Ghrelin is a novel endogenous natural ligand for the growth hormone (GH) secretagogue receptor that has recently been isolated from the rat stomach. Ghrelin administration stimulates GH secretion but also causes weight gain by increasing food intake and reducing fat utilization in rodents. To investigate the possible involvement of ghrelin in the pathogenesis of human obesity, we measured body composition (by dual X-ray absorption) as well as fasting plasma ghrelin concentrations (radioimmunoassay) in 15 Caucasians (8 men and 7 women, 31 ± 9 years of age, 92 ± 24 kg body wt, and 29±10% body fat, mean ± SD) and 15 Pima Indians (8 men and 7 women, 33 ± 5 years of age, 97 ± 29 kg body wt, and 30 ± 8% body fat). Fasting plasma ghrelin was negatively correlated with percent body fat (r = –0.45; P = 0.01), fasting insulin (r = – 0.45; P = 0.01) and leptin (r = –0.38; P = 0.03) concentrations. Plasma ghrelin concentration was decreased in obese Caucasians as compared with lean Caucasians (P < 0.01). Also, fasting plasma ghrelin was lower in Pima Indians, a population with a very high prevalence of obesity, compared with Caucasians (87 ± 28 vs. 129 ± 34 fmol/ml; P < 0.01). This result did not change after adjustment for fasting plasma insulin concentration. There was no correlation between fasting plasma ghrelin and height. Prospective clinical studies are now needed to establish the role of ghrelin in the pathogenesis of human obesity.

Abstract

 The gastrointestinal peptide hormone ghrelin stimulates appetite in rodents and humans via hypothalamic actions. We discovered expression of ghrelin in a previously uncharacterized group of neurons adjacent to the third ventricle between the dorsal, ventral, paraventricular, and arcuate hypothalamic nuclei. These neurons send efferents onto key hypothalamic circuits, including those producing neuropeptide Y (NPY), Agouti-related protein (AGRP), proopiomelanocortin (POMC) products, and corticotropin-releasing hormone (CRH). Within the hypothalamus, ghrelin bound mostly on presynaptic terminals of NPY neurons. Using electrophysiological recordings, we found that ghrelin stimulated the activity of arcuate NPY neurons and mimicked the effect of NPY in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVH). We propose that at these sites, release of ghrelin may stimulate the release of orexigenic peptides and neurotransmitters, thus representing a novel regulatory circuit controlling energy homeostasis.

Rodent models of obesity induced by consuming high-fat diet (HFD) are characterized by inflammation both in peripheral tissues and in hypothalamic areas critical for energy homeostasis. Here we report that unlike inflammation in peripheral tissues, which develops as a consequence of obesity, hypothalamic inflammatory signaling was evident in both rats and mice within 1 to 3 days of HFD onset, prior to substantial weight gain. Furthermore, both reactive gliosis and markers suggestive of neuron injury were evident in the hypothalamic arcuate nucleus of rats and mice within the first week of HFD feeding. Although these responses temporarily subsided, suggesting that neuroprotective mechanisms may initially limit the damage, with continued HFD feeding, inflammation and gliosis returned permanently to the mediobasal hypothalamus. Consistent with these data in rodents, we found evidence of increased gliosis in the mediobasal hypothalamus of obese humans, as assessed by MRI. These findings collectively suggest that, in both humans and rodent models, obesity is associated with neuronal injury in a brain area crucial for body weight control.

A subclinical inflammatory reaction has been shown to precede the onset of type 2 (non-insulin-dependent) diabetes. We therefore examined prospectively the effects of the central inflammatory cytokines interleukin (IL)-1β, IL-6, and tumor necrosis factor-α (TNF-α) on the development of type 2 diabetes. We designed a nested case-control study within the prospective population-based European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam study including 27,548 individuals. Case subjects were defined to be those who were free of type 2 diabetes at baseline and subsequently developed type 2 diabetes during a 2.3-year follow-up period. A total of 192 cases of incident type 2 diabetes were identified and matched with 384 non-disease-developing control subjects. IL-6 and TNF-α levels were found to be elevated in participants with incident type 2 diabetes, whereas IL-1β plasma levels did not differ between the groups. Analysis of single cytokines revealed IL-6 as an independent predictor of type 2 diabetes after adjustment for age, sex, BMI, waist-to-hip ratio (WHR), sports, smoking status, educational attainment, alcohol consumption, and HbA1c (4th vs. the 1st quartile: odds ratio [OR] 2.6, 95% CI 1.2–5.5). The association between TNF-α and future type 2 diabetes was no longer significant after adjustment for BMI or WHR. Interestingly, combined analysis of the cytokines revealed a significant interaction between IL-1β and IL-6. In the fully adjusted model, participants with detectable levels of IL-1β and elevated levels of IL-6 had an independently increased risk to develop type 2 diabetes (3.3, 1.7–6.8), whereas individuals with increased concentrations of IL-6 but undetectable levels of IL-1β had no significantly increased risk, both compared with the low-level reference group. These results were confirmed in an analysis including only individuals with HbA1c <5.8% at baseline. Our data suggest that the pattern of circulating inflammatory cytokines modifies the risk for type 2 diabetes. In particular, a combined elevation of IL-1β and IL-6, rather than the isolated elevation of IL-6 alone, independently increases the risk of type 2 diabetes. These data strongly support the hypothesis that a subclinical inflammatory reaction has a role in the pathogenesis of type 2 diabetes.

Adiponectin is an adipocyte-derived peptide, which has antiinflammatory and insulin-sensitising properties. We designed a nested case-control study to assess whether baseline adiponectin concentrations in plasma are independently associated with risk of type 2 diabetes. We found that adiponectin concentrations in plasma were lower among individuals who later developed type 2 diabetes than among controls (mean 5·34 μg/mL [SD 3·49] vs 6·87 μg/mL [4·58], p<0·0001). High concentrations of adiponectin were associated with a substantially reduced relative risk of type 2 diabetes after adjustment for age, sex, waist-to-hip ratio, body-mass index, smoking, exercise, alcohol consumption, education, and glycosylated haemoglobin A1c (odds ratio 4th vs 1st quartile 0·3 [95% CI 0·2–0·7], p=0·0051). We conclude that adiponectin is independently associated with a reduced risk of type 2 diabetes in apparently healthy individuals.

The cannabinoid receptor type 1 (CB1) and its endogenous ligands, the endocannabinoids, are involved in the regulation of food intake. Here we show that the lack of CB1 in mice with a disrupted CB1 gene causes hypophagia and leanness. As compared with WT (CB1+/+) littermates, mice lacking CB1 (CB1-/-) exhibited reduced spontaneous caloric intake and, as a consequence of reduced total fat mass, decreased body weight. In young CB1-/- mice, the lean phenotype is predominantly caused by decreased caloric intake, whereas in adult CB1-/- mice, metabolic factors appear to contribute to the lean phenotype. No significant differences between genotypes were detected regarding locomotor activity, body temperature, or energy expenditure. Hypothalamic CB1 mRNA was found to be coexpressed with neuropeptides known to modulate food intake, such as corticotropin-releasing hormone (CRH), cocaine-amphetamine-regulated transcript (CART), melanin-concentrating hormone (MCH), and preproorexin, indicating a possible role for endocannabinoid receptors within central networks governing appetite. CB1-/- mice showed significantly increased CRH mRNA levels in the paraventricular nucleus and reduced CART mRNA levels in the dorsomedial and lateral hypothalamic areas. CB1 was also detected in epidydimal mouse adipocytes, and CB1-specific activation enhanced lipogenesis in primary adipocyte cultures. Our results indicate that the cannabinoid system is an essential endogenous regulator of energy homeostasis via central orexigenic as well as peripheral lipogenic mechanisms and might therefore represent a promising target to treat diseases characterized by impaired energy balance.

The gut hormone ghrelin targets the brain to promote food intake and adiposity. The ghrelin receptor growth hormone secretagogue 1 receptor (GHSR) is present in hypothalamic centers controlling energy metabolism as well as in the ventral tegmental area (VTA), a region important for motivational aspects of multiple behaviors, including feeding. Here we show that in mice and rats, ghrelin bound to neurons of the VTA, where it triggered increased dopamine neuronal activity, synapse formation, and dopamine turnover in the nucleus accumbens in a GHSR-dependent manner. Direct VTA administration of ghrelin also triggered feeding, while intra-VTA delivery of a selective GHSR antagonist blocked the orexigenic effect of circulating ghrelin and blunted rebound feeding following fasting. In addition, ghrelin- and GHSR-deficient mice showed attenuated feeding responses to restricted feeding schedules. Taken together, these data suggest that the mesolimbic reward circuitry is targeted by peripheral ghrelin to influence physiological mechanisms related to feeding.

The identification of new pharmacological approaches to effectively prevent, treat, and cure the metabolic syndrome is of crucial importance. Excessive exposure to dietary lipids causes inflammatory responses, deranges the homeostasis of cellular metabolism, and is believed to constitute a key initiator of the metabolic syndrome. Mammalian Sirt1 is a protein deacetylase that has been involved in resveratrol-mediated protection from high-fat diet-induced metabolic damage, but direct proof for the implication of Sirt1 has remained elusive. Here, we report that mice with moderate overexpression of Sirt1 under the control of its natural promoter exhibit fat mass gain similar to wild-type controls when exposed to a high-fat diet. Higher energy expenditure appears to be compensated by a parallel increase in food intake. Interestingly, transgenic Sirt1 mice under a high-fat diet show lower lipid-induced inflammation along with better glucose tolerance, and are almost entirely protected from hepatic steatosis. We present data indicating that such beneficial effects of Sirt1 are due to at least two mechanisms: induction of antioxidant proteins MnSOD and Nrf1, possibly via stimulation of PGC1α, and lower activation of proinflammatory cytokines, such as TNFα and IL-6, via down-modulation of NFκB activity. Together, these results provide direct proof of the protective potential of Sirt1 against the metabolic consequences of chronic exposure to a high-fat diet.