Az étrendi szójababfehérje enyhíti a magas zsírtartalmú étrend okozta elhízást azáltal, hogy módosítja az epesavak bél mikrobiotától függő biotranszformációját

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Keita Watanabe, Miki Igarashi, Xuan Li

szójababfehérje

Tokiói Mezőgazdasági és Technológiai Egyetem, Mezőgazdasági Szakképző Alkalmazott Biológiai Tudományok Tanszéke, Fuchu, Tokió, Japán

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Keita Watanabe, Miki Igarashi, Xuan Li

Szerepek vizsgálata, validálása, írás - eredeti vázlat

Tokiói Mezőgazdasági és Műszaki Egyetem, Mezőgazdasági Szakképző Alkalmazott Biológiai Tudományok Tanszéke, Fuchu, Tokió, Japán

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Keita Watanabe, Miki Igarashi, Xuan Li

Szerepek Adatkúra, formális elemzés, vizsgálat, írás - eredeti vázlat

Tokiói Mezőgazdasági és Technológiai Egyetem, Mezőgazdasági Szakképző Alkalmazott Biológiai Tudományok Tanszéke, Fuchu, Tokió, Japán

Szerepek Formális elemzés, vizsgálat, módszertan

Tokiói Mezőgazdasági és Műszaki Egyetem, Mezőgazdasági Szakképző Alkalmazott Biológiai Tudományok Tanszéke, Fuchu, Tokió, Japán

Szerepek Formális elemzés, vizsgálat, írás - eredeti tervezet

Tokió Mezőgazdasági és Technológiai Egyetem, Mezőgazdasági Egyetem, Alkalmazott Biológiai Tudományok Tanszék, Fuchu, Tokió, Japán, AMED-CREST, Japán Orvosi Kutatási és Fejlesztési Ügynökség, Chiyoda-ku, Tokió, Japán

Szerepek Formális elemzés, vizsgálat

Hovatartozás-anyagcsere és táplálkozás-kutató egység, Határtudományi Kezdeményezés Intézete, Kanazawa Egyetem, Takara-machi, Kanazawa, Ishikawa, Japán

Tokiói Mezőgazdasági és Műszaki Egyetem, Mezőgazdasági Szakképző Alkalmazott Biológiai Tudományok Tanszéke, Fuchu, Tokió, Japán

Szerepek vizsgálata, módszertan

Társadalom-egészségügyi és táplálkozási kutatási osztály, a jövő létrehozásának kutatási és fejlesztési részlege, Fuji Oil Co., Ltd., Tsukuba-mirai, Ibaraki, Japán

Szerepek vizsgálata, módszertan

Társulás Egészségügyi és táplálkozási kutatások Osztálya, Kutatási és fejlesztési részleg a jövő létrehozásához, Fuji Oil Co., Ltd., Tsukuba-mirai, Ibaraki, Japán

Szerepek vizsgálata, módszertan

Társulás Egészségügyi és táplálkozási kutatások Osztálya, Kutatási és fejlesztési részleg a jövő létrehozásához, Fuji Oil Co., Ltd., Tsukuba-mirai, Ibaraki, Japán

Szerepek módszertan, validálás

Csatlakozás-anyagcsere és táplálkozás-kutató egység, Határtudományi Kezdeményezés Intézete, Kanazawa Egyetem, Takara-machi, Kanazawa, Ishikawa, Japán

Szerepek Konceptualizálás, Projekt adminisztráció, Felügyelet, Validálás, Írás - eredeti tervezet

Tokió Mezőgazdasági és Technológiai Egyetem, Mezőgazdasági Egyetem, Alkalmazott Biológiai Tudományok Tanszék, Fuchu, Tokió, Japán, AMED-CREST, Japán Orvosi Kutatási és Fejlesztési Ügynökség, Chiyoda-ku, Tokió, Japán

  • Keita Watanabe,
  • Miki Igarashi,
  • Xuan Li,
  • Akiho Nakatani,
  • Junki Miyamoto,
  • Yuka Inaba,
  • Asuka Sutou,
  • Tsutomu Saito,
  • Takumi Sato,
  • Nobuhiko Tachibana

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Watanabe K, Igarashi M, Li X, Nakatani A, Miyamoto J, Inaba Y és mtsai. (2018) Az étrendi szójababfehérje enyhíti a magas zsírtartalmú étrend okozta elhízást azáltal, hogy módosítja az epesavak bél mikrobiotától függő biotranszformációját. PLoS ONE 13 (8): e0202083. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202083

Szerkesztő: Nobuyuki Takahashi, Tokiói Mezőgazdasági Egyetem, Japán

Fogadott: 2018. május 9 .; Elfogadott: 2018. július 29 .; Közzétett: 2018. augusztus 13

Adatok elérhetősége: Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Finanszírozás: Ezt a munkát részben az AMED (JP17gm1010007) és a JST A-STEP (AS2815103U) kutatási támogatásai támogatták az IK számára. Ezen túlmenően ezt a kutatást a Fuji Oil Co., Ltd. támogatta. A finanszírozó T. Saito, T. Sato és NT bérek formájában támogatást nyújtott és szójafehérjét szolgáltatott, de nem volt további szerepe a tanulmányban a kézirat megtervezése, összegyűjtése és elemzése, közzétételi döntés vagy előkészítés. Ezeknek a szerzőknek a szerepét a "szerzői hozzájárulás" részben fogalmazták meg.

Versenyző érdeklődési körök: Három szerző kivételével minden szerző [T. Saito, T. Sato és NT] nincsenek összeférhetetlenségi viszonyai. T. Saito, T. Sato és NT a Fuji Oil Co., Ltd. alkalmazottai, amely élelmiszer- és étrend-kiegészítőket gyárt, beleértve az SPI-t is.

Bevezetés

2016-ban becslések szerint világszerte 1,9 milliárd felnőtt és 340 millió gyermek és serdülő volt túlsúlyos vagy elhízott [1]. A jelenlegi elhízási járvány a kardiometabolikus megbetegedések, például a II. Típusú diabetes mellitus (T2DM) és a máj steatosisának, valamint a rákos megbetegedések megnövekedett előfordulásának és előfordulásának kíséri, amelyek minden korosztályt érintenek. Az elhízás etiológiája a genetikai fogékonyság, valamint a demográfiai és életmódbeli tényezők komplex kölcsönhatását feltételezi. Az étrend módosítását az életmódváltással összefüggésben az elhízás és a kapcsolódó állapotok megelőzését és kezelését szolgáló stratégiák alapvető elemének tekintik.

A szójafehérje teljes fehérjének számít, azaz tartalmazza az esszenciális aminosavak nagy részét, amelyek az állati fehérjékben megtalálhatók. A szójafehérje tápértéke nagyjából megegyezik a nagy értékű állati fehérjével. A szójafehérje-izolátum (SPI) 20% β-konglicinint tartalmaz [16], amelynek jól dokumentáltan kedvező metabolikus hatása van (pl. Csökkenti a testtömeget, a testzsírt, a hiperglikémiát, az inzulinrezisztenciát, a máj steatosisát és a lipogenezist) egy szám szerint állat- és emberkutatásból [16–21]. A szójafehérje ezen hatásai a BA metabolizmusának változásaihoz kapcsolódnak [13–15], amelyet a bél mikrobiota modulálhat [12, 22]; e tényezők közötti dinamikus kölcsönhatás azonban továbbra sem tisztázott. Jelen tanulmányunkban feltételeztük, hogy az SPI bevitele védőhatást gyakorol a HFD-rendszerből adódó súlygyarapodás és elhízás ellen a bél mikrobiota és a BA jelátvitelének modulálásával. Ennek megfelelően megvizsgáltuk a BA pool és a cecalis mikrobiom méretének és összetételének változását HFD által kiváltott elhízási egér modell alkalmazásával, hogy megállapítsuk a korrelációt a szójafehérje bevitel, a bél mikrobiom és a BA jelzés között, valamint betekintést nyújtsunk a testreszabott alkalmazásba. szójafehérje, mint étrendi beavatkozás a testsúly kezeléséhez.

Eredmények

Az SPI bevitele csökkentette a HFD által kiváltott súlygyarapodást és a máj steatosisát, és fokozta a bél GLP-1 szekrécióját

A CONV-R egereket testtömeg-gyarapodás (A), táplálékfelvétel (B), epididymális, perirenalis, szubkután zsírszövetek, máj és cecum (C), máj trigliceridek és a hepatocyták szövettana alapján H&E festéssel (D) ( n = 9–10). Plazma teljes koleszterin (E), plazma triglicerid (F), plazma NFFA (G), vércukorszint (H), plazma inzulin (I), plazma PYY (J) és plazma GLP-1 (K) (n = 8– 10.) Az adatokat átlag ± SE-ként fejezzük ki. A különbségeket Student t-tesztjével értékeltük. A szignifikanciát a beállított p értéknél állapítják meg. 2. ábra. HFD és HFD-SPI táplált egerek összehasonlítása GF körülmények között.

A GF egerek testtömegét 12 hetes korban (A), az epididymális, a perirenalis, a szubkután zsírszövetek és a máj és a vakbél (B), valamint a máj triglicerid (C) súlyát (n = 8) jellemeztük. A PYY (D) és a GLP-1 (E) plazmát ELISA-val mértük (n = 8). Az adatokat átlag ± SE-ként fejezzük ki. A különbségeket Student t-tesztjével értékeltük. A szignifikanciát a beállított p-n állapítják meg. 3. ábra. SCFA és BA profilok HFD és HFD-SPI táplált egerekben.

A széklet SCFA-kat HFD- és HFD-SPI-táplált CONV-R egerekben (A) mértük. A BA-ket a CONV-R és GF egerek (B és C) cecalis tartalmában és ürülékében határoztuk meg. Az adatokat az elsődleges és másodlagos BA-k, valamint az egyedi BA-k (C) abszolút összegében (B, bal és jobb) és arányában (B, közepe) mutatjuk be. Az egyedi BA-ket meghatároztuk a CONV-R egerek plazmájában (D). Az adatokat átlag ± SE-ként fejezzük ki (n = 7–10). A különbségeket Student t-tesztjével értékeltük. A szignifikanciát a beállított p-n állapítják meg. 4. ábra. A széklet mikrobiota változásai a HFD-SPI-vel táplált egerekben a HFD kontrollokhoz képest.

(A) A fő taxonómiai csoportok relatív bősége menedékjogi szinten, (B) elv-koordináta-elemzés (PCoA) és (C) a fő taxonómiai csoportok viszonylagos bőségének családi szintű hőtérképe (átlagos relatív bőség> 0,1%) a székletmikrobiotában HFD-SPI-vel táplált egerekben, szemben a HFD kontrollokkal, az étrendcsoportok közötti súlyozatlan Unifrac távolságok alapján. (D) A széklet mikrobiotájának Clostridium cluster XIVa-ját kvantitatív valós idejű PCR-rel mértük. Az adatokat átlag ± SE-ként fejezzük ki (n = 6–8). A különbségeket Student t-tesztjével értékeltük. A különbségeket Student t-tesztjével értékeltük. A jelentőséget a korrigált p 2.0 értéken mutatjuk be. n = 9 a HFD csoportnál, n = 7 a HFD-SPI csoportnál.

Vita

Az SPI-kezelés csökkentette a máj triacil-glicerint a magas zsírtartalmú étrendet tápláló egerekben (1D. Ábra), amelyet valószínűleg az SPI fő fehérje, a β-konglicinin indukált [16]. Az előző jelentésben az étrendi β-konglicinin zsíros máj megelőző hatását mutatta ki mind a zsírtartalmú étrendet tápláló egerekben, mind az OLETF patkányokban, amit a PPARγ2 csökkenése okozhat, amely a máj steatosisának egyik közreműködője [20, 21, 30]. Másrészt az SPI nem módosította a plazma triacilglicerin szintjét ebben a tanulmányban, valamint azokban a vizsgálatokban, amelyekben β-konglicinint alkalmaztak (1. ábra), ami arra utal, hogy az SPI, valamint a β-konglcinin fő célpontja a máj. Az állatkísérletekkel ellentétben egy klinikai tanulmány azt sugallta, hogy a β-konglicinin csökkenti az emberi szérum triacil-glicerin és a zsigeri zsír szintjét [31].

Eredményeink azt is sugallják, hogy az SPI által a HFD által kiváltott súlygyarapodással szembeni rezisztencia valószínűleg a bél GLP-1 fokozott szekréciójának következménye volt, amelynek alapvető szabályozó szerepe van a jóllakottságban, a gyomor ürítésében és a glükóz toleranciában a β-sejtek elősegítésével. túlélés és elterjedés. Eredményeink megegyeznek egy korábbi jelentés eredményeivel, jelezve, hogy az elsődleges BA-k másodlagos BA-kká történő fokozott átalakulása a bél mikrobiotájában elősegíti a GLP-1 szintézisét és szekrécióját a TGR5 által közvetített jelátviteli útvonalon keresztül, amely a másodlagos BA-k iránti legnagyobb affinitást mutatja [ 3, 35]. Ezért csábító feltételezés, hogy az SPI HFD-vel történő bevitele megváltoztatja az ileális mikrobiotát egy olyan konfiguráció felé, amely fokozza a másodlagos BA-k termelését, serkenti a GLP-1 szekrécióját az L-sejtek által, amelyek az ileum és a vastagbél. Az étrendi SPI azonban nem befolyásolta a vércukorszintet és az inzulinszintet, de még a plazma GLP-1 szintjét is növelte. További kísérletekre lenne szükség az SPI egyéb fiziológiai hatásainak jellemzéséhez.

Összességében ennek a tanulmánynak az eredményei azt mutatják, hogy az SPI bevitele HFD-ben olyan védelmi hatást fejt ki a HFD által kiváltott súlygyarapodás és több szövetben történő zsírfelhalmozódás ellen, olyan mechanizmus révén, amely magában foglalja a BA jelátvitel és a GLP-1 bél mikrobiotával vezérelt modulációját szekréció egér modellekben. Néhány klinikai vizsgálat kimutatta a szójabab fehérje és fő alkotóeleme, a β-konglicin, a fogyás, a szérum triacil-glicerin és a zsigeri zsír csökkentését elhízott és elhízott személyeknél [18, 31]; bár a tanulmányok nem folytatták a BA-k és a mikrobiom kapcsolatát. Mind az elsődleges, mind a szekunder BA-k funkcionális molekulákként jelennek meg specifikus receptorokon keresztül, az epesav-összetétel megfelelő aktivitások kiváltására emberben még tisztázandó. Ezért óvatosságra van szükség ezen eredmények emberi étrendre történő extrapolálásához, figyelembe véve a BA-készlet lényeges különbségeit a fajok között.

Anyagok és metódusok

Egerek, étrend és kísérleti tervezés

Plazma biokémiai elemzések

A vércukorszintet hordozható glükométerrel határoztuk meg, kompatibilis glükóz tesztcsíkokkal (OneTouch ® Ultra ®, LifeScan, Milpitas, CA). Plazma koleszterin (LabAssay ™ koleszterin, Wako, Tokió, Japán), NEFA (LabAssay ™ NEFA, Wako), inzulin [Insulin ELISA KIT (RTU), Shibayagi], PYY (Egér/Patkány PYY ELISA Kit, Wako) és triglicerid (LabAssay ™ Triglicerid, Wako) szinteket kereskedelmi vizsgálati készletek alkalmazásával mértük a gyártó utasításainak betartásával. A GLP-1 plazmaszintjét enzimhez kapcsolt immunszorbens vizsgálattal (ELISA) (GLP-1 (aktív) ELISA KIT, Shibayagi, Gunma, Japán) határoztuk meg dipeptidil-peptidáz IV (DPP-IV) inhibitorral (Merck Millipore, Darmstadt) végzett kezelést követően, Németország), amely megakadályozza az aktív GLP-1 lebomlását.

Májszövettan

A májat TOT vegyületekbe (SAKURA Finetek Japan) ágyazottuk be, és 7 μm-nél metszettük. Az összes szeletet hematoxilinnal és eozinnal (HE) festettük mikroszkópos vizsgálat céljából.

A máj triacil-glicerin tartalmának meghatározása

A máj triacil-glicerin tartalmát a korábban leírt eljárással mértük [23]. Röviden, a máj homogenizátumokat nyers lipid-extrakciónak vetettük alá kloroform/metanol/0,5 M ecetsav keverékével. A szerves fázisokat szárítottuk, és a mintát vizsgálati mintaként 2-propanolban oldottuk fel. A triacikliglicerin-szinteket a vizsgálati mintákban határoztuk meg LabAssay ™ trigliceridkészlettel.

Rövidláncú zsírsavak mennyiségi meghatározása

Az SCFA-k mérésére az ürülékben lévő SCFA-kat a korábban leírt módosított protokoll szerint határozták meg [25].

Az epesavak mennyiségi meghatározása

Kolinsav (CA), gliko-kolinsav (GCA), tauro-kolinsav (TCA), tauro-chenodeoxi-kolinsav (TCDCA), α-muricholsav (αMCA), β-muricholsav (βMCA), Tauro-α -muricholsav (TαMCA), Tauro-β-muricholsav (TβMCA), deoxikolsav (DCA), tauro-deoxikolsav (TDCA), taurohyodeoxycholic sav (THDCA), tauro-ursodeoxycholic sav (TUDCA), litokolsav (LCA) és a tauro-litokolsavat (TLCA) a Rikaken-től (Tokió, Japán) vásárolták.

A plazmát (100 μl) ultratiszta vízzel hígítottuk (100 μL, Milli-Q [MQ] ultratiszta víztisztító rendszer; Merck Millipore, Darmstadt, Németország), lúgosítottuk 0,4 M NaOH (vizes) oldattal (200 μl) és centrifugálással tisztítottuk (20 000 g, 15 perc, 4 ° C). A tisztított plazmát egy Oasis HLB μElution lemezre (Waters) töltöttük, amelyet kondicionáltunk és metanollal (200 μl) és ultratiszta vízzel (400 μl) egyensúlyoztunk, ultratiszta vízzel (100 μl) mostunk és metanollal eluáltuk. -acetonitril (1: 1, v/v, 100 μl) egy extrakciós lemez vákuumcsatornán (Waters).

A liofilizált ürüléket és a vakbéltartalmat (kb. 10 mg) finomra őrölték, és jól összekeverték 0,2 M NaOH (vizes) oldattal (1 ml). Az elegyeket ezután lipidekből tisztítottuk folyadék-folyadék extrakcióval 1 ml hexánnal. Az extrakciós lépést háromszor megismételjük, a vizes fázisokat és a szilárd anyagokat egyesítjük, és 80 ° C-on 20 percig inkubáljuk. Szobahőmérsékletre hűtés után a mintákat centrifugáltuk (20 000 g, 15 perc, 4 ° C), és a felülúszókat tovább tisztítottuk Oasis PRiME HLB 1 cm3 patronokkal (Waters), amelyeket metanollal (1 ml) kondicionáltunk, majd ultratiszta víz (3 ml). A betöltött patronokat ultratiszta vízzel (500 μl) mossuk, és az elemzéseket metanol-acetonitrillel (1: 1, v/v, 1 ml) eluáljuk LC-MS analízishez.

A BA-kat egy Acquity UPLC rendszeren elemeztük, Waters Xevo TQD MS-hez (Waters, Milford, MA, USA) kapcsolva. A szétválasztást Acquity HSS C18 (2,1 3 100 mm, 1,7 mm) oszlop (Waters) alkalmazásával, 1% ecetsav vizes oldattal és acetonitril-izopropanol (9: 1, v/v) gradienselúcióval végezzük mozgófázisként. Az analitokat többszörös reakciómonitorozással (MRM) detektáltuk negatív ionos elektrospray üzemmódban, a forrás hőmérsékletét és a deszolvációs hőmérsékletet 150, illetve 600 ° C-ra állítva. Az MRM módszer paramétereit az IntelliStart ™ (Waters) alkalmazásával határoztuk meg. Az elemzéseket külső standardok alkalmazásával számszerűsítettük. Kalibrátorokat készítettünk metanol-acetonitrilben (1: 1, v/v) 0,001–1,0 μg/ml tartományban, minőségellenőrzéssel 0,1 és 1,0 μg/ml.

A széklet mikrobiotájának elemzése 16S rRNS gén szekvenálással

A Clostridium XIVa klaszter kimutatásához a Blautia coccoides JCM1395T-t a RIKEN BRC japán Gyűjteményéből kaptuk, és ezeket standardként használtuk a széklet baktériumszámának DNS-alapú meghatározásához. A bakteriális DNS-t a gyártó utasításait követõen MonoFas Bacterial Genomic Kit IV (GLC science, Tokió, Japán) alkalmazásával izoláltuk. A valós idejű kvantitatív analízist SYBR Premix Ex Taq II (TaKaRa, Shiga, Japán) és a StepOnePlus ™ Real-Time PCR rendszer (Applied Biosystems, Foster City, CA) felhasználásával végeztük. A bakteriális primer szekvenciák a következők; Clostridium-klaszter XIVa, 5’-GGAGYATGTGGTTTAATTCGAAGCA-3 ’(előre) és 5’-AGCTGACGACAACCATGCAC-3’ (hátra) [36].