A ketogén étrend rövid távú táplálása súlyosabb máj inzulinrezisztenciát vált ki, mint egy obesogén magas zsírtartalmú étrend

Élelmiszer-, Táplálkozási és Egészségügyi Intézet

Ezek a szerzők egyformán járultak hozzá ehhez a munkához.

Levelező szerzők Christian Wolfrum és Gerald Grandl: ETH Zürich, Schorenstrasse 16, CH ‐ 8603 Schwerzenbach, Svájc. E-mail: [email protected] és [email protected] További cikkek keresése a szerzőtől

Élelmiszer-, Táplálkozási és Egészségügyi Intézet

Ezek a szerzők egyformán járultak hozzá ehhez a munkához.

Élelmiszer-, Táplálkozási és Egészségügyi Intézet

Élettani és Viselkedési Laboratórium, ETH Zürich, Schwerzenbach, Svájc

Gyermek endokrinológiai és diabetológiai osztály

Gyermekkutató Központ, Egyetemi Gyermekkórház, Zürich, Svájc

Gyermek endokrinológiai és diabetológiai osztály

Gyermekkutató Központ, Egyetemi Gyermekkórház, Zürich, Svájc

Élelmiszer-, Táplálkozási és Egészségügyi Intézet

Ezek a szerzők egyformán járultak hozzá ehhez a munkához.

Élelmiszer-, Táplálkozási és Egészségügyi Intézet

Ezek a szerzők egyformán járultak hozzá ehhez a munkához.

Élelmiszer-, Táplálkozási és Egészségügyi Intézet

Élettani és Viselkedési Laboratórium, ETH Zürich, Schwerzenbach, Svájc

Gyermek endokrinológiai és diabetológiai osztály

Gyermekkutató Központ, Egyetemi Gyermekkórház, Zürich, Svájc

Gyermek endokrinológiai és diabetológiai osztály

Gyermekkutató Központ, Egyetemi Gyermekkórház, Zürich, Svájc

Élelmiszer-, Táplálkozási és Egészségügyi Intézet

Szerkesztette: Kim Barrett és Fiona Gribble

Ez egy Editor's Choice cikk a 2018. október 1-jei számból.

Linkelt cikkek: Ezt a cikket Evans perspektivikus cikkében emelik ki. A cikk elolvasásához látogasson el a https://doi.org/10.1113/JP276703 oldalra. A cikket kiemeli a Medak & Townsend Journal Club cikke is. A cikk elolvasásához látogassa meg a https://doi.org/10.1113/JP277632 oldalt.

Absztrakt

Főbb pontok

A ketogén étrendről ismert, hogy fogyáshoz vezet, és anyagcserében egészségesnek tekinthető; ellentmondásos jelentések vannak azonban a máj inzulinérzékenységére gyakorolt hatásáról.
A KD-vel táplált állatok éhomi állapotban metabolikusan egészségesnek tűnnek 3 napos táplálkozási kihívás után, míg az obesogén, magas zsírtartalmú étrenddel (HFD) táplált állatok megemelkedett inzulinszintet mutatnak.
A glükóz kihívás azt mutatja, hogy mind a KD, mind a HFD táplált állatok glükóz-intoleránsak.
A glükóz-intolerancia korrelál a fokozott lipid-oxidációval és az alsó légzőcsere-aránysal (RER); azonban minden állat reagál a glükózinjekcióra az RER növekedésével.
Hiperinszulinemikus – euglikémiás bilincsek kettős nyomjelzővel azt mutatják, hogy a KD hatása a máj inzulinrezisztenciájának és a megnövekedett glükóztermelésnek az eredménye, de nem károsítja a glükóz clearance-ét vagy a szövetek glükózfelvételét más szövetekben.

Absztrakt

Bevezetés

Mód

Etikai jóváhagyás

A jelen vizsgálatban leírt összes egérkísérletet szigorúan a Svájci Szövetségi Élelmiszer-biztonsági és Állategészségügyi Hivatal állatjóléti rendeletében (TSchV 455.1) foglalt ajánlásoknak megfelelően hajtották végre. A tanulmányt a svájci Zürich kantoni állat-egészségügyi hivatal hagyta jóvá. Az állatoknak buprenorfint (Temgesic; 50–100 μg kg –1) adtak be fájdalomcsillapításra a műtét előtt, és a műtét során altatták őket izofluránnal (4–5% indukció, 1,5–2,5% fenntartás céljából). A műtét utáni állatoknak glükozalint (fiziológiás 0,9% fiziológiás sóoldatban szőlőcukrot) (300 μL) és 5 mg kg –1 karprofent injektáltak naponta. Az állatokat méhnyak diszlokációval vagy CO2 fulladással ölték meg lassan emelkedő CO2 szint mellett. A nyomozók megértik azokat az etikai elveket, amelyek alapján A Journal of Physiology működik, és megerősíti, hogy munkájuk megfelel a Grundy (2015) által felvázolt állatetikai ellenőrzőlistának.

Állatok

A C57BL/6 egereket kórokozóktól mentes állattartó létesítményben helyezték el 12:12 órás világos/sötét ciklus alatt (világít 07:00 órakor) 23 ° C környezeti hőmérsékleten, szabad hozzáféréssel az élelemhez és a vízhez. Az egereket Charles River-től (Wilmington, MA, USA) szereztük ~ 6–8 hetes korban, és az állatkísérletben tartottuk a kísérlet kezdetéig, 12 hetes korukban. Az egereket standard chow-val etették (tisztított étrend # 2222; Kliba-Nafag, Kaiseraugst, Svájc; 18% fehérje, 7% zsír, 58 tömegszázalék szénhidrát), ketogén étrendet, amely 90% kalóriát tartalmaz zsírból (Teklan TD.96355; Envigo, Huntingdon, Egyesült Királyság; 15,3% fehérje, 67,4% zsír, 0,6% szénhidrát tömegszázalékban) vagy 60% kalóriatartalmú, magas zsírtartalmú étrend (tisztított étrend # 2127; Kliba-Nafag; 23,9% fehérje, 35% zsír, 23,2%) tömeg% szénhidrát). A jelen vizsgálat során 149 egeret öltek meg.

Plazma gyűjtemény

Vért gyűjtöttünk a farokvénából 0,5 m EDTA-t tartalmazó csövekbe, és centrifugáltuk a plazma előállításához. A post mortem vérgyűjtéshez az állatokat elfojtották CO2-elfojtással, és vért vettek szívszúrással.

Plazmaelemzés

A vércukorszintet Aviva Accu ‐ Chek glükózcsík rendszerrel (# 07400918016, # 06453988016; Roche Diagnostics International, Basel, Svájc) mértük, mérésenként ~ 0,6 μl vért vettünk fel. Az inzulint MSD enzimmel kapcsolt immunszorbens vizsgálati készlet segítségével mértük (K152BZC; Meso Scale Diagnostics, Rockville, MD, USA). A szabad zsírsavakat a Wako Nefa # 9196 készlet (Wako Pure Chemical Industries, Tokió, Japán), trigliceridek (TG) a Cobas Roche/Hitachi Kit # 11489232 (Roche Diagnostics International), a koleszterinszintet pedig a Cobas segítségével mértük. Roche/Hitachi Kit # 11877771 (Roche Diagnostics International). Az összes ketontestet a Wako Chemicals Kit # 415-73301/411-73401 (Wako Pure Chemical Industries) segítségével határoztuk meg.

Glükóz/inzulin tolerancia teszt

Az állatokat reggel 08.00 órakor böjtöltük, és intravénásán injektáltuk. 1,5 g kg –1 testtömegű glükózzal [glükóztolerancia teszt (GTT)] vagy 0,5 U kg –1 testtömegű inzulinnal [inzulin tolerancia teszt (ITT)] 0,9% -os sóoldatban 6 órás böjt után. Vérmintákat kaptunk a farokvégi vérzésekből a vércukorszint mérésére az injekció beadása előtt, valamint az injekció beadása után 15, 30, 60, 90 és 120 perccel.

Közvetett kalorimetria

Glükózbilincs-vizsgálatok

Statisztikai analízis

Minden adatot átlag ± SEM értékként jelentenek. A statisztikai elemzést a Prism (GraphPad Software Inc., San Diego, Kalifornia, USA) segítségével végeztük. A korrelációt a Pearson-korrelációs együttható kiszámításával elemeztük. A csoportok közötti különbségeket ANOVA elemezte Bonferronival post hoc teszt. P ≤ 0,05 statisztikailag szignifikánsnak tekintettük.

Eredmények

A rövid távú obesogén HFD táplálás, de a KD nem, az éhomi inzulin és a homeosztatikus modell értékelésének növekedését okozza - inzulinrezisztencia (HOMA ‐ IR)

A rövid távú KD- vagy HFD-táplálás károsítja a glükóz clearance-t és az inzulin toleranciát

A glükózérzékenység felmérése érdekében ezután az állatokat i.p. GTT 3 napos HFD vagy KD diéta után (2. ábraA és B). A böjti éhgyomri állapotainkkal ellentétben mind a HFD-vel, mind a KD-vel táplált állatoknál szignifikáns és szignifikáns csökkenést találtunk a szarvasmarhával etetett állatokhoz képest. Végeztünk egy i.p. ITT 3 napos diéta után (2. ábraC). Az ITT válasza hasonló károsodást mutatott, mint a GTT esetében (2. ábraD). Ezek az adatok arra utalnak, hogy az éhomi állapotban látszólag javuló inzulinérzékenység ellenére a 3 napos KD-táplálás elegendő a glükóz homeosztázis károsodásának előidézéséhez a C57/Bl6 egerekben, összehasonlítva a HFD táplálási rendszer ismert rövid távú hatásaival.

Az állandó állapotú RER fordítottan korrelál a glükóz toleranciával, bár minden csoport reagál az i.p. glükóz kihívás a RER növekedésével

A hiperinsulinaemiás – euglikémiás bilincsek különbségeket tárnak fel az inzulin elnyomott endogén glükóztermelésben, de nem mutatnak glükózelhelyezést vagy szöveti glükózfelvételt

Alacsonyabb inzulin- és glükózcélú hiperinszulinemikus – euglikémiás bilincsek megerősítik a csökkent inzulin-elnyomott endogén glükóztermelés hatását

Ezen megállapítások további megerősítése érdekében megismételtük a hiperinsulinaemiás – euglycaemiás clamp vizsgálatokat alacsonyabb inzulin infúziós sebességgel (12 mU kg –1 perc –1) és magasabb plazma glükóz célokkal (6–7 mm), a [3–3 H] jelzéssel. glükóz a bazális és inzulinelnyomott endogén glükóztermelés és a 2– [1–14 C] bolus egyensúlyi állapotban történő mérésére a szövet glükózfelvételének mérésére (5. ábraA). Ebben a beállításban a HFD-vel és a KD-vel táplált állatoknak lényegesen alacsonyabb glükózinfúzióra volt szükségük a plazma szint eléréséhez a céltartományban (5. ábraB-D). Ismét nem figyeltünk meg különbséget a bazális EGP-ben, bár az inzulin elnyomott állapotban szignifikánsan megnőtt a KD állatok EGP-je (5. ábraE). A magasabb inzulininfúzióval és alacsonyabb glükózcélokkal rendelkező bilincsekhez hasonlóan a glükóz eltűnésének szisztémás sebességében sem volt szignifikáns különbség (5. ábraF) vagy WAT és izom glükózfelvétel (5. ábraE). Ezek az adatok megerősítik azt a megállapításunkat, hogy a KD-vel táplált egereknél megfigyelt csökkent inzulinérzékenységet elsősorban a tompa máj inzulinérzékenység közvetíti, amely befolyásolja a glükózmennyiséget, az inzulininfúzió különböző tartományaiban és a cél plazma glükózszintben.

Vita

Tekintettel a KD és az inzulinérzékenység közötti kapcsolat vitájára, a glükóztoleranciát elemeztük a KD és a HFD rövid távú étrendi kihívásaira reagálva. vs.. egy chow étrend. A jelen tanulmány eredményei azt mutatják, hogy a ad libitum Mind a HFD, mind a KD táplálása rövid ideig, a szisztémás glükóz toleranciára gyakorolt hatás annak az eredménye, hogy az inzulin képtelen elnyomni a máj glükóztermelését, míg az izom és a zsírszövet glükóz felvétele teljesen zavartalan. Kezdeti hiperinsulinaemiás – euglikémiás clamp vizsgálatunkban meglehetősen magas inzulinszintet választottunk a szorítás során (18 mU kg –1 perc –1), ami a máj glükóztermelésének teljes elnyomásához vezetett inzulin alatt, sőt egyes esetekben negatív értékeket is jelentett az EGP számára. Ennek megoldására az alacsonyabb inzulinszinttel (12 mU kg –1 perc –1) és magasabb glükóz célokkal végzett clamp vizsgálatok megismétlését tűztük ki célul. Bár meg tudtuk erősíteni kezdeti eredményeinket, meg kell jegyezni, hogy inzulinszintünk még mindig magas, és a HGP szinte teljes elnyomásához vezet.

Hosszabb távú vizsgálatokban az 5 hetes KD táplálás hasonló fenotípust eredményezett, mint amit 3 nap után megfigyeltünk (Jornayvaz et al. 2010), míg más tanulmányok a KD táplálkozás által a glükóz anyagcseréjére gyakorolt egyetemesen kedvező hatásokról számolnak be (Kennedy et al. 2007; Rossz ember et al. 2009). Két nemrégiben készült tanulmány a rágcsálók KD-vel történő táplálását vizsgálta évekig, ami bonyolítja a képet. Roberts et al. (2017) drasztikusan károsodott szisztémás glükóz-clearance-ről számol be, összhangban a jelen és a Jornayvaz tanulmány eredményeivel et al. (2010), mégis javította az inzulinérzékenységet idős egerekben, hosszú életű KD-ben, míg Newman et al. (2017) nem közölnek semmilyen funkcionális adatot a glükóz homeosztázisról. Saját és a Jornayvaz tanulmányaink et al. (2010) fiatal egereken végezték, és ezért ezen adatok elfogadható értelmezése szerint a csökkent glükóz tolerancia a KD táplálás közvetlen metabolikus hatása, míg az egész életen át tartó alacsony glükóz és inzulin szint ellensúlyozhatja az életkorfüggő inzulinrezisztenciát, amely más mechanizmusnak tűnik, mint az étrend által kiváltott inzulinrezisztencia (Bapat et al. 2015).

Nyilvánvaló, hogy bár fontos metabolikus hasonlóságok vannak a KD táplálás és az éhezés között, vannak lényeges különbségek is. Az éhezés és az étrendi szénhidrát kimerülés mind az elsődleges üzemanyag szénhidrátról lipidre váltásához, mind ketogenezishez vezet. Az éhezés azonban jelentősen csökkenti az energiafelhasználást és a hőtermelést (Cahill et al. 1966; Cahill, 1970; Jensen et al. 2013), míg a KD bőséges energiát szolgáltat, és állítólag vagy megnövekedett, vagy változatlan energiakiadást okoz (Jornayvaz et al. 2010; Paoli et al. 2013; előszoba et al. 2016). Az éhezés következményei a csökkent energiafogyasztás, nem pedig a csökkentett szénhidrátfogyasztás következményei, a fokozott autofágia és a csökkent anyagcsere arány. Így lehetséges, hogy a rövid távú KD táplálás tüneteit a jelen tanulmányban és az éhezési cukorbetegség jelentett tüneteit különböző mechanizmusok okozzák.

Életrajzok

Gerald Grandl a bécsi egyetemen és a Harvard Medical School-ban végzett molekuláris biológiai mesterképzésen. PhD dolgozatát a svájci szövetségi technológiai intézetben, Zürichben folytatta, miután érdeklődött az anyagcsere-betegségeket és az elhízást okozó és fenntartó szisztémás események megértése iránt. Jelenleg posztdoktori kutatást végez a müncheni Helmholtz Központ Cukorbetegség és Elhízás Intézetében.

Leon Gabriel Straub biológiai alapképzését, valamint az élet- és orvostudományok mesterképzését a bonni egyetemen szerezte. Ezt követően csatlakozott Christian Wolfrum professzor laboratóriumához az ETH Zürichben doktori disszertációjának kidolgozásához. 2018-ban az ETH Zürichtől kapott doktori fokozatot a zsírszövetbiológiáról és a 2-es típusú diabetes mellitus kialakulásáról.