Direct and indirect evidence of brown adipose tissue in adult patients from Yakutia

After the re-discovery of brown adipose tissue (BAT) in humans, there is increasing interest in the study of induction of this thermogenic tissue as a basis to combat obesity and related complications. Cold exposure is one of the strongest stimuli able to activate BAT and to induce the appearance of brown-like adipocytes in white fat depots (browning process). We analyzed the potential of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) to reflect BAT activity based on previous studies that gave promising results in mice. BAT studies in humans require invasive techniques such as biopsies of adipose tissue or the use of techniques such as positron emission tomography, which implies the use of radioactive isotopes. Thus, it would be of interest to have a readily available source of biomarkers in PBMCs as observed in experimental procedures with mice. Our studies on peripheral blood of Siberian people, have shown that gene expression in PBMCs reflects certain features of brown adipose tissue response to cold exposure. PBMCs are able to express brown markers such as Cidea, Hoxc9, Prdm16, Cpt1a and Slc27a1. To our knowledge, there are no previous reports on the study of browning effects of cold exposure on PBMC gene expression in humans. The most relevant data was the significant increase of Cidea mRNA expression observed in cold-exposed Siberian group. We also performed UCP1 and TH immunohistochemistry on autoptic biopsies from periaortic and perirenal adipose depots of Siberian patients. Our results showed that most of the depots observed, clearly showed UCP1-positive islands both in outdoor and in indoor working patients. Comparing the two groups, we observed that outdoor workers had more BAT and more intensely stained for the functional protein UCP1 than indoor workers. Moreover, there is a positive correlation between the presence of multilocular adipocytes and the density of positive TH fibers. The possibility of using an easily obtainable biological material, such as PBMCs, to perform BAT studies, opens new and interesting possibilities to analyze the relevance of this tissue on energy homeostasis and body weight control in humans, by using non-invasive approaches. Furthermore, our data show for the first time the presence of relevant amount of BAT in adult humans living in Siberia with a positive correlation between multilocular adipocytes and noradrenergic parenchymal nerve fibers.

La scoperta del tessuto adiposo bruno nell’uomo ha destato un grande interesse in quanto la sua induzione potrebbe rappresentare una possibilità per la cura contro l’obesità e i rischi ad essa correlati. L’esposizione al freddo è uno degli stimoli principali che determina la trasformazione degli adipociti bianchi in bruni (fenomeno del browning). Sulla base di studi promettenti svolti sui topi, abbiamo analizzato, anche nell’uomo, la capacità delle cellule mononucleate del sangue periferico di esprimere biomarkers del browning. Infatti, poiché le tecniche di studio del tessuto adiposo bruno sono tutte invasive, l’individuazione nel sangue di opportuni biomarkers sarebbe molto interessante. Abbiamo quindi effettuato studi sul sangue di pazienti Siberiani, abituati a vivere in un clima freddo; da questi studi è emerso che le cellule del sangue esprimono alcuni geni tipici del browning, come Cidea, Hoxc9, Prdm16, Cpt1a e Slc27a1. Questo è un dato molto interessante perché per la prima volta vengono evidenziati questi markers nell’uomo. Tra questi, il dato più significativo è la maggiore espressione del gene Cidea nel gruppo dei pazienti esposti a freddo rispetto al gruppo di controllo. Abbiamo inoltre effettuato studi di immunoistochimica su biopsie autoptiche di tessuto adiposo perirenale e periaortico di pazienti Siberiani, per indagare la presenza di UCP1 (proteina caratteristica degli adipociti bruni) e TH (marker di fibre nordrenergiche). La maggior parte dei depositi studiati contenevano isole brune; inoltre, dividendo i pazienti in due gruppi, uno comprendente i lavoratori in ambienti chiusi ed uno comprendente i lavoratori all’esterno, si è visto che in quest’ultimo gruppo la quantità di tessuto bruno è maggiore e quindi è più alta la positività all’UCP1. C’è anche una correlazione positiva tra il numero di adipociti multiloculari e il numero delle fibre TH-positive. La possibilità di utilizzare un deposito come il sangue, prelevabile così facilmente e in modo non invasivo, per studiare il browning, suggerisce nuove possibilità di approfondire il ruolo del tessuto adiposo bruno nell’omeostasi energetica dell’organismo. Inoltre i nostri studi dimostrano per la prima volta la presenza di una considerevole quantità di tessuto bruno in individui adulti.