A japán szaké krónikus bevitele közvetíti a sugárzás okozta anyagcsere-változásokat az egér májában

Tetsuo Nakajima

Sugárvédelmi Kutatóközpont, Országos Radiológiai Tudományok Intézete, Chiba, Japán

Guillaume Vares

Sugárvédelmi Kutatóközpont, Országos Radiológiai Tudományok Intézete, Chiba, Japán

Bing Wang

Sugárvédelmi Kutatóközpont, Országos Radiológiai Tudományok Intézete, Chiba, Japán

Mitsuru Nenoi

Sugárvédelmi Kutatóközpont, Országos Radiológiai Tudományok Intézete, Chiba, Japán

A kísérletek megtervezése és megtervezése: TN GV BW MN. Végezte a kísérleteket: TN GV BW MN. Elemezte az adatokat: TN GV BW MN. Hozzájáruló reagensek/anyagok/elemző eszközök: TN GV BW MN. Írta az írást: TN GV BW MN.

Társított adatok

Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Absztrakt

Bevezetés

Az emberi egészséget az életmódválasztás befolyásolja, beleértve a testmozgást, az étrendet és a dohányzást. Ezen tényezők közül az alkoholfogyasztás számos egészségügyi kockázattal és betegséggel függ össze, mint például a szív- és érrendszeri betegségek és a rák [1]. A máj különösen fogékony az alkohol okozta betegségekre [2], és a magasabb alkoholfogyasztás a hepatocelluláris karcinóma fő oka [3]. Ezenkívül más kockázati tényezőkkel, például a dohányval kombinálva az alkohol szinergikus hatással lehet az egészségre [4–7].

A sugárzás szintén jelentős egészségügyi kockázati tényező, akut és krónikus hatásokkal is társul, a sugárzás minőségétől és dózisától függően. A sugárzás emberi egészségre gyakorolt hatását legalább részben közvetíthetik az életmóddal összefüggő tényezők, például az étrend [8–10]. Például az atomerőművek dolgozóinál végzett epidemiológiai vizsgálatok eredményei arra utalnak, hogy az életmóddal összefüggő tényezők, beleértve az alkoholfogyasztást, befolyásolják a sugárzás káros hatásait [11,12]. Az azonban továbbra sem világos, hogy az alkoholfogyasztás miként közvetíti a sugárhatásokat.

Számos alkoholtartalmú italt fogyasztanak világszerte. Bár az alkoholról általában kimutatták, hogy hátrányosan befolyásolja az emberi egészséget [2,13], bizonyos italok, köztük a sör és a szaké, mutagénellenes hatást mutatnak [14]. Nemrégiben arról számoltak be, hogy a sake, egy népszerű japán alkoholos ital, védő hatással bír az akut sugárzás ellen [15]. Azt azonban továbbra sem tudni, hogy a krónikus szakéfogyasztás közvetíti-e az ilyen sugárzás okozta hatásokat.

A máj a káros anyagok, köztük az alkohol méregtelenítésében játszik szerepet, és sugárkárosító hatású [8,10,17]. Az alkohol a májban metabolizálódik, és az ebből eredő anyagcsere-melléktermékek károsíthatják a máj működését és szövetkárosodást okozhatnak [18]. Emiatt a máj metabolitjai hasznos mutatói az egészségi állapotnak.

Itt a krónikus szakéfogyasztásnak a sugárzás által kiváltott hatásait, különös tekintettel a máj metabolitjainak megváltozására, metabolikus megközelítéssel értékelték egerekben.

Anyagok és metódusok

Állatgondozás

Hét hetes C3H/He nőstény nőstényt vásároltak a Japan SLC Co.-tól (Hamamatsu, Japán). Az egereket hét héten át tartottuk, hogy lehetővé tegyük az alkalmazkodást a kísérletek elvégzése előtt. Az egerek általában ad libitum hozzáférést kaptak a vízhez és a szokásos laboratóriumi chow-hoz (MB-1, Funabashi Farm Co., Japán). Az MB-1 fő összetevői (bruttó energia, 4,28 Kcal/g) a következők voltak: összes szénhidrát, 54,4%; fehérjék, 24,2%; zsír, 4,4%; rostok, 3,6%; nedvesség, 8,0% és hamu, 5,4%. Az összes állatkísérletet az Országos Radiológiai Tudományok Intézetének (NIRS) Intézményi Állatgondozási és Felhasználási Bizottsága vizsgálta felül és hagyta jóvá, és azokat szigorúan a laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó NIRS irányelveknek megfelelően hajtották végre. Minden beadási csoportban összesen 4 vagy 5 egeret alkalmaztunk (szaké vagy etanol). A teljes testtömeg, a szervtömeg és az anyagcsere markerek mérését két független kísérletben 3 (a metabolomanalízis mintájának megfelelő) vagy 4 egér alkalmazásával végeztük.

Sake adminisztráció

69% -ra csiszolt rizzsel előállított, 15% (v/v) alkoholt tartalmazó sakét (junmai-shu; Daishichi Sake Brewery, Nihonmatsu, Japán) használtunk a szaké máj metabolomára gyakorolt hatásainak vizsgálatára ebben a vizsgálatban. Az etanol hatásainak vizsgálatára szolgáló összehasonlító tanulmányként 15% (v/v) speciális minőségű etanolt (99,5%) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) adtak az egereknek szaké helyett.

A szakét (0,2 vagy 0,6 ml/23 g testtömeg, ami 0,009 ml/g vagy 0,026 ml/g testtömegnek felel meg) adagoltunk egereknek etetőtűvel minden reggel egy hónapon keresztül (30–31 nap). Az egerek testtömegét minden este megmértük, és másnap reggel a szakébevitel számításához használtuk. Összehasonlító kísérletekben, 15% etanolt tartalmazó vízben, 0,6 ml etanolos oldatot adtunk az egereknek. A kontroll csoportnak ugyanolyan mennyiségű ivóvizet adtunk a szaké helyett. A vizsgálati oldatok reggeli beadása előtt az előző este ételt és vizet visszatartottak az egerektől. A besugárzott csoportba tartozó egereket besugároztuk a szaké beadási periódus utolsó négy napján, a következő szakaszban leírtak szerint. Mindegyik kísérleti csoportban összesen 4 vagy 5 egeret alkalmaztunk kedvéért és etanolért. Az S1 és S2 ábrák reprezentatív grafikonok, amelyek az egerek testtömegében bekövetkezett változásokat mutatják be, sake vagy 15% etanol adagolás mellett. Miután az egereknek napi egy hónapon keresztül 0,6 ml szakét adtunk, az egerek bruttó megjelenése normális volt, és a kontrollhoz képest nem észleltünk semmilyen súlybeli változást; ezért a következő kísérleteket 0,6 ml szaké beadásával végeztük egereknek, hacsak másképp nem jelezzük.

Sugárzás

A szájon át alkalmazott egereket minden nap egy hónapig (0,6 ml/23 g testtömeg) frakcionált besugárzással (0,75 Gy/nap) kezeltük. A besugárzást naponta egyszer 0,85 Gy/min dózissebességgel hajtottuk végre a szaké- vagy etanol-beadási periódus utolsó négy napján, közvetlenül a beadást követően. A besugárzást Pantak 320S géppel (Shimadzu, Japán) végeztük, amely 0,50 mm Al + 0,50 mm Cu szűrővel volt felszerelve, és 200 kVp és 20 mA feszültséggel működött. A dózisméréshez expozíciós sebességmérőt (AE-1321M; Applied Engineering Inc., Japán) használtunk. Vér- és szervgyűjtést végeztek egy nappal az utolsó besugárzás után. Az egereket gáznemű izoflurán (Pfizer, Tokió, Japán) inhalációjával érzéstelenítettük, és vért vettünk a szérum előállításához. Az egereket ezután méhnyak diszlokációval eutanizálták, és máj-, csecsemőmirigy- és lépmintákat gyűjtöttek elemzés céljából.

Metabolom elemzés

Szabad aminosav elemzés

A szabad aminosavkoncentrációkat automatizált aminosav-analízis rendszerrel (JLC-500v2; JEOL Ltd., Japán) határoztuk meg. A vizsgálati mintákat úgy készítettük, hogy mindegyik 5 g-os mintához 22 ml 0,1% 2-merkaptoetanolt és 3 ml 50% -os TCA-oldatot adtunk. Keverés után a kapott oldatokat 3 órán át jégen tartjuk, majd 10 000 x g-vel 20 percig 4 ° C-on centrifugáljuk. Miután a felülúszókat egy 5A számú szűrőn (Advantec) átszűrtük, 1 N NaOH-t (70 μl) adtunk 1 ml szűrlethez, és a kapott oldatokat 1: 3 (v/v) arányban hígítottuk az oldat elsődleges pufferjében. elemzési rendszer. 0,45 μm-es szűrőn (DISMIC-13CP, Advantec) való szűrés után a mintákat elemeztük. Az összes eljárást jégen végeztük. Az összes elemzést az NH (Nipponham) Foods Ltd. Kutatási és Fejlesztési Központ (Tsukuba, Japán) végezte.

Szérumkészítés és biokémiai marker elemzés

Az összegyűjtött vért szobahőmérsékleten 90 percig tartottuk, majd 1 000xg-vel 15 percig 20 ° C-on centrifugáltuk. A kapott felülúszót szérumként összegyűjtöttük, és -80 ° C-on tároltuk, amíg az elemzéshez szükséges volt. A szérum metabolikus markereit Dri-Chem 7000V (Fuji Film, Japán) alkalmazásával elemeztük.

Statisztikai analízis

A metabolitok változását statisztikailag vizsgáltuk Welch t-tesztjével. A biológiai következtetések levonásához a faktorterhelést felhasználva a főkomponens-elemzésben (PCA) a faktorterhelést a PC-pontszámok és a változók közötti korrelációs együtthatóként határoztuk meg [22]. A faktortöltet statisztikai tesztelését a PCA-ban az alapján végeztük, hogy az r korrelációs együttható esetén a statisztika:

t-eloszlása van (n − 2) szabadságfokokkal. Metabolitok, amelyek statisztikailag szignifikánsak (P 1A ábra). A máj súlya azonban kissé, de szignifikánsan nőtt a kedvéért beadott egerekben, bár a sugárzásnak nem volt jelentős hatása a máj súlyára (1B. Ábra). A besugárzott egereknél megfigyelt léptömeg-csökkenést kissé, de szignifikánsan megfordította a szaké beadása (1C. Ábra). A thymus esetében a besugárzás által kiváltott súlycsökkenést hasonlóan figyelték meg a besugárzott egereknél is (1D ábra).

Az (A) test, (B) máj, (C) lép és (D) csecsemőmirigy súlyát vér- és szövetminták gyűjtésekor mértük. Az adatokat átlagként ± S.D. hét egérből két független kísérletben. A statisztikai elemzéseket a párosítatlan t-teszttel végeztük.

A metabolomikus adatok fő összetevőinek elemzése

(A) PCA a sake beadási kísérletben, (B) PCA 15% -os etanol beadási kísérletben. A tengelyeken feltüntetett százalékos értékek az első (PC1) és a második (PC2) fő komponens hozzájárulási arányát jelentik.

A szaké hatása a besugárzott egerek máj metabolomjára

(A) GMP, (B) UMP, (C) ATP és (D) ADP. Az adatok a metabolitok relatív területi értékei, és átlagként ± S.D. három mintából. A statisztikai elemzéseket Welch t-tesztjével végeztük.

A sugárzással és a szakéval kezelt egerek májában jelentősen modulált hét kiválasztott metabolit közül a GSH a redox homeosztázis fontos szabályozója, és a GSH/GSSG (glutation-diszulfid) tekinthető az antioxidáns kapacitást meghatározó fő redox-párnak. . A GSSG a GSH oxidált formája, és a GSH/GSSG arányt gyakran használják a sejt redox állapotának indikátoraként. Itt a GSH és a GSSG szintje szignifikánsan nőtt, illetve csökkent a sugárzás és a szaké kombinációjával kezelt egerek májában (4. ábra). Ezekben a metabolitokban nem figyeltek meg változásokat azoknál az egereknél, akik szaké helyett 15% etanolt adtak be (4. ábra), ami arra utal, hogy a glutation metabolizmusát a szaké fogyasztása kifejezetten befolyásolja.

(A) Sake és (B) etanol. Az adatok a metabolitok relatív területi értékei, és átlagként ± S.D. három mintából. A statisztikai elemzéseket Welch t-tesztjével végeztük.

A sugárzás okozta metabolikus változások jellemzése a májban

(A) metionin és (B) valin. Az adatok a metabolitok relatív területi értékei, és átlagként ± S.D. három mintából. A statisztikai elemzéseket Welch t-tesztjével végeztük.

Itt jelentős metabolitokat mutatnak (P 6. ábra). Ebben a kísérletben az egereknek beadott szaké mennyisége túlzottnak tűnt, mivel a szérum TG jelentős növekedését figyelték meg a kontroll egerekhez képest. Noha a sugárzás önmagában a TG-szint csökkenését idézte elő, a szake TG-szint a sake-ben és a sugárzásban egyaránt részesülő kezelési csoportban nagymértékben csökken a kontroll szintjére a kedvéért beadott egerek szintjétől. A TG sugárzás általi megfigyelt csökkenése a kedvéért beadott egerekben részben az antioxidáns válaszok indukciójának tudható be, amit a máj GSH-növekedése is jelez. A TG alkohol okozta felhalmozódása állítólag enyhíthető egy olyan étrenddel, amely olyan ételeket tartalmaz, amelyek olyan tényezőket tartalmaznak, amelyek elősegítik az antioxidáns reakciókat [38].

(A) glükóz, (B) összkoleszterin (TCHO), (C) laktóz-dehidrogenáz (LDH) és (D) trigliceridek (TG). Az adatokat átlagként ± S.D. hét egérből két független kísérletben. A statisztikai elemzéseket a párosítatlan t-teszttel végeztük.

A szaké beadásának hatása a sugárzás hatásaira

Beszámoltak arról, hogy a borfogyasztás enyhíti a rákrák terápiájával járó mellékhatásokat [39], és hogy a sörfogyasztás csökkentheti a sugárzás káros hatásait [40]. Az alkoholos italok sugárzásra adott reakcióinak jobb megértéséhez azonban szükség van a sugárzás kockázatának vagy az alkohol orvosi alkalmazásának felméréséhez. Omikai alapú megközelítést alkalmaztak a szakéval kezelt patkányok májának molekuláris változásainak vizsgálatára [41]. Ilyen megközelítéseket azonban nem alkalmaztak a szaké máj metabolizmusra gyakorolt specifikus hatásainak meghatározásában az etanoléhoz képest. Legjobb tudomásunk szerint az anyagcsere-elemzéseket nem végeztük a stressz más stresszhatásokhoz történő közvetítése szempontjából. A szakén anti-mutagén hatások vannak, ezt a tulajdonságot nem tulajdonítják az etanolnak [14], és az akut szaké adagok beadása kimutatták, hogy hatékonyabban védi az egereket a nagy dózisú sugárzás káros hatásaitól, mint önmagában az etanol [15]. ].

Asztal 1

Aminosavak Összeg (mg)/100g sakeAminosavak: (Mg)/100g sake

Áspiskígyó	3	Cys	1
Thr	2	Találkozott	1.

Noha a besugárzásnak és a szaké beadásának egyértelműen interaktív hatása van a GSH-szabályozásra nézve, a mögöttes mechanizmus továbbra sem tisztázott. Korábban kimutattuk, hogy az elhízás közvetíti a sugárérzékenységet [8]. A sugárzás élő szervezetekre gyakorolt káros hatásait, különösen alacsony lineáris energiaátviteli (LET) sugárzás, például röntgensugárzás esetén, a sugárzás okozta oxidatív stressznek tekintik. Elhízás esetén úgy tűnik, hogy az elhízás okozta oxidatív stressz közvetíti a máj sugárzásának hatásait. A Sake még ismeretlen mechanizmussal befolyásolhatja a máj redox homeosztázisát, ami a GSH-szabályozás megváltozását eredményezheti sugárzásnak kitéve.

Habár az alkohol beadásának biológiai hatásait különféle kísérleti modellekben vizsgálták [32, 38, 46, 47], a jelen tanulmányban kísérleti modellként egereket egy hónapig kitettünk alkoholnak. 2 vagy 6 hétig tartó krónikus alkohol adagolást alkalmaztak az alkohol metabolizmusra gyakorolt hatásainak értékelésére egerekben [32, 38, 47], és ezekkel a modellekkel összhangban a TG növekedését itt is megfigyelték, jelezve, hogy ezt a modellt figyelembe veszik megfelelő modell a krónikus alkohol beadásának értékelésére.

A májbetegségekkel kapcsolatos mechanizmusok tényezőinek értékeléséhez meg kell határozni a különböző körülmények között megváltozott fehérjéket és metabolitokat [48]. A metabolomanalízis betekintést nyújt a mögöttes mechanizmusokba, amelyek a betegségek, például a rák kialakulásához vezetnek, és a potenciális terápiás célpontok azonosításához vezethetnek [49]. Az alkohollal összefüggő betegségek esetében a krónikus alkoholfogyasztás és a zsírmáj közötti összefüggést megerősítették [2]. Ezenkívül úgy tűnik, hogy a zsírmáj fejlődését a sugárzás is befolyásolja [50]. A jelenlegi megállapítások, amelyek a sake fogyasztás enyhítik a sugárzás hatásait, betekintést nyújthatnak az alkohol okozta betegségek és a sugárhatások kapcsolatába.

Az alkoholfogyasztás egyfajta kalóriabevitelt képvisel, és úgy tekintik, hogy befolyásolja a testtömeget, bár ez az összefüggés ellentmondásos [57, 58]. Bár az etanollal vagy szakéval kezelt egerek végső testtömege nem különbözött szignifikánsan a kontrollcsoportétól (S1 és S2 táblázatok), a beadás ideje alatt a testtömeg ingadozása volt megfigyelhető. Különösen a 15% etanolt vagy szakét beadó egereknél egyértelmű csökkenést észleltünk körülbelül két-három héttel az adagolás kezdete után. Mivel ebben az időszakban 15% etanolt tartalmazó egereknél az ételfogyasztás csökkenését figyelték meg (S7 táblázat), a megfigyelt testtömeg-csökkenés valószínűleg a csökkent táplálékfelvételhez kapcsolódott. Bár a táplálékbevitel csökkenése az adagolási időszak végén helyreálltnak látszott, a metabolitokban vagy a TG-ben megfigyelt változások a kalóriafogyasztás alkoholfogyasztás utáni változásaiból származhatnak.

A mértékes ivás kedvéért jótékony hatású és védő hatással van az egészségre, és részleges védelmet nyújthat a véletlenszerű vagy orvosi sugárterheléssel szemben. Bár a szaké beadás mennyisége ebben a vizsgálatban nem kicsi, úgy tűnik, hogy a szint védőhatást vált ki, és praktikus az egér kísérleti modelljében történő értékeléshez [15]. Ha azonosítják azokat a természetes összetevőket, amelyek elősegítik ezeket a védőhatásokat, hozzájárulhatnak bizonyos élelmiszerek egészségre gyakorolt előnyeinek megértéséhez, és potenciálisan felhasználhatók klinikai körülmények között. Ehhez szükség lenne az egyszeri besugárzás metabolizmusra gyakorolt hatásainak értékelésére vagy a metabolikus markerek lipidomikai úton történő azonosítására. Az itt bemutatott eredmények indokolttá teszik a szakéban jelen lévő előnyös komponensek további tanulmányozását és a szakéfogyasztással megváltozott anyagcsere-hálózatok elemzését.

Következtetések

A krónikus japán szakéfogyasztás specifikus metabolikus változásokat vált ki a májban a besugárzás hatására. Bár a túlzott szakéfogyasztás káros hatásokat idézhet elő a májban, a szakéfogyasztás elősegítheti az antioxidáns stressz aktivitását a sugárterhelést követően. Az itt bemutatott megállapítások azt sugallják, hogy a mérsékelt szakéfogyasztás elősegítheti az antioxidáns aktivitást a stressznek, például a sugárzásnak való kitettség után, ezáltal korlátozva az e stresszekhez általában kapcsolódó káros hatásokat.