A magas fehérjetartalmú étrend hosszú távú bevitele befolyásolja az egerek testfenotípusát, anyagcseréjét és plazmahormonjait

A szerző közzététele: JPV, LL, WFP, SO, DS, AG, JRP és PMG, nincsenek összeférhetetlenségek. A JRBL a tanulmányban használt metabolikus fenotipizáló rendszert gyártó Sable Systems International elnöke és vezérigazgatója.

John P Vu, Leon Luong, William F Parsons, Suwan Oh, Daniel Sanford, Arielle Gabalski, John RB Lighton, Joseph R Pisegna, Patrizia M Germano, A magas fehérjetartalmú étrend hosszú távú bevitele befolyásolja a test fenotípusát, az anyagcserét és a plazmát Hormonok egerekben, The Journal of Nutrition, 147. évfolyam, 2017. december 12. szám, 2243–2251. Oldal, https://doi.org/10.3945/jn.117.257873

Absztrakt

Háttér: A közelmúltban magas fehérjetartalmú étrendeket (HPD) alkalmaztak testtömeg- és zsírtömeg-veszteség elérésére és az izomtömeg növelésére. Számos tanulmány dokumentálta, hogy a HPD csökkenti az étvágyat és az ételbevitelt.

Célkitűzés: Célunk az volt, hogy meghatározzuk a HPD hosszú távú hatásait a testsúlyra, az energiafogyasztásra és a ráfordításra, valamint az anyagcsere hormonokra.

Mód: A hím C57BL/6 egereket (8 hét régi) 12 hétig HPD-vel (az energia 60% -a fehérjeként) vagy kontroll-étrendet (CD; energia 20% -a fehérje formájában) tápláltuk. Meghatároztuk a testösszetételt és a táplálékfelvételt, és megmértük a plazma hormonkoncentrációkat egerekben etetés után, és egy éjszakai takarmánymegszakítás után, több időpontban.

Eredmények: A HPD egerek testsúlya szignifikánsan alacsonyabb volt (átlagban ± SEM; 25,73 ± 1,49, összehasonlítva 32,5 ± 1,31 g; P = 0,003) és a zsírtömeg (9,55% ± 1,24%, szemben a 15,78% ± 2,07%; P = 0,05) első 6 hét CD-egerekhez képest, és nagyobb a sovány tömeg az egész vizsgálat során a 2. héttől kezdődően (85,45% ± 2,25%, szemben a 75,29% ± 1,90% -kal; P = 0,0001). Az energiafogyasztás, az összes energiafelhasználás és a légzési hányados szignifikánsan alacsonyabb volt a HPD-ben a CD egerekhez képest, amit a kumulatív energiafogyasztás és az evési arány mutat. A vízgőz szignifikánsan magasabb volt a HPD egerekben mind a sötét, mind a világos fázisban. HPD egerekben a leptin koncentrációja [takarmány nélkül: 41,31 ± 11,60, összehasonlítva 3041 ± 683 pg/ml-vel (P = 0,0004); étkezés után: 112,5 ± 102,0, összehasonlítva a 8273 ± 1415 pg/ml-vel (P

Bevezetés

Mód

Állatok és diéták.

A HPD testfenotípusra, kalorimetrikus változókra és metabolikus hormonokra gyakorolt hosszú távú hatásainak vizsgálatához az életkornak megfelelő vad típusú C57BL/6 egereket egyedileg, szabályozott fényciklus-megvilágítás (0600–1800) és hőmérséklet (21– 23 ° C) körülmények között. Az élelmet és a vizet ad libitum adtuk a kísérlet időtartama alatt, hacsak másképp nem írtuk elő. Az egereket ezután 2 különböző étrend-csoportba osztottuk ( 1. kiegészítő táblázat ). A diétákat a Research Diets-től vásároltuk, és a diétás ételeket felhasználásig 4 ° C-on lezárt állapotban tároltuk. A kísérleti vizsgálati protokollt a Veterans Affairs (VA) Greater Los Angeles Healthcare System intézményi állatgondozási és felhasználási bizottsága hagyta jóvá.

Kísérleti terv.

A 10–12 hetes egereket 2 különböző csoportra osztottuk, egyedileg normál ketrecekben tartottuk őket, és ad libitum segítségével HPD-vel (fehérje energia 60% -a; n = 8) vagy CD-vel (energia 20% -a) tápláltuk. fehérje; n = 10). A testtömegeket a kiindulási alapon és heti időközönként mértük a 12 hetes vizsgálati időszak alatt. Az élelmiszer- és vízfogyasztást hetente ellenőrizték. A testzsírt és a sovány tömeget kéthetente értékeltük. A testtömeg, a zsírtömeg és a sovány tömeg értékét az alapvonalon elvégzett kezdeti mérésekhez viszonyított változás százalékában fejeztük ki. A vizsgálati periódus végén az összes egeret 5 napig egy metabolikus ketrecekben (Promethion; Sable Systems International) helyezték el, majd 3 napig követték az etetési viselkedés, a vízbevitel, az energiafelhasználás nyomon követését. és a fizikai aktivitás.

Testtömeg és összetétel elemzés.

Az egér testtömeg-összetételét hetente értékelték, és a teljes test nettó tömegének százalékában fejezték ki kvantitatív NMR-analízis rendszer (EchoMRI-700 4 az 1-ben összetétel-analizátor; Echo Medical Systems) alkalmazásával. Az egerek tudatosak és enyhén visszafogottak voltak a vizsgálat során (∼2 perc).

A táplálékfelvétel viselkedésének meghatározása.

A táplálékbevitel elemzését a BioDAQ egerek táplálékfelvételének monitorozó rendszerével (BioDAQ; Research Diets, Inc.) végeztük, amint azt korábban leírtuk.

A közvetett kalorimetria értékelése a Promethion metabolikus rendszer alkalmazásával.

Plazmahormon panel.

Vérplazma-mintákat nyertünk a 12 hetes vizsgálati időszak végén minden egérből takarmányhiányos körülmények között (takarmányhiányos: 1800–0900) és étkezés utáni körülmények között (éjszakai takarmány nélkül: 1800–0900), majd 1 h etetés utáni (0900–1000). A plazma hormon mintákat a korábban leírtak szerint mértük (33). Az összes mintát 1 tételben dolgoztuk fel, és egy Luminex 100 olvasón (Luminex) olvastuk fel.

Adatelemzés.

Többszörös összehasonlítással t tesztet alkalmaztunk a testtömeg és a testtömeg-összetétel adatainak jelentőségének értékelésére a 2 különböző diéta vizsgálati csoport között a vizsgálat során. Sidak utótesztet használtunk összehasonlító tesztjeink során. A kumulatív táplálékfelvételt és az összes BioDAQ változót szignifikancia szempontjából kiszámítottuk egy 2-faktoros ANOVA és egy Sidak utóvizsgálat segítségével, több összehasonlítás céljából. A metabolikus viselkedési változók értékeléséhez 2 faktoros ANOVA-t alkalmaztunk, hogy összehasonlítsuk a sötét vagy a világos fázis átlagát az egyes egér diétacsoportok között. A 2-faktoros ANOVA elemzésben szereplő tényezők a következők voltak: RQ, VO2, VCO2, vízgőztermelés (VH2O), teljes energiafelhasználás (TEE), összaktivitási index, durva aktivitási index, finom aktivitási index, valamint a mozgás átlagos sebessége és ideje nap (sötét és világos fázis). A HPD metabolikus hormonváltozóit a CD-vel táplált egerekhez képest takarmányhiányos és étkezés utáni körülmények között párosítatlan t teszt alkalmazásával elemeztük. Az összes elemzést és grafikont a GraphPad Prism 6 szoftver segítségével végeztük el.

Eredmények

A hosszú távú HPD kezelés hatása a testtömegre, a zsírra és a sovány tömegre.

A HPD-vel táplált egerek a CD-vel táplált egerekhez képest jelentős mennyiségű testsúlyt vesztettek a 2. és a 6. hét között [a 2. héten: 25,20 ± 0,36, szemben a 30,23 ± 1,04 g-mal (P = 0,05); a 4. héten: 25,87 ± 1,37, összehasonlítva 31,79 ± 1,22 g-mal (P = 0,01); és a 6. héten: 25,73 ± 1,49, összehasonlítva 32,5 ± 1,31 g (P = 0,003)]; a 8. és a 12. hét között azonban a HPD-vel táplált egerek visszanyerték a testsúlyukat, és testtömeg-értékeik nem különböztek szignifikánsan a CD-vel táplált egerekétől (1A. ábra). A testzsír-tömeg elemzés szignifikáns különbségeket mutatott a 2 csoport között, amint azt az 1B. Ábra mutatja: A HPD-vel táplált egerek testtömeg-százalékos aránya alacsonyabb volt a 4. héten (8,46% ± 1,27%, szemben a 14,95% ± 1,84% -kal; P = 0,04), és a 6. héten (9,55% ± 1,24%, szemben 15,78% ± 2,07%; P = 0,05). A 8. és a 12. hét között azonban nem volt szignifikáns különbség a testzsír tömegében a HPD- és a CD-vel táplált egerek között (1B. Ábra). A HPD-vel táplált egerekben a test sovány tömegszázaléka szignifikánsan magasabb volt, mint a CD-vel táplált csoportban, a 2. héten kezdődő 12 hetes vizsgálati időszak alatt (88,30% ± 0,92%, szemben a 81,59% ± 1,68% -kal; P = 0,02 ), a 4. héten (87,08% ± 1,30%, szemben a 80,95% ± 1,74%; P = 0,04), a 6. héten (85,36% ± 1,16%, összehasonlítva 79,31% ± 1,83%; P = 0,05), a 10. héten ( 83,52% ± 1,72%, összehasonlítva 77,01% ± 1,63%; P = 0,03), és a 12. héten (85,45% ± 2,25%, szemben 75,29% ± 1,90%; P = 0,0001) (1C. Ábra).

Élelmiszerbevitel elemzése HPD- és CD-vel táplált egerek között. (A) A HPD- és CD-vel táplált egerek élelmiszer-fogyasztási adatai 24 óra átlagértékben kifejezve, a folyamatos felvétel 48 óra alatt; a kumulatív táplálékfelvételt 2 órás intervallumok alkalmazásával számoltuk. (B) A viadal időtartama, (C) az ütem gyakorisága, (D) étkezés időtartama, (E) étkezés gyakorisága, (F) étkezés mérete és (G) étkezési aránya a sötét és a világos ciklus között elemezve. Párosítatlan t teszteket használtunk az élelmiszer-fogyasztási adatok összehasonlítására. Kétfaktoros ANOVA elemzéssel hasonlítottuk össze a viadal időtartamát, az ütem gyakoriságát, az étkezés időtartamát, az étkezés gyakoriságát, az étkezés méretét és az étkezési sebesség értékeit a sötét és világos fázisban a HPD- és a CD-vel táplált egerek között. Az értékek átlag ± SEM-ek; HPD csoport, n = 8; CD-csoport, n = 10. * P 3A. Ábra). Az átlagos vízbevitel szignifikánsan nőtt a HPD-vel táplált egerekben a CD-vel táplált egerekhez képest, fény (0,06 ± 0,01, szemben 0,03 ± 0,01 g; P = 0,003) és sötétben (0,06 ± 0,003, összehasonlítva 0,04 ± 0,005 g; P = 0,034) fázisok (3B. ábra). Nem találtunk szignifikáns különbséget a két csoport között a sötét és a világos fázisban az ütések számában (3C. Ábra) és az ivással töltött időben (3D ábra).

Megváltozott takarmányhiányos és étkezés utáni plazma metabolikus hormonkoncentráció.

HPD-vel táplált egerekben a CD-vel táplált egerekhez képest a leptin, a GLP-1 és a glukagon hormonok plazmakoncentrációja jelentősen megváltozott: A HPD-vel táplált egereknél mindkét takarmány nélkülözöttnél alacsonyabb volt a leptin mennyisége (41,31 ± 11,60, szemben a 3041 ± 683 pg/ml; P = 0,0004) és étkezés után (112,5 ± 102,0, összehasonlítva 8273 ± 1415 pg/ml; P 5B ábra). A HPD-vel táplált egerek GLP-1-je szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a CD-vel táplált egerek táplálék-nélkülözése alatt (5,664 ± 1,44, szemben a 21,31 ± 1,26 pg/ml-vel; P = 5D. Ábra). Ezenkívül az étkezés utáni glükagonkoncentrációk szignifikánsan magasabbak voltak a HPD-vel táplált egerekben, mint a CD-vel táplált egerekben (102,3 ± 35,8, szemben a 30,99 ± 6,58 pg/ml-vel; P = 0,043) (5E. Ábra). Végül az aktív ghrelin, az inzulin és a PYY koncentrációja nem mutatott szignifikáns különbséget a 2 kísérleti egércsoport között sem takarmányhiányos, sem étkezés utáni körülmények között (5A, C, F ábra).

Az aktív ghrelin (A), a leptin (B), az inzulin (C), a GLP-1 (D), a glükagon (E) és a PYY (F) plazmakoncentrációinak orrexigén és anorexigén metabolikus plazmahormon-elemzése takarmányhiányos vagy étkezés utáni állapotok a HPD- és a CD-vel táplált egerek között. Az értékek átlag ± SEM-ek; HPD csoport, n = 8; CD-csoport, n = 10. * P 1–6). A HPD stratégiákat gyakran használják a bariatrikus műtéten átesett betegeknél is a karcsú testtömeg fenntartása és a súlygyarapodás megakadályozása érdekében (36). Korábban publikált tanulmányok azonban arról számoltak be, hogy a HPD-k fenotípusos hatásokat váltanak ki az emberekben, amelyek kezdeti mo6 hónapos periódusra korlátozódnak, amely idő után az alanyok visszanyerik testtömegüket (15, 16). Tudomásunk szerint a HPD hosszú távú kezelésének az energiafogyasztásra, az energiafelhasználásra, a fizikai aktivitásra és az anyagcsere hormonokra gyakorolt hatásait soha nem értékelték. Következésképpen elemeztük az életkornak megfelelő egerek 2 különböző csoportját, amelyek 12 hétig izokalorikus HPD-t vagy CD-t kaptak, hogy tisztázzák a metabolikus válaszukat egy hosszú távú HPD-s kezelésre.

Eredményeink azt mutatták, hogy a hosszú távú HPD-kezelés a testtömeg és a zsírtömeg kezdeti csökkenését okozta csak 2–6 héten keresztül, és ezalatt az egereknél megfigyelték, hogy alacsonyabb az energiafogyasztás, miközben a test sovány tömege megmarad. Számos publikált tanulmány (4, 7, 8, 11, 23, 32, 37–39), amelyek rövid távú HPD kezeléseket alkalmaztak, hasonló tendenciákat mutattak a rágcsálók és az emberek testsúlycsökkenésében is. A test sovány tömegét potenciálisan megőrzi az aminosavak megemelkedett plazmakoncentrációja, amely elősegítheti az izmok növekedését és megőrzését (40–44). A HPD-k csökkentették az izomfehérje lebomlását az izmok dystrophiájának egérmodelljében (40), miközben az embereknél fokozták az izomállóképességet, különösen a fizikai edzés után (42, 44, 45). A HPD-vel táplált egércsoportban azonban nem tapasztalták, hogy a fizikai aktivitás megnövekedett volna, amint azt korábban leírták (31). A HPD-vel táplált patkányok korábbi megfigyelései azt sugallták, hogy a csökkent energiafogyasztás fő meghatározója a rossz ízérzés (46); ezek a tanulmányok azonban csak néhány órán át vizsgálták a HPD kapcsoló hatásait. Más rágcsálókkal és kutyákkal végzett vizsgálatok, amelyek ízvizsgálatot, viselkedési jóllakottsági sorrendet és ízreaktivitást alkalmaztak, azt mutatták, hogy a csökkent energiafogyasztás annak a sajátos mechanizmusnak volt köszönhető, amelynek révén a fehérje étkezés fokozza az jóllakottságot és elnyomja a táplálékfelvételt (8, 10, 20, 22, 47 ).

Jelentős növekedést figyeltünk meg a teljes vízfelvétel és az átlagos vízfogyasztás tekintetében a HPD egércsoportban. A HPD-k savasak és növelik az ammónia oldott anyagok termelését, amelyek vízzel választódnak ki (55, 56). Korábbi humán vizsgálatok kimutatták, hogy a vízfogyasztás növekedése elősegítheti a jóllakottságot, ezáltal csökkentve az energiafogyasztást és előidézve a testsúlycsökkenést (57, 58). A HPD-vel táplált egerekben mért megnövekedett vízbevitel összefüggésben lehet a korábban feltételezett karbamid- és kreatininszint emelkedésével (59). Eredményeink összhangban vannak más egereken végzett vizsgálatokkal, amelyek hasonló mértékű vízfogyasztást jelentettek az étkezési fehérje növekedése során (60–62).

Összefoglalva, ez a tanulmány azt mutatja, hogy egy 12 hetes HPD kezelés jelentősen csökkentette az energiafogyasztást, megnövelte a test sovány tömegét, és megváltoztatta az anyagcsere-hormon profilját egerekben. A HPD olyan változásokat váltott ki a test fenotípusában, amelyek a jóllakottság és a vízbevitel jelentős növekedésével, valamint az oxigénfogyasztás, a szén-dioxid-termelés, az RQ és a TEE csökkenésével jártak. Ezenkívül a HPD-vel táplált egereknél szignifikánsan alacsonyabb volt a takarmányhiányos és az étkezés utáni leptin és a GLP-1 koncentrációja, bár az étkezés utáni glükagonkoncentrációk magasak voltak. A jövőbeni vizsgálatokra azonban szükség van annak kiderítéséhez, hogy az étkezési fehérjék hogyan szabályozzák az oxigénfogyasztást, a szén-dioxid-termelést és az energiafelhasználást. A lipid anyagcserében és az adipogenezisben szerepet játszó gének vagy transzkriptómok elemzése felderítheti azokat a mechanizmusokat, amelyek az energiafelhasználás kiigazításának hátterében állnak, ami a HPD-vel táplált egerekben megfigyelt fokozott sovány tömeg fenotípushoz vezet.

Köszönetnyilvánítás

A szerzők felelőssége a következő volt: JPV és LL: megtervezte a kutatást (projektkoncepció, átfogó kutatási terv kidolgozása és tanulmányi felügyelet), elvégezte a kutatást (a kísérletek gyakorlati lebonyolítása és adatgyűjtés), elemezte az adatokat, ill. elvégezte a statisztikai elemzést, megírta a kéziratot és elsődlegesen a végső tartalomért volt felelős; WFP és SO: elvégezte a kutatást (a kísérletek gyakorlati lebonyolítása és adatgyűjtés), elemezte az adatokat vagy elvégezte a statisztikai elemzéseket, és elengedhetetlen reagenseket vagy alapvető anyagokat biztosított; DS és AG: elemezte az adatokat, vagy elvégezte a statisztikai elemzést; JRBL: szerkesztette a kézirat anyagcsere-mérési szakaszait; JRP és PMG: megtervezte a kutatást (projektkoncepció, átfogó kutatási terv kidolgozása és tanulmányi felügyelet), részt vett a kézirat megírásában és elsődleges felelősségük a végső tartalomért; és minden szerző: olvassa el és hagyta jóvá a végleges kéziratot.