A testmozgás hatása az elhízott egerek fogyására és monocitáira

Absztrakt

Az étrend okozta elhízás (DIO) a világ népességének egyik legnagyobb egészségügyi problémája, tekintettel az egészségügyi költségekre, a morbiditásra és a halálozásra gyakorolt hatásokra. 1,4,28 Bár úgy tűnik, hogy a DIO leghatékonyabb kezelési módja a kalória-korlátozást a testmozgással ötvözi, a 16-18. A DIO kezelésére szolgáló egérmodellek kiváló lehetőséget jelentenek az emberek kezelésére alkalmazható különféle gyakorlatok tesztelésére.

A súlycsökkenés mellett a testmozgás gyulladáscsökkentő tulajdonságokat vált ki, amelyek a vér monocita koncentrációjának és a funkcionális receptor expressziójának változásaként mérhetők. 8,15,17 Korábban azt tapasztaltuk, hogy a DIO alatt futó kényszerű futópad nem akadályozta meg a súlygyarapodást vagy a vér monocitáinak változását. 8 Mások azt feltételezték, hogy az erőltetett testmozgás hatékony kezelési mód a felesleges pszichés stressz miatt, megakadályozva ezzel a gyulladáscsökkentő hatásokat, amelyek általában a testedzéssel járnak. 2

Bár a veleszületett immunállapot felmérésére számos módszer áll rendelkezésre, laboratóriumunk és mások a monocita koncentrációra és a funkcionális receptor expresszióra összpontosítottak. 8,15,17 Laboratóriumunk figyelemmel kísérte a Toll-szerű receptor (TLR) útvonalat, mint eszközt a szisztémás gyulladásos kapacitás változásainak nyomon követésére. 17-19. A TLR útvonalat a veleszületett immunválasz 14 és a szisztémás gyulladás kulcsfontosságú közvetítőjének tekintik. 10,17 magas zsírtartalmú étrendet fogyasztó alanyok a TLR2 és a TLR4 gén expressziójának növekedését mutatják a vér monocitáin, a vér zsírsav- és hiperglikémiájának növekedésével. 22,26 A TLR4 és a TLR2 sejtfelszíni expressziója in vitro a vér monocitáin fokozódik a megnövekedett vércukor-koncentrációra adott válaszként. 5 A megnövekedett éhomi glükóz és magas koleszterinszint, amelyek gyakran a súlygyarapodás során jelentkeznek, ismert kockázati tényezők számos elhízással összefüggő betegségben; ezért a TLR4 és a TLR2 növekedése vélhetően része a gyulladásos folyamatnak, amely betegséghez vezet.

Ezenkívül kimutatták, hogy a TLR4 befolyásolja az egerek testösszetételét. A magas zsírtartalmú étrenddel táplált TLR4-knockout egerek kevesebb testzsírt nyertek, mint a vad típusú egerek. 12 Egy másik vizsgálatban 26 TLR4 kiütéses egér súlya átlagosan 15% -kal kisebb volt, mint a vad típusú kontrolloké 8 hét zsírtartalmú etetés után. Ezenkívül az adipociták 30% -kal kisebbek voltak a TLR4-knockout egerekben, ami azt jelzi, hogy a TLR4 hiánya befolyásolta a zsír felhalmozódását. Ezenkívül a TLR4-knockout egerek csökkenték a proinflammatorikus IL6 és TNFα citokinek expresszióját, 26 összhangban más vizsgálatokkal, amelyek beszámoltak a TLR4 hiányos egerek gyulladásos állapotának csökkenéséről. 14,24 Ha ezeket az eredményeket együtt vesszük figyelembe, feltételeztük, hogy a TLR szerepet játszhat a súlygyarapodásban és a gyulladásos állapotban, ami a betegség progressziójához vezet.

A CD80 és CD86 kostimulációs molekulák szintén ismertek a gyulladásos folyamat részei. A CD80 és a CD86 egyaránt jelen van az antigént bemutató sejteken, és kölcsönhatásba lépnek a T-sejtekkel, hogy felkészítsék őket az antigén támadással szemben. 21 kimutatták, hogy ezek a molekulák gyulladásos állapotokkal, például kardiovaszkuláris betegségekkel és elhízással 7 növekednek, és gyulladáscsökkentő folyamatok, például testmozgás után csökkenhetnek. 15

Itt értékeltük a súlycsökkenést a DIO egerekben, akiket 8 hétig kezeltünk önként, összehasonlítva a kényszerű testmozgással. Kiértékeltük ezen kezelések hatásait a vér monocita koncentrációjára és a TLR2, TLR4, CD80 és CD86 expressziójára is. Feltételeztük, hogy azokban az egerekben, amelyek elhízottak a magas zsírtartalmú étrend fogyasztása után, az önkéntes testmozgás és az alacsony zsírtartalmú étrend kombinációja nagyobb változásokat okozna a gyulladásban, mint az alacsony zsírtartalmú étrend önmagában vagy kényszerű testmozgással kombinálva.

Anyagok és metódusok

Állatok.

A jelen jelentésben leírt összes eljárást a Houstoni Egyetem IACUC (Houston, TX) vizsgálta felül és hagyta jóvá. A CD1 hím egereket a Charles River Laboratories-tól (Wilmington, MA) vásároltuk, tetováltuk (AIMS Tattoo System, Binghampton, NY) a farokon azonosítás céljából, és fordított 12: 12-órás fény: sötét ciklusban tartottuk 1000). Az egerek a súlygyarapodás fázisának kezdetén 12 és 14 hét között voltak, az aktív beavatkozási szakasz kezdetén 64 és 66 hét között voltak. Az egereket egyenként, standard mikroizolációs ketrecben (Tecniplast, Exton, PA) helyeztük el a vizsgálat ideje alatt. A testtömeget és az élelmiszer-fogyasztást hetente mértük digitális mérleg használatával (MyWeigh, Phoenix, AZ). Az egereknek drótketrec fedelén táplálékot adtak. Minden héten kétszer megváltoztatták az ételt, a maradékot (az ételek a ketrec fedelében maradtak) és az elpazaroltakat (az ételek a ketrec alján) összekeverték és megmérték. Az elfogyasztott ételt úgy határoztuk meg, hogy a maradék vagy elpazarolt ételt kivontuk az adott élelmiszer teljes mennyiségéből.

A minta méretének meghatározása.

Ehhez a jelenlegi vizsgálathoz a 24 mintaméretet egy a priori mintaméret-számítás alapján választották ki, amely a legkisebb hatásméretű eredményváltozót használta (ebben az esetben monocita TLR4 expresszió). 8 Ez a számítás azt mutatta, hogy ha ismételt mérési modellt alkalmazunk, kezelési csoportonként legalább 5 egérre van szükségünk a 3 DIO kezelési csoport közötti statisztikai szignifikáns különbségek kimutatásához.

DIO egerekben.

A DIO-t CD1 egerekben hozták létre laboratóriumunkban kifejlesztett és másutt dokumentált súlygyarapodási protokoll segítségével. 3 Röviden, a DIO kiváltása érdekében az egereknek ad libitum hozzáférést biztosítottak a magas zsírtartalmú, magas kalóriatartalmú étrendhez (5,24 kcal/g: 60% zsírból, 20% fehérjéből és 20% szénhidrátból) 12 hónapig; A CN egereknek ad libitum hozzáférést biztosítottak alacsony zsírtartalmú, csökkentett kalóriatartalmú étrendhez (3,85 kcal/g; 10% zsírból, 20% fehérjéből és 70% szénhidrátból) 12 hónapon keresztül. Mindkét étrendet a Research Diets-től (New Brunswick, NJ) szerezték be. A zsírforrás mindkét étrendben szójaolaj és zsír volt (koleszterintartalom, 0,95 mg/g). Valamennyi csoport ad libitum hozzáféréssel rendelkezett a vízhez.

Csoportos feladat.

A 12 hónapos DIO fázis után minden egeret véletlenszerűen a 3 kezelési csoport egyikéhez (csoportonként n = 6) osztottak be az étrend összetétele és a testmozgás kezelése szerint: önkéntes testmozgás (VEX), kényszerű futópad gyakorlat (FEX) és ülő ( S). Kiosztás után a 3 kezelési csoport egerei elkezdték fogyasztani az alacsony zsírtartalmú étrendet, amelyen CN egerek maradtak. Az S és CN egerek normál napi aktivitásra korlátozódtak ketreceikben; ezek az egerek mozgásszegények voltak abban az értelemben, hogy semmilyen strukturált fizikai tevékenységet nem végeztek. A testtömeget és a táplálékfelvételt hetente mértük digitális mérleg segítségével. A súlycsökkentő szakasz időtartama alatt az összes csoport számára ad libitum hozzáférést biztosítottak az élelmiszerhez és a vízhez.

Kényszerített testmozgás.

A FEX csoportban az egerek motoros futópadon (Columbus Instruments, Columbus, OH) futottak minden héten 5 napig (hétfőtől péntekig). Minden edzés 60 perc futópad futásból (22 m/perc) állt a sötét ciklus első 2 órájában (1000–1200). A futópadok sikeresek voltak az egérkutatásban az aerob beavatkozás eszközeként, mert az egerek kevés motivációval, csak kevés motivációval fognak futni. 8,20 Ha az egerek nem hajlandóak futni, óvatosan kézzel nyomja őket, hogy ösztönözze őket.

Önkéntes testmozgás.

A VEX csoportba tartozó egereket egyedileg helyeztük el a kereskedelemben kapható kerekes ketrecekben (Tecniplast), és minden héten (hétfőtől péntekig) 24 órás hozzáférést kaptunk egy 5 napos edzőkerékhez. A gyakorlókereket (kerülete 73 cm) egy számítógéphez csatlakoztattuk, amely rögzítette a napszakot és az egyes egerek által végrehajtott kerékforgások számát. Ezekből az adatokból kiszámoltuk a minden nap lefutott távolságot.

Nem halálos vérvétel.

A vérvétel a vizsgálat kezdetén, a 4. és a 8. héten fejeződött be nem halálos technika alkalmazásával. Röviden, a fényciklus utolsó 2 órájában (0700–0900) és egy éjszakán át (legalább 8 óra) éhgyomorra és a testmozgástól való tartózkodásra (több mint 48 órát) követően az egereket egy módosított 50 ml-es centrifugacsőbe helyeztük. hátulsó végtagjaik hozzáférhetők. A hátsó szárat elektromos ollóval borotváltuk, egy vékony vazelinréteget vittünk fel a bőrre, és a saphena vénát 5 mm-es steril lándzsával (Medipoint, Mineola, NY) kilyukasztottuk. Körülbelül 60 µL vért gyűjtöttünk egy megfelelően jelölt lítium-heparinnal kezelt mikrovette kapilláriscsőbe (Sarstedt, Nümbrecht, Németország).

Áramlási citometriás festés és felvétel.

Kétszínű áramlási citometriát alkalmaztunk a monocita koncentráció és a TLR2, TLR4, CD80 és CD86 sejtfelszíni expressziójának elemzésére, az előzőekben leírtak szerint. Az összes antitestet és oldatot ugyanattól a gyártótól (eBioscience, San Diego, Kalifornia) vásároltuk, hacsak másképp nem jelezzük. Röviden: a teljes vér (5 µl) alikvot részét egyesítettük egy FC-receptort blokkoló koktéllal (jelöletlen antiCD16/32 hígítása 1:50 arányban) a nem specifikus kötődés minimalizálása érdekében. Minden vérmintához 2 színű antitest koktélt (PECy5-jelölt CD14 és PE-jelölt TLR2, TLR4, CD80 vagy CD86) adtunk, és 30 percig sötétben, szobahőmérsékleten inkubáltuk. A negatív populáció azonosításához izotípus-kontroll csövet használtunk. A PMT feszültségeket az izotípus kontrollok segítségével állítottuk be annak biztosítására, hogy a negatív populációk az első logaritmikus évtizedben minden színre vonatkoznak. A vörösvértesteket kereskedelmi forgalomban lévő lizáló pufferrel lizáltuk, és a végső szuszpenzió előtt festőpufferben (100 μl) és 1% paraformaldehid oldatban (100 μL; Electron Microscopy Sciences, Hatfield, PA) mostuk. A jeleket a rögzítéstől számított 48 órán belül kaptuk egy áramlási citométeren (Guava EasyCyte Mini, Millipore, Billerica, MA), amely 20 mW, 488 nm szilárdtest lézerrel volt felszerelve. Kompenzálatlan FCS 2.0 adatfájlokat exportáltunk további elemzés céljából.

Áramlási citometriás elemzés.

A megszerzett FCS adatfájlokat elektronikusan kompenzálták a spektrális átfedés miatt, és offline módon elemezték az FCS Express segítségével (3. verzió, De Novo Software, Los Angeles, CA). A monocitákat azonosítottuk és számszerűsítettük egy oldalsó szórás (SSC) alkalmazásával, összehasonlítva a CD14 dot plot-tal. A TLR2, TLR4, CD80 vagy CD86 sejtfelszíni expresszióját geometriai átlagos fluoreszcencia intenzitásként a CD14 + eseményeken kapuzott egyedi hisztogramok alkalmazásával számszerűsítettük. Az Eredmények részben a százalékokat használták a változások szemléltetésére, de az adatokat nem elemezték százalékos változásként.

Statisztikai analízis.

Az összes statisztikai elemzést az SPSS 17.0 verziójának (SPSS, Chicago, IL) használatával fejeztük be. Az adatokat formális elemzés előtt megvizsgáltuk, hogy felmérjük normális eloszlásukat. A nem normális adatokat naplózással transzformálták az elemzés előtt. A testtömeget, az étkezés mennyiségét és a távfutást 4 (csoport) × 8 (idő) ANOVA alkalmazásával elemeztük, ismételt mérésekkel a második tényezőre. A monocita méréseket 4 (csoport) × 3 (idő) ANOVA alkalmazásával elemeztük, a második faktor ismételt mérésével. A statisztikai szignifikanciát 0,05-nél kisebb P értékre állítottuk be. A szignifikáns különbségek lokalizációját Tukey post hoc teszt alkalmazásával fejezték be. Az eredményeket a csoport átlagának ± 1 SD-ként vagy a kiindulási értékhez viszonyított százalékos változásként adtuk meg, az eredménymérés jellegétől függően.

Eredmények

Testsúly.

A DIO egerek átlagosan a kezdeti testtömeg 53% -át gyarapították, szemben a CN átlagosan 35% -ával, így a testtömeg a kiindulási értéknél 28% -kal alacsonyabb volt a CN-ben, mint a FEX, VEX és S egereknél (F24, 144 = 16,024, P 1. ábra). Ez a hatás a 12 hónapos előkezelési szakasznak volt köszönhető, amikor a CN egerek alacsony zsírtartalmú étrendet fogyasztottak, de a FEX, VEX és S csoportok magas zsírtartalmú étrendet fogyasztottak. A testsúly minden héten csökkent a fogyás fázisában, ami jelentős időhatáshoz vezetett (F8144 = 190,414, P 2. ábra). A 8. héten a VEX 60–78% -kal kevesebb TLR2-expresszióval rendelkezett, mint a másik 3 csoport. Hasonló szignifikáns csoport × idő interakciót (F6,36 = 3,394, P = 0,009) találtunk a sejtfelszín TLR4 expressziójára. A 8. héten a TLR4 expressziója a VEX-ben 130% -kal alacsonyabb volt, mint a CN-ben, és 88% -kal alacsonyabb, mint a FEX-ben. Ezenkívül szignifikáns (F3,18 = 8,189, P = 0,001) csoport kölcsönhatás volt jelen a TLR4 expresszió szempontjából a kiinduláskor. A TLR4 expressziója a CN-ben 20% -kal magasabb volt, mint a VEX-ben, és 47% -kal magasabb, mint az S-ben az alapértéknél.

Az (A) TLR2 és (B) TLR4 sejtfelszíni expressziója (geometriai átlagos fluoreszcencia intenzitás, gMFI) monocitákban. *, Jelentős fő hatás az időre; #, jelentős csoport × idő interakció; +, a CN jelentős csoporthatásai. A szignifikancia értéke 0,05 vagy kevesebb P érték.

CD80 és CD86 expresszió.

Jelentős (F2,34 = 30,832, P 3. ábra); vagyis a kiindulási expresszió szignifikánsan különbözött a 4. hététől, és a 4. hét expressziója szignifikánsan különbözött a 8. héttől. Ezenkívül szignifikáns (F2,34 = 11,599, P 5,22 A TLR2 és a TLR4 hasonló növekedése expresszió olyan egereknél fordult elő, akik lefogytak, de nem gyakoroltak, ami arra utal, hogy az erőltetett futópad futás nem hatékony fogyáskezelés egerekben. Nem figyeltünk meg kezelésspecifikus javulást a monocita CD80 vagy CD86 expressziójában, ami arra utal, hogy módtól függetlenül, a testmozgás nem feltétlenül javítja ezeket az eredményméréseket. További kutatásokra van szükség annak megállapításához, hogy a monocitákban megfigyelt változások szigorúan a bekövetkezett differenciális súlycsökkenés függvényei-e. A súlycsökkenési különbségek kontrollálása statisztikailag nem teljes mértékben veszi figyelembe azok biológiai és immunológiai következményeit.

A kezeléssel összefüggő súlycsökkenési különbségek mellett különböző válaszokat figyeltünk meg a monocitákban. A VEX-kezelés a monocita TLR2 és TLR4 expressziójának nagyobb csökkenését eredményezte, mint akár a FEX, akár az S kezelés. Valójában az erőltetett testmozgás valójában e sejtek felületének expressziójának enyhe növekedését idézte elő, bár a növekedés kevésbé volt kifejezett, mint az S csoportban. Ezenkívül ezek a változások az energiafelhasználás nagyságának tulajdoníthatók, amely a legnagyobb az önkéntes testmozgás, majd a kényszerű testmozgás során, és legkevesebb az ülő tevékenység során. Korábbi tanulmányok fényében az edzés edzésének differenciális képessége a TLR2 és TLR4 fokozott expressziójának csillapítására valószínűleg az edzés volumenének (vagyis a heti távolságnak) köszönhető. Egy másik tanulmányban 8, a jelen tanulmányban szereplő FEX-kezeléséhez hasonló térfogatú kényszerű testmozgás étrend okozta súlygyarapodás időszakában tompította a monocita TLR4 expresszió növekedését, ami arra utal, hogy a kényszerű testmozgás elegendő volt az étrend okozta változásokkal szembeni ellenálláshoz. súlygyarapodás. Jelen tanulmányban azonban megnövekedett edzésmennyiségre volt szükség (az önkéntes testmozgáshoz hasonlóan) a súlycsökkenés rövid távú zavarainak ellensúlyozására.

Korábbi szakirodalom kimutatta, hogy a TLR2 növekedése a trigliceridek és a vércukorszint növekedésével jár együtt, amelyek gyakran fordulnak elő olyan ülő alanyoknál, akik magas zsírtartalmú étrendet fogyasztanak. 5 Annak ellenére, hogy súlycsökkenés következett be az S csoportos egerekben, a túlzott zsírtartalmú táplálkozás talán túl hosszú volt ahhoz, hogy elérjék az alacsony zsírtartalmú kontroll tulajdonságait. Az egereknél tapasztalt változások a súlycsökkenésben és a gyulladásos állapotban összhangban vannak az ember edzés utáni eredményeivel. 10 Mivel sem a jelen tanulmány, sem más publikált tanulmányok nem hasonlítottak össze az erőszakos és önkéntes testmozgás csoportjaival az edzés mennyisége tekintetében, nem vagyunk biztosak abban, hogy a testmozgás volumene vagy módja valóban okozta-e a talált eltéréseket. A jövőbeni kutatásoknak összehasonlítaniuk kell az erőszakos és az önkéntes gyakorlatokat azonos gyakorisággal az alapmechanizmus meghatározása érdekében.

A jelenlegi tanulmány eredményei további tényezőt támasztanak alá azzal az elképzeléssel, hogy a testmozgás, különösen az önkéntes testmozgás képes csillapítani az egerek gyulladásos markereit. Bár egy korábbi 2. vizsgálatban a zsírszövet gyulladásos markereit (TNFα, MCP1 és így tovább) mértük, a monocita receptorok expressziójának csökkenését figyeltük meg, amely jelezheti a gyulladásos potenciált; ezek a sejtek a perifériás szövetekbe vándorolva rezidens makrofágokká érnek. Egy korábbi vizsgálatban 11 16 hetes önkéntes testmozgás a jelen tanulmányhoz hasonló tartományban társult a plazma TNFα csökkenésével, amely eredmény összhangban áll a testgyulladás gyulladáscsökkentő hatásával. A vérben a proinflammatorikus markerek növekedése valószínűleg a szövetekben is proinflammatorikus állapotot eredményez. 27 A TNFα mRNS expressziójának csökkenése krónikus (12-20 m/perc 60 perc/d 5 nap/hét 16 hete) edzéses edzéssel egerekben. Emberekben csak 9 hét testedzés társult a szisztémás gyulladás csökkenésével, valamint a TLR2 és TLR4 monocita expressziójának csökkenésével. 9,23,25 Ezért a jelen vizsgálatban a gyulladáscsökkentő hatás összhangban áll az egérrel és humán alanyokkal kapcsolatos korábbi jelentésekkel.

Összegzésképpen elmondható, hogy az egerek önkéntes és erőltetett testmozgásai közötti különbségek nagy valószínűséggel az edzés volumenének különbségeivel magyarázhatók, tekintettel arra, hogy a VEX egerek többet gyakoroltak, mint a FEX egerek. Alkalmazott szempontból a jelenlegi tanulmány bemutatja a testmozgás fontosságát a monociták átmeneti zavarainak enyhítésében, amelyek a DIO kezelése során előfordulhatnak. További kutatásokra van szükség az erőltetett és az önkéntes testmozgás módjai közötti finom különbségek megértéséhez, de a jelen tanulmány kritikus adatokat szolgáltat arról, hogy a súlycsökkenés során végzett testmozgás előnyös, csökkentve a gyulladásos biomarkereket, módtól függetlenül. Jelenlegi eredményeink, valamint a jövőbeni tanulmányaink valószínűleg további betekintést nyújtanak az elhízás javított kezelésére.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a tanulmányt részben az Amerikai Sportorvosi Főiskola texasi káptalanjának hallgatói fejlesztési kutatási díja, a Houstoni Egyetem végzős hallgatói kutatási díja, valamint a texasi elhízáskutató központ nyári ösztöndíja finanszírozta a KCC számára. A szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget.