A magas zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrend és a bariatrikus műtétek hatása az étrend okozta elhízott patkányok HSP70 és HSP90 plazma- és májkoncentrációira

Absztrakt

Bevezetés

Az eukarióta sejtekben a HSP90 kliensek többek között a jelátvitel és a transzkripciós szabályozás (pl. NF-κB, STAT, p53) és a kinázok (pl. Raf/MEK/ERK, PI3K/AKT, p38/MAPK) kulcsfontosságú közvetítői. . Így a HSP90 központi szerepet játszik olyan folyamatokban, mint a gyulladás, a növekedés, a túlélés, a differenciálódás és az apoptózis (Trepel és mtsai 2010; Pratt és Toft 2003). A rosszindulatú sejtekben és a gyulladt szövetekben fokozott HSP90-szintet figyeltek meg, ezért tanulmányozzák a HSP90-et különösen a rák és az autoimmun/gyulladásos betegségek kezelésének összefüggésében (Ambade et al. 2014; Shukla és Pitha 2012; Li et al 2013; Tukaj és mtsai 2013). A HSP90-et új terápiás megközelítésként célozták meg hepatocelluláris carcinomában (HCC) (Breinig és mtsai 2009) és fibrózisban (Myung és mtsai 2009).

A tartós súlycsökkenés mellett a bariatrikus műtét segít az anyagcsere-folyamatok szabályozásában, ami a glükóz tolerancia normalizálásához, az inzulin szenzibilizációhoz és az energiafelhasználás növekedéséhez vezet (Rubino et al. 2006; Buchwald et al. 2004; Rubino et al. 2010; Stefater et al. 2012 ). A bariatrikus műtét látványos hatása a testtömeg hosszú távú csökkentésében és a glükóz tolerancia enyhítésében elhízott egyéneknél új műtéti technikák kifejlesztését serkentette (Kahn et al. 2006, Karcz et al. 2013). A nyombél-jejunal omega kapcsoló (DJOS), itt használva, bariatrikus eljárás, ahol egy proximális hurok duodeno-enterostomiát alkalmaznak az elülső rész megkerülésére, és lehetövé teszik a hátsó bél közvetlen stimulálását (Nauck 2009; Rubino és Gagner 2002). A DJOS-t mint viszonylag új technikát még tanulmányozni kell annak hosszú távú kórélettani hatásainak felmérése érdekében (Grueneberger et al. 2014; Traverso és Longmire Jr 1978). Ezért itt egy állatmodellt alkalmaznak a DJOS hatásait érintő kérdések megválaszolására, amelyeket emberben kísérletileg nem lehetett követni.

Az étrendi szokások jelentős szerepet játszanak az olyan kockázati tényezők etiológiájában és megelőzésében, mint a metabolikus szindróma, a T2DM és az elhízás (O’Keefe és mtsai 2008). A magas zsírtartalmú étrend zavarokhoz vezet a gyulladásos tényezők expressziójában, és csökkentheti az adaptív immunitást az elhízásban (Makki et al. 2013; Rocha et al. 2008). Magas kalóriatartalmú étrend hosszú távú fogyasztása megzavarja az inzulin jelátviteli utakat, növeli a perifériás inzulinrezisztenciát és az immunrendellenességeket (Cancello és Clément 2006). Az ebben a kísérletben elfogadott magas zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrendről (HFS) ismert, hogy hipertóniát, csökkent glükóz toleranciát, magasabb hasi zsírlerakódást, megnövekedett hasi kerületet és megváltozott lipidprofilt fejleszt (Poudyal et al. 2010). A különféle étrendi termékek emésztése eltérő hatással van az anyagcserére, beleértve a Hpsps. A szakirodalomban nem találtak jelentést a HFS diéta és a bariatrikus műtét HSP70 és HPS90 plazma és máj szintre gyakorolt hatásairól. Így ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy értékelje a magas zsírtartalmú, magas szénhidráttartalmú étrenddel kombinált DJOS eljárás hatását az étrend okozta elhízott patkányok HSP70 és HSP90 plazma- és májkoncentrációira.

Anyagok és metódusok

Állatok és diéták

Az összes kísérleti eljárást a Helyi Etikai Bizottság jóváhagyta, Katowice, Lengyelország (58/2014). A DJOS módszertanát korábban Karcz et al. 2013 és Stygar et al. 2018. Negyvennyolc hím Sprague – Dawley patkányt, kezdetben 250 és 275 g közötti tömegűeket vásároltak a Sziléziai Orvostudományi Egyetem Kísérleti Orvostudományi Központjától (Katowice, Lengyelország). Az állatokat műanyag ketrecekben tartottuk ellenőrzött körülmények között (környezeti hőmérséklet, 23 ° C; 12 órás világos/sötét ciklus, világítás 6: 00–18: 00 között). Minden patkány szabadon hozzáférhetett a vízhez és az élelemhez. A kontrollcsoportot professzionális, rendszeres étrenden tartották (Provimi Kliba AG, Kaiseraugst, Svájc, 24% fehérje, 4,9% zsír, 7% nyers hamu, 4,7% nyers rost). Az elhízást az állatok HFS-étrenden tartásával indukálták (HFS 22,0 MJ/kg, 45% zsír, 35% szénhidrát és 20% fehérje (ssniff® EF R/M acc. D12451 (II) mod., Ssniff Spezialdiäten GmbH, Németország) ) A műtét előtt és után 2 hónapig minden patkány egy éjszakán át éhezett.

Kísérleti terv

1 hét akklimatizáció után a patkányokat a kísérleti csoportokba soroltuk: HFS-étrend (n = 28) és kontroll étrend (CD) (n = 28). A kísérlet teljes hossza 16 hét volt. A DJOS/SHAM műtét előtt és után 8 hétig az állatokat elosztott étrendjükön tartották. Az eljárás kezdeti része, a műtét előtt, 8 hetes fenntartást tartalmazott a kísérleti étrendeken. Ezt az időszakot követően mindkét csoportot tovább osztották alcsoportokra, amelyeken két különféle műtéten estek át: SHAM (n = 14) vagy DJOS (n = 14, 1a – c. Ábra).

A kísérlet vázlata. a Az étrendi szokások a műtét előtt és után használták. b DJOS eljárás. c SHAM eljárás

A kísérlet második szakaszában a műtétet követő 8 héten keresztül a DJOS és a SHAM csoportból hét állatot ugyanazon a táplálékon tartottak, mint a műtét előtt (HFS/DJOS/HFS, HFS/SHAM/HFS, CD/DJOS/CD, CD/SHAM/CD), és minden csoportból további hét étrend megváltozott (HFS/DJOS/CD, HFS/SHAM/CD, CD/DJOS/HFS, CD/SHAM/HFS; ábra (1a). A kutatásba bevont patkányok számát minimálisra csökkentették, figyelembe véve az állatok humánus kezelésére szolgáló „3R-eket” (Russell és Burch 1959). Az állatok túlélési aránya a kísérlet és a műtét után 100% volt.

Kísérleti eljárások

Szövetgyűjtés és HSP70 és HSP90 ELISA analízis

A műtét utáni 8. hét végén, amely a kísérlet 16. hetének felel meg, összegyűjtöttük a HSP mérésekhez szükséges szövetmintákat. Az állatokat 2% izofluránnal és oxigén áramlással 2 l/perc sebességgel spontán légzéssel altattuk. A fájdalomcsillapítást xilazinnal végezték. Vérmintákat vettünk a hasi aortából 10 μl EDTA-t tartalmazó csövek segítségével (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO). 10 percig 4 ° C-on 4000 fordulat/perc sebességgel végzett centrifugálás után a plazmamintákat összegyűjtöttük, folyékony nitrogénben lefagyasztottuk és -80 ° C-on tároltuk az elemzések elvégzéséig.

A májszöveteket összegyűjtöttük, és az állatokat eutanáziának vetettük alá. A szövetmintákat homogenizálással és ultrahangos kezeléssel (15 s) készítettük jégen, proteázinhibitorokat tartalmazó szövetsejt-lízis pufferben (Gold Bio Technology, USA, MO). Ezt követően a homogenizátumokat 15 000-nél centrifugáltukg 15 percig 4 ° C-on. A homogenátumokat folyékony nitrogénben gyorsfagyasztottuk, és további elemzésig -80 ° C-on tároltuk. A HSP70 plazma- és májkoncentrációit a patkány HSP70 enzimhez kapcsolt immunszorbens assay (ELISA) Kit (Enzo Life Sciences, Inc., NY, ADI-EKS-715) segítségével mértük. A kiválasztott analitikai készlettel megbízhatóan mérhető HSP70 legkisebb koncentrációja 90 pg/ml volt, 0,20–12,5 ng/ml kimutatási tartományban; ADI-EKS-700B, minimális érzékenység 200 pg/ml (detektálási tartomány 780–50 000 pg/ml) a gyártó utasításainak megfelelően. A HSP90 plazma- és májkoncentrációit patkány HSP90 ELISA-val (Wuhan USCN Business Co., Ltd., SEA823Ra termékszám) mértük. A kiválasztott analitikai készlettel megbízhatóan mérhető HSP90 legkisebb koncentrációja 0,055 ng/ml volt, a kimutatási tartomány 0,156-10 ng/ml volt. Minden kísérletet két példányban hajtottak végre.

Statisztikai analízis

A statisztikai elemzést a STATISTICA 13.1 PL (StatSoft, Krakkó, Lengyelország) alkalmazásával végeztük. Az összes teszt kétfarkú volt, és a statisztikai szignifikanciát a o 0,05 alatti érték. Az intervallum adatait átlagérték ± szórásként fejeztük ki. A változók eloszlását Shapiro – Wilk teszttel és a kvantilis – kvantilis ábrázolással értékeltük; a varianciák homogenitását Levene-teszt segítségével értékelték. Az adatok összehasonlításához a kétirányú paraméteres ANOVA-t és post hoc kontrasztelemzést alkalmaztuk.

Eredmények

HSP70 plazma- és májkoncentrációk

A HSP70 plazmaszintje és májkoncentrációja szignifikánsan összefüggött az étrend típusával, valamint az étrend és a műtét közötti interakcióval, de nem magával a műtéttel (2. ábra; 1. és 2. táblázat).

A HSP70 plazmaszintek (ng/ml) összehasonlítása SHAM és DJOS által működtetett csoportokban, különböző műtétek előtt a műtét előtt és után. Rövidítések: CD, kontroll étrend; HFS, magas zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrend. A függőleges vonalak 95% -os konfidencia intervallumot ábrázolnak

DJOS vs SHAM

Jelentős különbségeket figyeltünk meg a HSP70 plazmaszintjeiben az összes elemzett vizsgálati csoportban (2. ábra; 1. és 2. táblázat). A HSP70 májkoncentráció szempontjából szignifikáns különbségeket figyeltünk meg a CD/CD, CD/HFS és HFS/CD csoportok között (2. ábra; 1. és 2. táblázat).

DJOS műtét

A DJOS műtét után a HSP70 plazmaszintje és májkoncentrációja szignifikánsan magasabb volt azokban a csoportokban, ahol a műtét után megváltoztatták az étrendet (CD/HFS és HFS/CD), összehasonlítva a változatlan étrenden maradt csoportokkal (HFS)./HFS, CD/CD) (2. és 3. ábra; 1. és 2. táblázat).

A HSP70 májkoncentráció (ng/mg) összehasonlítása SHAM és DJOS által működtetett csoportokban, különböző műtétek előtt a műtét előtt és után. Rövidítések: CD, kontroll étrend; HFS, magas zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrend. A függőleges vonalak 95% -os konfidencia intervallumot ábrázolnak

SHAM műtét

A SHAM-operált állatokban a HSP70 szintje a plazmában szignifikánsan emelkedett a következő csoportokban: CD/CD vs CD/HFS vs HFS/CD vs HFS/HFS (2. ábra; 1. és 2. táblázat), a legalacsonyabb a plazma HSP70 értékei a CD/CD csoportban (2. ábra; 1. és 2. táblázat). A HSP70 májkoncentráció a CD/CD és HFS/CD csoportban volt a legmagasabb. Ennek a paraméternek az értéke szignifikánsan csökkent a CD/HFS csoportban, összehasonlítva a CD/HFS csoporttal. A máj HSP70 koncentrációja szignifikánsan magasabb volt a HFS/CD csoportban, összehasonlítva a CD/HFS és HFS/HFS csoportokkal (3. ábra; 1. és 2. táblázat).

HSP90 plazmakoncentrációk

A HSP90 plazma- és májkoncentrációja szignifikánsan függött a kísérletben alkalmazott étrend típusától, a műtét típusától és a mindkét típusú paraméter kölcsönhatásától (1. táblázat).

DJOS vs SHAM

A DJOS-ból és a SHAM-operált állatokból gyűjtött HSP90 plazmakoncentrációk összehasonlítása szignifikáns különbségeket mutat a CD/CD és a HFS/CD csoportok között, ahol a SHSP-vel operált állatokból gyűjtött mintákban a HSP90 értékei magasabbak voltak (4. ábra; 1. táblázat és 2).

A HSP90 plazmaszintek (ng/ml) összehasonlítása SHAM és DJOS által működtetett csoportokban, különböző műtétek előtt a műtét előtt és után. Rövidítések: CD, kontroll étrend; HFS, magas zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrend. A függőleges vonalak 95% -os konfidencia intervallumot ábrázolnak

DJOS műtét

A DJOS műtét után a CD/CD csoportban a plazma HSP90 szint legalacsonyabb értékeit figyeltük meg más étrend és műtét kombinációkkal összehasonlítva (4. ábra; 1. és 2. táblázat). A műtét előtt és után alkalmazott HFS diéta (HFS/CD, HFS/HFS) kombinációi a HSP90 plazmaszintjének növekedéséhez vezettek a CD/CD és CD/HFS csoportokhoz képest.

SHAM műtét

A SHAM által operált állatokban, hasonlóan a DJOS csoportokhoz, az étrend megváltozása a műtét előtti vagy utáni CD-ről a HFS-étrendre a plazma HSP90 szintjének jelentős növekedéséhez vezetett (4. ábra; 1. és 2. táblázat).

HSP90 májkoncentrációk

A HSP90 májkoncentráció összefüggésben állt a vizsgált étrend típusával, a műtét típusával és a paraméterek közötti interakcióval (1. táblázat).

DJOS vs SHAM

A HSP90 májkoncentrációja szignifikánsan magasabb volt a SHAM-operált állatokban, mint a DJOS-operált patkányokban, kivéve a HFS/CD csoportokat (1. táblázat).

DJOS műtét

A DJOS által operált állatokban az étrendi minta CD-ről HFS-re történő váltása műtét után, vagy HFS-diéta alkalmazása műtét előtt és után a HSP90 májkoncentrációjának jelentős növekedéséhez vezetett (5. ábra; 1. és 2. táblázat) . A legalacsonyabb HSP90 szintet a CD-vel kombinációban figyelték meg a műtét előtt/után, a legmagasabbat pedig HFS diéta jelenlétében minden kísérlet során (5. ábra; 1. és 2. táblázat).

A HSP90 májkoncentráció (ng/mg) összehasonlítása SHAM és DJOS által működtetett csoportokban, különböző műtétek előtt a műtét előtt és után. Rövidítések: CD, kontroll étrend; HFS, magas zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrend. A függőleges vonalak 95% -os konfidencia intervallumot ábrázolnak

SHAM műtét

A HSP90 májkoncentrációinak hasonló mintázatát a SHAM által működtetett csoportokban is megfigyelték, a legalacsonyabb értékek a CD/CD csoportban voltak, és a CD/HFS-ről HFS/CD-re és HFS/HFS-csoportokra növekedtek (5. ábra; 1. táblázat és 2). A CD/HFS és HFS/CD csoportok összehasonlításakor nem volt szignifikáns különbség.

Testsúly

A táplálkozási szokások és az alkalmazott műtét típusa jelentős hatással volt az elemzett vizsgálati csoportok állatok testtömegére (1. és 2. táblázat).

DJOS vs SHAM

Az összes HFS (HFS/HFS) étrendet fogyasztó csoport testtömegének szignifikáns növekedése volt a kontroll csoporthoz (CD/CD) képest. A műtét előtt és után HFS-étrenden tartott állatok testtömege szignifikánsan magasabb volt a SHAM-operált állatokban, összehasonlítva a DJOS-szal (6. ábra; 1. és 2. táblázat).

DJOS műtét

A DJOS után a testtömeg a HFS/HFS csoportban szignifikánsan magasabb volt a CD/CD állatokhoz viszonyítva. Az étrendi minta, amely CD-t és HFS-étrendet tartalmazott a műtét után, befolyásolta a DJOS által működtetett állatok testsúlyát a HFS/HFS diéta profilhoz.

SHAM műtét

A SHAM műtét után a HFS/HFS-en tartott állatok fejezték ki a legnagyobb testtömeget, összehasonlítva a CD/CD, CD/HFS és HFS/CD csoportokkal. A HFS műtét előtti alkalmazása jelentősen megnövelte a testtömeget a CD/CD-csoporthoz képest SHAM-operált állatokban.

Mint arról korábban beszámoltunk (Stygar et al. 2018), a diéta DJOS-műtét utáni kalórikusabbá válása nem vezetett jelentős súlycsökkenéshez, amikor a műtétet nem kombinálták gyomorkorlátozással. Vizsgálatunk során azt figyeltük meg, hogy a magas kalóriatartalmú étrend csökkentette a műtét hatásait, ellentétben a többi jelentett műtéti eljárással (Mosinski et al. 2016).

Vita

Itt arról számolunk be, hogy a plazma és a máj HSP70 szintje nem volt összefüggésben a SHAM vagy a DJOS műtét típusával; mindazonáltal összefüggésben voltak az étrend típusával, valamint a műtét és az étrendi minta kölcsönhatásával. Megfigyelték, hogy azok az állatok, amelyek azonos típusú étrenden maradnak a DJOS-műtét előtt és után (CD/CD, HFS/HFS), alacsonyabb plazma- és máj-HSP70-koncentrációt mutattak azokhoz a csoportokhoz képest, ahol az étrend megváltozott a DJOS-műtét után ( CD/HFS és HFS/CD). Javasoljuk, hogy az étrend megváltozása, és ennélfogva más típusú tápanyagok fogyasztása befolyásolta a biokémiai folyamatokat, zavarokat és szabálytalanságokat okozva a szubsztrát katabolizmusában, ami a HSP termelésében is megnyilvánul. Ennek ellenére a tézis megerősítéséhez további értékeléseket kell benyújtani.

Ebben a tanulmányban javasoljuk a DJOS potenciális hatását a HSP90 szint indukciójának csökkenésében is. Az itt bemutatott adatok azt mutatták, hogy az étkezési szokás változása a műtéttel kombinálva növelte a HSP90-t. A HSP90 plazma- és májkoncentrációjára a legnagyobb hatást a HFS-diéta tette, mind a DJOS, mind a SHAM eljárások után. Mindazonáltal a DJOS eljárás kevésbé volt hajlamos erre a javításra, szemben a SHAM művelettel.

Ezek az eredmények megerősítik a korábbi megfigyeléseket, miszerint a magas energiájú, magas szénhidráttartalmú és magas zsírtartalmú étrend a HSP-k szekréciójának jelentős növekedéséhez vezet, ami az Akt-foszforiláció és az inzulin által közvetített GLUT-transzlokáció gátlásával kiválthatja az inzulinrezisztenciát a sejtmembránon. és méhen kívüli intracelluláris zsírfelhalmozódás a NAFLD fejlődésével (Angelini et al. 2018).

Következtetések

A bariatrikus eljárásokat általában használják az elhízás és a T2DM kezelésében. Mindazonáltal ezen eljárások hosszan tartó hatása számos tényezőtől függ, amelyek közül az étrend az egyik legerősebb hajtóerő. A HSP70 és HSP90 plazma és máj koncentrációjának várható normalizálása érdekében a DJOS műtétet megfelelő étrend mellett kell alkalmazni. A HFS étrend jelenléte és az egyszer bevezetett táplálkozási szokások megváltozása a HSP70 és HSP90 szint növekedéséhez vezet.