Context: Cold-induced activation of thermogenesis modulates energy metabolism, but the role of humoral mediators is not completely understood. Objective: To investigate the role of parathyroid and thyroid hormones in acute and adaptive response to cold in humans. Design: Cross-sectional study examining acute response to ice-water swimming and to experimental non-shivering thermogenesis (NST) induction in individuals acclimatized and non-acclimatized to cold. Seasonal variation in energy metabolism of ice-water swimmers and associations between circulating PTH and molecular components of thermogenic program in brown adipose tissue (BAT) of neck-surgery patients were evaluated. Setting: Clinical Research Center. Patients, Participants: Ice-water swimmers (winter swim n=15, NST-induction n=6), non-acclimatized volunteers (NST-induction, n=11, elective neck surgery n = 36). Main Outcomes and Results: In ice-water swimmers, PTH and TSH increased in response to 15min winter swim, while activation of NST failed to regulate PTH and lowered TSH. In non-acclimatized men, NST-induction decreased PTH and TSH. Positive correlation between systemic levels of PTH and whole-body metabolic preference for lipids as well as BAT 18F-FDG uptake was found across the two populations. Moreover, NST-cooling protocol-induced changes in metabolic preference for lipids correlated positively with changes in PTH. Finally, variability in circulating PTH correlated positively with UCP1/UCP1, PPARGC1A and DIO2 in BAT from neck surgery patients. Conclusions: Regulation of PTH and thyroid hormones during cold exposure in humans depends on the cold acclimatization level and/or cold stimulus intensity. Role of PTH in NST is substantiated by its positive relationships with whole-body metabolic preference for lipids, BAT volume and UCP1 content.

Transformation of white into brown fat ("browning") reduces obesity in many preclinical models and holds great promise as therapeutic concept in metabolic disease. Vitamin A metabolites (retinoids) have been linked to thermogenic programming of adipose tissue (AT), however the physiologic importance of systemic retinoid metabolism for AT browning and adaptive thermogenesis is unknown. Here we show that cold stimulation in mice and humans leads to an increase in circulating retinol and its plasma transporter, retinol binding protein (RBP). Cold exposure shifts retinol abundance from liver towards subcutaneous white AT (sWAT) which correlates with enhanced thermogenic gene expression. Cold-mediated retinoid flux is abrogated in Rbp deficient (Rbp-/-) mice, a model with defective retinoid transport. As a consequence, AT browning and mitochondrial function are dramatically impaired in sWAT, which renders Rbp-/- mice cold intolerant. Rbp deficiency also attenuates cold-induced lipid clearance most likely due to decreased oxidative capacity. In humans, cold-mediated retinol increase is associated with enhanced lipid utilization, and retinol stimulation in primary human adipocytes promotes thermogenic gene expression and mitochondrial respiration. In conclusion, systemic vitamin A abundance is regulated by cold exposure in mice and humans and intact retinoid shuttling is essential for cold-induced AT browning and lipid turnover.

PurposeThe potential limitations of hepatic [18F]FDG-PET imaging for individuals with obesity and excessive liver fat (NAFLD) are being investigated. In this study, we aim to determine the reliability of standardized uptake values (SUVs) focusing on adjustment for liver fat content (LFC) derived from DIXON images and the effects of whole-body normalizations.MethodsLean and with obesity volunteers who underwent [18F]FDG-PET/MRI were reviewed retrospectively. DIXON fat images were used to determine LFC and for adjustment of SUVmean. The hepatic SUVs (mean, fat adjusted mean and max) were normalized to body weight, lean body mass and body surface area. Blood samples were analysed for glucose, serological liver enzymes and lipoproteins for further correlation of [18F]FDG uptake.ResultsOut of 11 volunteers with obesity (M:8, F:3, BMI:30–39 kg/m2), 9 confirmed the presence of NAFLD (>5.6 % fat). 22 age-matched lean volunteers (M:10, F:11, BMI:19–26 kg/m2) were used as control group. Both SUVmean, before and after adjustment to LFC, did not provide any difference between lean and with obesity groups under BW, LBM and BSA. SUVmax BW showed a difference between groups (p = 0.05). SUVs were independent of levels of GPT, GOT, gGT, insulin, HOMA-IR, triglycerides, cholesterol and LDL. Volunteers with low HDL were clustered with an increased hepatic [18F]FDG uptake.ConclusionOur method for adjustment of hepatic [18F]FDG-PET with DIXON fat images allows to achieve accurate results for individuals with NAFLD and obesity. For homogenic results, raw SUVmean should be combined with adjustment for liver fat, appropriate normalization and consideration of HDL levels.