A magas foszfortartalmú étrend hatása a csontanyagcseréhez kapcsolódó gén kifejeződésre fiatal és idős egerekben
1 Táplálkozástudományi Tanszék, Alkalmazott Biotudományi Kar, Tokiói Mezőgazdasági Egyetem, 1-1-1 Sakuragaoka, Setagaya-ku, Tokió 156-8502, Japán
2 Táplálkozástudományi és élelmiszerbiztonsági tanszék, Alkalmazott Biológiai Tudományok Kar, Tokiói Mezőgazdasági Egyetem, 1-1-1 Sakuragaoka, Setagaya-ku, Tokió 156-8502, Japán
Absztrakt
Ebben a tanulmányban a magas foszfortartalmú étrend hatását vizsgálták fiatal és idős egerekben a csontanyagcserével kapcsolatos gén expresszióra. A tizenkét, illetve a 80 hetes ddY hím egereket két csoportra osztották, és 0,3% P-t tartalmazó kontroll étrendet vagy 1,2% P-t tartalmazó magas P-diétát tápláltak. 4 hét kezelés után szérum mellékpajzsmirigy-hormon (PTH) a koncentráció szignifikánsan magasabb volt a magas P csoportokban, mint a kontroll csoportokban mind fiatal, mind idős egereknél, és szignifikánsan magasabb volt az idősebb egereknél, mint azoknál a fiatal egereknél, akik magas P étrendet fogyasztottak. A magas P diéta jelentősen megnövelte az NF receptor aktivátorát-κA B ligandum (RANKL) mRNS mind fiatal, mind idős egerek combcsontjában, és csak idős egerekben szignifikánsan növelte a RANKL/osteoprotegerin (OPG) mRNS arányát. A magas P diéta szignifikánsan megnövelte a 6-os típusú vanilloid tranziens receptor potenciáljának, a kalbindin-D9k és a plazma membrán Ca 2+ -ATPáz 1b mRNS-expresszióját mind a fiatal, mind az idős egerek duodenumában. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a magas P-diéta fokozta a RANKL mRNS expresszióját a combcsontban és a kalciumabszorpcióval kapcsolatos génexpressziót a duodenumban, kortól függetlenül. Ezenkívül a magas P diéta által kiváltott PTH szekréció növekedése növelheti a RANKL/OPG mRNS arányt idős egerekben.
1. Bemutatkozás
A magas foszfor (P) bevitel a csontok egészségének károsodásának egyik kockázati tényezőjeként ismert. Számos kutató vizsgálta a magas P-diéta káros hatásait a csontanyagcserére. Emberi felnőtteknél a P adalékokat tartalmazó étrend növeli a vizelet hidroxiprolin kiválasztását, amely egy csontfelszívódási marker [1]. Növekvő hím patkányokban a magas P bevitel csökkenti a csont ásványi sűrűségét (BMD) és a csont szilárdságát [2]. A mellékpajzsmirigy hormon (PTH) szekréciójának emelkedését tekintik az egyik mechanizmusnak, amely révén a magas P diéta rontja a csontanyagcserét [3].
A csontanyagcsere az oszteoblasztikus csontképződés és az oszteoklasztikus csontfelszívódás egyensúlyából adódik. A krónikus PTH-stimulációról ismert, hogy osteoclastogenezist indukál. A PTH stimulálja az oszteoblasztokat, amelyek az osteoclasticus csontreszorpció mediátorait produkálják, mint például a makrofág kolóniastimuláló faktor (M-CSF), az interleukin-6 (IL-6) vagy az NF receptoraktivátora.-κB ligandum (RANKL) [4–6]. Korábban beszámoltunk arról, hogy a magas P-diéta növelte a RANKL mRNS expresszióját és az oszteoklaszt számát patkányokban [3]. Ezért arra lehet következtetni, hogy a magas P diéta által kiváltott megnövekedett PTH szekréció a RANKL expresszió növekedéséhez vezet, ami fokozza az osteoclasticus csont reszorpciót.
Az idősödés az időskorúak csontvesztésének egyik kockázati tényezője is. Overton és Basu szerint a csontvesztés az életkor előrehaladtával évente körülbelül 1% -os arányban, átlagosan a 29–76 éves korosztályban átlagolódik [7]. Ferguson és munkatársai egy korábbi egérvizsgálatában a csonttömeg és a mechanikai tulajdonságok 12 hetes korukra megközelítették az érett szintet, míg az életkorral összefüggő oszteopéniát 42 hetes életkor után figyelték meg [8]. Feltételeztük, hogy a magas P-diéta felgyorsítja az életkorral összefüggő csontvesztést. Korábban beszámoltunk a magas P-diéta hatásáról a combcsont mechanikai tulajdonságaira 4, 12, 24 és 80 hetes egerekben [9]. Az eredmények azt mutatták, hogy a magas P-étrend csökkentette a combcsonttörő erőt a 80 hetes egerekben, a combcsont merevségét pedig a 24 és 80 hetes egerekben. Azt is megállapítottuk, hogy a magas P-diéta növelte a szérum PTH-koncentrációját a 12, 24 és 80 hetes egerekben, és a 80 hetes egerek szérum PTH-koncentrációja magasabb volt, mint más korúaké. Ezért azt gondolták, hogy a magas P diéta erősen befolyásolja az idősebb egereket a PTH válasz szempontjából. A mechanizmusokat azonban nem teljesen értik.
Ennek a vizsgálatnak az volt a célja, hogy tisztázza azt a mechanizmust, amellyel a magas P étrend befolyásolja az idősebb egerek csontanyagcseréjét. Értékeltük a csontmetabolizmus változását magas és P étrenddel táplált fiatal és idős egerekben, a csontmetabolizmus mediátorainak mRNS expressziójának mérésével valós idejű polimeráz láncreakcióval (PCR).
2. Módszerek
2.1. Kísérleti terv
2.2. Szérum- és vizeletelemzések
A szérum Ca-szintet atomabszorpciós spektrofotometriával (Hitachi A-2000; Hitachi, Tokió, Japán) elemeztük Gimblet és mtsai. [11]. A szérum P-szintet kolorimetriával elemeztük Phospha alkalmazásával
-teszt Wako (Wako Pure Chemical Industries, Oszaka, Japán). A szérum PTH-koncentrációt egér intakt PTH enzimhez kapcsolt immunszorbens assay (ELISA) kit (ALPCO, NH, USA) segítségével mértük. A szérum intakt osteocalcin (OC) koncentrációját az egér osteocalcin EIA kit segítségével (Biomedical Technologies, MA, USA) mértük. Az I. típusú kollagén (CTx) vizelet C-terminális telopeptid szintjét RatLaps EIA kit (Immunodiagnostic Systems, Boldon, Egyesült Királyság) alkalmazásával mértük. A vizelet kreatininszintjét Jaffe reakcióval mértük, Lustgarten és Wenk leírása szerint [12]. A vizelet CTx szintjét normalizáltuk a vizelet kreatinin szintjére.
2.3. A teljes RNS és a valós idejű PCR izolálása
2.4. Statisztikai analízis
Az eredményeket átlag ± SEM értékként fejezzük ki minden hat egérből álló csoportra. Kétirányú varianciaanalízis (ANOVA) után Fisher által védett legkevesebb szignifikáns különbség (PLSD) tesztet használtak a csoportok közötti szignifikáns különbségek meghatározására. A variancia homogenitását Levene tesztjével elemeztük. A különbségeket akkor tekintették jelentősnek, amikor a
értéke kisebb volt, mint 0,05.
3. Eredmények
3.1. Testsúly
Fiatal és idős egerekben sem volt szignifikáns különbség a kezdeti testtömegben a kontroll és a magas P étrendet tápláló egerek között (2. táblázat). Az idős egerek kezdeti testtömege lényegesen magasabb volt, mint a fiatal egereké. Nem volt szignifikáns különbség a végső testtömegben a csoportok között.
A különféle felső betűk jelentős különbségeket jelölnek ( ). 3.2. Szérum Ca, P és PTH koncentrációkNem voltak szignifikáns különbségek a szérum Ca és P koncentrációiban a csoportok között (2. táblázat). Fiatal és idős egerekben egyaránt a magas P-diéta szignifikánsan növelte a szérum PTH-koncentrációját. Bár a kontroll étrendet tápláló fiatal és idős egerek között nem volt szignifikáns különbség a szérum PTH-koncentrációban, a szérum PTH-koncentráció szignifikánsan magasabb volt az idősebb egerekben, mint a magas P-étrendet fogyasztó fiatal egerekben. 3.3. A csontforgalom markereiFiatal és idős egerekben egyaránt a magas P-diéta szignifikánsan növelte a szérum OC-koncentrációját (2. táblázat). A kontroll és a magas P étrendet egyaránt tápláló egerekben a szérum OC koncentrációja szignifikánsan alacsonyabb volt idős egerekben, mint fiatal egerekben. Fiatal és idős egerekben egyaránt a magas P-diéta jelentősen növelte a CTx vizelettel történő kiválasztását. Bár nem volt szignifikáns különbség a CTx vizeletürítésében a kontroll étrendet tápláló fiatal és idős egerek között, a CTx vizelettel történő kiválasztása szignifikánsan alacsonyabb volt az idősebb egerekben, mint a magas P étrendet fogyasztó fiatal egerekben. 3.4. mRNS expresszió a combcsontbanFiatal és idős egerekben egyaránt a magas P diéta szignifikánsan növelte a PTH receptor, RANKL, TRAP, Runx2, Osterix, ALP, OPN, OC és Col1a1 mRNS expresszióját (1. ábra) a kontroll étrendhez képest. A kontroll és a magas P étrendet tápláló egerekben a PTH receptor, RANKL, TRAP, Runx2, Osterix, ALP, OPN, OC és Col1a1 mRNS expressziója szignifikánsan alacsonyabb volt idős egerekben, mint fiatal egerekben. A csoportok között nem volt szignifikáns különbség az OPG mRNS expressziójában. A magas P étrend szignifikánsan növelte a RANKL/OPG arányt idős egerekben, de fiatal egereknél nem. a különböző betűk jelentős különbségeket jelölnek ( ): P = a magas P étrend hatása; A = az életkor hatása; P × A = az interakció hatása. A kontroll étrendet tápláló fiatal egerek értéke 1,00. 3.5. mRNS-expresszió a nyombélbenFiatal és idős egerekben egyaránt a magas P-diéta szignifikánsan növelte a TRPV6, CaBP9k és PMCA1b mRNS-expresszióját (2. ábra) a kontroll étrendhez képest. A kontroll és a magas P étrendet tápláló egerekben a TRPV6 és a CaBP9k mRNS expressziója szignifikánsan alacsonyabb volt idős egerekben, mint fiatal egerekben. a különböző betűk jelentős különbségeket jelölnek ( ): P = a magas P étrend hatása; A = az életkor hatása; P × A = az interakció hatása. A kontroll étrendet tápláló fiatal egerek értéke 1,00. 4. MegbeszélésEmberben a csontvesztés az életkor előrehaladtával évente megközelítőleg 1% -os arányban, átlagosan 29–76 éves életkor szerint alakul [7]. Ezért az öregedés a csontvesztés egyik kockázati tényezője. Egy korábbi egérvizsgálat során kimutatták, hogy a csonttömeg és a mechanikai tulajdonságok 12 hetes korukra megközelítik az érett szintet, és az életkorral kapcsolatos osteopeniát 42 hét után figyelték meg [8]. Ebben a tanulmányban a csont anyagcseréjét vizsgáltuk a csontképződés és reszorpció markereinek, a szérum OC koncentrációjának [13] és a vizelet CTx kiválasztásának [14] mérésével. A szérum OC koncentrációja szignifikánsan alacsonyabb volt az idős egerekben, mint a kontroll étrendet tápláló fiatal egerekben, míg a CTx vizelettel történő kiválasztásában nincs különbség a kontroll étrendet tápláló fiatal és idős egerek között. Ezek az eredmények azt mutatták, hogy az idős egereknél csökken a csontképződés, és úgy tűnik, hogy az idős egerekben megbomlik az egyensúly a csontképződés és a reszorpció között. A bél Ca felszívódásának csökkenése szintén az életkorral összefüggő csontvesztés egyik oka. A Ca átadása a belekben mind transzcelluláris, mind paracelluláris úton történik [20]. A transzcelluláris Ca útvonalat, amelyet az 1,25-dihidroxi-D-vitamin (1,25 (OH) 2D) befolyásol, javasolják a Ca belépését a TRPV6-on keresztül, a Ca intracelluláris diffúzióját kalbindin-D9k-vel és a Ca bazolaterális extrudálását a PMCA1b [21]. Ebben a vizsgálatban a TRPV6 és a calbindin-D9k mRNS expressziója a duodenumban csökkent az idős egerekben a fiatal egerekhez képest. Wood és mtsai. kimutatta, hogy a plazma 1,25 (OH) 2D, a duodenális kalbindin D fehérje és a Ca felszívódása az életkorral csökkent a patkányokban [22]. Ebből a tanulmányból arra következtethetünk, hogy hasonló eredményeket találunk idős egereknél is. Ezért a szérum 1,25 (OH) 2D csökkenése tükrözheti a TRPV6 és a kalbindin-D9k mRNS expressziójának eredményeit. Számos tanulmány arról számolt be, hogy a magas P bevitel a szérum PTH koncentrációjának növekedését idézi elő emberekben [1, 23] és állatokban [2, 3, 24]. Ebben a tanulmányban a magas P-diéta növelte a szérum PTH-koncentrációját mind fiatal, mind idős egerekben, és nagyobb volt idős egerekben, mint azoknál a fiatal egereknél, akik magas P-étrendet fogyasztottak. Korábbi tanulmányunkhoz [9] hasonlóan ezek az eredmények azt sugallják, hogy a magas P diétára adott válasz a PTH szekréció szempontjából eltérő és nagyobb lehet az öregedéssel. A vesefunkció az életkor előrehaladtával csökken [25], és a vesefunkció csökkenése a PTH-szekréció növekedését okozza [26]. Továbbá korábban beszámoltunk arról, hogy a magas P-diéta csökkentette a vesefunkciót patkányokban [27]. Ezért az öregedés és a magas P-diéta kombinációja lehet az egyik oka annak, hogy magasabb szérum PTH-koncentrációt figyeltek meg a magas P-étrendet tápláló idős egerekben. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a PTH szabályozza a Runx2 és Osterix mRNS expresszióját [30, 31]. Ebben a vizsgálatban a magas P-diéta szignifikánsan növelte a Runx2, Osterix, ALP, OPN, OC és Col1a1 szérum OC-koncentrációját és mRNS-expresszióját fiatal és idős egerekben egyaránt. A csontreszorpciós és képződési markerek eredményei alapján magas csontforgalmat figyeltek meg, a képződést meghaladó reszorpcióval. Mivel a magas csontforgalom a csonttörés és az oszteoporózis kockázati tényezője [32], a magas P-diéta nemcsak fiatal, hanem idős egereknél is kockázati tényező lehet a csontvesztés szempontjából. 5. KövetkeztetésÖsszefoglalva, bebizonyítottuk, hogy a magas P-diéta fokozta a csontanyagcseréhez kapcsolódó génexpressziót mind fiatal, mind idős egerekben. Ezenkívül a magas P diéta fiatal és idős egerekben másképp befolyásolta a PTH szekréciót, ami az RANKL/OPG mRNS arányának növekedéséhez vezetett idős egerekben. ÉrdekkonfliktusA szerzők kijelentik, hogy a jelen cikk megjelenésével kapcsolatban nincs összeférhetetlenség. ElismerésEzt a munkát a KAKENHI támogatta (Támogatás fiatal tudósok számára (B), 20700598). Hivatkozások
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||