Adipocyte natural killer (NK) cells - immunological mediators of obesity-induced insulin resistance

Ved fedme ser man ofte en kronisk, lav-gradig inflammasjon og en infiltrering av immunceller i fettvevet. I dette prosjektet har vi undersøkt makrofager og naturlige drepeceller (NK celler) og deres betydning i forhold til utvikling av insulinresistens hos pasienter med sykelig overvekt. Fedme er assosiert med en rekke følgesykdommer, blant annet type 2 diabetes (T2D) og leversykdommen ikke-alkoholisk fettlever (NAFL) som kan utvikle seg til den mer alvorlige formen ikke-alkoholisk steatohepatitt (NASH). I første del av studien så vi på NK celler i blod, fettvev og lever hos pasienter med NAFL eller NASH. Vi undersøkte først overflateproteiner på sirkulerende NK celler. Her fant vi at det var få forskjeller i uttrykket av de analyserte proteinene på NK celler fra lever-pasientene og fra friske kontroller, men vi fant at NKG2D, en reseptor som er uttrykt på aktiverte NK celler, var oppregulert på sirkulerende NK celler fra pasienter med NASH. Når vi så undersøkte funksjonen til de sirkulerende NK cellene, fant vi at det ikke var noen endring i funksjonen til NK celler fra leverpasienter sammenlignet med NK celler fra friske kontroller. Vi analyserte også NK celler fra fettvev og lever og fant at det var et høyere antall NK celler i lever sammenlignet med fettvevet og blodet. Det var derimot ingen endringer i overflateproteiner på NK celler fra vev hos leverpasientene og det var heller ingen sammenheng mellom uttrykk av overflateproteiner og grad av leversykdom eller insulinresistens. I andre del av studien undersøkte vi fettvevsmakrofager fra pasienter med sykelig overvekt. Vi analyserte makrofager både fra subkutant fettvev, som er fettvevet lokalisert under huden og fra visceralt fettvev som er fettvevet man finner inne i magen, rundt de indre organene. Her fant vi at det totale antallet makrofager var høyere i det subkutane fettvevet sammenlignet med det viscerale fettvevet. Når vi videre delte inn makrofagene i pro-inflammatoriske (M1) og anti-inflammatoriske (M2) makrofager fant vi at det viscerale fettvevet inneholdt en større andel pro-inflammatoriske makrofager enn det subkutane fettvevet. Analyse av overflateproteiner på M1 og M2 makrofagene viste at M1 makrofagene uttrykte proteiner assosiert med pro-inflammatoriske makrofager. Videre fant vi at ratioen mellom pro- og anti-inflammatoriske makrofager var positivt korrelert med insulinresistens (målt ved HOMA-IR). M1/M2 ratioen var også korrelert med dyslipidemi, den var positivt korrelert med triglyserider og negativt korrelert med HDL-kolesterol (det «gode» kolesterolet). For andre markører på fettvevsinflammasjon, slik som uttrykk av inflammasjonsgener og antall makrofager i såkalte krone-lignende strukturer, fant vi ikke at disse var signifikant assosiert med metabolske parametere. Videre så vi på sirkulerende inflammatoriske faktorer i to ulike kohorter, en kohort med slanke kontroller og personer med fedme og en kohort med prøver tatt før og etter fedmeoperasjon. De fleste faktorene var høyere hos personer med fedme og var redusert etter fedmeoperasjon, men vi så at denne nedgangen ikke var korrelert med den samtidige forbedringen i insulinfølsomhet (nedgang i HOMA-IR). I siste del av studien utførte vi en screening av overflateproteiner på fettvevsmakrofager og fettvevsstamceller. Her fant vi overflateproteiner som potensielt kan definere makrofagene og stamcellene og også undergrupper av disse. Vi sammenlignet deretter våre proteindata med et single-cell RNA-sekvenseringsdatasett. Her fant vi at våre overflateproteiner var anriket i klustre som tilsvarer makrofager og stamceller og som dermed styrket oppfatningen om at disse proteinene var uttrykt på makrofager eller stamceller. Til slutt brukte vi en bioinformatisk metode til å undersøke mulige interaksjoner mellom overflateproteinene og molekyler på andre celletyper for å forstå mer om hvilke celler som kan interagere med hverandre i fettvevet. Anti-inflammatoriske medikamenter kan muligens bedre fedme-relatert inflammasjon og dermed også potensielt hindre utvikling av flere av følgesykdommene forbundet med fedme. Men anti-inflammatoriske medikamenter kan hemme inflammasjon uspesifikt og kan dermed påvirke både farlige og nyttige inflammatoriske signalveier. Det har blant annet vist seg at en viss grad av inflammasjon i fettvevet er nødvendig for å opprettholde normal vevsfysiologi og for at fettvevet skal kunne ekspandere og remodellere i respons på inntak av næringsstoffer. Det kan derfor være mer hensiktsmessig å identifisere spesifikke celletyper og interaksjoner mellom disse, eller signalveier i fettvevet som kan brukes som direkte mål for behandling for å hindre fettvevsinflammasjon og utvikling følgesykdommer forbundet med fedme. I denne studien har vi karakterisert overflateproteiner på makrofager og fettvevsstamceller. Vi har dermed fått en dypere forståelse av hvilke overflateproteiner som kan definere hvilke undergrupper, og disse kan igjen være potensielle mål for medikamenter og annen behandling. Vi brukte også informasjon om uttrykk av overflateproteiner for å se på interaksjoner mellom ulike celletyper i fettvevet. Her kan man også tenke seg at det er mulig å blokkere eller hemme spesifikke interaksjoner for å bremse utvikling av skadelig fettvevsinflammasjon og dermed muligens hindre utvikling av fedme-relaterte følgesykdommer. Mange studier som undersøker immunceller i fettvev og inflammasjon forbundet med fedme er gjennomført i mus og det er derfor viktig med bekreftende studier i mennesker som også kartlegger og karakteriserer undergrupper av immunceller i humant fettvev. Dette kan være et viktig steg mot økt forståelse av hvilke undergrupper av immunceller som finnes i fettvevet hos mennesker og som kan bidra til utvikling av fettvevsinflammasjon. I denne studien har vi gjort grundige karakteriseringer av både naturlige drepeceller (NK celler) og makrofager hos pasienter med fedme. Vi har undersøkt flere overflateproteiner på disse cellene, både i sirkulasjonen men også i vev slik som fettvev og lever. Dette har ført til en bredere forståelse av hvilke undergrupper av NK celler og makrofager som kan være viktige. Vi har blant annet funnet at en reseptor som er uttrykt på aktiverte NK celler, NKG2D, er oppregulert på NK celler fra pasienter med ikke-alkoholisk steatohepatitt (NASH) i forhold til pasienter med den litt mildere leversykdommen ikke-alkoholisk fettlever (NAFL) og i forhold til normalvektige, friske personer. Denne reseptoren kan derfor være et potensielt mål for medikamenter mot utvikling av NASH og er en interessant reseptor som det bør forskes videre på. Vi har også fått en forståelse av hvilke celletyper som er assosiert med blant annet insulinresistens og her har vi funnet at det ikke bare er mer pro-inflammatoriske makrofager som er viktige, men andelen pro-inflammatoriske i forhold til anti-inflammatoriske makrofager som ser ut til å ha en betydning. Dette kan tyde på at man også muligens kan utviklere medikamenter som kan modulere anti-inflammatoriske celler og signalveier. Vi har også sett på hvilke sirkulerende markører som gjenspeiler inflammasjon i fettvevet. Man kan tenke seg at disse kan fungere som markører for fettvevsinflammasjon og man kan dermed få et bilde av fettvevsinflammasjonen ved å måle markører i blodet som jo er en del enklere og mindre inngripende enn å ta en blodprøve.