Nghiên cứu SW20.1: Ức chế tạo mỡ, cải thiện béo phì qua con đường ATF3-Resistin

Tìm hiểu về SW20.1, hợp chất tiềm năng giúp ức chế sự hình thành mỡ, cải thiện rối loạn chuyển hóa và hỗ trợ điều trị bệnh béo phì hiệu quả.

Trường đại học

Taipei Medical University College of Medicine

Chuyên ngành

Medicine

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Ph.D. Dissertation

2023

93
1
0

Phí lưu trữ

35 Point

Tóm tắt

I. Giới thiệu về SW20

SW20.1 là một hợp chất tiềm năng được phát triển tại Đại học Y khoa Taipei nhằm chống lại béo phì và các rối loạn chuyển hóa liên quan. Nghiên cứu gần đây cho thấy SW20.1 có khả năng ức chế sự phát triển mô mỡ thông qua con đường ATF3-Resistin. Hợp chất này thể hiện hiệu quả đáng kể trong việc giảm tích lũy lipid và cải thiện chức năng chuyển hóa ở các động vật bị béo phì do ăn chế độ ăn cao chất béo. Những phát hiện này mở ra triển vọng mới cho việc điều trị các bệnh liên quan đến béo phì.

1.1. Cơ chế hoạt động của SW20.1

SW20.1 hoạt động bằng cách kích hoạt ATF3 (Activating Transcription Factor 3), một yếu tố điều hòa quan trọng trong quy trình adipogenesis. Thông qua con đường ATF3-Resistin, hợp chất này ức chế sự biệt hóa của tế bào tiền mỡ 3T3-L1 và giảm tích lũy lipid intracellular. Cơ chế này cho phép SW20.1 tác động trực tiếp vào quá trình phát triển mô mỡ trắng.

1.2. Tiềm năng ứng dụng lâm sàng

Với khả năng ức chế adipogenesis hiệu quả, SW20.1 có thể trở thành liệu pháp hỗ trợ trong điều trị béo phìhội chứng chuyển hóa. Các kết quả từ nghiên cứu trên chuột bị béo phì do chế độ ăn cao chất béo cho thấy hơn vào cải thiện rối loạn chuyển hóa liên quan béo phì.

II. Đặc điểm sinh học của SW20

Trong các thí nghiệm in vitro, SW20.1 được kiểm tra độc tính trên tế bào 3T3-L1 phân hóa để đánh giá an toàn. Các kết quả cho thấy SW20.1 không gây độc tính ở các nồng độ liệu pháp, cho phép sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo. Hợp chất này ức chế đáng kể sự tích lũy lipid trong quá trình biệt hóa preadipocytes, chỉ ra khả năng can thiệp trực tiếp vào quá trình hình thành mô mỡ mới.

2.1. Ức chế sự biệt hóa tế bào mỡ

SW20.1 ức chế hiệu quả adipogenesis ở tế bào 3T3-L1 thông qua sự kích hoạt ATF3. Việc kích hoạt này làm giảm biểu hiện các yếu tố C/EBPδ, PPARγ, và các protein liên quan khác. Kết quả là sự giảm tích lũy triglyceride và giảm kích thước tế bào mỡ, phản ánh sự ức chế mạnh mẽ của quá trình biệt hóa.

2.2. Vai trò của Resistin trong đường tín hiệu

Resistin là một adipokine quan trọng được điều hòa bởi ATF3. Con đường ATF3-Resistin giúp duy trì trạng thái preadipocyte và ngăn chặn quá trình biệt hóa. SW20.1 tăng cường con đường này, từ đó ức chế hiệu quả sự phát triển mô mỡ và giúp cải thiện độ nhạy insulin.

III. Hiệu quả của SW20

Các nghiên cứu trên chuột bị béo phì do chế độ ăn cao chất béo (HFD) đã chứng minh hiệu quả của SW20.1 trong cải thiện rối loạn chuyển hóa. Chuột được điều trị bằng SW20.1 cho thấy giảm tích lũy mỡ, cải thiện nhạy cảm insulin, và giảm các chỉ số viêm. Ngoài ra, SW20.1 ức chế adipogenesis trong mô mỡ iWAT (mô mỡ trắng bẹn) của chuột HFD, chỉ ra khả năng điều chỉnh chức năng chuyển hóa toàn thân.

3.1. Tác động lên trọng lượng cơ thể và thành phần mỡ

Sau khi điều trị SW20.1, chuột HFD giảm khối lượng mỡ một cách đáng kể mà không ảnh hưởng tiêu cực đến khối lượng cơ thể toàn thể. Điều này cho thấy hợp chất hoạt động chọn lọc trên mô mỡ. Các phân tích mô học cho thấy kích thước tế bào mỡ giảm, phản ánh ức chế adipogenesis từ trên xuống.

3.2. Cải thiện chức năng chuyển hóa

SW20.1 cải thiện dung nạp glucose và tăng độ nhạy insulin ở chuột béo phì. Các chỉ số lipid máu như triglyceridecholesterol cũng giảm sau điều trị. Những cải thiện này chỉ ra rằng SW20.1 không chỉ giảm mỡ mà còn phục hồi chức năng chuyển hóa, giúp ngăn chặn hội chứng chuyển hóa.

IV. Triển vọng phát triển và ứng dụng tương lai

Những phát hiện về SW20.1 mở ra những triển vọng mới trong việc phát triển liệu pháp chống béo phì. Hợp chất này có thể phục vụ làm nền tảng cho việc thiết kế các thuốc mới nhắm vào con đường ATF3-Resistin. Với khả năng ức chế adipogenesis và cải thiện chuyển hóa glucose, SW20.1 hứa hẹn trở thành công cụ hữu ích trong quản lý béo phìphòng ngừa bệnh chuyển hóa. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào độc tính dài hạnphát triển lâm sàng.

4.1. Hướng phát triển dược phẩm từ SW20.1

Các công ty dược phẩm có thể sử dụng cấu trúc hóa học của SW20.1 như mẫu để phát triển các dẫn xuất mạnh hơn. Các nghiên cứu SAR (Structure-Activity Relationship) sẽ giúp tối ưu hóa hiệu lực và giảm tác dụng phụ. Phát triển các chế tạo với sinh khả dụng cao là bước tiếp theo quan trọng.

4.2. Tiềm năng điều trị các bệnh liên quan

Ngoài béo phì, SW20.1 có thể hỗ trợ điều trị tiểu đường loại 2, gan nhiễm mỡ không do rượu, và các rối loạn chuyển hóa khác. Con đường ATF3-Resistin có thể là mục tiêu chữa bệnh rộng hơn. Các thử nghiệm lâm sàng trên người cần được tiến hành để xác nhận hiệu quảan toàn tính của SW20.1.

18/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Taipei Medical University College of Medicine International Ph. Program in Medicine Ph. Dissertation Effects of SW20.1 on suppressing Adipogenesis in 3T3- L1 Adipocytes via the ATF3-Resistin Pathway and attenuating obesity-induced metabolic dysfunction in High Fat diet-induced Obese Mice Advisor: Hsi-Hsien Chen, Ph. Co-Advisor: Heng Lin, Ph.

Student: Tran Tuan Tu Student ID: D142109017 June, 2023 Declaration I hereby declare that the research titled "Effects of SW20.1 on Suppressing Adipogenesis in 3T3-L1 Adipocytes via the ATF3-Resistin Pathway and Attenuating Obesity-induced Metabolic Dysfunction in High Fat Diet- induced Obese Mice" is my original work conducted under the supervision of Professor Hsi-Hsien Chen and Professor Heng Lin. I affirm that this research project was conducted with integrity, adhering to the highest ethical standards and in compliance with the guidelines and regulations set forth by the relevant authorities. The data presented in this study is accurate and has been obtained through rigorous experimentation and analysis. I declare that any external sources or references used in this research have been appropriately cited and acknowledged.

All intellectual property rights of third-party materials have been respected and upheld. I take full responsibility for the content and findings presented in this research. The conclusions drawn and the interpretations made are based on the data collected and analyzed during the course of this study. Any limitations or uncertainties in the research methodology and results have been duly acknowledged and discussed.

I am committed to sharing the findings of this research with the scientific community and ensuring the transparency and reproducibility of the study. I am open to further discussions, collaborations, and peer review to enhance the validity and impact of this research. Sincerely, Tran Tuan Tu, Taipei, 2023 II Acknowledgment Firstly, I would like to express my heartfelt gratitude to my first supervisor, Prof. Hsi-Hsien Chen, and my co-supervisor, Prof.

Heng Lin, for their invaluable guidance and support throughout my project. Their expertise and mentorship have been instrumental in shaping the success of my research. I am also deeply grateful to all the members of my lab who have generously shared their knowledge and expertise with me. Their teachings in techniques and data analysis have greatly contributed to the quality of my projects.

I recognize that the support and encouragement from my family and friends have played a crucial role in my achievements. I extend my special thanks to my wife, whose unwavering presence and constant motivation have been a driving force behind my accomplishments. Lastly, I express my gratitude to the esteemed members of the committee, namely Prof Dean-Mo Liu, Prof Wen-Shan Li, and Prof Hsin-Yi Hung, for their valuable comments, insightful questions, and helpful suggestions during my thesis defense. III Abbreviations ATF3 Activating transcription factor 3 HFD High fat diet WT Wild type WAT White adipose tissue BAT Brown adipose tissue DMEM Dulbecco modified Eagle medium FBS Fetal bovine serum IBMX Isobutyl methylxanthine MTT 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5- Diphenyltetrazolium Bromide ChIP Chromatin Immunoprecipitation DMSO Dimethyl sulfoxide iWAT Inguinal white adipose tissue C/EBPD CCAAT/enhancer-binding protein D PPARJ2 Peroxisome proliferator-activated receptor J2 ChREBP Carbohydrate-responsive element-binding protein SCD1 Stearoyl-CoA desaturase-1 FABP4 Fatty acid binding protein 4 HSP70 Heat shock proteins 70 PGC1D Peroxisome proliferator-activated receptor- gamma coactivator -1alpha GAPDH Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase IV Table of Contents Declaration.

IV List of Figures. VIII List of Tables. 5 Chapter 2: Literature Review. The functions of ATF3.

The effectiveness of ATF3- inducer drugs. The functions of adipokines. 15 Chapter 3: Study Design and Methods. Material and Methods.

The Chemical Structure of SW20.1 and other Derivates. Cytotoxicity of SW20.1 in differentiated 3T3-L1 cells. The effects of SW20.1 on intracellular Lipid accumulation during differentiation of 3T3-L1 preadipocytes. The ATF3 expression was induced by SW20.1 and other derivatives.1 suppress 3T3-L1 pre-adipocyte differentiation .1 inhibits adipogenesis directly through the ATF3-Resistin pathway.1 Treatment ameliorates obesity and obesity-related metabolic syndrome obesity induced by HFD in mice .1 treatment inhibits Adipogenesis in HFD- fed Mice.

81 VI Figure S1: The chemical structure of ATF3- inducer compound (cont). 81 Figure S2: The cardiovascular index. 82 Figure S3: NMR results of SW20. 83 VII List of Figures Figure 1: Chemical structures formula of major ATF3 synthetic compounds.

27 Figure 2: The cytotoxicity of SW20.1 in differentiated 3T3-L1 adipocyte. 31 Figure 3: The effect of SW20.1 on lipid accumulation during differentiation of 3T3-L1 preadipocytes. 34 Figure 4: Identify the function of SW20.1 that can induce ATF3 on preadipocytes (3T3-L1 Cell).1 suppresses lipid accumulation and inhibits adipogenesis/lipogenesis through the ATF3- Resistin pathway. 40 Figure 6: Molecular mechanism of SW20.

43 Figure 7: Results of treatment with or without SW20.1 or ST32db in wild- type mice with high-fat diet (HFD)-induced obesity and metabolic syndrome. 48 Figure 8: Biochemical parameters of mice treated to the DMSO, ST32db or SW20.1 treatment suppresses adipogenesis in HFD-fed mice. 53 VIII List of Tables Table 1: Primer sequence in the study. 25 IX Abstract Obesity has become an emerging problem globally because of its increasing prevalence.

Obesity is associated with many diseases, such as cardiovascular disease, dyslipidemia, and cancer. Thus, effective new anti- obesity drugs should be urgently developed. We synthesized SW20.1, a single compound that can induce activating transcription factor 3(ATF3) expression. The results of Oil-red O staining and quantitative real-time polymerase chain reaction revealed that SW20.1 was more effective in reducing lipid accumulation in 3T3-L1 preadipocytes than the previously synthesized ST32db, and that it inhibited the expression of genes involved in adipogenesis and lipogenesis.

The chromatin immunoprecipitation assay indicated that SW20.1 inhibited adipogenesis/lipogenesis by binding to the upstream promoter region of resistin at two sites (−2861/−2854 and −241/−234). In mice, the intraperitoneal administration of SW20.1 reduced body weight, white adipocyte weight in different regions, serum cholesterol levels, adipogenesis-related gene expression, hepatic-steatosis, and serum resistin levels.1 has an anti-obesity effect by inhibiting resistin via the ATF3 pathway. Our study results indicated that SW20.1 is a promising therapeutic drug for diet-induced obesity. Keywords: activating transcription factor 3; obesity; resistin, SW20.

Background Obesity is one of the most prevalent metabolic disorders worldwide, affecting 61 percent of adults, and is associated with various medical illnesses, such as dyslipidemia, diabetes mellitus, hypertension, malignancies, and osteoarthritis [1, 2]. These associations are contingent upon the excessive differentiation and proliferation of adipocytes. Adipogenesis is characterized by structural alterations, lipid accumulation, lipogenic enzyme production, and the storage of excess energy as triglyceride (TG) in adipocytes [3-5]. Inhibition of adipogenesis and TG deposition in adipocytes may therefore be of critical therapeutic value in drugs designed to treat or prevent Obesity.

The primary treatment for Obesity is a change in lifestyle [6]. Nevertheless, pharmacotherapy is recommended when these methods are ineffective or when Obesity is severe. Although certain anti-obesity medications have been approved and marketed, however, some of them have been discontinued due to severe adverse effects, such as: Amphetamines, rimonabant, and sibutramine [7, 8]. Therefore, there is an urgent need to produce effective and safe anti-obesity medications.

Adipose tissue consists of white adipose tissue (WAT), brown adipose tissue (BAT), and brite adipose tissue and is involved in both energy storage and thermogenesis regulation. Adipose tissue also secretes numerous hormones, cytokines, and metabolites, which are known as the adipokines [9]. Resistin is an adipose tissue-derived signaling cysteine-rich protein. An elevated plasma resistin level is associated with various dysfunctions, 2 including altered lipid and carbohydrate metabolism, inflammation, and insulin resistance [10].

Furthermore, resistin is related to knee osteoarthritis, ovarian cancer, and acute pancreatitis [11-13]. A human study revealed the association of resistin with obesity and impaired insulin sensitivity [14]. Salvia miltiorrhiza (or S. miltiorrhiza radix) is a member of the Labiatae family.

Because of its beneficial ability to enhance cardiovascular health and reduce platelet aggregation, S. miltiorrhiza is a well-known herb used to treat numerous ailments in traditional Chinese medicine [15]. miltiorrhiza contains multiple chemical substances. More than 50 water-soluble components and 30 liposoluble components have been identified in S.

Most water-soluble components of S. miltiorrhiza exhibit antioxidative, anticoagulant, and myocardial protective effects, which are mainly attributed to blood activation and blood clot elimination [15, 17]. Primary tanshinones, which are liposoluble components of S. miltiorrhiza, exhibit antibacterial, anti-inflammatory, and myocardial protective effects and protective effects for endothelial cells [18].

In addition to tanshinone I and tanshinone IIA, several specific liposoluble components of S. miltiorrhiza have been determined to exert antiobesity effects [19, 20]. Activating transcription factor 3 (ATF3), a member of the ATF/cAMP response element-binding (CREB) family, binds to the cyclic AMP response element in promoters containing the consensus sequence TGACGTCA [21, 22]. ATF3 is a homodimer-forming transcriptional repressor.

It forms a heterodimer with the members of the ATF/CERB or CCAAT/enhancer- binding protein (C/EBP) family to exert suppressive or stimulatory effects [23, 24]. Ultraviolet radiation, cAMP, calcium influx, and cytokines are stress signals that can increase the generation of ATF3, which is normally 3 produced at low levels in normal or quiescent cells [25, 26]. ATF3 can inhibit the mRNA expression of peroxisome proliferator-activated receptor J (PPARJ) and C/EBPα, thus suppressing adipocyte development [27]. High- fat diet (HFD)-fed ATF3−/− mice gained more weight than did their littermate wild-type control mice and developed impaired glucose metabolism and hyperlipidemia [28, 29].

We examined ATF3 inducers from a modified Chinese herb single- compound library utilizing ATF3-specific promoter-screening techniques.1, a synthetic molecule similar to neo-tanshinlactone, was derived from Salvia miltiorrhiza. ST32da and ST32db, which are derivatives of SW20.1, have been demonstrated to have anti-obesity effects in mice that were fed high-fat diets, known for inducing obesity [28, 31] [32]. Therefore, we hypothesized that SW20.1 might have an excellent antiobesity and anti- metabolic syndrome via inducing ATF3 expression. Objectives In our study, we aimed to investigate the anti-obesity and anti- metabolic syndrome effects of SW20.1 and ST32db in mice that were induced to become obese through a high-fat diet (HFD).

Additionally, we sought to explore whether the molecular mechanism underlying the effects of SW20.1 involved the ATF3-mediated signaling pathway. 5 Chapter 2: Literature Review 2. The functions of ATF3 ATF3 is a member of the ATF/cAMP response element-binding (CREB) family and binds to the cyclin AMP response element (CRE) in promoters containing the consensus sequence TGACGTCA [33, 34]. This factor is a homodimer-forming transcriptional repressor.

It forms a heterodimer with members of the ATF/CERB or CCAAT/enhancer binding protein (C/EBP) families to exert suppressive or stimulatory actions [23, 24]. UV radiation, cAMP, calcium influx, and cytokines are among the stress signals that can increase ATF3, which is produced at low levels in normal and quiescent cells [25, 26]. ATF3 and ATF3-regulated signals were related to metabolic, immunity, and oncogenesis [35]. In addition, ATF3 has been shown to play crucial functions throughout postnatal cortical growth and damage recovery.

In early developing cortical neuronal cultures, the inhibition of ATF3 specifically inhibited neurite outgrowth and differentiation and caused increased cell death [36]. Regarding cancer, ATF3 is considered a regulator for prostate, breast, colon, lung, and liver cancers [35]. In prostate cancer, ATF3 is a tumor suppression linked to ATF3 and AKT signaling through the loss of phosphatase and tension homolog protein ( Pten) [37]. ATF3 binds to the androgen receptor (AR) and inhibits the androgen signaling that is essential for the proliferation and survival of prostatic epithelial cells [38].

Besides, ATF3 can also suppress the p53 mutation, which serves for chemoresistance, migration, and invasion [39, 40]. The upregulation of ATF3 expression is observed in metastatic breast cancer. However, in contrast to its transient 6 expression in normal mammary epithelial cells, TGFβ plays a critical role in sustaining and prolonging ATF3 expression [41-44]. ATF3 serves a dual function by promoting apoptosis in normal mammary epithelial cells and stimulating proliferation in breast cancer cells, thereby contributing to metastasis.

This dual role is reminiscent of the dichotomy exhibited by TGFβ [45, 46], which induces epithelial to mesenchymal transition through ATF3. The involvement of the Wnt and p53 signaling pathways have been identified in the regulation of the ATF3 expression [43, 47].

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ