Az elhízás rágcsálómodellje gyorsított érelmeszesedéssel

Victoria L. King

1 Kardiovaszkuláris Orvosi Osztály, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

2 táplálkozástudományi diplomás központ, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

Nicholas Hatch

2 táplálkozástudományi diplomás központ, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

Huei-Wei Chan

1 Kardiovaszkuláris Orvosi Osztály, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

Marcielle C. de Beer

2 táplálkozástudományi diplomás központ, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

3 Élettani Tanszék, University of Kentucky, Lexington, KY

Frederick C. de Beer

2 táplálkozástudományi diplomás központ, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

4 Endokrinológiai és Molekuláris Orvosi Osztály, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

5 Veteránügyi Minisztérium, Lexington, Kentucky

Lisa R. Tannock

2 táplálkozástudományi diplomás központ, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

4 Endokrinológiai és Molekuláris Orvosi Osztály, Kentucky Egyetem, Lexington, KY

5 Veteránügyi Minisztérium, Lexington, Kentucky

Társított adatok

Absztrakt

A fejlett nemzeteket elsöprő elhízás járványa az érelmeszesedéses szív- és érrendszeri betegségek növekedésével jár. A diszlipidémia, a cukorbetegség, a magas vérnyomás és az elhízás a szív- és érrendszeri betegségek kockázati tényezői. Az elhízással gyorsított érelmeszesedés mechanizmusának körvonalazását azonban kevés állatmodell akadályozta. Az emberekhez hasonlóan az apolipoprotein E-hiányos (apoE -/-) egerek életük során spontán ateroszklerózis alakulnak ki. Annak megállapítására, hogy az apoE -/- egereknél elhízás alakul-e ki gyorsított érelmeszesedés esetén, 10 (LF) vagy 60 (HF) kcal% zsírtartalmú étrendet tápláltunk 17 hétig. A HF-étrendet tápláló egereknél a testtömeg és az ateroszklerotikus elváltozások kialakulása jelentősen megnőtt, összehasonlítva az LF-étrendet tápláló egerekkel. Nem voltak szignifikáns különbségek a csoportok között a szérum teljes koleszterin-, triglicerid- vagy leptin-koncentrációjában. Az akut fázisú reagens szérum amiloid A (SAA) plazmakoncentrációja mind az elhízás, mind a szív- és érrendszeri megbetegedések esetén megemelkedik. Ennek megfelelően a plazma SAA koncentrációja 4,0-szeresére nőtt (P 1A. Ábra). Ezenkívül a HF-étrendet tápláló egerekben a testtömeg lineárisan növekedett a vizsgálat egész ideje alatt. Bár az LF-étrenddel táplált egerek naponta több ételt fogyasztottak, mint a HF-étrendet fogyasztók; A kalóriafogyasztás nőtt a HF-ben táplált egerekben az LF-étrendhez képest (1. táblázat). A zsírosodás megoszlását a májban, az epididymalisban és a retroperitoneális zsírszövetben mértük. A HF-étrenddel táplált egereknél az epididymális és a retroperitoneális zsírszövet-depók testtömeg-százaléka jelentősen megnőtt; a HF diéta táplálása azonban nem változtatta meg a máj testtömegének százalékát (1. táblázat). Annak megállapításához, hogy az elhízott egereknél fokozódott-e az érelmeszesedés, az érelmeszesedéses elváltozás területét meghatároztuk a leszálló aorta és az aorta sinusában. Az ateroszklerózis mindkét helyen jelentősen megnőtt a HF-étrenddel táplált egerekben (1B ábra, P = 0,02; 1C ábra, P = 0,016; Kiegészítő IA ábra). Ezenkívül a megnövekedett súlygyarapodás korrelált a megnövekedett ateroszklerotikus elváltozások képződésével (IB kiegészítő ábra; R 2 = 0,287; P = 0,001.

A HF diéta táplálása növeli az (A) súlygyarapodást és az ateroszklerotikus elváltozások képződését a (B) leszálló aortában és (C) aorta sinusban apoE -/- egerekben. Az adatok az átlag ± SEM értékét képviselik (n = 22 - 26 egér/csoport; *, P = 0,001; P = 0,02; P = 0,016).

Asztal 1

Test és szövet súlya

LF DietHF DietP Value

Testtömeg (kezdet, g)	24,5 ± 0,5	23,8 ± 0,4	NS
Testtömeg (vég, g)	29,5 ± 0,7	40,1 ± 1,0	P 2A ábra). A HF diéta 17 hétig történő fogyasztása nem változtatta meg a teljes plazma triglicerid koncentrációt az LF étrend fogyasztásához képest (LF: 96 ± 31 vs HF: 101 ± 25 mg/dl, p = NS); azonban a triglicerid eloszlása a lipoproteinek között szerény mértékben megnőtt a HLD-étrendet tápláló egerek VLDL-frakciójában (2B. ábra). Ezenkívül a triglicerid májtartalma emelkedett a HF-étrendet tápláló egerekben (IIA. Kiegészítő ábra). Számos gyulladásos gén máj expressziója azonban nem változott a HF-diéta 17 héten át történő táplálására adott válaszként (kiegészítő IIB ábra). Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy sem a nyugati, sem a diabetogén étrend nem változtatta meg az apoE -/- egerek szérum glükózkoncentrációját (15). Szigorú ellentétben az éhomi glükózkoncentráció szignifikánsan megnőtt a hím apoE -/- egerekben, akiket 17 hétig tápláltak HF diétával (LF: 103 ± 11 vs HF: 147 ± 7 mg/dl; P 3A. Ábra). Jelentősen megnőtt a görbe alatti terület (AUC) a HF-étrenddel táplált egerekben az LF-étrendhez képest, ami a HF-étrendet tápláló egerekben csökkent glükóztoleranciát mutat (3B. Ábra, P = 0,003). Ezek az adatok arra utalnak, hogy a HF diéta fogyasztása miatti elhízás glükóz intoleranciát vált ki hím apoE -/- egerekben.

A HF-étrend etetése nem változtatja meg az (A) koleszterin lipoprotein eloszlását, de (B) növeli a triglicerid VLDL-be történő eloszlását apoE -/- egerekben. Az adatok az átlag ± SEM értéket képviselik (n = 10 egér/csoport).

A glükóz tolerancia megváltozik a HF diétával táplált apoE -/- egerekben. A) Az egereknek 20% -os glükózoldatot (2 g glükóz/testtömeg-kg) injektáltunk, és a plazma glükózszintjét glükométerrel mértük 30 percenként 120 percen keresztül. B) Az AUC-t egyedi egerekben mértük. Az adatok az átlag ± SEM értéket képviselik (n = 13 egér/csoport). *, P = 0,003.

A szisztolés vérnyomást a diéták utolsó hetében mértük, és nem különbözött a két egércsoport között (LF: 118 ± 3 vs HF: 113 ± 1 Hgmm, P = NS). Ahogy az várható volt, az elhízott HF-vel táplált egerekben a sovány egerekhez képest nőtt a leptin koncentrációja (2. táblázat), bár ez nem érte el a statisztikai szignifikanciát (P = 0,068). Mivel azonban a testtömeg várható növekedése erősen korrelál (R 2 = 0,9132; P 2. táblázat). Azonban a szérum SAA koncentrációja szignifikánsan megemelkedett a HF étrenddel etetett egerekben az LF étrenddel összehasonlítva (4A. Ábra). Az izoelektromos fókuszálás azt mutatta, hogy mindkét akut fázisú SAA (SAA1.1 és SAA2.1) megemelkedett a HF-étrendet tápláló egerek szérumában az LF-étrendhez képest (4B. Ábra). Bár az SAA-t elsősorban HDL-en folytatják, korábbi tanulmányok szerint a magas zsírtartalmú étrend elősegítheti az SAA újraeloszlását a pro-atherogén lipoproteinek, a VLDL és az LDL között (9, 21, 22). Ezekkel a megállapításokkal egyetértésben a Western blot-analízisek szignifikáns növekedést mutattak az SAA-tartalomban a VLDL- és az LDL-frakciókban a HF-étrendet tápláló egerekben (4C. Ábra).

A HF-diéta növeli az SAA plazmakoncentrációját (A). Az adatok az átlag ± SEM értékét képviselik (n = 22 - 26 egér/csoport). *, P = 0,01. (B) Az IEF bizonyítja, hogy mind az SAA 1.1, mind a 2.1 expresszió megnövekszik a HF étrenddel etetett egerek plazmájában. A reprezentatív blotok mindegyik sávból minden csoportból egy egeret képviselnek. (C) Immunoblot-elemzés azt mutatja, hogy az SAA nagymértékben társul a plazma VLDL-hez és LDL-hez HF-étrenddel etetett egerekben. Az egyes csoportokból egy egér reprezentatív blotjai láthatók. A sávokat azonos (B) plazma- és (C) FPLC-frakciókkal töltöttük meg. (D) Az immunocytokémia azt mutatja, hogy az SAA együtt lokalizálódik a biglikánnal és az apoB-vel. A bemutatott reprezentatív szomszédos szakaszok egy HF diétával táplált apoE// - egerek ateroszklerotikus elváltozásából származnak. (200 × nagyítás).

2. táblázat

Szérum adipokin koncentrációk

LF DietHF DietP Value

Leptin (ng/ml)	5,1 ± 1,4	17,4 ± 3,4	P = 0,068
Adiponektin (mg/ml)	1,0 ± 0,5	1,1 ± 0,5	P = 0,181
MCP-1 (pg/ml)	27,4 ± 5,0	18,3 ± 4,6	P = 0,179
IL-6 (pg/ml)	26,3 ± 7,0	13,5 ± 2,0	P = 0,249
TNF-α (pg/ml)	5,5 ± 0,6	5,5 ± 0,5	P = 0,949

Nemrégiben bebizonyítottuk, hogy az SAA stimulálta az érrendszeri proteoglikánok szintézisét, növelte LDL-kötő affinitásukat és specifikusan felfelé szabályozott biglikánt (11). Azt javasoltuk, hogy ez pro-atherogén lenne, mivel a megnövekedett vaszkuláris proteoglikán (biglycan) tartalom várhatóan fokozott lipoprotein retencióhoz vezet (23–26). Ennek megfelelően az érelmeszesedéses elváltozások immunhisztokémiai elemzése kimutatta, hogy a HF-étrenddel táplált egerek ateroszklerotikus elváltozásai között az SAA és a biglikán és az apoB együtt lokalizálódnak (4D. Ábra).

Vita

Ezek az adatok együttesen azt mutatják, hogy a HF-diéta fogyasztása elősegíti az elhízással felgyorsult ateroszklerózist apoE -/- egerekben, metabolikus szindróma-fenotípus kialakulásával együtt. Az emberekhez hasonlóan az elhízott egereknél elhízás, csökkent éhgyomri glükóz, csökkent glükóz tolerancia, szerény diszlipidémia és az SAA gyulladásos markerének emelkedett szintje alakult ki. A metabolikus szindróma egyetlen fő jellemzője, amelyből hiányzik ez a modell, a magas vérnyomás. A vártnál elhízottabb egerekben megnőtt a plazma leptin koncentrációja, bár ez a növekedés nem érte el a statisztikai szignifikanciát. Így a HF-diétával táplált apoE -/- egerek az elhízás állatmodelljei felgyorsult ateroszklerózissal.

Klinikai vizsgálatok összefüggést mutattak az akut fázisú SAA és a CRP megemelkedett szintje között a kardiovaszkuláris események fokozott kockázatával (32–34). A CRP nem akut fázisú fehérje egerekben, de SAA fehérjét és mRNS-t kimutattak mind az emberi, mind az egér ateroszklerotikus elváltozásaiban (35). Sőt, az SAA mRNS expresszióját lokalizálták a simaizomsejtekben, az endothelsejtekben és az érelmeszesedési plakkokból származó makrofágokban (35). Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy a plazma SAA-koncentrációk korrelálnak az ateroszklerotikus elváltozások méretével a hiperlipidémiás egerekben (9, 21), és ez a korreláció független volt a plazma koleszterin-koncentrációjától. Bár ezek a vizsgálatok nem bizonyítják az SAA okozati szerepét az érelmeszesedés kialakulásában és progressziójában, arra utalnak, hogy az SAA alapvető szerepet játszhat.

Az akut fázisú válasz során a máj az SAA termelés elsődleges forrása. Emberekben az akut fázisú válasz elsősorban a HDL-hez társul SAA-val. Érdekes módon adatunk azt mutatja, hogy az SAA nagy koncentrációja társul a pro-atherogén lipoproteinekkel (VLDL és LDL) diéta okozta elhízással rendelkező apoE -/- egerekben. A VLDL-hez és az LDL-hez kapcsolódó SAA-kapcsolat szintén jelentősen megnőtt az LDL-receptor-hiányos egerekben, amelyek telített zsírban dúsított étrendet fogyasztanak (9, 22). Javasoljuk, hogy a HF-vel táplált egerekben megfigyelt mind az emelkedett SAA, mind az SAA lipoprotein újraeloszlás hozzájárulhat a megfigyelt megnövekedett érelmeszesedéshez.

Összefoglalva, az apoE -/- egerek etetése sertészsírban dúsított HF-diétával olyan metabolikus fenotípust vált ki, amelyet elhízás, szerény diszlipidémia, csökkent glükóztolerancia és felgyorsult ateroszklerózis jellemez. Az emberekhez hasonlóan az elhízás növekedése és a szív- és érrendszeri betegségek növekedése a plazma SAA-koncentrációk növekedésével jár. Feltételezzük, hogy az SAA növekedése és az SAA és a pro-aterogén lipoproteinek összefüggése elhízott egerekben hozzájárul az észlelt ateroszklerotikus elváltozások kialakulásának növekedéséhez.