Many homeostatic processes, including appetite and food intake, are controlled by neuroendocrine circuits involving the CNS. The CNS also directly regulates adipocyte metabolism, as we have shown here by examining central action of the orexigenic hormone ghrelin. Chronic central ghrelin infusion resulted in increases in the glucose utilization rate of white and brown adipose tissue without affecting skeletal muscle. In white adipocytes, mRNA expression of various fat storage–promoting enzymes such as lipoprotein lipase, acetyl-CoA carboxylase α, fatty acid synthase, and stearoyl-CoA desaturase–1 was markedly increased, while that of the rate-limiting step in fat oxidation, carnitine palmitoyl transferase–1α, was decreased. In brown adipocytes, central ghrelin infusion resulted in lowered expression of the thermogenesis-related mitochondrial uncoupling proteins 1 and 3. These ghrelin effects were dose dependent, occurred independently from ghrelin-induced hyperphagia, and seemed to be mediated by the sympathetic nervous system. Additionally, the expression of some fat storage enzymes was decreased in ghrelin-deficient mice, which led us to conclude that central ghrelin is of physiological relevance in the control of cell metabolism in adipose tissue. These results unravel the existence of what we believe to be a new CNS-based neuroendocrine circuit regulating metabolic homeostasis of adipose tissue.

Summary

 Current evidence suggests that hypothalamic fatty acid metabolism may play a role in regulating food intake; however, confirmation that it is a physiologically relevant regulatory system of feeding is still incomplete. Here, we use pharmacological and genetic approaches to demonstrate that the physiological orexigenic response to ghrelin involves specific inhibition of fatty acid biosynthesis induced by AMP-activated protein kinase (AMPK) resulting in decreased hypothalamic levels of malonyl-CoA and increased carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT1) activity. In addition, we also demonstrate that fasting downregulates fatty acid synthase (FAS) in a region-specific manner and that this effect is mediated by an AMPK and ghrelin-dependent mechanisms. Thus, decreasing AMPK activity in the ventromedial nucleus of the hypothalamus (VMH) is sufficient to inhibit ghrelin's effects on FAS expression and feeding. Overall, our results indicate that modulation of hypothalamic fatty acid metabolism specifically in the VMH in response to ghrelin is a physiological mechanism that controls feeding.

Disruptions of the melanocortin signaling system have been linked to obesity. We investigated a possible role of the central nervous melanocortin system (CNS-Mcr) in the control of adiposity through effects on nutrient partitioning and cellular lipid metabolism independent of nutrient intake. We report that pharmacological inhibition of melanocortin receptors (Mcr) in rats and genetic disruption of Mc4r in mice directly and potently promoted lipid uptake, triglyceride synthesis, and fat accumulation in white adipose tissue (WAT), while increased CNS-Mcr signaling triggered lipid mobilization. These effects were independent of food intake and preceded changes in adiposity. In addition, decreased CNS-Mcr signaling promoted increased insulin sensitivity and glucose uptake in WAT while decreasing glucose utilization in muscle and brown adipose tissue. Such CNS control of peripheral nutrient partitioning depended on sympathetic nervous system function and was enhanced by synergistic effects on liver triglyceride synthesis. Our findings offer an explanation for enhanced adiposity resulting from decreased melanocortin signaling, even in the absence of hyperphagia, and are consistent with feeding-independent changes in substrate utilization as reflected by respiratory quotient, which is increased with chronic Mcr blockade in rodents and in humans with loss-of-function mutations in MC4R. We also reveal molecular underpinnings for direct control of the CNS-Mcr over lipid metabolism. These results suggest ways to design more efficient pharmacological methods for controlling adiposity.

The marked increase in the prevalence of obesity in the United States has recently been attributed to the increased fructose consumption. To determine if and how fructose might promote obesity in an animal model, we measured body composition, energy intake, energy expenditure, substrate oxidation, and several endocrine parameters related to energy homeostasis in mice consuming fructose.We compared the effects of ad libitum access to fructose (15% solution in water), sucrose (10%, popular soft drink), and artificial sweetener (0% calories, popular diet soft drink) on adipogenesis and energy metabolism in mice.Exposure to fructose water increased adiposity, whereas increased fat mass after consumption of soft drinks or diet soft drinks did not reach statistical significance (n = 9 each group). Total intake of energy was unaltered, because mice proportionally reduced their caloric intake from chow. There was a trend toward reduced energy expenditure and increased respiratory quotient, albeit not significant, in the fructose group. Furthermore, fructose produced a hepatic lipid accumulation with a characteristic pericentral pattern.These data are compatible with the conclusion that a high intake of fructose selectively enhances adipogenesis, possibly through a shift of substrate use to lipogenesis.

Abstract Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD), previously known as non-alcoholic fatty liver disease, encompasses steatosis and metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH), leading to cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Preclinical MASLD research is mainly performed in rodents; however, the model that best recapitulates human disease is yet to be defined. We conducted a wide-ranging retrospective review (metabolic phenotype, liver histopathology, transcriptome benchmarked against humans) of murine models (mostly male) and ranked them using an unbiased MASLD ‘human proximity score’ to define their metabolic relevance and ability to induce MASH-fibrosis. Here, we show that Western diets align closely with human MASH; high cholesterol content, extended study duration and/or genetic manipulation of disease-promoting pathways are required to intensify liver damage and accelerate significant (F2+) fibrosis development. Choline-deficient models rapidly induce MASH-fibrosis while showing relatively poor translatability. Our ranking of commonly used MASLD models, based on their proximity to human MASLD, helps with the selection of appropriate in vivo models to accelerate preclinical research.

Abstract The urinary bladder is markedly enlarged in the type 1 diabetes mellitus model of streptozotocin (STZ)-injected rats, but much less data exist for models of type 2 diabetes (T2DM). Diabetic polyuria has been proposed to explain bladder enlargement. We have collected data on bladder weight and blood glucose from 16 studies representing 9 distinct rodent diabetes (7 T2DM) and obesity models; some included arms with diets and/or pharmacological treatments. Data were analyzed for bladder enlargement and for correlations between bladder weight on the one and glucose levels on the other hand. Our data confirm major bladder enlargements in STZ rats, minor if any enlargement in fructose-fed rats, db/db mice and mice on a high-fat diet. For the first time we report bladder weight data on 5 other models with presence and degree of bladder enlargement being heterogeneous across models. Bladder weight was correlated with plasma glucose in some but not other models, but correlations were moderate to weak except for RIP-LMCV mice. We conclude that the presence and extent of bladder enlargement varies markedly across diabetes models, particularly TD2M models; our data do not support the idea that bladder enlargement is primarily driven by glucose levels/glucosuria.