A magas olajsavtartalmú mogyoróolaj és az extra szűz olívaolaj-kiegészítés csillapítja a metabolikus szindrómát patkányokban a bél mikrobiotájának modulálásával.

Zhihao Zhao

1 Élelmiszertudományi és Technológiai Intézet, Kínai Agrártudományi Akadémia/Agrártermék-feldolgozó Fő Laboratórium, Mezőgazdasági és Vidékügyi Minisztérium, Peking 100193, Kína; moc.361@1991oahihzoahz (Z.Z.); moc.361@2190_mas (A.S.)

Aimin Shi

Qiang Wang

Jinrong Zhou

2 Táplálkozási/Metabolizmus Laboratórium, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, 330 Brookline Avenue, Boston, MA 02215, USA; ude.dravrah.cmdib@uohzrj

Társított adatok

Absztrakt

1. Bemutatkozás

A metabolikus szindróma (SM), amelyet öt vagy több orvosi komponens jellemez (beleértve az elhízást, a hiperglikémiát, a diszlipidémiát, a magas vérnyomást és az inzulinrezisztenciát), fokozhatja a 2-es típusú cukorbetegség (T2DM) és a szív- és érrendszeri betegségek (CVD) kockázatát [1] . SM-ben szenvedőkhöz képest az SM-ben szenvedők kétszer nagyobb valószínűséggel halnak meg, és háromszor nagyobb valószínűséggel szenvednek szívrohamot vagy stroke-ot. Az SM terjedése világszerte növekszik, különösen a fejlődő országokban, ami elsősorban az életmód és az étkezési szokások változásainak tudható be. Becslések szerint világszerte körülbelül minden negyedik ember szenved MS-ben [2]. Az SM jelenlegi nemzeti elterjedtsége a kínai felnőttek körében 24,2%, ami hirtelen növekedés a 10 évvel ezelőtt azonos diagnosztikai standard szerint számított 9,8% -os értékhez képest [3,4]. Így az SM előfordulása súlyos fenyegetéssé vált a modern társadalom számára, és megelőző stratégiái jelentősek.

Nagy mennyiségű adat jelzi, hogy a bél mikrobiota elengedhetetlen a gazda metabolikus homeosztázisának fenntartásához [5,6]. A kommenzális mikrobák sokfélesége kolonizálja a bél lumenét. Például a mikrobák populációs mennyisége a bél mikrobiotájában körülbelül tízszerese az emberi test szomatikus sejtjeinek. Ezek a mikrobák részt vesznek a legtöbb metabolikus tevékenységben in vivo. A közelmúltban bebizonyosodott, hogy a bél mikrobiota néhány hasznos faja vagy nemzetsége negatívan kapcsolódik az SM kialakulásához, mint például az Akkermansia [7], a Bifidobacterium [5] és a Lactobacillus [8]. Ezzel szemben egyes gyulladáscsökkentő vagy kórokozó bél mikrobiota, például az Erysipelotrichaceae, a Coriobacteriaceae és a Streptococcaceae túlburjánzása összefügg az elhízás, a szisztémás gyulladás és az anyagcserezavarok kialakulásával emberben és rágcsálókban egyaránt ]. Így az étrend által kiváltott bélmikrobiota-rendellenességek szabályozását potenciális beavatkozási célként bemutatták az SM és a kapcsolódó betegségek megelőzésében [11].

A szűz olívaolaj az étkezési zsír fő forrása a mediterrán étrend középpontjában. Széles körben elismert összefüggés a szűz olívaolaj rendszeres fogyasztása és az SM alacsonyabb kockázata között [23]. Ezeket a hasznos biológiai aktivitásokat nemcsak a magas egyszeresen telítetlen zsírsav (MUFA) tartalomnak, hanem a kisebb bioaktív fitokémiai anyagoknak is tulajdonítják [24]. A legújabb kutatások azt jelzik, hogy a szűz olívaolaj gyengítheti a bél mikrobiota modulációjával járó SM-t [25]. Hasonlóképpen, a HOPO gazdag MUFA-ban (a zsírsavösszetétel akár 80% -át is biztosítja, hasonlóan még magasabb szintre, mint az olívaolajé) és kisebb bioaktív fitokemikáliákat, például polifenolt, fitoszterint és E-vitamint stb. A HOPO bél mikrobiotájának modulálását még soha nem vizsgálták.

Ezért ebben a tanulmányban összehasonlítottuk a HOPO és az EVOO kiegészítés MS-re gyakorolt hatását HFHFD-vel táplált patkányokban. Ezután a lehetséges mechanizmusok szemléltetésére a bél mikrobiota profilját elemeztük egy 16S rRNS szekvenálási technika alkalmazásával, és meghatároztuk a biokémiai indexeket is. Kimutattuk, hogy a HOPO és az EVOO egyaránt képes csillapítani a HFHFD által kiváltott MS-t. Sőt, ez a tanulmány a bél mikrobiota modulációjának új megítélését mutatja be az SM megelőzésében a MUFA-ban gazdag étkezési zsírok miatt.

2. Anyagok és módszerek

2.1. Anyagok

A HOPO szolgáltatója a Luhua Group (Laiyang, Kína). Az EVOO a Mueloliva Co. Ltd.-től (Córdoba, Spanyolország) vásárolt. A HOPO és az EVOO zsírsavprofiljait az S1 táblázat mutatja. Fruktózt vásárolt a SIWANG SUGAR Co. Ltd.-től (Binzhou, Kína).

2.2. Állatok és kezelés

A 48 6 hetes hím SD patkányt a Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.-től (Peking, Kína) szereztük be. 1 hét adaptív táplálás után a patkányokat véletlenszerűen 4 csoportba osztották (n = 12), hogy 12 héten keresztül ad libitum adományokat kapjanak: (A) NC (normál kontroll, normál chow étrend + közönséges ivóvíz); (B) M (modell, magas zsírtartalmú étrend + ivóvíz 10% fruktózt tartalmaz); (C) HOPO (magas olajsavtartalmú mogyoróolaj-étrend, magas zsírtartalmú étrend 10% HOPO-t tartalmaz + ivóvíz 10% fruktózt tartalmaz); és (D) EVOO (extra szűz olívaolaj-diéta, a magas zsírtartalmú étrend 10% EVOO-t tartalmaz, az ivóvíz pedig 10% fruktózt tartalmaz). A diéták összetételeit az S2 táblázat mutatja. Az összes étrendet a Trophic Animal Feed High-Tech Co. Ltd.-től (Nantong, Kína) vásároltuk. A patkányokat jól szellőztetett helyiségben tartottuk 23 ± 2 ° C hőmérsékleten, 12 órás világos-sötét ciklusokkal. Testtömegüket, valamint az étel- és vízfelvételt hetente rögzítették. Az éhomi vércukorszintet, az orális glükóz tolerancia tesztet (OGTT) és az inzulin tolerancia tesztet (ITT) 0, 4, 8 és 12 héten mértük. Az állatkísérletek protokolljait a pekingi Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. (VR IACUC, Peking, Kína, P2018036 sz.) Intézményi Állatgondozási és Felhasználási Bizottsága hagyta jóvá.

2.3. Inzulinrezisztencia értékelése

Orális glükóz tolerancia teszt (OGTT): a patkányokat 12 órán át éheztettük, és szájon át glükózzal (2 g/kg) infundáltuk. A vért a farokvénából gyűjtöttük, és glükózszintjét glükométerrel (Johnson and Johnson Investment, Co. Ltd., Shanghai, Kína) mértük (0 perc) és szoptatás után (15, 30, 60, 90 és 120 perc). . A görbe alatti területet (AUC) kiszámítottuk, hogy képviselje a glükóz toleranciát. Az AUC-t az AUC = 0,25 × (G0 + G15)/2 + 0,25 × (G15 + G30)/2 + 0,5 × (G30 + G60)/2 + 0,5 × (G60 + G90)/2 + 0,5 × (G60 + G90)/2 + 0,5 × képlet segítségével számítottuk ki. (G90 + G120)/2, ahol G0, G15, G30, G60, G90 és G120 a vércukorszintje volt különböző időpontokban.

Inzulin tolerancia teszt (ITT): a patkányokat 12 órán át éheztettük, és intraperitoneális inzulinoldatot kaptak (0,75 E/kg). A vércukor tesztet és az AUC érték kiszámítását az OGTT-hez hasonlóan végeztük. A HOMA-IR-t a HOMA-IR = (FPG × FINS)/22,5 képlettel számítottuk, ahol az FPG és a FINS éhomi vércukorszintet és éhomi inzulinszintet.

2.4. Szérum biokémiai elemzés

A kísérlet végén az állatokat feláldoztuk, és vérmintákat gyűjtöttünk. A szérummintákat centrifugálással készítettük (4 ° C, 2000 x g 15 percig). A szérumTG, TC, alacsony sűrűségű lipoprotein (LDL), nagy sűrűségű lipoprotein (HDL), inzulin, szabad zsírsav (FFA) és TNF-a szinteket a Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute (Nanjing, Kína) kitjeivel elemeztük.

2.5. Szövettani vizsgálat és TG szint a májszövetben

A frissen izolált májszöveteket optimális vágási hőmérsékletű (OCT) vegyületbe ágyazottuk, és flash-fagyasztás után -80 ° C-os ultrahűtő fagyasztóban tároltuk. A májszöveteket 8 μm-es metszetekre vágtuk kriosztáton, és 4% paraformaldehiddel rögzítettük 10 percig. A metszeteket olajvörös O-val 12 percig festettük, és 4 percig hematoxilinnel festettük. A metszeteket fénymikroszkóp alatt figyeltük meg (Primo star, Carl Zeiss Microscopy GmbH, Jena, Németország). A májszövet TG-szintjét a Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute (Nanjing, Kína) kitjeivel elemeztük.

2.6. Bélmikrobiota elemzés

12 hetes kísérleti kezelés után a friss ürülékmintákat sterilizált Eppendorf csövekbe gyűjtöttük és flash-fagyasztás után -80 ° C-os ultrahűtő fagyasztóban tároltuk. Tíz patkányt választottunk ki véletlenszerűen az egyes csoportokból a bél mikrobiota elemzéséhez. Az utasítások szerint Qiagen (Hilden, Németország) QIAamp DNS széklet Mini Kitet használták a bakteriális genomi DNS kivonására fagyasztott székletmintákból, amelyeket ideiglenesen -80 ° C-on 24 órán át tároltak. A V3 és V4 régiókat tartalmazó 16S rRNS gént PCR-rel felnagyítottuk összetett specifikus bakteriális primerek alkalmazásával (S3. Táblázat). A termikus ciklus a következő volt: 95 ° C 5 percig (1 ciklus), 95 ° C 30 másodpercig/50 ° C 30 másodpercig/72 ° C 40 másodpercig (25 ciklus), és végső meghosszabbítás 72 ° C-on 7 percig. A PCR-termékek nagy áteresztőképességű piroszekvenálását Illumina MiSeq platformon végezte a Biomarker Technologies Co, Ltd. (Peking, Kína).

A kezelések hatása a testsúlyra, a testtömeg-gyarapodásra, az energiafogyasztásra és az energiahatékonyságra. Testsúly (A), testtömeg-növekedés (B), az energiafelvétel (C) és az energiahatékonyság, testtömeg-növekedésként/energiafogyasztásként számítva (D). Az adatokat átlag ± SD értékként fejezzük ki (n = 12 minden csoportra). A különböző betűk szignifikáns különbségeket mutatnak a különböző csoportok között (p 2.A ábra, a májsejtekben lévő lipidcseppek vörösek, a sejtmagok pedig kékek az olajvörös O festési szakaszban. Az NC csoport májszövetei nem mutattak szignifikáns vörös cseppet vagy területeket. NC csoportnál az M csoport májszövetei nagyobb zsírfelhalmozódást mutattak. Az M csoporthoz képest azonban a HOPO és az EVOO csoport májszövetei kevesebb zsírfelhalmozódást mutattak. Ez a tendencia összhangban volt a máj TG szintjének eredményével is. A 2. B ábra mutatja, hogy a máj TG szintjei a HOPO és az EVOO csoportban szignifikánsan alacsonyabbak voltak, mint az M csoport. A HOPO és az EVOO kiegészítés drámai módon csökkentette a HFHFD által kiváltott adiposis hepatica mértékét MS patkányokban.

Az adatokat átlag ± SD értékként fejezzük ki (n = 12 minden csoportra). Az ugyanazon sorban található különböző betűk szignifikáns különbségeket mutatnak a különböző csoportok között (p 2. táblázat: az M csoport TC, TG és LDL szintje szignifikánsan magasabb volt, mint az NC csoporté (M csoport 3,62 ± 0,50, 5,99 ± 2,09 és 0,56 ± 0,21 mmol/L vs. NC csoport 3,00 ± 0,79, 1,95 ± 0,42 és 0,40 ± 0,14 mmol/l, p 0,05). A HDL szint esetében egyik csoportban sem volt szignifikáns különbség (NC, M, HOPO és EVOO csoport: 0,84 ± 0,15, 0,71 ± 0,25, 0,69 ± 0,23 és 0,76 ± 0,25, p> 0,05). HDL/LDL arány esetén mind a HOPO, mind az EVOO csoport növekedett, mint az M csoport, de kevesebb, mint az NC csoport (NC, M, HOPO, és EVOO csoport: 2,10 ± 0,25, 1,27 ± 0,12, 1,82 ± 0,18, illetve 1,52 ± 0,21, p> 0,05). Az NC csoporthoz képest az M csoport a szabad zsírsav és a TNF-a szintjének szignifikáns növekedését mutatta (M csoport 555,80 ± 55,34 umol/L és 257,74 ± 75,73 pg/ml, szemben az NC csoport 459,96 ± 38,76 umol/L és 196,11 ± 34,67 pg/ml, p 0,05). Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a HOPO és az EVOO kiegészítés egyaránt javíthatja a szérum lipidszintjét profilja a HFHFD által kiváltott MS patkányokban, és a HOPO protektív hatása jobb, mint az EVOO.

2. táblázat

A kezelések hatása a szérum metabolikus szindróma biomarkereire.

NCMHOPOEVOO

TC (mmol/l)	3,00 ± 0,79 a	3,62 ± 0,50 b	3,06 ± 0,65 a	3,18 ± 0,40 ab
TG (mmol/L)	1,95 ± 0,42 a	5,99 ± 2,09 c	4,23 ± 1,45 b	5,79 ± 2,22 c
HDL (mmol/L)	0,84 ± 0,15 a	0,71 ± 0,25 a	0,69 ± 0,23 a	0,76 ± 0,25 a
LDL (mmol/L)	0,40 ± 0,14 a	0,56 ± 0,21 b	0,38 ± 0,13 a	0,50 ± 0,18 ab
HDL/LDL	2,10 ± 0,25 c	1,27 ± 0,12 a	1,82 ± 0,18 b	1,52 ± 0,21 b
FFA (umol/L)	459,96 ± 38,76 a	555,80 ± 55,34 b	526.80 ± 60.18 b	512,06 ± 47,15 b
TNF-a (ug/ml)	196,11 ± 34,67 a	257,74 ± 75,73 b	208,16 ± 58,73 ab	220,35 ± 63,03 ab

Az adatokat átlag ± SD értékként fejezzük ki (n = 12 minden csoportra). Az ugyanazon sorban található különböző betűk jelentős különbségeket jelentenek a különböző csoportok között (p 3. A ábra). A HOPO és az EVOO jelentősen megnövelte a bél mikrobiota összetételének β-diverzitását. Phyla szinten a Firmicutes, a Bacteroidetes és az Actinobacteriumok voltak a domináns phyla minden csoportban (3. B ábra). Három HFHFD csoport F/B aránya magasabb volt, mint az NC csoport, és a HOPO és az EVOO csoport magasabb volt, mint az M csoport, annak ellenére, hogy az elhízás és a szérumparaméterek a HOPO és EVOO kiegészítéssel gyengültek (NC, M, HOPO és EVOO csoport: 5,65, 9,41, 14,39 és 12,91, a 3. B ábra). A PCA, NMDS és hőtérképek elemzése négy csoportban mutatta a bél mikrobiota hasonlósági fokát. A PCA és NMDS szórási diagramjai azt mutatták, hogy négy csoport pontjai egyértelműen megkülönböztethetők voltak, különösen az NC és a három HFHFD csoport között (3. ábra C, D). A hőtérképek azt mutatták, hogy a HOPO, az EVOO és az NC jobban hasonlít az NC-hez az M-hez, és a HOPO jobban hasonlít az NC-hez, mint az EVOO-hoz (3. ábra E, F). Ez a tendencia összhangban volt a PCA és az NMDS szóródiagramjaival is. A HOPO és az EVOO kiegészítés együttesen csillapítja a bél mikrobiota HFHFD által okozott egyensúlyhiányát.

A lineáris diszkrimináns analízis (LDA) hatásméret (LEfSe) elemzésének és a bél mikrobiotájának eredményei a család és a nemzetség szintjén szignifikáns különbséggel (n = 10 csoportonként). LEfSe elemzés (A), Családi szint (B) és nemzetség (C) jelentős különbséggel. Nemzetségi szinten csak azokat a fajokat sorolták fel, amelyek relatív elterjedtsége meghaladja a 0,1% -ot. NC: normál kontrollcsoport, M: modellcsoport, HOPO: magas olajsavtartalmú mogyoróolajcsoport, EVOO: extra szűz olívaolajcsoport.

Metasztaták analízist alkalmaztak a két csoport összetételében különbséget okozó fajok kiszűrésére. Családi szinten az M-csoport és az NC-csoport, a HOPO-csoport és az M-csoport között, valamint az EVOO-csoport és az M-csoport között szignifikáns különbséggel rendelkező fajokat a 4. B ábra szemlélteti (p 4. C ábra (p 0.1%). Az NC-csoport, az M-csoport szignifikánsan megnőtt, Acinetobacter, Bilophila, Aerococcus, Ruminococcaceae_UCG-003, Coprococcus_1, Staphylococcus, nem tenyésztett_bakterium_f_Coriobacteriaceae, Klebsiella, Escherichia-Shigella, Acinetobacter, Ruminiclostococcus (201K, pdf)

Szerző közreműködései

Fogalomalkotás, Q.W. és J.Z .; módszertan, Z.Z., A.S. és J.Z .; vizsgálat, Z.Z. és mint.; adatkezelés: Q.W., Z.Z., A.S. és J.Z .; írás - eredeti tervezet-előkészítés, Z.Z. és mint.; írás - áttekintés és szerkesztés, minden szerző.

Finanszírozás

Ezt a kutatást a Kínai Agrártudományi Akadémia agrártudományi és technológiai innovációs programja, a CAAS-ASTIP-201X-IAPPST támogatásszám, a Kínai Nemzeti Tudományos Alapítvány, a 31701545 számú támogatás és a Kínai Fiatal Elit Tudósok Szponzorhajó Programja finanszírozta. Tudományos és Technológiai Szövetség, támogatás száma: 2018QNRC001.

Összeférhetetlenség

A szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget.