A magas zsír- és szacharóz-tartalmú étrend az elhízással összefüggő metabolikus szindróma gyors kialakulását idézi elő, részben az egerek lipogenezisében, inzulinjelzésében és gyulladásában szerepet játszó gének gyors reakcióján keresztül

Absztrakt

Háttér

A magas zsír- és szacharóztartalmú étrend gyakori fogyasztása hozzájárul az életmóddal összefüggő betegségekhez. Korlátozott információ áll rendelkezésre azonban az ilyen étrend rövid távú hatásairól az elhízással összefüggő anyagcserezavarok kialakulására.

Mód

A hím C57BL/6 J egereket két csoportra osztottuk, és 2 vagy 4 hétig standard chow-diétával (kontrollcsoport) vagy 21% zsír- és 34% szacharózt tartalmazó magas zsírtartalmú étrenddel (HF – HS diétacsoport) tápláltuk.

Eredmények

A HF – HS diéta szignifikánsan indukálta a testtömeg-növekedést az 1. héttől kezdve, és hasonlóan megnövelte a mesenterialis fehér zsírszövet súlyát és a plazma inzulinszintjét a 2. és 4. héten. A HF – HS diétával 4 hétig tartó etetés után a plazma rezisztin szintje jelentősen megemelkedett. A máj trigliceridek és az olajvörös O festés mérése egyértelműen jelezte a máj lipid felhalmozódásának növekedését a HF – HS diéta hatására már 2 héten belül. A máj és a fehér zsírszövet kvantitatív PCR-analízise azt mutatta, hogy a 2. héttől kezdve a HF – HS diéta szabályozta az mRNS expresszióját a lipidanyagcserében és gyulladásban szerepet játszó génekből, valamint az inzulin szignálozásában részt vevő gének szabályozásában. Bár a plazma koleszterinszintjét a HF – HS étrend is gyorsan növelte, a kontroll és a HF – HS étrenddel etetett állatok között nem találtak különbséget a koleszterin bioszintézisben részt vevő kulcsgének expressziójában.

Következtetések

Vizsgálatunk bizonyítja, hogy a magas zsír- és szacharóz-tartalmú étrend bevitelével a hepatosteatosis, a zsírszövet hipertrófia és a hiperinsulinémia gyors kialakulása valószínűleg a lipogén, inzulin szignál és gyulladásos gének gyors reakciójának tudható be.

Háttér

A túlsúly vagy az elhízás az egyik vezető halálozási kockázat világszerte. Egyre több bizonyíték jelzi, hogy az elhízás számos társbetegséghez kapcsolódik, például 2-es típusú cukorbetegséghez, magas vérnyomáshoz, hiperkoleszterinémiához, hipertrigliceridémiához és alkoholmentes zsírmájbetegséghez [1–3]. Becslések szerint a világ felnőtt lakosságának 20–25% -a elhízással összefüggő metabolikus szindrómában szenved, kétszer nagyobb a halál és háromszor nagyobb a szívrohama vagy agyvérzése, mint a szindróma nélküli embereknél [4, 5 ]. Az obezogén környezet, valamint a munka és a szabadidős tevékenységek során tapasztalt alacsony energiafelhasználás mellett az elhízás és az ezzel összefüggő anyagcserezavarok jelenlegi járványának egyik elsődleges oka a nyugati stílusú étrendhez kapcsolódik, amely magában foglalja a túlzott zsír- és magas szacharóz-bevitelt. élelmiszerek. Számos tanulmány értékelte a hosszú távú (több mint 10 héten át tartó) vizsgálatot

2 év) a magas zsírtartalmú és/vagy magas szacharóztartalmú étrend hatása az anyagcsere kockázati tényezőkre [6–8]. Másrészről korlátozott információ áll rendelkezésre a magas zsírtartalmú - magas szacharóz (HF – HS) étrend rövid távú hatásairól a hepatosteatosis kialakulására és a lipid- és koleszterin-anyagcserében, az inzulinszignálban szerepet játszó gének expressziójának változásairól. gyulladás a májban és a fehér zsírszövetben (WAT).

A máj és a WAT fontosak az anyagcsere szabályozásában. Az elhízás következményeként a zsírmáj és az adipocita hipertrófia döntő szerepet játszik a metabolikus szindróma kialakulásában többféle mechanizmus révén, ideértve az inzulinjelzés károsodását és a gyulladást is [9, 10]. Annak érdekében, hogy jobban megértsük a magas zsír- és szacharóz-tartalmú nyugati stílusú étrend hatását az elhízással összefüggő anyagcserezavarok kialakulására, a jelen tanulmányt a HF rövid távú (2 és 4 hetes) hatásainak értékelésére tervezték. HS-diéta az anyagcserezavarok kockázati tényezőiről. Ezért megvizsgáltuk a mögöttes mechanizmust a C57BL/6 J egerekben, egy beltenyésztett egér törzsben, amelyet elhízás és cukorbetegség tanulmányozására használtak, mivel ezek a betegségek hajlamosak a magas zsírtartalmú étrendre [11, 12].

Mód

Állatok

Ezt a vizsgálatot a Kitayama Rabesu Inc. (Nagano, Japán) Intézményi Állatgondozási és Felhasználási Bizottsága hagyta jóvá, ahol az állatokat a teljes kísérleti időtartamig tartották. Nyolc hetes hím C57BL/6 J egereket (Charles River Laboratories, Inc., Kanagawa, Japán) 23 ± 1 ° C-os helyiségben helyeztünk el 12/12 órás világos-sötét ciklusban.

Fogyókúrák

Az egereket két különböző étrenddel etették. Az alacsony zsírtartalmú és alacsony szacharóz-tartalmú étrend standard egér-chow CRF – 1 volt (Oriental Yeast Co. Ltd., Tokió, Japán). Összetétele (tömeg/tömeg) volt: 5,4% zsír, 53,8% szénhidrát, 21,9% fehérje, 2,9% rost, 6,6% ásványi anyag, hozzáadott A-, D- és E-vitamin és 0,02% koleszterin (357 kcal/100 g). A HF – HS diéta tejzsír alapú étrend volt (TD.88137; Harlan Laboratories Inc., Indianapolis, IN, USA). Összetétele (tömeg/tömeg) volt: 21,2% zsír, 49,1% szénhidrát (34,1% szacharóz és 15% kukoricakeményítő), 17,3% fehérje, 5,0% rost, 3,5% ásványi anyag, 0,4% CaCO3, 1% vitaminkeverék, 0,004% antioxidánsok és 0,2% koleszterin. A zsírok a kalória 42% -át adták, az étrend pedig 450 kcal/100 g.

Kísérleti protokoll

Az állatok egy hét akklimatizációs periódus alatt szabadon hozzáférhettek a vízhez és a standard egér-chow CRF – 1-hez. Ezt követően a 23–24 g tömegű állatokat véletlenszerűen két csoportba soroltuk az etetési kísérlethez. A kontroll csoportot (n = 12) standard egér-chow CRF – 1-et, a HF-HS-csoportot (n = 12) pedig a TD.88137 diétával tápláltuk, amely magas zsír- és szacharóztartalmat tartalmazott. A testtömeget és az ételbevitelt a vizsgálat során folyamatosan figyelték. 2 hét és 4 hét végén az egereket (kontrollcsoport, n = 6; HF – HS diétacsoport, n = 6) 4% -os nátrium-pentobarbitállal altattuk (Dainippon Sumitomo Pharma, Osaka, Japán). A hasi aortából teljes vért gyűjtöttünk EDTA-val bevont csövekbe, és a plazmát 3000 fordulat/perc sebességgel 15 percig, 4 ° C-on végzett centrifugálással nyertük, és biokémiai elemzésig -80 ° C-on tároltuk. A májat és a mesenterialis WAT-ot levágtuk és lemértük rövid foszfáttal pufferolt sóoldattal (pH 7,4) való rövid mosás után. A szerveket azonnal gyorsfagyasztottuk folyékony nitrogénben, és -80 ° C-on tároltuk a további lipidkivonásig és a kvantitatív polimeráz láncreakció (QPCR) elemzéséig. A májrészeket 10% -os formalinban rögzítettük szövettani vizsgálat céljából.

Plazma biokémiai elemzés

A plazma triglicerideket, a szabad zsírsavakat, az összes koleszterint és a nagy sűrűségű lipoprotein koleszterint (HDL – C) enzimatikusan határoztuk meg a kereskedelemben kapható reagenskészletek segítségével (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japán). Az alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterint (LDL – C) az összes koleszterin - HDL-triglicerid × 0,2.

Az inzulin és az adipokinek plazmakoncentrációit, amelyek széles körű hatást gyakorolnak az energiafogyasztásra/-fogyasztásra, valamint a szénhidrát- és lipid-anyagcserére, enzimhez kapcsolt immunszorbens vizsgálatokkal (ELISA) mértük. Egér inzulin ELISA készlet (Morinaga Institute of Biological Science, Inc., Yokohama, Japán), egér Adiponectin ELISA készlet (Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd., Tokió, Japán) és Mouse Resistin ELISA készlet (Shibayagi Co. Ltd., Gunma), Japán) ezeknek a fehérjéknek a plazmaszintjét határoztuk meg.

A máj lipidtartalmának kivonása és elemzése

A teljes lipidek kivonását a máj egy részéből Folch leírása szerint hajtottuk végre et al.[13] antioxidánsként butilezett hidroxi-toluol jelenlétében. A kivont lipideket vákuum-koncentrátorral (Concentrator Plus 5305, Eppendorf) szárítottuk és 2-propanolban oldottuk. A triglicerid- és az összkoleszterin-koncentrációt kereskedelmi enzimkészletek (Wako) segítségével határoztuk meg. A májszövettan számára a formalinban rögzített májszövetet paraffinba ágyazta, 10 μm-es szakaszokra vágta, és hematoxilinnel és eozinnal festette. Oil Red O (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) semleges lipideket festettünk fagyasztott szakaszokon.

A teljes RNS-t fagyasztott májból és WAT-ból extraháltuk az SV Total RNS Izolációs Rendszerrel (Promega Corp., Madison, WI, USA) a gyártó utasításainak megfelelően. Az RNS koncentrációját és tisztaságát 260 nm-en és 280 nm-en mért abszorbancia alapján értékeltük. Az első szálú cDNS-t a teljes RNS-ből szintetizáltuk PrimeScript II 1. szálú cDNS-szintézis készlet (TaKaRa Bio, Otsu, Japán) felhasználásával, oligo dT-adapter primerek és 1 μg teljes RNS templátként. A kapott cDNS-t QPCR amplifikációhoz alkalmaztuk 96 üreges formátumban, SYBR Premix Ex Taq (TaKaRa Bio) és 7500 valós idejű PCR rendszer (Life Technologies Co., Japán) segítségével. A tesztgének expressziós szintjét a 18S riboszomális RNS-t kódoló háztartási gén expressziójához normalizáltuk. A QPCR-hez használt primereket az 1. táblázat tartalmazza.

Statisztikai analízis

Az adatokat átlag ± SE-ként mutatjuk be. Az összes statisztikai vizsgálatot a Student-féle vizsgálatokkal végeztük t-tesztet, és a statisztikai szignifikanciát P

Eredmények

Test-, WAT- és májtömeg

A HF – HS diéta csoportba tartozó egerek gyorsan híztak. Amint az 1. ábrán látható, a HF – HS diéta 8,3% -kal növelte a testtömeget (P 1.ábra

Plazma lipidprofil

Amint a 2. ábra mutatja, a HF – HS diéta 103,8% -kal növelte az összkoleszterinszintet (P 2. ábra

Az inzulin és az adipokinek plazmaszintje

Amint a 3. ábra mutatja, a HF – HS étrend 2,2-szeres és 1,1-szeres növekedést okozott (P 3. ábra

Lipid felhalmozódás a májban

Noha a kontroll és a HF – HS étrendet tápláló állatok közötti májkoleszterin-különbség nem érte el a statisztikai szignifikanciát, a HF – HS étrend 135% -kal emelte a máj triglicerid szintjét (P 4. ábra

A lipid- és koleszterin metabolizmusban szerepet játszó kulcsgének expressziója és az inzulinjelzés a májban

A lipogenezisben és a lipidtranszportban szorosan érintett gének expressziója gyorsan szabályozott volt a HF – HS étrendet kapó állatokban (5A. Ábra). A 2., illetve a 4. héten a HF – HS diéta növelte a máj X receptor alfa mRNS expresszióját (LXRα) 2,4-szeresére (P 5. ábra

A lipid anyagcserével és gyulladással kapcsolatos gének expressziója WAT-ban

Amint a 6A. Ábra mutatja, a HF – HS diéta gyorsan szabályozta a lipogenezisben szerepet játszó gének expresszióját a mesenterialis WAT-ban. A 2. és 4. héten a HF – HS étrend fokozta a mRNS expresszióját SREBP1c 3,3-szoros és 1,4-szeres (P 6. ábra

Vita

Ebben a tanulmányban bebizonyítottuk, hogy a HF – HS étrend rövid távú táplálása már 2 héten belül növekedést okozott a test- és WAT-súlyban, valamint a máj steatosisában. A HF – HS diéta kalóriái 26% -kal voltak magasabbak, mint a standard chow-ban (kontroll). Bár a kontroll és a HF – HS étrendet kapó állatok között nem volt különbség a táplálékfelvételben, a napi kalóriabevitelt a HF – HS étrend növelte. Így a zsigeri és szacharóztartalmú, magas kalóriatartalmú étrend bevitelével gyorsan kialakulhat a zsigeri elhízás és a zsírmáj.

A HF – HS étrenddel történő táplálás után, a IRS2 Akt2, és AMPK amelyek részt vesznek az inzulin jelátviteli útjában a májban, a plazma inzulin szintje hasonlóan emelkedett a 2. és a 4. héten, ami arra utal, hogy a HF – HS diéta hatására az inzulin jelátviteli zavarok gyorsan kiválthatók. A fokozott zsírszint és a máj lipidfelhalmozódása szorosan összefügg az inzulinrezisztenciával [31]. A digliceridek intracelluláris felhalmozódása a protein-kináz C aktivációjához vezet, ami viszont csökkenti az inzulinnal stimulált IRS-1/IRS-2 tirozin-foszforilációt, a foszfoinozidid-3-kináz aktiválódását és az inzulin szignalizációját a downstream felé [32]. A krónikus fruktóz-expozíció hiperinsulinaemiát és elhízást okoz olyan megváltozott mechanizmusok révén, amelyek magukban foglalják a fruktóz ATP-kimerülésre és húgysavképződésre gyakorolt hatását [33], a keringő C-peptid szintjének emelkedését, amely gyakran társul inzulinrezisztenciával [34], a fruktóz transzporter részvételét A GLUT5, amely szignifikánsan magasabb expressziós szintet mutat fiatal Zucker elhízott patkányokban a sovány kontrollokhoz képest [35], és a hexosamin hipotézis, amelyben a hexozamin fluxust feltételezik a glükóz útvonalak szabályozásában [36].

Következtetések

Összefoglalva, a jelen tanulmány kimutatta, hogy az egerek zsír- és szacharóztartalmú étrendjének fogyasztása már 2 héten belül jelentősen megemelte a WAT-súlyt, a máj steatosisát és a plazma inzulinszintjét. A májban és a WAT-ban a lipidfelhalmozódás és gyulladás több lépcsőjében részt vevő gének expressziója a HF – HS diéta hatására gyorsan növekedett, és e géntermékek expressziója hozzájárulhatott a lipidek gyors felhalmozódásához ezekben a szervekben, és további károsodott máj inzulin jelátvitel, ami kompenzációs hyperinsulinaemiához vezet.