยทั่วไปพบการเพิ่มขึ้น ในหนูเม้าส์อ้วนที่อยู่ในสภาวะมืดตลอด 24 ชม จากผลการทดลองแสดงว่าการรบกวนระบบรอบวันทำให้ลักษณะการหดตัวในหลอดเลือดขนาดใหญ่รุนแรงเพิ่มขึ้นและการคลายตัวของหลอดเลือดขนาดเล็กมีความบกพร่องทั้งที่พึ่งประสงค์และไม่พึ่งเซลล์เอนโดธีเลียมในหนูเม้าส์ปกติ โดยไม่มีผลรบกวนเมตาบอลิซึม อย่างไรก็ตามการรบกวนระบบรอบวันทำให้ภาระระดับนํ้าตาลสูงมีความรุนแรงเพิ่มขึ้นแต่ไม่สามารถเพิ่มความบกพร่องของหลอด เลือดในหนูเม้าส์อ้วน การขัดขวางวิถีการออกฤทธิ์ของ NO แสดงให้เห็นถึงกลไกที่ก่อให้เกิดความบกพร่องของหลอดเลือดจากการรบกวนระบบรอบวัน การเปลี่ยนแปลงของการแกว่งขึ้นลงของยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวันและความผิดปกติการทำงานของหลอดเลือดอาจแสดงนัยสอดคล้องกันในเชิงขนาน การควบคุมและความสัมพันธ์ระหว่างยีนนาฬิกาที่ควบคุมรอบวันกับโรคหลอดเลือดต้องมีการศึกษาเพิ่มต่อไป
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Department
Faculty of Pharmacy
Degree Discipline
Biopharmaceutical Sciences
Degree Grantor(s)
Mahidol University