A klorogénsav/króm-kiegészítő megmenti az étrend okozta inzulinrezisztenciát és az elhízást egerekben

Absztrakt

A hasi elhízás az inzulinrezisztencia, a 2-es típusú cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek egyik fő kockázati tényezője. Az étrendi zsír inzulinrezisztenciát vált ki emberben és rágcsálókban. A jelenlegi tanulmány azt vizsgálja, hogy a klorogénsav/króm III-kiegészítés megmenti-e az elhízást és az inzulinrezisztenciát, amelyet a hím C57BL/6 J egerek 7 héten át végzett magas zsírtartalmú táplálása okoz. Ennek a kiegészítésnek az orális napi adagjának beadása az etetés utolsó 3 hetében megfordította a diéta okozta testtömeg-növekedést és inzulinrezisztenciát, amelyet hiperglikémia, glükóz-intolerancia és inzulin-intolerancia értékelt. A közvetett kalorimetriás elemzésből kiderült, hogy ezt a hatást legalább részben az energiafelhasználás növelése és a spontán mozgásszervi aktivitás közvetíti. Ezek a megállapítások hangsúlyozzák a klorogénsav és a króm fontos szerepét a magas zsírtartalmú étrendben táplált egerek glükóz-anyagcseréjének és inzulinreakciójának fenntartásában.

Háttér

A zsigeri elhízás prevalenciája folyamatosan nőtt világszerte. Jelenleg az amerikaiak többsége túlsúlyos és közel 35% -a elhízott [1, 2]. Mivel a hasi elhízás fokozott kockázatot jelent a járványos ütemben terjedő 2-es típusú cukorbetegség és zsírmájbetegség kialakulásában [3], elengedhetetlenné vált olyan eszközök kifejlesztése, amelyek könnyen bevezethetők mindennapjainkba, hogy hatékonyan küzdhessünk ennek elterjedése ellen. betegség.

A hasi elhízás általában perifériás inzulinrezisztenciával társul, amely a metabolikus szindróma és a kapcsolódó betegségek jellemzője. A perifériás inzulinrezisztencia multifaktoriális, és a glükóz és az inzulin intolerancia mellett hyperinsulinemia és random hyperglykaemia formájában nyilvánul meg [4]. Az elhízás és az inzulinrezisztencia közötti ok-okozati összefüggést intenzíven vizsgálták. Széles körben elfogadott, hogy a kalóriatartalom növekedése elősegíti a lipidek fehér zsírszövetben való tárolását, ami zsigeri elhízást és inzulinrezisztenciát okoz. Az étrend által kiváltott inzulinrezisztenciát számos mechanizmus közvetíti, beleértve a WAT-eredetű zsírsavak és adipokinek felszabadulását, amelyek tompítják az inzulin jelátvitelt, méhen kívüli lipotoxicitást és szisztémás gyulladásgátló állapotot okoznak [5]. Ez csökkenti a WAT adiponektin felszabadulását is, amely esemény hozzájárul a magas zsírtartalmú bevitel által okozott inzulinrezisztencia állapothoz [6].

Kölcsönösen számos laboratórium - köztük a miénk is - beszámolt a kalóriakorlátozás és a testmozgás metabolikus és kardiovaszkuláris előnyeiről az emberekben és a metabolikus szindróma patkánymodelljeiről [7–9]. Az élelmiszerellátás bősége és a kedvelt mozgásszegény életmód azonban a fogyást folyamatosan kihívássá tette az iparosodott világ lakói számára. Az elmúlt években nagy számban fejlesztettek olyan italokat és ételeket, amelyek nem tartalmaznak kalóriatartalmú vagy alacsony kalóriatartalmú (pl. Mesterséges vagy emészthetetlen) édesítőszereket. Ezek azonban nem tudták hatékonyan szabályozni a testsúlycsökkenést, a bonyolult test-visszacsatolási rendszerek miatt, amelyek végül ösztönözhetik az étvágyat és a túlzott kalóriabevitelt [10, 11].

A természetes termékeket tartalmazó polifenolok antidiabetikus hatást fejtenek ki [12]. A kávé a legnagyobb koncentrációban tartalmaz polifenolokat más italok között [13]. A klorogénsav (CGA) egy fenol-metabolit, amelyet néhány növényfajból, például pl Coffea Canephora Pierre (közönségesen zöld kávébab néven ismert). A CGA számos biológiai tulajdonsággal rendelkezik (azaz antioxidáns) [14] és inzulin-szenzibilizáló aktivitással rendelkezik [15]. Számos mechanizmus révén csökkenti a hiperglikémiát is [16]. Ezek közé tartozik a glukagonszerű peptid 1 által közvetített inzulin szekréció stimulálása [17] és az AMP-függő kináz aktiválása a glükóz transzporter 4 transzlokációjának elősegítése érdekében a plazma membránhoz a glükóz felvételéhez [18].

Mégis, a megnövekedett kávéfogyasztás önmagában hatástalan lehet, mivel a koffein alváshiányt okozhat, ami viszont elhízást és inzulinrezisztenciát okoz [19–21]. Így a kávét CGA-val és króm III-mal (CrIII), gyorsan felszívódó, gyulladáscsökkentő hatású króm-formával [22] egészítették ki annak megvizsgálására, hogy ez a CGA/Cr-készítmény megfordítja-e a magas zsírtartalmú étrend által kiváltott anyagcserezavarokat a C57BL/6 J (BL6) egér, egy állatmodell, amely metabolikusan reagál az étkezési zsírra, mint az ember [23]. Bemutatjuk, hogy az étrend kiegészítése a CGA/Cr napi szájon át történő adagolásával 3 héten át megfordította a diéta által kiváltott elhízást, hiperglikémiát és inzulinrezisztenciát, és ezt legalább részben az energiafelhasználás növelése és a spontán fizikai aktivitás indukálása közvetíti.

Mód

Állatok és etetés

C57BL/6 J (BL6) hím egereket (3 hónaposak) etettek ad libitum vagy egy szokásos rendszeres étrend (RD), amely 12: 66: 22% kalóriát tartalmaz zsírból: szénhidrát: fehérje, vagy magas zsírtartalmú étrend (HF), amely 45: 35: 20% kalóriát eredményez zsírból: szénhidrát: fehérje (D12451, kutatás Diets, New Brunswick, NJ). A zsírsav-összetétel a HF-étrendben 36: 45: 19% telített volt (SFA): egyszeresen telítetlen (MUFA): többszörösen telítetlen zsírsavak (omega-6 PUFA). Az egereket 12 órás sötét/világos ciklusban tartottuk, és az Intézményi Állattenyésztési és Haszonkezelési Bizottság jóváhagyta az összes eljárást.

Kezelés

Az egereket HF-vel vagy RD-vel etettük 7 hétig. Az etetés utolsó 3 hetében az RD-vel táplált egereket csak vízzel, míg a HF-vel táplált egereket vízzel, CGA/Cr kiegészítéssel vagy egyedül CGA-val kezeltük. A CGA/Cr kiegészítés alapkoffeint [0,1 mg/egér/nap koffein (Boresha International Inc.), 0,1 mg/egér/nap C-vitamint (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) és 5,13 mg/egér/nap fruktózt tartalmazott. (Sigma-Aldrich)] 2,3 μg/egér/nap króm-dinikociszteinát (Cr) (Inter Health, Benecia, CA) [24] és 0,21 mg/egér/nap koffeinmentes fenol-klorogénsav mellett, amely 3-O-koffeinoklikinsavat tartalmaz (3-CQA), 4-CQA és 5-CQA (Naturex SA, Avignon, Franciaország) [25]. A krómot eltávolították a kizárólag CGA-ként jelölt kiegészítésből. Az adagok hasonlóak voltak az embereknél alkalmazott adagokhoz, 40 g testtömeg/egér értékre igazítva. Az egereket naponta egy órán át éheztettük, majd 1500 óránál naponta egyszer 0,5 ml víz, CGA vagy CGA/Cr szájon át kezeltük őket etetőcső segítségével. Az éhezés és a 0,5 ml felhasználásának megközelítését úgy tervezték, hogy elkerülje a törekvéseket.

Intra-peritonealis inzulin tolerancia teszt

Amint azt korábban leírtuk [26], az egereket 7 órán keresztül éheztettük 700 órától kezdve. A Novolin humán inzulint (Novo Nordisk NDC 0169-1833-11) intraperitoneálisan (IP) adtuk 0,75 E/ttkg testsúlyban az egerek felébresztésére. A vércukorszintet a farokvénából a farok kivágásával mértük 0–180 perccel az inzulininjekció után. A glükózszinteket az éhezés szintjének százalékában fejeztük ki.

Intra-peritonealis glükóz tolerancia teszt

Amint azt korábban leírtuk [26], az egereket egy éjszakán át éheztettük (1700-tól 800 óráig a következő napon), és 1,5 g/ttkg (50% dextróz-oldat) glükózt adtunk ébren lévő egereknek. A vércukorszintet (mg/dl) a farokvénából mértük a glükóz injekció utáni 0–120 perccel.

Közvetett kalorimetriás elemzés

A közvetett kalorimetriát és a táplálékfelvételt egyedileg ketrecbe helyezett (CLAMS rendszer, Columbus Instrument, Columbus, OH) ébren lévő egerekben értékeltük a kezelési időszak végén (n = 4/csoport), 3 napos időtartam alatt, 2 napos akklimatizálás után, a leírtak szerint [27]. Az egerek élelemhez és vízhez jutottak ad libitum. A spontán mozgásszervi aktivitást optikai sugárral mértük vízszintes és függőleges mozgást (XYZ-tengely). Az oxigénfogyasztást (VO2) és a CO2 termelést (VCO2) 30 percenként vettük mintából. Az adatokat a fény (600-1800 h) és a sötét (1800 h-600 h) ciklusok átlag ± SEM-ként ábrázoltuk.

Statisztikai analízis

A GraphPad Prism 4 szoftver segítségével az adatokat egyirányú varianciaanalízissel (ANOVA) elemeztük Bonferroni korrekcióval minden ábrán, kivéve az 1. ábra adatait, amelyeket hallgatói t-teszttel elemeztünk. P 1. ábra

Eredmények

A CGA/Chromium III és a CGA kiegészítők megfordították az étrend okozta elhízást

Amint az a 2. ábrából kiderül, az egerek 4 hétig zsírban gazdag táplálékkal (HF) való táplálása a testtömeg növekedését okozta a rendszeres táplálékkal (RD) táplált egerekhez képest (sötét karikák és fehér négyzetek). A CGA/Cr (szürke karikák) és a CGA (kikelt körök) kiegészítés megakadályozta a további testtömeg-növekedést, és ehelyett jelentősen csökkentette azt 2 héten belül, amíg el nem érte a normál étrendet 7 hétig táplált szinttel összehasonlítható szintet (2. ábra, szürke és kikelt körök, szemben a fehér négyzetekkel).

A CGA/Chromium III kiegészítő hatása a testsúlyra. A hím BL6 egereket (3 hónaposak) normál (RD) (négyzet) etetéssel láttuk el (n = 7 egér) vagy magas zsírtartalmú étrend (körök) (n = 23 egér) 1 hónapig. A HF-vel táplált egereket ezután (szaggatott függőleges vonallal) naponta egyszer 3 hétig szondával kezeltük bármelyik vivőanyaggal (víz), n = 7 egér), CGA (kikelt körök, n = 8 egér) vagy CGA/Chromium III (CGA/Cr) (szürke karikák), n = 8 egér). RD-vel táplált egerek (n = 7) csak vízzel szondázták. Az egerek továbbra is teljes hozzáférést kaptak ugyanahhoz az étrendhez a kezelési időszak alatt. A testsúlyt hetente mértük a kezelési időszak alatt. Az értékeket átlag ± SEM-ben fejezzük ki. *P † szemben a HF-vízzel

A CGA/Chromium III kiegészítés megfordította a magas zsírtartalmú étrend által kiváltott összes metabolikus rendellenességet

Az elhízás mellett (2. ábra) a HF étrend 4 hete okozott inzulinrezisztenciát, amit az RD-vel táplált egerekhez képest fokozott intolerancia mutat az exogén inzulin iránt (1. ábra,én fekete körök a fehér négyzetekkel szemben, és az 1. ábra,ii a kísérő oszlopdiagramon, amely a görbe alatti területet (AUC) ábrázolja: 14287 ± 458 HF-vízben (fekete oszlop), szemben az 11182 ± 691,9 tetszőleges egységgel (au) RD-vízben (fehér oszlop); P 3. ábra

A CGA/Chromium III kiegészíti az étrend okozta anyagcsere-rendellenességeket. Az egereket 4 hétig etettük RD-vel (négyzetek) vagy HF-vel (körök), mielőtt egyszer szájon át kaptuk volna a vizet (fekete körök), egyedül a CGA-t (kikelt körök) és a CGA/Chromium III-t (CGA/Cr) (szürke körök). naponta, mivel további 3 hétig ugyanazzal a diétával etették őket, mint a 2. ábra jelmagyarázatában. A kezelés végén az egerek (n = 7-8/kezelésenként, etetési csoportonként): a intra-peritonealis inzulin-tolerancia teszt a glükóz-elhelyezkedés értékelésére 0–180 perccel az inzulininjekció után, b intra-peritonealis glükóz-tolerancia teszt a glükóz-ártalmatlanítás vizsgálatára 0–120 perccel a glükózinjekció után, és (c) táplált vércukorszint. For (a-b), a görbe alatti területet (AUC) minden egyes grafikonból megmértük, és az oszlopdiagramokban (paneleken) mutattuk be ii) az egyes grafikonoktól jobbra (a) és (b). Az értékeket átlag ± SEM-ben fejezzük ki. *P † szemben a HF-vízzel (fekete sávok) és a §-val szemben a HF-CGA-val (kikelt sávok)

A hosszan tartó HF étrend glükóz intoleranciát okozott az RD táplálkozáshoz képest. 3b,én- fekete körök a fehér négyzetekkel szemben és a 3b,ii- AUC: 34706 ± 2906 HF-vízben (fekete sáv) szemben 24434 ± 1929 au RD-vízben (fehér sáv); P 4. ábra

Közvetett kalorimetriás elemzés. A kezelési periódus végén az egereket külön-külön kalimetrikus ketrecekbe helyeztük (n = 4/kezelési csoport) 2 napig szabad hozzáféréssel az élelemhez és a vízhez, az akklimatizáláshoz, majd közvetett kalorimetriás elemzéshez 24 órás periódusban 3 napig, a méréshez: a Ételbevitel (étel g/egér/nap), b Energia kiadások (kcal/h/kg testtömeg), és c Spontán mozgásszervi aktivitás (események/óra) a fény (600 és 1800 óra között) és a sötét (1800 és 600 óra között - szürke árnyékolt) ciklusokban. Az értékeket az utolsó 3 nap minden egyes időintervallumának átlag ± SEM értékeként fejezzük ki. * P † szemben a HF-vízzel (fekete sávok)

Vita

Az elhízás globális járvány, és az anyagcsere- és a szív- és érrendszeri betegségek egyik fő kockázati tényezője. Az étkezési zsír kulcsfontosságú szerepet játszik az inzulinrezisztencia indukciójában emberekben [28] és egerekben [29]. A jelenlegi tanulmányok célja a klorogénsavat tartalmazó CGA/Cr kiegészítők hatásának meghatározása volt az étrend okozta testtömeg-gyarapodásra és inzulinrezisztenciára a BL6 egerekben. Itt bemutatjuk, hogy a CGA/Cr készítmény megfordítja a testtömeg-növekedést az inzulin- és glükóz-intolerancia mellett a magas zsírtartalmú étrendet fogyasztó egerekben. Úgy tűnik, hogy ezt a hatást - legalábbis részben - a spontán mozgásszervi aktivitás és az energiafelhasználás növelése közvetíti.

Megjegyzendő, hogy a CGA/Cr nem növelte az élelmiszer-bevitelt, amint az várható a CrIII glükózcsökkentő hatásától, valamint fruktóz hozzáadásától, amely alacsony glikémiás szénhidrát, amely nem stimulálja a jóllakottsági hormonok, például az inzulin és leptin [37, 38]. A fruktóz emberben és egerekben kifejtett negatív metabolikus hatása körül uralkodó vita ellenére [39] ez a szénhidrát úgy tűnik, nem ellensúlyozza a vizsgálataink során alkalmazott CGA/Cr készítmény általános védőhatásait. Lehetséges, hogy az alkalmazott fruktóz alacsony dózisa (

0,125 mg/testtömeg-kg) korlátozta káros anyagcsere-hatását, különösen olyan CGA jelenlétében, amely ellenkezőleg képes legyőzni negatív hatását [40].

Mint várható volt, a közvetett kalorimetriás elemzés azt mutatja, hogy a magas zsírtartalmú táplálás csökkenti az élelmiszer-bevitelt, az energiafelhasználást és a fizikai aktivitást a rendszeres táplálékkal etetett egerekhez képest. A CGA/Cr kiegészítés helyreállította az energiafogyasztást és a HF-vel táplált egerek fizikai aktivitását anélkül, hogy befolyásolta volna a táplálékfelvételt. A CGA/Cr ezen termogén hatása valószínűleg a CGA-nak [30] és a koffeinnek [41] köszönhető. A mögöttes molekuláris mechanizmusok nem ismertek, de a polifenolok indukálják a CEACAM1-et [42], egy olyan fehérjét, amely elősegíti az inzulinérzékenységet azáltal, hogy közvetíti az inzulin clearance-ét a májban [43]. Megfigyeltük, hogy a magas zsírtartalmú étrend csökkenti a CEACAM1-et, és hogy a CEACAM1 transzgenikus túlzott expressziója a májban megakadályozza a magas zsírtartalmú étrend negatív hatását az egerek energiafogyasztására és fizikai aktivitására [44]. Ezért ésszerű feltételezni, hogy a máj CEACAM1 polifenolok általi indukálása hozzájárul az inzulinérzékenység, az energiafelhasználás és a CGA/Cr beadása által okozott spontán lokomoter aktivitás helyreállításához. Az is lehetséges, hogy ennek a készítménynek a beadása növeli a spontán fizikai aktivitást és az energiafelhasználást (a szimpatikus idegi kiáramlás aktiválásával a zsírszövetbe), ez pedig elősegíti az inzulinérzékenységet [27].

Összefoglalva, a jelenlegi tanulmányok bizonyítékot szolgáltatnak arra vonatkozóan, hogy ez a koffein alapú CGA/Chromium III készítmény megfékezi a magas zsírtartalmú étrend káros hatását az egerek testtömegére és inzulinhatására. Tekintettel arra, hogy a BL6 egerek magas zsírtartalmú étrendre adott metabolikus válasza szimulálja az emberekét, az adatok azt sugallják, hogy ez a CGA/Chromium III készítmény ígéretes táplálékkiegészítőként szolgálhat a testsúlykontroll megkönnyítésére zsírral dúsított étrend fogyasztásával. További vizsgálatokra van szükség a mögöttes molekuláris és sejtes mechanizmusok vizsgálatához. Mindazonáltal a jelenlegi jelentés bemutatja a napi CGA/Chromium III fogyasztás által megnövekedett energiafelhasználás és fizikai aktivitás fontos szerepét a testtömeg-növekedés és az inzulinrezisztencia megelőzésében a magas zsírtartalmú bevitelre reagálva.

Következtetések

Itt meghatározunk egy koffein alapú CGA/Chromium III készítményt, amely megfékezi a magas zsírtartalmú étrend káros hatását az egerek testtömegére és inzulinhatására. Ezt részben az energiafogyasztás megőrzése és a spontán fizikai aktivitás közvetíti.