A magas metionin- és koleszterin-diéta megszünteti az endoteliális relaxációt

A szívsebészeti (A.Z., B.F.B.) és a kardiológiai (A.Z., D.L.H.) tanszékektől, Melbourne-i Egyetem, Austin Health, Heidelberg, valamint a Farmakológia (R.E.W.), valamint az Anatómia és Sejtbiológia (M.J.B.) Tanszékektől, Monash University, Clayton, Ausztrália.

Ön a cikk legfrissebb verzióját nézi. Előző verziók:

Absztrakt

Célkitűzés- A magas plazma koleszterinszint vagy a homocisztein az ateroszklerózis kockázati tényezője. A koleszterint és a metionint, a homocisztein prekurzorát ritkán eszik külön-külön. Így ennek a vizsgálatnak a célja a neointima képződésének, az aorta reaktivitásának és az endothelium működésében szerepet játszó tényezők meghatározása magas étkezési koleszterinnel, metioninnal vagy a kettő kombinációjával 12 héten át táplált nyulaknál.

Módszerek és eredmények— A nyúl étkezési csoportokat randomizálták a következőkbe: kontroll (Con), 0,5% koleszterin (Chol), 1% metionin (Meth) és 1% metionin + 0,5% koleszterin (MethChol). Az aorta reaktivitást izometrikus feszültség technikákkal vizsgáltuk, az aorta volumetrikus elemzését sztereológiai technikákkal határoztuk meg, és immunhisztokémiát alkalmaztunk az endotheliális és indukálható NO szintázok, szuperoxid dismutáz, makrofágok és nitrotirozin lokalizálására. Az érelmeszesedés a Chol és a MethChol csoportokban volt jelen. Az endothel-függő relaxációt gyakorlatilag megszüntették a MethChol csoportban a kontrollhoz képest. A relaxáció ilyen csökkenése nem tulajdonítható vaszkuláris simaizomsejtek hibájának vagy az endoteliális NO-szintáz vagy szuperoxid-diszmutáz-tartalom csökkenésének. Makrofágok és indukálható NO-szintáz immunreaktivitás volt jelen a Chol és a MetChol csoportokban.

Következtetések - A magas diétás koleszterin és a metionin kombinációja gyakorlatilag megszünteti az endothelium-függő relaxációt, hangsúlyozva a több kockázati tényező fontosságát a szív- és érrendszeri betegségek kialakulásában.

A magas plazma koleszterin 1 vagy homocisztein 2 a szív- és érrendszeri betegségek kockázati tényezője. Ezeket a koleszterin vagy a homocisztein anyagcseréjének genetikai rendellenességei, vagy étrend által előidézhetik. A koleszterint és a metionint, a homocisztein prekurzorát ritkán fogyasztják külön, mivel az állati termékek, például a tojás, a hús és a tej egyaránt tartalmaznak koleszterint és metionint. Becslések szerint az Egyesült Államokban a lakosság 30% -ának magas a homocisztein 2 plazmaszintje, és több mint 50% -ának magas a koleszterinszintje a plazmában. 3 Ezért valószínű, hogy vannak olyan személyek, akiknél mindkét rizikófaktor magas plazmaszintet tartalmaz.

Jelen tanulmányban azt a hipotézist teszteltük, hogy a magas étrendi koleszterin és a metionin kombinációja súlyosbíthatja az ateroszklerózis és az endotheliális diszfunkció kialakulását bármelyik szerrel szemben. Ennek érdekében sztereológiai megközelítést alkalmaztak az intima és a közeg térfogatának mennyiségi meghatározására a hasi aorta meghatározott anatómiai helyén belül. Ezt a megközelítést alkalmazták a plakk inhomogenitásának tulajdonítható mintavételi hibák elkerülésére. Ezenkívül megvizsgálták az endotheliális és a simaizomsejtek működését, valamint az endoteliális NO-szintáz (eNOS), az iNOS, a nitrotirozin, a SOD és a makrofágok immunhisztokémiai lokalizációját aorta gyűrűkben, amelyeket kontroll étrenddel, magas diétás koleszterinnel, metionin, vagy a kettő kombinációja.

Mód

Állatok

3 hónapos korú hím új-zélandi fehér nyulakat az Animal Services-től, a Monash Egyetem, a Gippsland Campus, Victoria, Ausztrália államból vásároltak, véletlenszerűen 4 csoportba sorolták őket, és 12 hétig etették megfelelő étrendjüket (n = 8/csoport). Az 1. csoportba (kontroll) normál nyúl-chow-étrendet adtak; a 2. csoport (Chol) normális nyúl-chow-étrendet kapott, kiegészítve 0,5% koleszterinnel; a 3. csoport (Meth) normális nyúl-chow-étrendet kapott, kiegészítve 1% metioninnal; és a 4. csoport (MethChol) normális nyúl-chow-étrendet kapott 1% metioninnal és 0,5% koleszterinnel kiegészítve. Az állatokat egyedi ketrecekben helyeztük el, és állandó, körülbelül 21 ° C hőmérsékleten tartottuk. Az ételt és a vizet ad libitum szolgáltatták. A kísérleteket a Monashi Egyetem Anatómiai Etikai Tanszék jóváhagyta, és a Nemzeti Egészségügyi és Orvosi Kutatási Tanács szerint hajtották végre. Ausztráliai gyakorlati kódex az állatok tudományos célokra történő gondozásáról és felhasználásáról (6. kiadás, 1997).

A vérmintavételről és -analízisről, a szövetgyűjtésről, a lepedék mennyiségi meghatározásáról, a funkcionális reaktivitási vizsgálatokról, az immunhisztokémiáról és az adatok elemzéséről az online kiegészítésben olvashat a http://atvb.ahajournals.org címen.

Eredmények

Plazma koleszterin és homocisztein szintek

A teljes plazma homocisztein, koleszterin, koleszterin/HDL arány és triglicerid szint a táblázatban található. A hiperkoleszterinémia a Chol és a MethChol csoportokban volt jelen, míg a hyperhomocystinemia csak a Meth csoportban volt jelen. Érdekes módon a koleszterin és a metionin kombinációja nem növelte szignifikánsan a plazma homocisztein szintjét a kontrollhoz képest.

A teljes plazma homocisztein, a teljes plazma koleszterin, trigliceridek és az összes koleszterin/HDL értékei

Testtömegek

Kérjük, olvassa el az online adatmellékletet.

Az érelmeszesedés, az Intima és a média kötetei

A hasi aorta metszetei a Chol és a MethChol csoportból nagy mennyiségű plakkot mutattak a kontroll és a Meth csoportokhoz képest. A Meth csoport nem mutatott plakkképződést a hasi aorta vizsgált szakaszában; az intima megvastagodása azonban elterjedt volt az egész érben (1. ábra). Az intima teljes térfogata jelentősen megnőtt a koleszterin csoportban (7,54 ± 1,00 mm 3, P 3) és emellett növekedett a kombinációs csoportban (8,42 ± 1,99 mm 3, P 3) sem a Chol és a MethChol csoportok között. A hasi aorta metszetek táptalajának térfogata nem mutatott szignifikáns különbséget a csoportok között, bár a Chol (13,71 ± 1,23 mm 3) és a MethChol csoportok (11,06 ± 0,92 mm 3) tápközeg térfogata növekedett a kontrollhoz képest (7,56 ± 1,06 mm 3) és Meth csoportok (9,03 ± 1,07 mm 3).

1.ábra. Reprezentatív keresztmetszet H & E-vel festve a kontroll hasi aortáján keresztül, a Meth, Chol és MethChol csoportok. Vegye figyelembe az ateroszklerózis jelenlétét a Chol és a MethChol csoportokban, az intim proliferációt a Meth csoportban és a patológia hiányát a kontroll csoportban (× 200).

Az Intima és a média aránya

A magas étkezési koleszterinnel táplált állatok intima/tápközeg aránya szignifikánsan nőtt a kontrollhoz képest (0,54 ± 0,05 vs. 0,18 ± 0,02, ill., P

2. ábra. A, A kontroll étrend (n = 5), az étrendben magas koleszterinszint (n = 5), a metionin (n = 5) vagy a kettő kombinációja (n = 5) hatása az endothelium-függő acetilkolin-lazításra. Az adatokat a fenilefrin által kiváltott előkontrakció relaxációs százalékában fejezzük ki. Vegye figyelembe az endothelium-függő relaxáció majdnem teljes megszüntetését a MethChol csoportban. A fenilefrinnel történő előkontrakció szintjét a grafikonok fölötti hisztogramok mutatják. A statisztikai szignifikanciát lásd az I. táblázatban. B, A kontroll étrend (n = 4), az étrendben magas koleszterinszint (n = 5), a metionin (n = 5) vagy a kettő kombinációja (n = 5) hatása az endotheliumtól független relaxációra nátrium-nitropruszidhoz. Az adatokat a fenilefrin által kiváltott előkontrakció relaxációs százalékában fejezzük ki. Vegye figyelembe, hogy a MethChol csoportban az SNP maximális relaxációja szignifikánsan nőtt a kontrollhoz képest. A fenilefrinnel történő előkontrakció szintjét a grafikonok fölötti hisztogramok mutatják. A statisztikai szignifikanciát lásd a táblázatban. C, A kontroll étrend (n = 5), az étrendben magas koleszterinszint (n = 5), a metionin (n = 5) vagy a kettő kombinációja (n = 5) hatása az aorta fenilefrinnel való összehúzódására. Az adatokat a KPSS-hez viszonyított százalékos kontrakcióban fejezzük ki (P

Endotheliumtól független relaxáció

Az endothel-független aorta relaxációt az NO donor-nátrium-nitropruszidra adott koncentráció-válasz görbe elkészítésével értékeltük (2B. Ábra). A −logEC50 értékek azt jelzik, hogy a simaizomsejtek vazodilatátor nátrium-nitroprussid iránti érzékenységét egyik kezelés sem befolyásolta, bár a MethChol csoportban a kontrollhoz képest az emelkedett érzékenység és a maximális válasz tendenciája figyelhető meg. Az összes −logEC50 és maximális válasz az online 1. táblázatban látható.

Kontraktív funkció

Annak eldöntésére, hogy az étrend befolyásolja-e a simaizomsejtek érszűkítők iránti érzékenységét, az aorta összehúzódást értékeltük az α1-adrenerg receptor agonista fenilefrinre adott koncentráció-válasz görbe összeállításával. Az összes −logEC50 és maximális válasz az online 1. táblázatban látható. A fenilefrinnel való maximális összehúzódások nem különböztek szignifikánsan a csoportok között, bár a fenilefrin kevésbé volt érzékeny mind a Meth, mind a MethChol csoportban a kontrollhoz képest, ami a CR görbék fenilefrinnel párhuzamos jobbra tolódását jelzi. ezekben a csoportokban (2C. ábra). Így ezek az eredmények azt jelzik, hogy csökken a simaizomsejtek érzékenysége a vazokonstriktor fenilefrinnel szemben.

Az eNOS, iNOS, SOD, nitrotirozin és makrofágok immunolokalizációjával kapcsolatos információkért kérjük, olvassa el az online adatmellékletet.

Vita

A jelen vizsgálat fő megállapításai az, hogy a magas étrendi koleszterin és a metionin kombinációja gyakorlatilag megszüntette az endothelium-függő relaxációt, ami nem az eNOS fehérje vagy a SOD fehérje csökkenésének tulajdonítható, és hogy a magas diétás koleszterin és a metionin kombinációja nem emellett súlyosbíthatja az érelmeszesedés szintjét önmagában az egyes étrend-kiegészítőkhöz képest.

Ebben a vizsgálatban a magas diétás 12 hetes metionin-táplálás nem vezetett ateroszklerózis kialakulásához a hasi aortában; azonban az egész érben intim megvastagodás volt kimutatható, ami jelezheti az érelmeszesedéses kaszkád korai kóros változását. Ezek az eredmények összhangban vannak egy korábbi Toborek és mtsai (17) tanulmányával, ahol az aorta intim megvastagodása volt az egyetlen patológiás változás 10 nyúl közül 8-ban, akik 6 vagy 9 hónapig 0,5% -os metionin-diétát fogyasztottak, míg a másik 2 nyúlban érelmeszesedés volt jelen. tanult.

A magas étkezési koleszterin és a metionin kombinációjával táplált nyulak hasi aortájában észlelt érszűkület acetilkolinhoz hasonló a szívkoszorúér-betegségben szenvedő emberek artériáiban leírt érszűkülethez. Például egy Ludmer és munkatársai által végzett vizsgálatban 8 a vazorelaxáció helyett érszűkületet váltott ki az acetilkolin az összes vizsgált emberi érelmeszesedéses koszorúérben. Ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy teljes endothel diszfunkció emberben is előfordulhat.

Nem valószínű azonban, hogy a magas étkezési koleszterinnel vagy metioninnal táplált állatok hasi aortájában megfigyelhető endothelium-függő relaxáció csökkenése az eNOS fehérje vagy a SOD enzim csökkenésének tulajdonítható. Ebben a vizsgálatban az eNOS fehérje magas szintje immunhisztokémiailag nyilvánvaló volt a hasi aorta endotheliális rétegében a plakkoktól mentes és a plakettel bonyolult mindkét régióban, beleértve az eNOS bizonyítékát magában a plakkban. Érdekes módon úgy tűnik, hogy az eNOS bőséges az ateroszklerózis 24 nyúlmodelljénél, de csökkent az érelmeszesedésben szenvedő emberi erekben 25 és az oxidált LDL-vel inkubált emberi endotheliális sejtekben. 26 Az eNOS immunreaktivitás és a nyúlban megfigyelt eltérés oka továbbra is tisztázatlan. Összefügghet a betegség időbeli lefutásával. Lehetséges, hogy az eNOS a betegség korai szakaszában jelen van, de hosszú távon (az ember életének sok évtizede) az eNOS szintje csökkenhet.

Ezenkívül nem volt bizonyíték arra, hogy a kísérleti csoportokban megfigyelt endotheliális funkció csökkenése a SOD enzim csökkenésének tulajdonítható lenne, mivel a SOD immunreaktivitás intenzív volt az endothel egész rétegében és a hasi aorta plakkjain belül, amelyet szintén korábban mások beszámoltak róla. Érdekes módon felvetődött, hogy a plakkokban található SOD enzim inaktív lehet 28; más vizsgálatok azonban kimutatták az aorta SOD aktivitásának növekedését a magas étrendi koleszterin 29 vagy a metionin után. 30 Ezenkívül Miller és mtsai 31 nem tudták javítani az aorta endothelium-függő relaxációját hiperlipidémiás nyulakban, amikor az endotheliális O2-szintet 130% -kal csökkentette a CuZn SOD vagy az extracelluláris SOD génátadása. Összességében ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy a csökkent endothelium-függő relaxáció nem tűnik a SOD enzim hiányának tulajdonítható.

Tekintettel arra, hogy nincs bizonyítékunk arra, hogy eNOS vagy SOD fehérjék csökkentek volna ebben a modellben, miért károsodik az aorta relaxáció azoknál az állatoknál, akik magas étrendi koleszterinnel vagy metioninnal vannak kitéve, és gyakorlatilag megszűnik, ha mindkét étrendet kombinálják? A kérdésre adott válasz kétségkívül összetett, és kapcsolódhat a legújabb bizonyítékokhoz, amelyek arra utalnak, hogy az eNOS stresszes környezetben inkább O2-t, mint NO-t termelhet. 32 Ezen kívül mások azt sugallják, hogy az eNOS enzim maga is működőképtelen lehet, 33 és a diszfunkcionális eNOS fehérje további bizonyítékai génátviteli vizsgálatokból származnak, amelyek során az eNOS genetikai transzferje az érelmeszesedéses erekbe jelentősen javította az értágulatot 34 míg az SOD genetikai az érelmeszesedéses ereknek nem volt hatása. 31

Mint korábban említettük, az O2 feleslegének reakciója az NO feleslegével peroxinitritet (ONOO -) képez, amely nitráttal képezheti a fehérjék tirozin maradékát. 14 Így a nitrotirozin az aorta falán történő immunhisztokémiai azonosítása a nitratív stressz markere. 15 Mivel az ateroszklerotikus plakkokban a nitrotirozin képződése nem pusztán annak tudható be, hogy a fehérjékben lévő tirozin maradék reagál az ONOO - val, hanem a tirozil gyökök, az NO · 2, NO - 3, NO2Cl és a HOCl tirozinnal történő reakciójával is, 15 a nitrotirozin képződése pontosan jelzi a nitratív stresszt. Tehát úgy tűnt, hogy a magas étrendi koleszterinnel, metioninnal vagy a kettő kombinációjával etetett állatok aortájában nitrátstressz van jelen, ami összhangban áll a korábbi, embereken végzett beszámolókkal 35, de más alanyokkal nem. 36 Az a kérdés, hogy a jelen edényekben jelen lévő nitrotirozin az ONOO feleslegének vagy más nitratív vegyületeknek tulajdonítható-e, továbbra is bizonytalan.

A tanulmányban bemutatott eredmények alátámasztására Eberhardt és mtsai 9 kimutatták, hogy az egér enyhe hyperhomocystinemia egérmodelljében az egerek csökkent endotheliális relaxációt mutattak a metakolinhoz, az eNOS immunreaktivitás látható csökkenése nélkül, megnövekedett nitrotirozin immunreaktivitás és fokozott O2-generáció az aortában a vad típusú egerekhez képest. Ezenkívül Lentz és mtsai 10 ugyanabban az állatmodellben kimutatták, hogy az alacsony étrendi folát szintén emeli a plazma homocisztein szintjét, és ez endotheliális diszfunkcióhoz vezet.

Kimutatták, hogy a plakkokon található makrofágok citokineket termelnek, amelyek stimulálhatják az iNOS-termelést, az O2-termelést és különféle biológiailag aktív anyagokat a helyi közegbe. 37 Eredményeink alátámasztják ezt az elképzelést, mivel a makrofágok plakkokban helyezkednek el az iNOS, eNOS, SOD és nitrotirozin kapcsán. Az iNOS azonosítása az érelmeszesedéses plakkokban azt is jelzi, hogy ezeken a területeken magas NO-szint képződhet. 13 Valóban, az ilyen magas NO-szint nitrotirozin képződéséhez vezethet, amelyet ezeken a plakkokon is azonosítottak. Elképzelhető, hogy a felesleges NO-nak ezek a toxikus, citolitikus hatásai hozzájárulhatnak a sejthalálhoz és a szövetek nekrózisához, amelyet általában előrehaladott ateroszklerotikus elváltozásoknál figyelnek meg. 38 E tekintetben az NO túlzott termelése az érelmeszesedéses elváltozásokon belül inkább káros lehet, mint előnyös az érfal működésére nézve. Eredményeink és mások együttesen azt mutatják, hogy a hyperhomocystinemia vagy a hypercholesterinaemia esetében megfigyelt endotheliális diszfunkció multifaktoriális folyamat, és az endothel diszfunkció mechanizmusainak további vizsgálata indokolt.

Érdekes megállapítás ebben a tanulmányban az volt, hogy a plazma homocisztein szintje magas diétás metioninnal emelkedett, de amikor mindkét étrendet kombinálták (a MethChol csoportban), ezeknél az állatoknál a plazma homocisztein szintje alacsonyabb volt, mint a kizárólag magas diétás metioninnal táplált állatoké, és bár kissé emelkedett a kontrollhoz képest, ezek a szintek nem különböztek szignifikánsan. Ez a homocisztein metabolizmus új útját jelentheti. A koleszterin és a homocisztein metabolizmus valóban összefüggésben lehet, mivel az in vitro vizsgálatok kimutatták, hogy a homocisztein serkenti a hepatociták koleszterintermelését 39, és egy emberen végzett vizsgálat kimutatta, hogy a plazma homocisztein szintje korrelált a plazma koleszterinszintjével. Eredményeinkkel együtt úgy tűnik, hogy in vivo a nyúlban a plazma koleszterinszintjének emelkedése befolyásolhatja a homocisztein szintjét. Bár nem zárhatjuk ki annak lehetőségét, hogy a kombinációs csoportban az étrendi beavatkozás korai szakaszában megemelkedhet a plazma homocisztein szintje, amely az étrendi rendszer végén csökken, a hipotézis igazolásához további vizsgálatokra van szükség.

Összefoglalva, eredményeink azt mutatják, hogy a magas étrendi koleszterin és a metionin kombinációja nyulaknak 12 héten keresztül gyakorlatilag megszüntette az endotheliális funkciót. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a magas diétás koleszterin és a metionin kombinációja súlyosbíthatja az érelmeszesedés kialakulását, és hangsúlyozza a több kockázati tényező fontosságát a szív- és érrendszeri betegségek előrehaladásában.