background image

© The Author(s)  2024. Published  by Oxford University  Press on behalf  of the Endocrine  Society. All rights 
reserved.  For commercial  re-use,  please contact reprints@oup.com  for reprints  and translation  rights  for 
reprints.  All other permissions  can be obtained  through  our RightsLink  service via the Permissions  link on the 
article page on our site

for  further  information  please contact journals.permissions@oup.com.  This article 

is published  and distributed  under the terms of the Oxford University  Press, Standard  Journals  Publication 
Model (https://academic.oup.com/pages/standard-publication-reuse-rights) 

Impact of ghrelin on islet size in non-pregnant and pregnant female mice 

 

Authors and affiliations

 

Deepali Gupta

1

,

 

Avi W. Burstein

1

, Kripa Shankar

1

, Salil Varshney

1

, Omprakash Singh

1

, Sherri 

Osborne-Lawrence

1

, Corine P. Richard

1

, Jeffrey M. Zigman

1,2,3 

 

1

Center for Hypothalamic Research, Department of Internal Medicine, UT Southwestern Medical 

Center, Dallas Texas, USA 

2

Division of Endocrinology & Metabolism, Department of Internal Medicine, UT Southwestern 

Medical Center, Dallas Texas, USA 

10 

3

Department of Psychiatry, UT Southwestern Medical Center, Dallas Texas, USA 

11 

 

12 

Keywords  

13 

Islet, pregnancy, ghrelin, LEAP2, GHSR 

14 

 

15 

Corresponding author 

16 

Jeffrey M. Zigman 

17 

Center for Hypothalamic Research, Department of Internal Medicine,  

18 

UT Southwestern Medical Center, 75390-9077,  Dallas Texas, USA 

19 

Phone: +1 214-648-6422 

20 

Email: jeffrey.zigman@utsouthwestern.edu 

21 

ORCID - https://orcid.org/0000-0003-3477-1295 

22 

 

23 

Disclosure summary

 J.M.Z. owns stock in Eli Lilly, Novo Nordisk, and Medtronic.

 

 

24 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

Abstract: 

Reducing ghrelin by ghrelin gene knockout (GKO), ghrelin-cell ablation, or high-fat 

diet feeding increases islet size and β-cell mass in male mice. Here, we determined if reducing 

ghrelin also enlarges islets  in females, and if pregnancy-associated changes in islet size are 

related to reduced ghrelin.  Islet size and 

β-cell mass were larger (

P

=0.057 for β-cell mass) in 

female GKO mice. Pregnancy was associated with reduced ghrelin and increased LEAP2 [a 

ghrelin receptor (GHSR) antagonist] in WT mice. Ghrelin deletion and pregnancy each 

increased islet size (by ~19.9-30.2% and ~34.9-46.4%, respectively), percentage of large islets 

(>25 µm

2

 x 10

3

, by ~21.8-42% and ~21.2-41.2%, respectively) 

and β-cell mass (by ~15.7-23.8% 

and ~65.2-76.8%, respectively). Neither islet cross-

sectional area, β-cell cross-sectional area, 

nor β-cell mass correlated with plasma ghrelin, although all positively correlated with LEAP2 

10 

(

P

=0.081 for islet cross-sectional area). In 

ad lib

-fed mice, there was an effect of pregnancy, but 

11 

not ghrelin  deletion, to change (raise) plasma insulin without impacting blood glucose. Similarly, 

12 

there was an effect of pregnancy, but not ghrelin deletion, to change (lower) blood glucose area 

13 

under the curve during a glucose tolerance test. Thus, genetic deletion  of ghrelin increases islet 

14 

size and β-cell cross-sectional area in female mice, similar to males. Yet, despite pregnancy-

15 

associated reductions in ghrelin, other factors appear to govern islet  enlargement and changes 

16 

to insulin  sensitivity and glucose tolerance in the setting  of pregnancy. In the case of islet size 

17 

and β-cell mass, one of those factors may be the pregnancy-associated increase in LEAP2.

 

 

18 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

Introduction  

Ghrelin is an acylated peptide hormone secreted primarily by ghrelin cells in the stomach and 

duodenum (1). Ghrelin, which acts by binding to and activating GHSRs (growth hormone 

secretagogue receptors) located in the brain, pituitary, pancreatic islets of Langerhans, and 

elsewhere, is best known for its actions to increase food intake (including reward-based eating), 

body weight, and GH secretion (1-5). Ghrelin also has several essential  glucoregulatory actions 

(6). The related liver- and intestinal  tract-derived hormone LEAP2 (liver-expressed antimicrobial 

peptide-2) also binds GHSRs, although it serves as a GHSR antagonist/inverse agonist that 

potently blocks ghrelin action and decreases constitutive signaling  (7,8). LEAP2 and/or LEAP2 

analogs reduce food intake, binge eating, and body weight and block ghrelin-induced food 

10 

intake (9,10). Further, pre-prandial  plasma LEAP2 levels are negatively correlated with hunger 

11 

sensation  in human subjects while pre-prandial plasma ghrelin levels are positively correlated 

12 

(11).  

13 

 

14 

Regarding regulation of blood glucose, ghrelin raises  blood glucose when injected and prevents 

15 

life-threatening hypoglycemia during prolonged caloric restriction modeling starvation  (12,13). 

16 

Ghrelin permits the normal counterregulatory response  to insulin-induced  hypoglycemia in 

17 

healthy and diabetic mice (14,15). In contrast, LEAP2 infusions reduce post-prandial  glucose 

18 

excursions following a standardized  liquid mixed meal in humans 

– a finding that is also 

19 

observed in mice (10). These effects are thought to involve both direct and indirect actions on 

20 

the brain, pituitary, and/or islets  (4,6,16-19). Within islets, GHSR expression is found in all 4 

21 

traditional  islet endocrine cell-types, including glucagon-

secreting α-cells, insulin-secreting  β-

22 

cells, pancreatic polypeptide-secreting 

-cells, and somatostatin-

secreting  δ-cells, the latter of 

23 

which express the most islet GHSR (4,6,16-19).  

24 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

Ghrelin’s glucoregulatory actions and islet GHSR expression previously led us to begin 

investigating  effects of reducing ghrelin on islet size.  In a recent study performed using male 

mice, we reported that ghrelin deletion  [as occurs in ghrelin-KO (GKO) mice] increases mean 

islet size (as assessed  by measuring islet cross-

sectional area and Ferret’s diameter, which is 

the longest  diameter within an islet), percentage of the largest islets, and β-cell cross-sectional 

area in juvenile (4 wk-old) and adult (10-12 wk-old) mice (20)

. Higher β-cell numbers from 

decreased β-cell apoptosis drove the increase in β-cell cross-sectional area (20). To confirm 

that the changed islet  morphology in GKO mice was not simply from a developmental change 

resulting  from germline deletion of the ghrelin gene, we inducibly ablated ghrelin-cells from mice 

at 6 wks-of-age and then examined islets 4 wks post-ablation (20). This inducible ghrelin cell 

10 

ablation,  which was achieved using a ghrelin-cell selective diphtheria toxin-mediated approach, 

11 

also increased islet size and β-cell mass (20). Further, as high-fat diet-fed, diet-induced obese 

12 

mice have low circulating plasma ghrelin and increased islet size, we investigated  if the 

13 

physiologically reduced ghrelin mediates the islet enlargement  (20). A negative correlation 

14 

between islet size and plasma ghrelin in high-fat diet-fed plus standard  chow-fed wild-type (WT) 

15 

mice together with even higher islet size in high-fat diet-fed GKO mice than in high-fat diet-fed 

16 

WT mice suggested that reduced ghrelin  contributes to, but is not solely responsible  for, diet-

17 

induced obesity-associated  islet enlargement (20). 

18 

 

19 

Importantly, the above study (20) focused only on male mice. Yet, evidence exists regarding 

20 

sexually dimorphic effects of manipulating elements of the ghrelin system, for instance on body 

21 

weight and body composition, and estrogen-dependent  changes in both ghrelin levels & ghrelin 

22 

orexigenic efficacy have been described (21,22). Thus, it is unclear if the effects of reducing 

23 

ghrelin on islet size observed in male mice extend to female mice. Moreover, it is as yet 

24 

unknown if a reduction in ghrelin  also contributes to the enlargement in islet size  and β-cell 

25 

mass occurring during pregnancy. Notably, while some inconsistencies regarding pregnancy -

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

associated changes in plasma ghrelin exist in the literature, many studies performed in humans, 

mice, rats, and pigs demonstrate lower plasma ghrelin,  desacyl-ghrelin and/or total ghrelin 

(which comprises ghrelin and desacyl-ghrelin) in later pregnancy stages as compared to non-

pregnant or postpartum levels [see Discussion for details;  (23-36)]. Regarding the effect of 

pregnancy on islet size and β-cell mass, Banerjee et al demonstrated a higher percentage of Ki-

67-

positive (proliferating) β-cells in pregnant mice at gestational day 15.5 (GD15.5) than in non-

pregnant females 

– a phenomenon which the investigators demonstrated was dependent  on β-

cell-expressed prolactin receptors (37). Kim et al showed that relative 

β-cell mass and 

percentage of BrdU-

positive (proliferating) β-cells were higher in mice at GD13 vs. non-pregnant 

mice 

– a phenomenon which the investigators  demonstrated was dependent on β-cell-

10 

expressed 5-HTR2b receptors  (38). In rats, the numbers of BrdU-labeled cells/islet 

11 

progressively increased over the course of pregnancy beginning between GD6 (similar to non-

12 

pregnant controls) and GD10 (3-fold increase), peaking at GD14 (10-fold increase), at which 

13 

point they again fell down to non-pregnant levels by GD18 (39). When Rieck et al examined 

14 

GD14.5 islets in mice, they observed a 3.8X increase in β-cell mass with an associated increase 

15 

in BrdU-labeled, Ki-67-labeled 

β-cells compared to non-pregnant controls, as well as β-cell 

16 

hypertrophy and changed expression of a number of genes, including a 5-fold increase in 

17 

expression of the gene encoding the apoptosis  inhibitor 

Birc5

 (40).  

18 

 

19 

An increase in β-cell mass is also recognized during pregnancy in humans. For instance, Butler 

20 

et al reported an ~1.4-fold increase in pancreatic fractional 

β-cell area during pregnancy in 

21 

women as compared to non-pregnant women (41). The higher 

β-cell area in that autopsy series 

22 

of 18 pregnant women, who averaged 24.6 

 2.6 weeks of gestation (range: 10-40 weeks) at 

23 

the time of death, was associated with increases in the percentage of small islets,  islet density, 

24 

frequency of isolated β-cells, and percentage of insulin-positive  pancreatic duct cells (41). The 

25 

cross-sectional area of the largest islet identified per pancreatic section was not increased by 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

pregnancy, nor was mean 

β-cell size increased (41). Similar findings were reported in another 

autopsy series  by Moin et al of 14 pregnant women (at 24.5 

 2.7 weeks of gestation; range: 10-

40 weeks) and 9 age-matched non-pregnant controls (42).  Specifically, pregnant women had a 

higher islet density and increased number of smaller islets (42). Also, pregnancy was 

associated with an 

increase in the percentage of β-cells within clusters of 3 or fewer 

chromogranin A-positive cells, which are thought to represent newly-formed islets (42). Thus, 

although β-cell mass is increased in pregnancy in both mice and humans, this results  from an 

increase in the percentage of large islets  which drives an increase in mean islet size in mice vs. 

higher islet density and increased number of small islets in human.  

 

10 

These pregnancy-

associated increases in islet size and β-cell mass observed in humans and 

11 

rodents are widely considered to be adaptations  to the increased demand for insulin that 

12 

develops during pregnancy (39)

. Insufficiency of this adaptive expansion in β-cell mass is 

13 

thought to be a main contributor to gestational  diabetes  (43,44). The current study was 

14 

performed in order to establish  the effects of ghrelin levels on islet size  and β-cell cross-

15 

sectional area in female mice and to determine if pregnancy-associated reductions in ghrelin 

16 

contribute to pregnancy-associated islet  enlargement.  

17 

 

18 

Methods

 

19 

Study animals and study approval 

20 

All experiments were performed using female mice and were approved by the UT Southwestern 

21 

Medical Center Institutional  Animal Care and Use Committee. Except as noted, mice had 

ad 

22 

libitum

 

(ad lib

) access to standard  chow diet [2916 Teklad Global 16% Protein Rodent Diet 

23 

(Envigo, Indianapolis,  IN)] and water and were individually housed (beginning  one week prior to 

24 

the studies)  at room temperature (21.5

–22.5°C) in a 12-hr light-dark cycle. GKO and WT 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

littermates were generated by crossing GKO (line GKO1) heterozygotes on a C57BL/6N 

background, as previously reported (14,15,45). Mice were weaned at 3-4 wks-of-age. Non-

pregnant adult female WT and GKO mice were individually housed and handled daily. 

Assessments were performed on mice aged 8-15 weeks. Except as indicated, the same 

assessments  described for pregnant mice were performed in non-pregnant mice.  

 

 

Induction of timed pregnancies and routine metabolic analyses on pregnant mice 

As schematized in Figure 1A, timed pregnancies were achieved by synchronization of estrus 

cycles and mating. Adult GKO and WT littermate females were group housed (4-5 mice per 

cage) for 2 wks. Simultaneously, adult C57BL/6N males were individually housed for 2 wks. 

10 

Next, one of the above female mice was placed together with one of the above males for mating 

11 

between 10:00 to 11:00 am, followed by checking for vaginal copulation plugs at 4:00 pm on the 

12 

same day and again at 7:00 am and 3:00 pm for the next 3 consecutive days. Once the vaginal 

13 

plug was visualized,  the male was removed. The day on which the vaginal plug was detected 

14 

was set as gestational  day 0.5 (GD0.5). We observed vaginal copulation plugs in 93.1% of 

15 

females paired with males over the 3-day observation period. Of the females in which vaginal 

16 

copulation plugs were observed, 74.1% became pregnant, as evidenced by presence of fetuses 

17 

on GD13.5. As mice in which plugs were not observed over the 3-day period were excluded 

18 

from further analysis, we do not know the percentage of mice without observed plugs who 

19 

nonetheless  became pregnant. 

20 

 

21 

Pregnant mice were weighed daily from GD0.5 to GD13.5. An assessment of 24 h food intake 

22 

was performed from 9:00 am on GD9.5 to 9:00 am on GD10.5. On GD10.5, body composition 

23 

was measured using  an EchoMRI-100 apparatus (EchoMRI LLC, Houston, TX). On GD11.5, an 

24 

oral glucose tolerance test (GTT) was performed (see below for details). On GD13.5, between 

25 

9:00 am 

– 10:00 am, tails were nicked in the 

ad lib

-fed condition to measure blood glucose with 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

a Contour Next EZ monitoring system (Bayer, Parsippany, NJ) and to collect tail blood for 

hormone analysis, followed by perfusion, fixation and organ collection (see below for details).  

 

 

Oral glucose tolerance test (GTT) 

Mice were fasted beginning at 7:00 a.m. for 6 h, after which blood glucose was measured from 

nicked tails (t = 0 min). D-glucose (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO; Cat# 50-99-7) 100 mg/mL was 

prepared in distilled  water and 20 µL/g of body weight (corresponding to 2 g D-glucose/kg body 

weight) was administered orally at t = 0 min after blood glucose was measured. Blood glucose 

was measured again from nicked tails at 15, 30, 60, 90 and 120 min post glucose 

administration. To assess the trajectory of plasma insulin during the GTT, extra blood samples 

10 

(~15 µL each) were taken from nicked tails at t = 0, 15, and 30 min. 

11 

 

12 

Blood collection and hormone analysis 

13 

Blood samples were collected into EDTA-coated microtubes kept on ice. Collection tubes 

14 

contained either the protease inhibitor  p-hydroxymercuribenzoic acid (Sigma Aldrich; final 

15 

concentration 1 mM; for ghrelin measurement), the protease inhibitor aprotinin  (final 

16 

concentration 250 KIU/mL; Sigma Aldrich; for LEAP2 measurement), or no protease inhibitor 

17 

(for insulin measurement). Samples were immediately centrifuged at 4°C at 1,500 g for 15 min. 

18 

For stabilization  of the acyl-group on ghrelin, 1N HCl was added to the p-hydroxymercuribenzoic 

19 

acid-treated plasma to achieve a final concentration of 0.1 N. Processed samples were stored at 

20 

−80°C. Ghrelin, LEAP2, and insulin  were measured using ELISA kits (Cat # EZRGRA-90K, 

21 

Millipore-Merck, Burlington, MA, RRID:AB_2889905; Cat# EK-075-40, Phoenix 

22 

Pharmaceuticals, Inc. Burlingame, CA, RRID:AB_2909436 and Cat # 90080, Crystal Chem, 

23 

Downers Grove, IL, RRID:AB_2783626, respectively), with the aid of a BioTek PowerWave XS 

24 

Microplate spectrophotometer (BioTek, Winooski, VT) and BioTek KC4 junior software, as 

25 

described previously (4,46).  

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

 

Perfusion, tissue collection and pancreas processing 

Non-pregnant WT and GKO mice and pregnant (at GD13.5) WT and GKO mice were 

anesthetized  with chloral hydrate (700 mg/kg BW, i.p.) and then  perfused transcardially with 

PBS, pH 7.0 followed by 10% neutral buffered formalin. Pancreata with attached spleens and 

uteri with attached fetuses were removed and weighed immediately. Average weights of 

individual fetuses within a single  uterus were estimated by dividing the total weight of each 

isolated  uterus with attached fetuses by the number of fetuses within the uterus; the average 

fetus weight per dam was calculated. Pancreata with attached spleens  were stored in formalin 

overnight at 4°C and then immersed in graded (5%, 10%, 18% and 30%) sucrose solutions  in 

10 

PBS for 24 h each at 4°C. Eight µm-

thick pancreatic sections were cut on a cryostat at 50 μm 

11 

intervals. Sections were mounted on SuperFrost Plus glass slides,  air dried, and stored at 

12 

−80°C until further processing.  

13 

 

14 

Immunohistochemistry 

15 

Immunohistochemistry was performed as described (4,47). Briefly, slides were washed three 

16 

times with PBS, incubated with 3% normal donkey serum for 1 h at room temperature, and 

17 

incubated overnight with guinea pig anti-Insulin  (DakoCytomation, Carpinteria, CA; A0564; 

18 

RRID: AB_2617169; diluted 1:300) + rabbit anti-Glucagon (Cell Signaling;  2760; RRID: 

19 

AB_210732; diluted 1:200) antisera. Then, the slides  were washed three times with PBS and 

20 

incubated for 1 hr with secondary antibodies diluted  1:500: Alexa Fluor 594

®

 goat anti-guinea 

21 

pig (A11076; RRID: AB_141930) + Alexa Fluor 488

®

 donkey anti-rabbit (A32790; RRID: 

22 

AB_2762833) (Invitrogen, Life Technology Corporations, Eugene, OR). Next, slides were 

23 

washed with PBS and coverslipped with Vectashield-DAPI mounting medium (Vector 

24 

Laboratories,  Burlingame, CA).  

25 

 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

10 

Islet morphology 

 

Islet morphology was performed as described (20). Briefly, all islets  within a series  of four 8 µm-

thick head-to-tail pancreas sections, separated  from each other by at least 50 µm, were studied 

by first imaging each section in its entirety using the 20X objective of a ZEISS Axio Scan.Z1 

Slide Scanner coupled with Zen Lite 2.3 (ZEISS Research Microscopy, White Plains, NY) and 

then by extracting individual 8-bit RGB images of each islet. These images were processed and 

islet morphology was characterized by an investigator blinded  to genotype and treatment by 

analyzing each islet image with a set of programs (20) which interface with Fiji is Just ImageJ 

(http:/rsbweb.nih.gov/ij/;  https://imagej.net/Fiji/Downloads)  software. Islet cross-sectional area, 

Ferret’s Diameter, circularity (4

a/p

2

;

 

where a = area and p = length of perimeter), 

β-cell cross-

10 

sectional area per islet, and α-cell cross-sectional area per islet were measured. β-cell mass 

11 

was calculated by multiplying the total β cell cross-sectional area within 4 pancreatic 

12 

sections/total  pancreas area of those 4 sections by the pancreas plus spleen weight. Of note, 

13 

we weighed the pancreas together with the spleen to help orient the pancreas for histology, and 

14 

thus do not have the pancreas weight alone. Hence, instead of multiplying the relative 

β-cell 

15 

cross-

sectional area by pancreas weight to calculate the β-cell mass, it was calculated as stated 

16 

above). Total islet number within 4 pancreatic sections per mouse and total islet number per 

17 

total pancreas area (in µm

2

 x 10

3

) of those 4 sections also was calculated. 

18 

 

19 

Review of litter sizes  

20 

Average litter sizes from C57BL/6N x C57BL/6N crosses and GKO heterozygote x GKO 

21 

heterozygote crosses were determined using data from the last 100 litters of each cross that 

22 

were set up in our mouse colony. Notably, these numbers reflect the numbers of mice in the 

23 

litters that reached weaning age (3-4 weeks); we did not record pups that may have died prior to 

24 

weaning.  

25 

 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

11 

Statistical analysis 

 

Data are presented  as mean ± SEM. Two-tailed statistical analysis and graph preparations were 

performed using GraphPad Prism 10.1.2. An unpaired Student's 

t

-test, two-way ANOVA or 

repeated measures two-way ANOVA were performed. Post hoc analysis  -- in particular, a 

Tukey’s multiple comparisons test -- was performed and shown in the figure panels, when the 

interaction of the factors (column factor and row factor) was found to be statistically significant 

(48)

. Data with unequal  variance as determined by “F test to compare variances” for datasets of 

two groups or “Spearman's test for heteroscedasticity” (a test for homogeneity of variances) for 

datasets  including more than two groups (e.g. those analyzed by two-way ANOVA) were log-

transformed prior to performing analyses. Notably, even though unequal variance was noted in 

10 

the data set for Figure 1B, we were unable to log transform those data due to the values being 0 

11 

for two of the four groups. For datasets analyzed by repeated measures two-way ANOVA, the 

12 

Geisser-Greenhouse correction was used instead to correct unequal variances. Tests for 

13 

residuals  were performed on all datasets including more than two groups, and showed normal 

14 

distribution  in each case. The strength of the linear relationship  between 2 sets of variables was 

15 

compared by Pearson’s correlation coefficient. Outliers, if any, were removed using Grubb’s 

16 

test

. ‘ns’ represents no statistical significance. 

P

 values < 0.05 were considered statistically 

17 

significant and 

P

 

values ≥ 0.05 and < 0.1 were considered evidence of a statistical trend. 

18 

Percent change values included in the Results section represent averages and are statistically -

19 

significant; if instead, the % change is associated with a 

P

 

value ≥ 0.05 and < 0.1, that 

P

 value 

20 

is listed alongside  the % change. 

21 

 

 

22 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

12 

Results 

Plasma ghrelin and LEAP2 levels in pregnant and non-pregnant female ghrelin-KO mice 

and wild-type littermates 

We started by determining 

ad lib

-fed plasma ghrelin and LEAP2 levels in pregnant (GD13.5) 

GKO mice and WT littermates. Ghrelin was on average ~59% lower in pregnant WT mice than 

in non-pregnant  WT mice, whereas it was undetectable in both pregnant and non-pregnant 

GKO mice (Fig. 1B). In contrast, pregnancy increased LEAP2 (by ~51% in WT mice and by 

~68% in GKO mice), without an effect of genotype (Fig. 1C). The plasma LEAP2/ghrelin molar 

ratio increased significantly (by ~131%) in pregnant vs. non-pregnant WT mice (Fig. 1D). 

   

10 

Effects of ghrelin deletion on metabolic and biophysical adaptations in pregnant and 

11 

non-pregnant female mice 

12 

Body weight curves for both WT and ghrelin-KO mice progressively increased over the 

13 

pregnancy period examined (from GD0.5 to GD13.5), with that of ghrelin-KO mice being slightly 

14 

lower (

P

=0.089; Fig. 2A). Body weight gain during these 13 days was genotype-independent 

15 

(WT: 6.78 g; GKO: 6.14 g; Fig. 2B). Pregnancy significantly raised GD13.5 body weights (by 

16 

~23.7-34.5%) and GD9.5-GD10.5 24 h food intake (by ~31.6-41.7%), in a genotype-

17 

independent  manner (Fig. 2C-D). Mean body weights of pregnant mice at GD13.5 after 

18 

subtracting the weights of the uteri with fetuses were genotype-independent  (data not shown). 

19 

While fat mass was independent of both genotype and pregnancy, lean mass was independent 

20 

of genotype but reduced by pregnancy (by 2.4-3.5%; albeit the measures determined for the 

21 

pregnant mice do not account for contributions by fetal tissues) (Fig. 2E-F). 

Ad lib

-fed plasma 

22 

insulin  levels were increased as a result of pregnancy (by ~319-535% in WT and GKO mice) but 

23 

not ghrelin  deletion, and there were no effects of pregnancy or genotype on corresponding 

ad-

24 

lib

-fed blood glucose (Fig. 2G-H). Pancreas + spleen weight, number of fetuses per mouse, and 

25 

average fetus weights per mouse were similar in pregnant WT and GKO mice (Fig. 2I-K).  

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

13 

 

Effects of ghrelin deletion on islet morphology in pregnant and non-pregnant mice 

Nearly all islets  within four 8 µm-thick head-to-tail pancreas sections (each section separated 

from the next by 

 50 

m) from each of 6-8 mice per group were examined by an investigator 

blinded to genotype. This amounted to 3,073 islets from non-pregnant WT mice (n = 8 mice; 

208-620 islets per mouse), 3,292 islets in pregnant WT mice (n = 6 mice; 361-793 islets per 

mouse), 2,572 islets in non-pregnant GKO mice (n = 7 mice; 262-500 islets per mouse), and 

3,664 islets in pregnant GKO mice (n = 7 mice; 261-813 islets per mouse). The overall 

organization  of the islet (centrally-distributed insulin-

immunoreactive β-cells and peripheral 

glucagon-

immunoreactive α-cells; Fig. 3A) and consistent pattern of islet distribution  throughout 

10 

the pancreas were similar in both WT and GKO mice and in both non-pregnant and pregnant 

11 

mice. Pregnancy and ghrelin deletion  both independently  increased islet cross-sectional area 

12 

(by ~34.9-46.4% and ~19.9-30.2%, respectively) (Fig. 3B). Similarly, pregnancy and ghrelin 

13 

deletion both independently  increased the % of very large islets (islet cross-sectional area >25 

14 

µm

2

 x 10

3

; pregnancy: by ~21.2-41.2%; ghrelin deletion:  by ~21.8-42%) while decreasing the % 

15 

of very small islets (islet cross-sectional area <5 µm

2

 x 10

3

; pregnancy: by ~3.9-4.9% (

P

=0.063); 

16 

ghrelin deletion:  by ~4.2-4.9%) (Fig. 3C-D). Ghrelin deletion and pregnancy both independently 

17 

increased Ferret’s diameter but did not impact islet circularity (Fig. 3E-F). β-cell cross-sectional 

18 

area was increased ~43.3-56.1% by pregnancy and ~19.7-30.3% by ghrelin deletion  (Fig. 3G). 

19 

β-cell mass was increased ~65.2-76.8% by pregnancy and ~15.7-23.8% by ghrelin deletion 

20 

(

P

=0.057) (Fig. 3H). Neither pregnancy nor ghrelin deletion impacted α-cell cross-sectional area 

21 

(Fig. 3I). Pregnancy but not ghrelin deletion impacted both mean number of islets observed per 

22 

mouse (raised; 

P

=0.008) and islet density (total islet number/total pancreatic area; decreased; 

23 

P

=0.088) from four head-to-tail pancreas sections (Fig. 3I-J). 

24 

 

25 

 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

14 

Correlations of plasma ghrelin, LEAP2, and LEAP2/ghrelin molar ratio with islet size 

No correlations between 

ad lib

-fed plasma ghrelin levels and islet  cross-

sectional area, Ferret’s 

diameter, β-cell cross-sectional area, β-cell mass, α-cell cross-sectional area, islet number, or 

ad lib

-fed plasma insulin levels of pregnant and non-pregnant WT mice were observed 

(Supplementary Fig. 1A-G) (49). Nor did correlations become apparent when data from 

pregnant and non-pregnant GKO mice were included (Supplementary Fig. 1H-N) (49). Neither 

were correlations observed between 

ad lib

-fed plasma LEAP2 levels and those same 

parameters in pregnant and non-pregnant  WT mice (Supplementary Fig. 2A-G) (49). However, 

positive correlations between plasma LEAP2 and those parameters did become apparent for 

islet cross-sectional area (

P

=0.081), Ferret’s diameter, β-cell cross-sectional area and β-cell 

10 

mass, but not for the other parameters, when data from pregnant and non-pregnant GKO mice 

11 

were included (Fig. 4A-G and Supplementary Fig. 2A-G) (49). LEAP2/ghrelin molar ratio was 

12 

not correlated with any of these parameters in pregnant and non-pregnant  WT mice 

13 

(Supplementary Fig. 3A-G) (49). 

14 

 

15 

Effect of ghrelin deletion on glucose tolerance in pregnant and non-pregnant female mice 

16 

Oral glucose tolerance tests were performed on 6 h fasted pregnant (GD11.5) and non-pregnant 

17 

GKO mice and WT mice. The trajectories of the blood glucose curves over the 120 min 

18 

following glucose gavage differed on the basis of pregnancy rather than genotype (Fig. 5A). 

19 

This was most apparent subsequent  to the spike in blood glucose at 15 min, at which time 

20 

curves of pregnant WT and GKO littermates were lower than those of non-pregnant mice (Fig. 

21 

5A). These lower blood glucose curves were also reflected in the blood glucose area under the 

22 

curves data which indicated an effect of pregnancy (lower by ~72.9-74.2%) but not of genotype 

23 

(Fig. 5B). The spike in plasma insulin  15 min after glucose gavage also was impacted by 

24 

pregnancy but not genotype (Fig. 5C), leading  to ~112.6-123.8% higher plasma insulin  area 

25 

under the curve in pregnant mice (Fig. 5D).   

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

15 

 

Discussion 

We demonstrate that in female mice, reducing ghrelin as a consequence of germline genetic 

deletion of the gene encoding ghrelin is associated  with increases in mean islet size, 

percentage of very large islets, and β-cell cross-sectional area, just as had been described 

previously in males. Also, ghrelin-

KO females exhibited increased β-cell mass. Furthermore, 

although we confirmed both lower plasma ghrelin and enlarged islets (plus greater 

β-cell cross-

sectional area) in GD13.5 pregnant mice than in non-pregnant mice, the two were not 

correlated. However, plasma LEAP2 was positively correlated with islet size and 

β-cell cross-

sectional area. Furthermore, pregnancy but not ghrelin deletion  affected 

ad lib

-fed insulin levels 

10 

and glucose plus insulin  responses  to oral glucose administration.  Nor did ghrelin deletion 

11 

impact pregnancy-associated body weight gain, GD9.5- GD10.5 24 h food intake, fetus number 

12 

per mouse, or average fetus weight per mouse.   

13 

 

14 

These results raise several topics worthy of discussion. The first topic concerns how well the 

15 

new plasma ghrelin  and LEAP2 data match prior studies.  Indeed, many prior studies that also 

16 

added protease inhibitor  to and acidified plasma samples to prevent degradation of ghrelin 

17 

reported similar trajectories of lowered ghrelin during pregnancy. These include Tham et al., 

18 

which showed markedly lower ghrelin and total ghrelin  in 2

nd

 and 3

rd

 trimester pregnant women 

19 

than 9 wks postpartum (23). Baykus et al. also showed lower ghrelin and desacyl-ghrelin in 

20 

pregnant women than in the postpartum period (24). Gibson et al. found lower fasting desacyl-

21 

ghrelin in 3

rd

 trimester diabetic women compared to 2

nd

 trimester values (25). Johnson et al. 

22 

reported that fasted plasma total ghrelin fell over the course of pregnancy in rats, recovering to 

23 

control values at parturition (26). Kaur et al. showed that lights-on plasma ghrelin was lower at 

24 

GD12.5 than in non-pregnant diestrus  mice or earlier in pregnancy, although it rebounded to 

25 

early pregnancy levels by the end of pregnancy (27).  

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

16 

 

Several prior studies  that did not include the above-described procedural steps to best stabilize 

ghrelin similarly showed lower total ghrelin in later stages of pregnancy. Makino et al. reported 

lower ghrelin in 3

rd

 trimester women than in postpartum or non-pregnant women (28,29). 

Fuglsang et al. reported a gradual decrease in fasting serum total ghrelin over the course of 

pregnancy from the 2

nd

 to the end of the 3

rd

 trimester, rising again by 5-9 wks postpartum (30).

 

Riedl et al. also reported lower total ghrelin in pregnant women than postpartum women (29). 

Garces et al. reported that 3

rd

 trimester fasting serum total ghrelin was lower than the 1

st

 and 2

nd

 

trimester levels (which were equivalent) (31)

. Damjanovic et al. reported lower “ghrelin” in 2

nd 

and 3

rd

 trimester women than in 1

st

 trimester women (32). Further, Palik et al. reported fasting 

10 

serum ghrelin that was lower in 3

rd

 trimester women as compared to non-pregnant women 

11 

(although higher in in the 2

nd

 trimester women) (33). Shibata et al. demonstrated a gradual fall in 

12 

plasma total ghrelin in rats from diestrus to GD5 to GD10 to GD15 (although with a rebound by 

13 

GD20) (34). Govoni et al. reported that over the course of pregnancy in pigs, ghrelin was 

14 

highest at GD30 and lower at GD60 and GD90 (35).  

15 

 

16 

However, not all studies  included results that aligned  with those findings. For instance, three 

17 

studies  that optimally processed plasma reported either unchanged plasma ghrelin as 

18 

pregnancy progressed (in diabetic women), higher total ghrelin but unchanged ghrelin  (in 

19 

GD17.5 mice at lights-off), or higher desacyl-ghrelin but unchanged ghrelin  (in GD19 and GD21 

20 

Wistar rats) (25,27,36). Additionally, other studies that did not take measures to best stabilize 

21 

ghrelin reported unchanged desacyl-ghrelin over the course of pregnancy in humans (50), 

22 

higher ghrelin in 2

nd

 and 3

rd

 trimesters compared to 1

st

 trimester in humans (51), unchanged 

23 

total ghrelin during pregnancy in rats (52), unchanged total ghrelin over the course of pregnancy 

24 

in 

ad lib

-fed rats but higher total ghrelin over the course of pregnancy in calorie-restricted rats 

25 

(53), increased ghrelin in GD13 and GD18 

ad lib

-fed rats compared to postpartum (54), or a 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

17 

progressive increase in serum total ghrelin from GD12 to GD16 to GD21 in rats (all higher than 

levels in virgin rats) (31). 

 

To our knowledge, Garces et al was the only study besides the current one to have measured 

LEAP2 levels in pregnancy (31). They reported a progressive reduction in serum LEAP2 levels 

from the 1

st

, to the 2

nd

, and then to the 3

rd

 trimester in humans (31). A similar finding was 

observed in rats, specifically with serum LEAP2 progressively falling from GD12 to GD16 to 

GD21 (all of which were lower than levels in virgin rats) (31). The exact reasons for the 

discrepancies between those results  and our current finding of increased plasma LEAP2 in 

pregnant mice, as well as for the discrepancies in general among the many studies that 

10 

measured plasma ghrelin in pregnancy, are unclear although we presume may be related to 

11 

species differences, differential sample processing (especially for the ghrelin levels), body 

12 

weights, time-of-day, or time of blood draw in relation to meals. It is also important to note that 

13 

the current study did not specifically investigate whether the observed plasma LEAP2 and 

14 

ghrelin levels result from pregnancy per se or the body weight increase associated with 

15 

pregnancy. 

16 

 

17 

The next discussion  topic concerns the effects of ghrelin reduction on islet size and 

β-cell cross-

18 

sectional area in females and as a result of pregnancy. Previously, we demonstrated that 

19 

juvenile and adult male GKO mice exhibited increases in mean islet size, percentage of very 

20 

large islets, and β-cell cross-sectional area. The same is observed here in adult female mice, 

21 

suggesting  that the effect of reducing ghrelin to increase these parameters is sex-independent. 

22 

However, the effect of genetic ghrelin deletion to increase islet and β-cell cross-sectional areas 

23 

did not extend to physiologically reducing ghrelin as a result of pregnancy. Specifically, although 

24 

pregnancy was associated with higher mean islet size, higher percentage of very large islets, 

25 

and higher β-cell cross-sectional area, as well as with reduced plasma ghrelin,  no correlation 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

18 

was observed between islet cross-

sectional area or β-cell cross-sectional area and plasma 

ghrelin levels when the data from non-pregnant and pregnant WT mice were pooled. Nor did the 

addition of data from non-pregnant and pregnant GKO mice change this result. Additionally, 

although pregnant GKO mice also developed increased mean islet cross-sectional area, 

percentage of very large islets, and mean β-cell cross-sectional area as compared to non-

pregnant GKO mice, there was not an interaction between pregnant state and genotype. In 

other words, pregnancy led to a similar degree of islet enlargement in GKO mice as in WT mice. 

These data suggest  that the mechanisms responsible  for pregnancy-associated islet reductions 

do not include the observed reductions in plasma ghrelin. This observation is opposite that 

which we suggested for diet-induced obesity (in males), which is also associated with both 

10 

reduced plasma ghrelin  and islet enlargement. In particular, a negative correlation between islet 

11 

size and plasma ghrelin in high-fat diet-fed plus chow-fed WT mice, together with even larger 

12 

islet sizes  in high-fat diet-fed GKO mice than in high-fat diet-fed WT mice, suggested that 

13 

reduced ghrelin contributed to, but was not wholly responsible  for diet-induced obesity

14 

associated islet enlargement (20).  

15 

 

16 

Perhaps, the differential effect of physiological ghrelin reduction on islet  size in pregnancy vs. 

17 

diet-induced obesity is related to magnitude of the reduction. However, such is unlikely as 

18 

plasma ghrelin  was ~59% lower in pregnant WT mice than non-pregnant WT mice but only 

19 

~38% lower in diet-induced obese WT mice than lean mice (20). Another possibility  is that a 

20 

differential exposure time to reduced ghrelin  is responsible.  Particularly, here we examined 

21 

islets  at ~2 weeks of the usual 3-week gestation whereas the islets  from diet-induced obese 

22 

male WT mice were examined after 10 weeks on high-fat diet. Then again, an effect of reduced 

23 

ghrelin on islet enlargement in diet-induced obesity but not pregnancy is not necessarily 

24 

unexpected. Indeed, Rieck et al demonstrated distinct β-cell gene transcriptional  changes in 

25 

pregnant mice vs. diabetes-resistant  leptin-deficient mice vs. the PANIC-ATTAC model of 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

19 

inducible and reversible 

β-cell ablation, all of which are associated with expanded β-cell mass 

(40). Based on those findings, the authors of that study suggested that diverse signaling 

mechanisms are engaged to achieve increased β-cell mass depending on the physiological 

setting (40).  

 

Of great interest, although  plasma ghrelin was not correlated with islet  cross-sectional area, 

Ferret’s diameter, or β-cell cross-sectional area in pregnant and non-pregnant WT mice, plasma 

LEAP2 was positively correlated with those parameters when pregnant and non-pregnant WT 

and GKO mice were considered. In other words, more plasma LEAP2 was associated with 

larger islets, including in the setting of pregnancy in which plasma LEAP2 levels are higher. This 

10 

result suggests  that reduced GHSR signaling remains an important determinant of enlarged islet 

11 

size in pregnancy (just as it is in diet-induced obesity). However, in pregnancy, instead of 

12 

reduced ghrelin-dependent  GHSR signaling resulting from reduced plasma ghrelin being the 

13 

culprit, reduced ghrelin-dependent  and ghrelin-independent  (constitutive) GHSR signaling 

14 

resulting  from higher plasma LEAP2 may be to blame.  Further studies are needed to test that 

15 

hypothesis. 

16 

As a final Discussion topic, it is also worthwhile to briefly discuss the effect of ghrelin deletion, or 

17 

rather, the lack thereof, on pregnancy outcomes and metabolic changes in pregnancy. As 

18 

summarized above, the current data suggest that the presence or absence of maternally -

19 

produced ghrelin is immaterial to 

ad lib

-fed insulin levels and glucose or insulin  responses  to 

20 

oral glucose administration  during pregnancy or to pregnancy-associated body weight gain, 24 h 

21 

food intake when measured on GD9.5-GD10.5, fetus number per mouse, or average fetus 

22 

weight per mouse. Notably, as the GKO females in our study were mated with WT males, all of 

23 

their fetuses were GKO heterozygotes (carrying one chromosome with the WT ghrelin gene and 

24 

one chromosome with a deleted ghrelin gene). These GKO heterozygote fetuses undoubtedly 

25 

were producing some ghrelin especially by GD10.5 [as had previously been reported in  (55)], 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

20 

although not enough to be detectable in plasma samples from the dams. While uncertain, it is 

possible  that this fetal source of ghrelin might have protected the fetuses against a decrease in 

fetal body weight, which is otherwise observed in pregnant Wistar rats that have received 

passive immunization against  ghrelin (36). As our pregnancy experiments in the current study 

were focused on islet morphology in the dams at GD13.5, we did not follow the mice to delivery 

to assess  the effects of reducing ghrelin on litter size. That said, the fetus numbers per mouse 

were equivalent in the WT and GKO dams, suggesting that litter sizes  likely would be the same. 

Similarly, a retrospective review of the last 100 litters derived in our mouse colony from crosses 

of GKO heterozygote females with GKO heterozygote males (on a C57BL/6N background) to 

generate WT and GKO (and GKO heterozygote) littermate mice, and the last 100 litters derived 

10 

in our colony from crosses of C57BL/6N females X C57BL/6N males to generate C57BL/6N 

11 

mice, does not reveal a statistically-significant difference in litter size (GKO heterozygote 

12 

crosses: 6.8 

 0.2; C57BL/6N crosses: 6.4 

 0.3). Nonetheless,  another group has shown that 

13 

exposure of pups to reduced ghrelin 

in utero 

impairs their fertility later in life (56). Specifically, 

14 

GKO heterozygotes first were shown to have reduced 24-hr fasted plasma ghrelin levels as 

15 

compared to WT mice [at least in the non-pregnant state (plasma ghrelin was not measured in 

16 

pregnant mice in that study)] (56). Adult WT female progeny of GKO heterozygote females had 

17 

significantly reduced litter sizes as compared to adult WT female progeny of WT (“ghrelin-

18 

replete”) females (56). Although details  were not included, that study also reported that female 

19 

GKO mice (which were on a B6D2F1 background) "infrequently conceived and rarely produced 

20 

viable offspring” (56). Clearly, more studies are needed to further define the impacts of ghrelin 

21 

and LEAP2 on issues of fertility and fetal development.   

22 

 

23 

In conclusion, we newly demonstrate that reducing ghrelin as a result of genetic deletion 

24 

increases islet size and 

β-cell cross-sectional area in female mice, similar to our recent report in 

25 

male mice. Yet, despite demonstrating reduced plasma ghrelin in pregnant mice and confirming 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

21 

increased islet size and 

β-cell cross-sectional area in pregnant mice, ghrelin deletion  did not 

impact islet morphology in pregnancy nor was plasma ghrelin level correlated with islet size and 

β-cell cross-sectional area in pregnant and non-pregnant mice. In contrast, plasma LEAP2, 

which was elevated in pregnant mice, was positively correlated with those parameters when 

pregnant and non-pregnant WT and GKO mice were considered. This result suggests  that 

reduced GHSR signaling as a result of higher plasma LEAP2 is a potentially important 

contributor to enlarged islet size in pregnancy, just as reduced GHSR signaling as a result of 

reduced plasma ghrelin  was previously shown to be a potentially  important determinant of islet 

size in diet-induced obesity.  

 

10 

Acknowledgments 

11 

The authors thank the UT Southwestern Histo Pathology Core for assistance with tissue 

12 

sectioning and the UT Southwestern NORC Metabolic Phenotyping Core for access to the 

13 

EchoMRI.  

14 

 

15 

Funding 

16 

This work was supported by the David and Teresa Disiere Foundation  (to JMZ); the Diana and 

17 

Richard C. Strauss Professorship in Biomedical Research (to JMZ); the Mr. and Mrs. Bruce G. 

18 

Brookshire Professorship in Medicine (to JMZ); the Kent and Jodi Foster Distinguished  Chair in 

19 

Endocrinology, in Honor of Daniel Foster, MD (to JMZ); UT Southwestern NORC 

20 

(P30DK127984, to JMZ) and the NIH (R01DK103884 and R01DK119341, to JMZ). 

21 

 

22 

Author Contributions 

23 

DG co-designed the study, performed the experiments, helped process the pancreas images, 

24 

analyzed data, constructed figures, and co-wrote the manuscript. AWB designed and wrote the 

25 

codes to assess islet morphology, helped process the pancreas images, performed the blinded 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

22 

analyses of the processed pancreas images. KS and SV helped analyze the plasma hormones. 

OS assisted DG with performing the experiments. SOL and CPR assisted DG in generating 

mice and performing experiments. JMZ co-designed the study, co-wrote the manuscript, and 

secured funding for and supervised the project. All authors approved the final version of the 

manuscript. 

 

Disclosure summary

 J.M.Z. owns stock in Eli Lilly, Novo Nordisk, and Medtronic. 

 

Data Availability 

Original data generated and analyzed during this study are included in this published  article or 

10 

in the data repositories  listed in References.

 

 

11 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

23 

References 

1. 

Kojima M, Hosoda H, Date Y, Nakazato M, Matsuo H, Kangawa K. Ghrelin is a growth-

hormone-releasing acylated peptide from stomach. 

Nature

.

 

1999;402(6762):656-660. 

2. 

Muller TD, Nogueiras R, Andermann ML, et al. Ghrelin. 

Mol Metab

.

 

2015;4(6):437-460. 

3. 

Tschop M, Smiley DL, Heiman ML. Ghrelin induces adiposity in rodents. 

Nature

.

 

2000;407(6806):908-913. 

4. 

Gupta D, Dowsett GKC, Mani BK, et al. High coexpression of the ghrelin and LEAP2 

receptor GHSR with pancreatic polypeptide in mouse and human islets. 

Endocrinology

.

 

2021;162(10). 

5. 

Zigman JM, Jones JE, Lee CE, Saper CB, Elmquist JK. Expression of ghrelin receptor 

10 

mRNA in the rat and the mouse brain. 

J Comp Neurol

.

 

2006;494(3):528-548. 

11 

6. 

Mani BK, Shankar K, Zigman JM. Ghrelin's relationship to blood glucose. 

Endocrinology

.

 

12 

2019. 

13 

7. 

Ge X, Yang H, Bednarek MA, et al. LEAP2 is an endogenous  antagonist  of the ghrelin 

14 

receptor. 

Cell Metab

.

 

2018;27(2):461-469. 

15 

8. 

Mani BK, Puzziferri N, He Z, et al. LEAP2 changes with body mass and food intake in 

16 

humans and mice. 

J Clin Invest

.

 

2019;129(9):3909-3923. 

17 

9. 

Cornejo MP, Castrogiovanni D, Schioth HB, et al. Growth hormone secretagogue 

18 

receptor signalling  affects high-fat intake independently of plasma levels of ghrelin and 

19 

LEAP2, in a 4-day binge eating model. 

J Neuroendocrinol

.

 

2019;31(10):e12785. 

20 

10. 

Hagemann CA, Jensen MS, Holm S, et al. LEAP2 reduces postprandial glucose 

21 

excursions and ad libitum food intake in healthy men. 

Cell Rep Med

.

 

2022;3(4):100582. 

22 

11. 

Andreoli MF, Fittipaldi AS, Castrogiovanni D, et al. Pre-prandial plasma liver-expressed 

23 

antimicrobial peptide  2 (LEAP2) concentration in humans is inversely associated with 

24 

hunger sensation  in a ghrelin  independent manner. 

Eur J Nutr

.

 

2023. 

25 

12. 

Zhao TJ, Liang G, Li RL, et al. Ghrelin O-acyltransferase (GOAT) is essential for growth 

26 

hormone-mediated survival of calorie-restricted mice. 

Proc Natl Acad Sci U S A

.

 

27 

2010;107(16):7467-7472. 

28 

13. 

Li RL, Sherbet DP, Elsbernd BL, Goldstein JL, Brown MS, Zhao TJ. Profound 

29 

hypoglycemia in starved, ghrelin-deficient mice is caused by decreased 

30 

gluconeogenesis  and reversed by lactate or fatty acids. 

J Biol Chem

.

 

31 

2012;287(22):17942-17950. 

32 

14. 

Shankar K, Gupta D, Mani BK, et al. Acyl-ghrelin is permissive for the normal 

33 

counterregulatory response  to insulin-induced  hypoglycemia. 

Diabetes

.

 

2020;69(2):228-

34 

237. 

35 

15. 

Shankar K, Gupta D, Mani BK, et al. Ghrelin protects against insulin-induced 

36 

hypoglycemia in a mouse model of type 1 diabetes mellitus. 

Front Endocrinol 

37 

(Lausanne)

.

 

2020;11:606. 

38 

16. 

Adriaenssens  AE, Svendsen B, Lam BY, et al. Transcriptomic profiling of pancreatic 

39 

alpha, beta and delta cell populations  identifies delta cells as a principal target for ghrelin 

40 

in mouse islets. 

Diabetologia

.

 

2016;59(10):2156-2165. 

41 

17. 

DiGruccio MR, Mawla AM, Donaldson CJ, et al. Comprehensive alpha, beta and delta 

42 

cell transcriptomes reveal that ghrelin selectively activates delta cells and promotes 

43 

somatostatin release from pancreatic islets. 

Mol Metab

.

 

2016;5(7):449-458. 

44 

18. 

Mani BK, Zigman JM. A strong stomach for somatostatin. 

Endocrinology

.

 

45 

2015;156(11):3876-3879. 

46 

19. 

Pradhan G, Wu CS, Villarreal D, et al. beta Cell GHS-R Regulates Insulin Secretion and 

47 

Sensitivity. 

Int J Mol Sci

.

 

2021;22(8). 

48 

20. 

Gupta D, Burstein AW, Schwalbe DC, et al. Ghrelin deletion and conditional ghrelin cell 

49 

ablation increase pancreatic islet size in mice. 

J Clin Invest

.

 

2023;133(24). 

50 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

24 

21. 

Zigman JM, Nakano Y, Coppari R, et al. Mice lacking ghrelin receptors resist the 

development of diet-induced obesity. 

J Clin Invest

.

 

2005;115(12):3564-3572. 

22. 

Clegg DJ, Brown LM, Zigman JM, et al. Estradiol-dependent decrease in the orexigenic 

potency of ghrelin in female rats. 

Diabetes

.

 

2007;56(4):1051-1058. 

23. 

Tham E, Liu J, Innis S, et al. Acylated ghrelin concentrations are markedly decreased 

during pregnancy in mothers with and without gestational  diabetes:  relationship  with 

cholinesterase. 

Am J Physiol Endocrinol Metab

.

 

2009;296(5):E1093-1100. 

24. 

Baykus Y, Gurates B, Aydin S, et al. Changes in serum obestatin,  preptin and ghrelins  in 

patients with Gestational Diabetes Mellitus. 

Clin Biochem

.

 

2012;45(3):198-202. 

25. 

Gibson W, Liu J, Gaylinn B, et al. Effects of glucose and insulin on acyl ghrelin and 

10 

desacyl ghrelin, leptin, and adiponectin in pregnant women with diabetes. 

Metabolism

.

 

11 

2010;59(6):841-847. 

12 

26. 

Johnson ML, Saffrey MJ, Taylor VJ. Gastrointestinal capacity, gut hormones and 

13 

appetite change during rat pregnancy and lactation. 

Reproduction

.

 

2019;157(5):431-443. 

14 

27. 

Kaur H, Muhlhausler BS, Sim PS, et al. Pregnancy, but not dietary octanoic acid 

15 

supplementation,  stimulates the ghrelin-pituitary  growth hormone axis in mice. 

16 

Endocrinol

.

 

2020;245(2):327-342. 

17 

28. 

Makino Y, Hosoda H, Shibata K, et al. Alteration of plasma ghrelin levels associated with 

18 

the blood pressure  in pregnancy. 

Hypertension

.

 

2002;39(3):781-784. 

19 

29. 

Riedl M, Maier C, Handisurya A, Luger A, Kautzky-Willer A. Insulin resistance has no 

20 

impact on ghrelin suppression  in pregnancy. 

J Intern Med

.

 

2007;262(4):458-465. 

21 

30. 

Fuglsang J, Skjaerbaek C, Espelund U, et al. Ghrelin and its relationship  to growth 

22 

hormones during normal pregnancy. 

Clinical endocrinology

.

 

2005;62(5):554-559. 

23 

31. 

Garces MF, Buell-Acosta JD, Angel-Muller E, et al. Study of the ghrelin/LEAP-2 ratio in 

24 

humans and rats during different phases of pregnancy. 

Int J Mol Sci

.

 

2022;23(17). 

25 

32. 

Damjanovic SS, Stojic RV, Lalic NM, et al. Relationship between basal  metabolic rate 

26 

and cortisol secretion throughout pregnancy. 

Endocrine

.

 

2009;35(2):262-268. 

27 

33. 

Palik E, Baranyi E, Melczer Z, et al. Elevated serum acylated (biologically active) ghrelin 

28 

and resistin levels associate with pregnancy-induced weight gain and insulin resistance. 

29 

Diabetes Res Clin Pract

.

 

2007;76(3):351-357. 

30 

34. 

Shibata K, Hosoda H, Kojima M, et al. Regulation  of ghrelin secretion during pregnancy 

31 

and lactation in the rat: possible involvement of hypothalamus. 

Peptides

.

 

32 

2004;25(2):279-287. 

33 

35. 

Govoni N, Parmeggiani A, Galeati G, et al. Acyl ghrelin and metabolic hormones in 

34 

pregnant and lactating sows. 

Reprod Domest Anim

.

 

2007;42(1):39-43. 

35 

36. 

Nakahara K, Nakagawa M, Baba Y, et al. Maternal ghrelin plays an important role in rat 

36 

fetal development during pregnancy. 

Endocrinology

.

 

2006;147(3):1333-1342. 

37 

37. 

Banerjee RR, Cyphert HA, Walker EM, et al. Gestational diabetes mellitus from 

38 

inactivation of prolactin receptor and MafB in islet beta-cells. 

Diabetes

.

 

2016;65(8):2331-

39 

2341. 

40 

38. 

Kim H, Toyofuku Y, Lynn FC, et al. Serotonin regulates pancreatic beta cell mass during 

41 

pregnancy. 

Nat Med

.

 

2010;16(7):804-808. 

42 

39. 

Parsons JA, Brelje TC, Sorenson RL. Adaptation  of islets of Langerhans to pregnancy: 

43 

increased islet cell proliferation and insulin  secretion correlates with the onset of 

44 

placental lactogen secretion. 

Endocrinology

.

 

1992;130(3):1459-1466. 

45 

40. 

Rieck S, White P, Schug J, et al. The transcriptional response  of the islet to pregnancy in 

46 

mice. 

Mol Endocrinol

.

 

2009;23(10):1702-1712. 

47 

41. 

Butler AE, Cao-Minh L, Galasso R, et al. Adaptive changes in pancreatic beta cell 

48 

fractional area and beta cell turnover in human pregnancy. 

Diabetologia

.

 

49 

2010;53(10):2167-2176. 

50 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

25 

42. 

Moin ASM, Zeng K, Rizza RA, Dhawan S, Butler AE. Chromogranin A-positive hormone-

negative endocrine cells in pancreas in human pregnancy. 

Endocrinol Diabetes Metab

.

 

2021;4(2):e00223. 

43. 

Sorenson RL, Brelje TC. Adaptation of islets of Langerhans to pregnancy: beta-cell 

growth, enhanced insulin secretion and the role of lactogenic hormones. 

Horm Metab 

Res

.

 

1997;29(6):301-307. 

44. 

Halban PA, Polonsky KS, Bowden DW, et al. beta-cell failure in type 2 diabetes: 

postulated  mechanisms and prospects for prevention and treatment. 

J Clin Endocrinol 

Metab

.

 

2014;99(6):1983-1992. 

45. 

Rodriguez JA, Bruggeman EC, Mani BK, et al. Ghrelin receptor agonist rescues excess 

10 

neonatal mortality in a prader-willi syndrome mouse model. 

Endocrinology

.

 

11 

2018;159(12):4006-4022. 

12 

46. 

Shankar K, Takemi S, Gupta D, et al. Ghrelin cell-expressed insulin receptors mediate 

13 

meal- and obesity-induced declines in plasma ghrelin. 

JCI Insight

.

 

2021;6(18). 

14 

47. 

Mani BK, Uchida A, Lee Y, et al. Hypoglycemic effect of combined ghrelin and glucagon 

15 

receptor blockade. 

Diabetes

.

 

2017;66(7):1847-1857. 

16 

48. 

Steel RG, Torrie JH, Dickey DA. Principles and procedures of statistics: a biometrical 

17 

approach

18 

49. 

Gupta D. Impact of ghrelin on islet size in non-pregnant and pregnant female mice. V1 

19 

ed: Texas Data Repository; 2024. 

20 

50. 

Saylan F, Koken G, Cosar E, et al. Maternal and fetal leptin and ghrelin levels: 

21 

relationship  with fetal growth. 

Arch Gynecol Obstet

.

 

2011;284(2):327-329. 

22 

51. 

Valsamakis G, Papatheodorou DC, Naoum A, et al. Neonatal birth waist is positively 

23 

predicted by second trimester maternal active ghrelin, a pro-appetite hormone, and 

24 

negatively associated with third trimester maternal leptin,  a pro-satiety hormone. 

Early 

25 

Hum Dev

.

 

2014;90(9):487-492. 

26 

52. 

Taylor VJ, Patterson M, Ghatei MA, Bloom SR, Wilson CA. Ghrelin and peptide YY 

27 

(PYY) profiles in gastrointestinal  tissues  and the circulation of the rat during pregnancy 

28 

and lactation. 

Peptides

.

 

2009;30(12):2213-2220. 

29 

53. 

Gualillo O, Caminos JE, Nogueiras R, et al. Effect of food restriction on ghrelin in 

30 

normal-cycling female rats and in pregnancy. 

Obes Res

.

 

2002;10(7):682-687. 

31 

54. 

Szczepankiewicz D, Skrzypski M, Pruszynska-Oszmalek E, et al. Importance of ghrelin 

32 

in hypothalamus-pituitary axis on growth hormone release during normal pregnancy in 

33 

the rat. 

J Physiol Pharmacol

.

 

2010;61(4):443-449. 

34 

55. 

Wierup N, Sundler F, Heller RS. The islet  ghrelin cell. 

J Mol Endocrinol

.

 

2014;52(1):R35-

35 

49. 

36 

56. 

Martin JR, Lieber SB, McGrath J, Shanabrough M, Horvath TL, Taylor HS. Maternal 

37 

ghrelin deficiency compromises reproduction in female progeny through altered uterine 

38 

developmental programming. 

Endocrinology

.

 

2011;152(5):2060-2066. 

39 

 

40 

 

 

41 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

26 

Figure Legends 

Figure 1.

 

Plasma ghrelin and plasma LEAP2 levels in pregnant WT and GKO mice. 

(

A

Schematic showing the design and timeline of inducing timed pregnancy and the following 

experiments. (

B

) Plasma ghrelin, (

C

) Plasma LEAP2 and (

D

) LEAP2:Ghrelin molar ratio in 

pregnant (P) and non-pregnant  (NP) WT and GKO mice. n = 8-10 mice. Data were analyzed by 

2-

way ANOVA followed by Tukey’s multiple comparisons test (

B

) or 2-way ANOVA (

C

) or 

Student's unpaired 

t

-test (

D

). 

P

 values are indicated in the figure panels (

B-C

), *

P

 < 0.05; **

P

 < 

0.01; ***

P

 < 0.001; actual 

P

 values of 0.05 or greater and of less than 0.1 are indicated

ns = not 

significant.  

Figure 2.

 

Metabolic changes and biophysical parameters in pregnant WT and GKO mice

10 

(

A

) Body weight and (

B

) Body weight gain curves of WT and GKO

 

mice from GD0.5 to GD13.5. 

11 

(

C

) Body weight, (

D

Ad lib

-fed 24 h food intake between GD9.5-GD10.5, (

E

) Percent fat mass, 

12 

(

F

) Percent lean mass, (

G

Ad lib

-fed plasma insulin  and (

H

Ad lib

-fed blood glucose in 

13 

pregnant (P) and non-pregnant  (NP) WT and GKO

 

mice. (

I

) Fetus number, (

J

) Fetus + Uterus 

14 

weight/Body weight and (

K

) Pancreas + Spleen weight/Body weight in 

ad lib

-fed WT-P and 

15 

GKO-P mice. n = 10 mice in (

A-B

), 7-10 mice in (

C

), 4-7 (

D-F

), 8-16 mice in (

G-H

), 10 mice in (

I-

16 

K

). Data were analyzed by repeated measures two-way ANOVA (

A-B

) or two-way ANOVA (

C-

17 

H

) or Student's 

t

-test (

I-K

). 

P

 values are indicated in the figure panels; ns = not significant. 

18 

Figure 3.

 

Islet morphologic changes in pregnant WT and GKO mice

. (

A

) Representative 

19 

islet images from 

ad lib

-fed 8-9 week-old non-pregnant (NP) and 13-15 week-old pregnant (P) 

20 

WT and GKO littermates. (

B

), Islet cross-sectional area. (

C

), Percentage of islets in islet cross-

21 

sectional area range > 25 µm

2

 x 10

3

 

and

 

(

D

), percentage of islets in islet cross-sectional area 

22 

range <5 µm

2

 x 10

3

 

from pregnant (P) and non-pregnant (NP) WT and GKO mice.

 

(

E

), Ferret’s 

23 

diameter of islets. (

F

), Circularity of islets. (

G

), β-cell cross-sectional area per islet, (

H

), β-cell 

24 

mass, (

I

), α-cell cross-sectional area per islet.  (

J

), Islet number (as counted in 4 head-to-tail 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

27 

pancreatic sections) per mouse, (

K

), Total number of islets/total  pancreatic area from 4 head-to-

tail pancreatic sections per mouse. n = 6-8 mice. Data were analyzed by two-way ANOVA. 

P

 

values are indicated in the figure panels. 

Figure 4.

 

Correlations of plasma LEAP2 with islet size or plasma insulin in pregnant (P) 

and non-pregnant (NP), WT and GKO mice.

 Correlations of (

A

), 

ad lib

-fed plasma LEAP2 with 

islet cross-sectional area, (

B

), 

ad lib

-

fed plasma LEAP2 with Ferret’s diameter, (

C

), 

ad lib-

fed 

plasma LEAP2 with β-cell cross-sectional area, (

D

), 

ad lib-

fed plasma LEAP2 with β-cell mass, 

(

E

),

 ad lib-

fed plasma LEAP2 with α-cell cross-sectional area, (

F

), 

ad lib

-fed plasma LEAP2 with 

islet number per mouse, (

G

), 

ad lib

-fed plasma LEAP2 with 

ad lib-

fed plasma insulin,  in 

pregnant and non-

pregnant WT and GKO mice. n = 28 mice. Data were analyzed by Pearson’s 

10 

correlation and simple linear regression analysis. Pearson’s  correlation coefficient (r) and 

11 

value are indicated in the figure panels. 

12 

Figure 5.

 

Glucose tolerance and insulin secretion in WT and GKO mice when challenged 

13 

with oral glucose.

 (

A

) Blood glucose, (

B

) Blood glucose-area under curve (AUC), (

C

) Plasma 

14 

insulin  and (

D

) Plasma insulin-AUC in pregnant (P; GD11.5) and non-pregnant (NP), WT and 

15 

GKO mice in oral glucose tolerance test conducted after 6 h fast. n = 4-7 mice. Data were 

16 

analyzed by 2-way repeated measures ANOVA (

A,C

) or 2-way ANOVA (

B,D

). 

P

 values are 

17 

indicated in the figure panels.  

18 

 

 

19 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

28 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

29 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

30 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

31 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

bqae048-html.html
background image

32 

 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/endo/advance-article/doi/10.1210/endocr/bqae048/7646761 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024