Objective Butyrate exerts metabolic benefits in mice and humans, the underlying mechanisms being still unclear. We aimed to investigate the effect of butyrate on appetite and energy expenditure, and to what extent these two components contribute to the beneficial metabolic effects of butyrate. Design Acute effects of butyrate on appetite and its method of action were investigated in mice following an intragastric gavage or intravenous injection of butyrate. To study the contribution of satiety to the metabolic benefits of butyrate, mice were fed a high-fat diet with butyrate, and an additional pair-fed group was included. Mechanistic involvement of the gut-brain neural circuit was investigated in vagotomised mice. Results Acute oral, but not intravenous, butyrate administration decreased food intake, suppressed the activity of orexigenic neurons that express neuropeptide Y in the hypothalamus, and decreased neuronal activity within the nucleus tractus solitarius and dorsal vagal complex in the brainstem. Chronic butyrate supplementation prevented diet-induced obesity, hyperinsulinaemia, hypertriglyceridaemia and hepatic steatosis, largely attributed to a reduction in food intake. Butyrate also modestly promoted fat oxidation and activated brown adipose tissue (BAT), evident from increased utilisation of plasma triglyceride-derived fatty acids. This effect was not due to the reduced food intake, but explained by an increased sympathetic outflow to BAT. Subdiaphragmatic vagotomy abolished the effects of butyrate on food intake as well as the stimulation of metabolic activity in BAT. Conclusion Butyrate acts on the gut-brain neural circuit to improve energy metabolism via reducing energy intake and enhancing fat oxidation by activating BAT.

Brown adipose tissue (BAT) combusts high amounts of fatty acids, thereby lowering plasma triglyceride levels and reducing obesity. However, the precise role of BAT in plasma cholesterol metabolism and atherosclerosis development remains unclear. Here we show that BAT activation by β3-adrenergic receptor stimulation protects from atherosclerosis in hyperlipidemic APOE*3-Leiden.CETP mice, a well-established model for human-like lipoprotein metabolism that unlike hyperlipidemic Apoe(-/-) and Ldlr(-/-) mice expresses functional apoE and LDLR. BAT activation increases energy expenditure and decreases plasma triglyceride and cholesterol levels. Mechanistically, we demonstrate that BAT activation enhances the selective uptake of fatty acids from triglyceride-rich lipoproteins into BAT, subsequently accelerating the hepatic clearance of the cholesterol-enriched remnants. These effects depend on a functional hepatic apoE-LDLR clearance pathway as BAT activation in Apoe(-/-) and Ldlr(-/-) mice does not attenuate hypercholesterolaemia and atherosclerosis. We conclude that activation of BAT is a powerful therapeutic avenue to ameliorate hyperlipidaemia and protect from atherosclerosis.

Tirzepatide, a glucose-dependent insulinotropic polypeptide/glucagon-like peptide 1 receptor (GIPR/GLP-1R) agonist, has, in clinical trials, demonstrated greater reductions in glucose, body weight, and triglyceride levels compared with selective GLP-1R agonists in people with type 2 diabetes (T2D). However, cellular mechanisms by which GIPR agonism may contribute to these improved efficacy outcomes have not been fully defined. Using human adipocyte and mouse models, we investigated how long-acting GIPR agonists regulate fasted and fed adipocyte functions. In functional assays, GIPR agonism enhanced insulin signaling, augmented glucose uptake, and increased the conversion of glucose to glycerol in a cooperative manner with insulin; however, in the absence of insulin, GIPR agonists increased lipolysis. In diet-induced obese mice treated with a long-acting GIPR agonist, circulating triglyceride levels were reduced during oral lipid challenge, and lipoprotein-derived fatty acid uptake into adipose tissue was increased. Our findings support a model for long-acting GIPR agonists to modulate both fasted and fed adipose tissue function differentially by cooperating with insulin to augment glucose and lipid clearance in the fed state while enhancing lipid release when insulin levels are reduced in the fasted state.

Abstract Lipid metabolism is under the control of the circadian system and circadian dysregulation has been linked to obesity and dyslipidemia. These factors and outcomes have also been associated to, or affected by, the process of aging. Here, we investigated whether murine white (WAT) and brown (BAT) adipose tissue lipids exhibit rhythmicity and if this is affected by aging. To this end, we have measured the 24 hour lipid profiles of WAT and BAT using a global lipidomics analysis of >1100 lipids. We observed rhythmicity in nearly all lipid classes including glycerolipids, glycerophospholipids, sterol lipids and sphingolipids. Overall, ~22% of the analyzed lipids were considered rhythmic in WAT and BAT. Despite a general accumulation of lipids upon aging the fraction of oscillating lipids decreased in both tissues to 14% and 18%, respectively. Diurnal profiles of lipids in BAT appeared to depend on the lipid acyl chain length and this specific regulation was lost in aged mice. Our study revealed how aging affects the rhythmicity of lipid metabolism and could contribute to the quest for targets that improve diurnal lipid homeostasis to maintain cardiometabolic health during aging.

Brown adipose tissue (BAT) combusts lipids and glucose to generate heat. Via this process of non-shivering thermogenesis, BAT plays a pivotal role in thermoregulation in cold environments, but its contribution to immune-induced fever is less clear.

Abstract The metabolic and inflammatory processes that are implicated in the development of cardiovascular diseases are under control of the biological clock. While skeletal muscle function exhibits circadian rhythms, it is unclear to what extent the beneficial health effects of exercise are restricted to unique time windows. We aimed to study whether the timing of exercise training differentially modulates the development of atherosclerosis and elucidate underlying mechanisms. We endurance-trained atherosclerosis-prone female APOE*3-Leiden.CETP mice fed a Western-type diet, a well-established human-like model for cardiometabolic diseases, for one hour five times a week for four weeks either in their early or in their late active phase on a treadmill. We monitored metabolic parameters, the development of atherosclerotic lesions in the aortic root and assessed the composition of the gut microbiota. Late, but not early, exercise training reduced fat mass by 19% and the size of early-stage atherosclerotic lesions by as much as 29% compared to sedentary animals. No correlation between cholesterol exposure and lesion size was evident, as no differences in plasma lipid levels were observed, but circulating levels of the pro-inflammatory markers ICAM-1 and VCAM-1 were reduced with late exercise. Strikingly, we observed a time-of-day-dependent effect of exercise training on the composition of the gut microbiota as only late training increased the abundance of gut bacteria producing short-chain fatty acids with proposed anti-inflammatory properties. Together, these findings indicate that timing is a critical factor to the beneficial anti-atherosclerotic effects of exercise with a great potential to further optimize training recommendations for patients.

Endogenous glucocorticoid levels display a strong circadian rhythm, which is often not considered when synthetic glucocorticoids are prescribed as anti-inflammatory drugs. In this study we evaluated the effect timing of glucocorticoid administration, i.e. in-phase (administered when endogenous glucocorticoid levels are high) versus out-of-phase (administered when endogenous glucocorticoid levels are low). We investigated the synthetic glucocorticoid betamethasone - which is extensively used in the clinic - and monitored the development of common metabolic side effects in mice upon prolonged treatment, with a particular focus on glucose metabolism.

Abstract Funding Acknowledgements Type of funding sources: Public Institution(s). Main funding source(s): Rembrandt Institute for Cardiovascular Science (grant 2022) The regulation of cholesterol and fatty acid homeostasis is essential and the Liver X Receptor (LXR) plays a crucial role in this process. When activated, LXR promotes cholesterol efflux and suppresses the transcription of pro-inflammatory genes in mouse macrophages, making it a promising therapy against atherosclerosis. Studies indeed have shown that LXR agonism is effective in pre-clinical atherosclerotic mouse models. However, the limited data on human macrophages suggests that LXR activation may have additional pro-inflammatory effects in humans, and the mechanisms contributing to this are not yet fully understood. To investigate the inflammatory properties of LXR activation in human macrophages, monocytes were isolated from buffy coats of healthy donors and differentiated into macrophages using M-CSF. The macrophages were exposed to synthetic and endogenous LXR ligands, such as GW3965, T0901317, and desmosterol, respectively, followed by stimulation with lipopolysaccharide (LPS) for six hours. We used qPCR and ELISA to analyze experiments and plan to supplement our data with RNA-Seq and multiplex assays. Preliminary results show that LXR activation reduces LPS-induced activation of interferon-mediated genes like CXCL9 and CXCL10, similar to mice. However, it promotes the transcription of NF-kB target genes like IL1B and IL12B upon LPS activation. These findings suggest that LXR activation in human macrophages not solely suppresses inflammatory responses in macrophages and that LXR activation has different effects on the regulation of genes mediated by interferon or NF-kB. Our research aims to further uncover the regulatory mechanisms behind LXR activation in human macrophages as central regulators in atherosclerosis.

Abstract Context The growth hormone (GH) secretagogue receptor, encoded by GHSR, is expressed on somatotrophs of the pituitary gland. Stimulation with its ligand ghrelin, as well as its constitutive activity, enhances GH secretion. Studies in knock-out mice suggest that heterozygous loss-of-function of GHSR is associated with decreased GH response to fasting, but patient observations in small case reports have been equivocal. Objective To establish the phenotype of GHSR haploinsufficiency and their growth response to GH treatment. Methods This case series includes 26 patients with short stature and heterozygous GHSR variants. Pathogenicity was studied in vitro using total protein levels, cell surface expression, and receptor activity in basal, stimulated and inhibited states. Results Ten different variants were identified, of which six were novel. Variants showed either partial or complete loss-of-function, primarily through loss of constitutive activity. Patients (4.0-15.1 years) had proportionate short stature (height -2.8±0.5 SDS), failure to thrive with low appetite (n=4), a mean serum insulin growth factor I (IGF-I) of -1.6±0.7 SDS, and a normal stimulated GH response. Nine patients received GH treatment, showing a height gain of 0.9±0.4 SDS after 1 year and 1.5±0.4 SDS after 2 years (n=5). Conclusion This study combines phenotypical and functional data in a uniquely large group of children with short stature carrying GHSR variants, and shows their good response to GH treatment. The results strengthen the hypothesis of GHSR's role in GH secretion.