Az alacsony fehérjetartalmú étrend eltérő hatással van az energiaegyensúlyra

Tárgyak

Absztrakt

Bevezetés

A mérsékelten alacsony fehérjetartalmú étrend hiperfágikus hatása állítólag több mechanizmuson keresztül valósul meg. Ide tartozik a plazma és az agy aminosav-koncentrációinak egyensúlyhiánya patkányokban, 15, 16, 17, az energiaérzékelők modulációja a hipotalamuszban és az elülső piriform kéregben patkányokban 18, és fokozott aktivitás az olyan jutalomterületeken, mint az orbitofrontális kéreg és a striatum az embereknél 11 . Az alacsony fehérjetartalmú étrend növeli a rágcsálók energiafogyasztását a 17,19,20,21,22-nél, azonban a mögöttes mechanizmusokat nemigen értik. A potenciális mechanizmusok közé tartozik a megnövekedett szimpatikus fluxus a β-adrenerg receptoron (β-AR) keresztül, jelezve a barna zsírszövet felé (BAT), a mitokondriális szétkapcsoló protein-1 (UCP1) 19,21,22,23 expressziójának következményes felállításával, valamint a megnövekedett fibroblaszt növekedési faktor-21 (FGF21) közvetítette termogenezis 17. E mechanizmusok relatív jelentősége és az, hogy a bélből származó jelek társulnak-e alacsony fehérje által kiváltott hiperfágiához és termogenezishez, nagyrészt nem ismertek.

A bél enteroendokrin sejtjei több hormont választanak ki, beleértve az YY peptidet (PYY), amelyről feltételezik, hogy szerepet játszik a magas fehérjetartalmú étrend anorexigén hatásában 24; nem ismert, hogy a bélhormonok közvetítik-e az alacsony fehérjetartalmú étrend energiamérlegre gyakorolt hatását. Ezektől a hormonoktól eltekintve a közelmúltban kimutatták, hogy a bélből származó szerotonin, amely a test teljes szerotoninjának 25 több mint 95% -át teszi ki, elhízást vált ki részben a csökkent barna zsírtermogenezis 26,27 miatt, míg az agyból származó szerotonin a beszámolók szerint termogenezis barna zsírban 28. A szerotonin hatását több receptor altípus közvetíti, amelyek közül az 5-hidroxi-triptamin (5HT3) receptorok a szénhidrát és a zsír 29, 30, 31 hipofág hatásait közvetítik. Nem ismert, hogy az 5HT3 receptorok közvetítik-e az alacsony fehérjetartalmú étrend energiamérlegre gyakorolt hatását.

Eredmények

Energiabevitel, energiafogyasztás és az energia emészthetősége

A kontroll étrendet tápláló patkányok napi energiafogyasztásával (15% fehérje, 15P; lásd az S1 kiegészítő táblázatot) összehasonlítva, a fehérjamentes táplálékkal (0P) táplált patkányoknál az energiafogyasztás 13–49% -kal csökkent a 14 napos korlátozással és 14–54% -kal a 21 napos korlátozás alatt, a későbbi helyreállítással az ellenőrzési szintre az első hét után (1a. ábra, lásd: S1a, S2a, b és S3a – h kiegészítő ábra). A 15P-hez viszonyítva a nagyon alacsony fehérjetartalmú étrenddel (5% fehérje; 5P) és közepesen alacsony fehérjetartalmú étrenddel (10% fehérje; 10P) táplált patkányokban a napi energiafogyasztás 12-16% -kal és 11-21% -kal nőtt az első 7 nap során., illetve (1a. ábra, lásd az S2a, b és S3a – d kiegészítő ábrákat). A 15P-hez képest az átlagos napi energiafelhasználás 7% -kal nőtt 7 napig 0P-ben, és 16–20% -kal 14 napig nőtt az 5P-ben (1b ábra, lásd az S2c, d és S4a, b kiegészítő ábrákat). A 0P és az 5P megnövekedett energiafelhasználása akkor is kitartott, ha sovány tömeget használtunk kovariátként (lásd az S2g – i kiegészítő ábrát). A 15P-hez viszonyítva a légzési hányados (RQ) csökkent a 0P-s restrikció során (lásd az S1c kiegészítő ábrát), de az 5P-ben nőtt a (d) 4-től d 11-ig (1c. Ábra). Továbbá d 7-vel, a 15P-hez képest, az összes energia emészthetőség 16% -kal nőtt 10P-ben, de 41% -kal csökkent 0P-ban. D 14-ig az energia emészthetőség hajlamos volt (P 1. ábra: Az alacsony fehérjetartalmú étrend hatása az energiaegyensúlyra.

5HT3 receptor blokkolás Ondansetron-nal

Az Ondansetron-t, egy szelektív 5HT3 receptor blokkolót alkalmazták annak meghatározására, hogy a szerotonerg rendszer közvetíti-e az alacsony fehérjetartalmú étrend hatását az energia bevitelére és a ráfordításra. Az Ondansetron növelte az energiafogyasztást 25–58% -kal a sötét periódus első 4 órájában 10P-ben, 82% -kal 1 óra (h) esetén 5P-ben és 68% -kal 3 óra alatt 0P-ben, de 15P patkányokban nem (2a - d). A járműhöz viszonyítva az ondansetron 11–23% -kal csökkentette az energiafelhasználást 6-ról 14 órára 10P-ben, de nem 0P, 5P és 15P-ben (2e – h ábra).

β-AR blokád Propranolollal

Annak megállapításához, hogy a szimpatikus rendszer közvetíti-e az alacsony fehérjetartalmú étrend hatását az energiafelhasználásra, propranololt, egy β1 és β2-AR blokkolót adtunk be. A propanolol 18% -kal, 14% -kal és 8% -kal csökkentette az energiafogyasztást a 0P, 5P és 10P patkányokban a sötét időszakban (3a – d. Ábra). Ezenkívül a görbe alatti terület (AUC) elemzések azt mutatták, hogy a propranolol nagyobb mértékben csökkentette az energiafelhasználást 0P (10%) és 5P (8%), mint 15P.

Test felépítés

Plazma aminosavak, glükóz és hormonok

A 0P, 5P és 10P étkezés utáni plazmakoncentrációja alacsonyabb volt az esszenciális aminosavakban - treonin, triptofán, valin, fenilalanin, leucin, izoleucin és lizin, összehasonlítva a 15P patkányokkal (lásd az S3. Kiegészítő táblázatot). A hisztidin koncentrációja 5P-ben és 10P-ben csökkent, de 0P-ben nem, arginin 0P-ben, a metionin pedig 0P-ben és 5P-ben csökkent. A nem esszenciális aminosavak esetében a 0P, az 5P és a 10P koncentrációja nagyobb volt a szerinben és az alaninban, a 0P és az 5P koncentrációja nagyobb volt a glicinben, de alacsonyabb volt a tirozinban, a 0P-ben pedig alacsonyabb volt az ornitin mennyisége a 15P-hez képest. A PYY, a leptin, az inzulin, a C-peptid és a vércukorszint plazmakoncentrációja csökkent, az amilin és a glükózfüggő inzulininotróp peptid (GIP) pedig hajlamos volt (P 4. ábra: Az alacsony fehérjetartalmú étrend hatása a plazma hormonkoncentrációkra.

Az energia-anyagcsere kulcsmolekuláinak mRNS- és fehérje-bősége a májban

Az aminosavfelvételben részt vevő molekulák mRNS-bősége - az oldott hordozó 7. családjának 5. tagja (SLC7A5), az oldott hordozó 3. családjának 2. tagja (SLC3A2), aminosav-érzékelő - általános kontroll nem nyomható 2 (GCN2) és a 4. transzkripciós faktor aktiválása ( ATF4), aminosav-anyagcsere - elágazó láncú keto-sav-dehidrogenáz E1, alfa-polipeptid (BCKDHA), zsírsavfelvétel - 36-os differenciálódási klaszter (CD36) és zsírsav-szintézis - zsírsav-szintáz (FAS) mind nagyobbak voltak 0P-ben, és A FAS általában (P 51)): az eIF2α arány 0P-ben és 5P-ben nagyobb volt, és a β-oxidációs enzim 3-hidroxi-acil-CoA dehidrogenáz (HADH) bősége alacsonyabb volt 0P-ben és 5P-ben (5e. Ábra, g, l). Ezenkívül a 0P és 5P nagyobb volt az FGF21 mRNS-tartalma, mint a 15P (5i. Ábra).

Az energia-anyagcsere kulcsmolekuláinak mRNS-bősége a BAT-ban

A 15P patkányokkal összehasonlítva a 0P, 5P és 10P termogenikus génjeinél nagyobb volt a β3-AR, β2-AR, peroxiszóma proliferátorral aktivált receptor gamma koaktivátor 1 α (PGC1-α), UCP1, FGF21 és ko receptor β-Klotho (6a – f. ábra). Továbbá, a szerotoninszintézis során kulcsfontosságú enzim transzkripciós bősége - a triptofán-hidroxiláz 1 (TPH1) nőtt 0P, 5P és 10P-ben, és a szerotonin újrafelvétel-transzporter (SERT) szintén nőtt 5P-ben és 10P-ben, a 15P-hez képest (ábra 6g, h).

Az energia-anyagcsere kulcsmolekuláinak mRNS-bősége az izmokban

A vázizomban a termogén gének, például a PGC1-a mRNS-bősége nagyobb volt 0P-ben, az FGF21 és az irisin pedig 0P-ben és 10P-ben nagyobb volt a 15P patkányokkal összehasonlítva (7a – e. Ábra). Az aminosav-anyagcsere kulcsfontosságú szabályozó transzkripciói közé tartoznak az oldott vivőanyag-család 38. tagja (SLC38A2) 0P-ben, SLC7A5 0P-ben és 5P-ben, valamint elágazó láncú keto-sav-dehidrogenáz E1, béta-polipeptid (BCKDHB) 0P-ben és 10P-ben (ábra). 7f – h).

Vita

A szerotonin 25, elsősorban az 5HT3 receptorokon keresztül ható bél eredetű, fokozott endogén szerotonin közvetíti az alacsony fehérjetartalmú, de viszonylag magas szénhidráttartalmú étrend hatását az energiafogyasztásra.

A fokozott szimpatikus hajtás mellett bizonyítékot szolgáltatunk arra, hogy az 5HT3 receptorokon keresztül ható fokozott szerotonerg jelátvitel szintén fontos a megnövekedett kiadások szempontjából. Korábban kimutatták, hogy a metergolin, egy nem szelektív 5HT receptor antagonista és dopamin agonista, csökkentette a nyugalmi VO2 értéket azokban az állatokban, akiket 8% fehérjetartalommal etettek 48. Vizsgálatunk során a szelektív 5HT3 receptor antagonista ondansetron csökkentette az energiafelhasználást, különösen a 10P csoportban. Tekintettel arra, hogy a keringő ondansetron körülbelül 15% -a jut az agyhoz 49, az antagonista kiadásokra gyakorolt hatásait a jelenlegi tanulmányban valószínűleg mind perifériás, mind központi mechanizmusok közvetítik. Bár az agyi eredetű szerotonin szerepet játszhat a termogenezisben 28, a TPH1 és a SERT transzkriptumának megnövekedett mennyisége a 10P és 5P patkányok BAT-jában a helyi szerotoninforgalom felülszabályozására utal, ami viszont parakrin vagy autokrin módon hathat a termogenezis fokozása érdekében. Ezek a megállapítások együttesen azt sugallják, hogy az alacsony fehérjetartalmú étrend fokozott adaptív termogenezise valószínűleg a párhuzamos vagy egymástól függő szimpatikus, szerotonerg és FGF21 jelátviteli utak konvergenciáján keresztül valósul meg.

A fehérjamentes étrend csökkenti az energiafogyasztást és növeli az energiafogyasztást, ami a testsúly, a zsír és a sovány tömeg csökkenését eredményezi, míg a nagyon alacsony fehérjetartalmú étrend elősegíti a hiperfágia és a termogenezist, ennek következtében csökken a súly és a sovány tömeg, és a közepesen alacsony fehérjetartalmú étrend megváltoztatás nélkül hiperfágikus. az energiafelhasználás, valamint a testzsír és a sovány tömeg. A fokozott szimpatikus, szerotonerg és fibroblaszt növekedési faktor-21 (FGF21) szekréció és jelátvitel valószínűleg hozzájárul a fehérje nélküli és nagyon alacsony fehérjetartalmú étrendek termogén hatásaihoz. Nem valószínű, hogy az anorexigén bélpeptidek szerepet játszanak a bevitel modulálásában, azonban a fokozott, valószínűleg bél eredetű szerotonerg jelátvitel közvetíti az alacsony fehérjetartalmú étrend táplálékfelvételre gyakorolt hatását. Az étrendi fehérjehiány továbbá elősegíti a máj lipidózisát. A felfelé, lefelé vagy vízszintesen mutató nyilak növekedést, csökkenést vagy változást nem jeleznek. A további érvényesítést igénylő utakat szaggatott vonalak jelzik. A színes körök a fehérje (kék), a szénhidrát (zöld) és a zsír (vörös) arányos arányát képviselik az étrendben.