Diétás makrotápanyagok és az öregedő máj szinuszos endothel sejt

Öregedési és Alzheimer Intézet és ANZAC Kutatóintézet, Sydney Egyetem és Concord Kórház, Sydney, Ausztrália;

Charles Perkins Center, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália;

Öregedési és Alzheimer Intézet és ANZAC Kutatóintézet, Sydney Egyetem és Concord Kórház, Sydney, Ausztrália;

Gyógyszerésztudományi Kar, Universiti Teknologi MARA, Bandar Puncak Alam, Selangor, Malajzia;

Öregedési és Alzheimer Intézet és ANZAC Kutatóintézet, Sydney Egyetem és Concord Kórház, Sydney, Ausztrália;

Charles Perkins Center, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália;

A Matematikai és Statisztikai Iskola, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália;

Öregedési és Alzheimer Intézet és ANZAC Kutatóintézet, Sydney Egyetem és Concord Kórház, Sydney, Ausztrália;

Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, Universidad Pablo de Olavide CSIC, CIBERER-Instituto de Salud San Carlos III, Carretera de Utrera Km 1, Sevilla, Spanyolország;

Öregedési és Alzheimer Intézet és ANZAC Kutatóintézet, Sydney Egyetem és Concord Kórház, Sydney, Ausztrália;

Észak-norvég Egyetemi Kórház Klinikai Kutatási és Oktatási Központja, Tromsø, Norvégia;

Öregedési és Alzheimer Intézet és ANZAC Kutatóintézet, Sydney Egyetem és Concord Kórház, Sydney, Ausztrália;

Leicesteri Egyetem Szív- és Érrendszertani Tanszék Brit Szív Alapítvány Kardiovaszkuláris Kutatóközpont, Leicester, Egyesült Királyság;

Otagói Egyetem Kórtani Tanszéke és Sebészeti, Gasztroenterológiai és Orvosi Osztályok, Canterbury kerületi egészségügyi tanács, Christchurch, Új-Zéland; és

Charles Perkins Center, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália;

Molekuláris Bioscience Iskola, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália

Charles Perkins Center, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália;

Öregedési és Alzheimer Intézet és ANZAC Kutatóintézet, Sydney Egyetem és Concord Kórház, Sydney, Ausztrália;

Charles Perkins Center, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália;

Az újranyomtatási kérelmek és egyéb levelezések címe: D. G. Le Couteur, CERA Concord Hospital, Sydney 2139, Ausztrália (e-mail: [email protected]).

Absztrakt

Bemutatjuk a kapcsolatot az étrend, a bél mikrobiomja és a máj szinuszos endotheliumának lebontása között. Az étrendre reagálva a festrukciókat átszervezik, potenciálisan a bél mikrobiomjának összetételével és aktivitásával együtt. Az étrend és a mikrobiom hatása a fenestrációkra jelentős hatással van a máj működésére idős korban.

A fehestration számát és méretét az éhgyomorra (27), a kalóriakorlátozásra (16) és a bélbaktériumos eredetű bioaktív molekuláknak való kitettségnek megfelelően módosítják, amelyeket a portális vénán keresztül juttatnak közvetlenül a májba (5). Ezek a tulajdonságok arra utalnak, hogy a fenestrációk az étrend hatására újjászerveződnek, potenciálisan az étrendnek a bél mikrobiomjának összetételére és aktivitására gyakorolt hatásával együtt. Ezért ebben a tanulmányban meghatároztuk a különböző étrendi makrotápanyagok expozíciójának és a kalóriabevitelnek az eredményeit az idős kori fenestrációknál. A májokat egy 15 hónapos egér nagy csoportjából tanulmányozták, akiket 25 étrendből 1-et ad libitum tápláltak, fehérje-, zsír-, szénhidrát- és energiasűrűségben változóan, hogy megvizsgálják az energiafogyasztás, a makrotápanyagok, az öregedés, és élettartama (22, 34, 35). Az egyes makrotápanyagok fenestrációban betöltött közvetlen szerepe mellett feltárhattuk a bélből származó baktériumok és a keringő metabolitok populációjában bekövetkező étrend által kiváltott változások hatását az LSEC szerkezeti integritására, mint potenciális mechanizmusra, amely összekapcsolja az étrendet és a fenestrációkat.

Állatok.

Az egereket és az étrendi beavatkozásokat korábban leírták (22, 34, 35). Röviden: a C57BL/6 hím és nőstény egerek (n = 858) ad libitum etették a 25 étrend közül 1-t, fehérje-, szénhidrát- és zsírtartalmukban változóan, az összes energiát megváltoztatták emészthetetlen cellulóz hozzáadásával. Az összes protokollt a Sydney Helyi Egészségügyi Körzet Állatvédelmi Bizottsága hagyta jóvá (2009/003. Sz. Jegyzőkönyv).

Szövet- és vérgyűjtés.

15 hónapos korban az állatok egyharmadát ketamin- és xilazin-altatásban eutanizálták szövetgyűjtés céljából. Közvetlenül az eutanázia előtt a testösszetételt meghatároztuk egy GE PIXImus2 sorozatú denzitométerrel (34). A májszövetet pásztázó elektronmikroszkópiához gyűjtöttük és elemeztük a korábban leírtak szerint (8). Az endoteliális porozitás az endotheliális felület százalékos aránya, amelyet fenestrációk perforálnak, és ezek átmérője és gyakorisága alapján számítják ki. A keringő aminosavakat az Australian Proteome Analysis Facility, a szabad zsírsavakat a Metabolomics Australia, míg az inzulint és a leptint ELISA-val (ALPCO Diagnostics) mértük.

Bél mikrobiom.

A vakbél tartalmát összegyűjtöttük, metagenomikus DNS-t nyertünk, és a mikrobaközösségből mintát vettünk a 16S riboszomális RNS (907–1492) 3′-végének 454 szekvenálásával, a domén baktériumokra specifikus primerek alkalmazásával (18). A szekvenciaolvasásokat operatív taxonómiai egységekhez rendeltük 97% -os azonosság mellett, majd a QIIME és a Mothur segítségével is osztályoztuk (4, 31).

Statisztika.

A makrotápanyagok bevitelének a fenestrációkra gyakorolt hatásait a Geometric Framework megközelítéssel elemeztük, a válaszváltozókat válaszfelületekként illesztettük a makrotápanyag bevitel (fehérje, szénhidrát és zsír) tömbökre, vékony lemezes spline eljárásokkal. R (2) általános additív modellezéssel kísérve a három makrotáp fő és interaktív hatásának tesztelésére. Ezeket a módszereket máshol írják le (22, 34, 35).

A fenestrációk közötti kapcsolat feltárására az étrendi makrotápanyagokat és a bél mikrobiómájának korrelációit végeztük a Spearman-féle SigmaPlot-teszt segítségével (SPSS 12.5 verzió). Ezen összefüggések további feltárása érdekében ezután teszteltük, hogy a keringő metabolitok (zsírsavak és aminosavak) és a baktériumok magasabb taxonjainak bősége összefügg-e a fenestrációs morfológiával, információelméleti, modellátlagos megközelítést alkalmazva lineáris modellekkel (LM) (3). Felmértük, hogy az étrendi összefüggések befolyásolták-e a fenestrációk három aspektusát: 1) porozitás százaléka [arányra átszámítva és a normalizálásra átalakított logit (40)], 2) a fenestráció átmérője, és 3) fenestrációs frekvencia [+0,5 és log transzformálva a normalizáláshoz (42)]. Az LM-eket az „lm” funkció használatával szereltük fel bázis csomag R (29), és a modell átlagolását a csomag segítségével végeztük el MuMIn (1).

A makrotápanyagok és az LSEC fenestrációk közötti kapcsolat geometriai keretrendszerének elemzése.

1. ábra.Geometriai keretrendszer elemzése, amely összefüggést mutat a makrotápanyagok és a fenestrációs porozitás között (A) és átmérője (B). Minden felületen a kék jelenti a legalacsonyabb értéket, míg a piros a legmagasabb értéket. Minden grafikon egy szeletet mutat be a harmadik makrotápanyag mediánértékén keresztül (az érték a zárójelben található a x-tengely címke). Három grafikon mutat be fehérje és szénhidrát, fehérje és zsír, valamint szénhidrát és zsír kölcsönhatását. A legmagasabb porozitású vagy átmérőjű fenestrációs átmérőjű régiókat piros színnel, míg a legkisebbeket kék színnel veszik körül. A zsír jelentősen befolyásolta a porozitást (P = 0,016), míg a fehérje és a szénhidrát jelentős hatással volt az átmérőre (P = 0,028 és P = 0,006, ill.

2. ábra.A máj szinuszos endothel sejtjeinek luminalis felületének pásztázó elektronmikroszkópos felvételei. Néhány fenestrációt nyíllal jelölünk. A: alacsony szénhidrát- vagy fehérjetartalmú étrendek által kiváltott fenestrációs átmérő. B: a szénhidrát- vagy fehérjetartalmú étrendben csökken a fenestrációs átmérő. C: megnövekedett porozitás, amelyet ~ 20 kJ · egér −1 · nap −1 zsírbevitel indukál . D: a magas zsírtartalmú diéták csökkent endotheliális porozitást eredményeznek a fenestrációk elvesztése révén (eredeti nagyítás: × 15 000).

1. táblázat: GAM-ek az 1. ábrához

1. ábraA: R négyzet (kiigazítva) = 0,0942. Deviance magyarázata = 11,7%. REML = 234,77. Becsült méret = 2.1008; n = 129. 1. ábraB: R négyzet (kiigazítva) = 0,052. Deviance magyarázata = 6,42%. REML = 272,02. Becsült skála = 3,8373; n = 129. GAM, általánosított additív modellezés; edf, a szabadság becsült mértéke; REM, korlátozott maximális valószínűség.

* P ** P

3. ábra.A fenestrációk (átmérő, porozitás) és a bél mikrobiom phyla (Firmicutes, Bacteroidetes). Jelentős pozitív kapcsolat volt a fenestrációs porozitás és az átmérő között Firmicutes bőség (A és B: Spearmans összefüggés, r = 0,224, P = 0,046 és r = 0,313, P = 0,0057, ill. Jelentős negatív összefüggés volt a fenestrációs átmérő és a Bacteroidetes bőség (D: r = −0,227, P = 0,045) és egy jelentéktelen negatív tendencia fenestrációs porozitással és Bacteroidetes (C: r = −0,186, P = 0,087).

Az alacsonyabb rendszertani rend átlagolása azt mutatta, hogy egyetlen baktériumcsalád sem volt különösen jó előrejelzője a fenestrációs átmérőnek vagy a porozitásnak (mindegyik család viszonylag fontos volt

4. ábra.A fenilalanin (A) és a C16: 0 zsírsavak (B), C20: 4 (C) és C19: 0 (D). Jelentős összefüggés volt a porozitás és a keringő fenilalanin (P = 0,037, r = 0,215), C16: 0 (P = 0,027, r = -0,227), és C20: 4 (P = 0,037, r = −0,216) és a fenestrációs átmérő és a C19: 0 között (0P = 0,020, r = −0,238).

Nem voltak szignifikáns összefüggések a fenestrációs porozitás, az átmérő vagy a gyakoriság között az összes aminosav, az elágazó láncú aminosavak vagy az egyes aminosavak keringő szintje között, kivéve a fenil-alanint, amely negatív kapcsolatban állt a porozitással (P = 0,037, n = 94 egér; 4. ábraA) és az aszparaginsav, amelyek negatív kapcsolatban voltak az átmérővel (P = 0,047). A bonyolultabb modellek átlagos átlagolása azt is jelezte, hogy a keringő aminosavak koncentrációja nem jó előrejelzője a fenestrációs átmérőnek vagy gyakoriságnak; mindkét esetben a legfelső modellkészletek tartalmazzák a null modelleket. A legjobb előrejelző a hidroxil- és kén-szelén-aminosavak bősége volt, amelyek relatív jelentősége 0,832 volt a fenestrációs átmérőjű válasz szempontjából, és a becslések szerint pozitív hatással bír, de nagyon gyenge pontossággal [LM Est. (LCI - UCI) = 11,779 (-1,075 - 24,633). A fenestrációs porozitás szempontjából az alifás aminosavak bőségének relatív jelentősége 1 volt, amely a legfelső modellkészlet összes modelljében megjelent. A modell átlagolt becslései azt mutatják, hogy az alifás aminosavak növekedése az endoteliális porozitás csökkenésével járt [LM Est. (LCI - UCI) = −0,431 (−0,799 - 0,063)].

Számos táplálkozási beavatkozásról van szó, amely befolyásolja az öregedést és az élettartamot, a legszélesebb körben a kalória korlátozással. Korábban kimutattuk, hogy a kalória-korlátozás idős korban fokozott fenestrációval jár (16). A jelenlegi tanulmányunk eredményei arra utalnak, hogy ez másodlagos lehet az egyes makroelemek különböző mechanizmusokon keresztül történő csökkenése miatt: a zsírbevitel csökkenése, ami a fenestrációs átmérő megnövekedéséhez vezet, a fehérje- és szénhidrát-bevitel csökkenése a fenestration gyakoriságának növekedéséhez vezet. Másrészt rovarokkal (24) és egerekkel (34) végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az alacsony fehérjetartalmú, magas szénhidráttartalmú étrend hosszabb élettartammal és a késői élet állapotának javulásával függ össze. Nem találtunk közvetlen jótékony hatást az alacsony fehérjetartalmú, magas szénhidráttartalmú étrendre a fenestrációkra, talán az alacsony fehérjetartalmú és a magas szénhidráttartalmú fenestrációs átmérőnek ellentétes hatásainak következményeként.

A makrotápanyagok öregedésre gyakorolt hatásainak geometriai keretrendszerében végzett vizsgálatunkban azt találtuk, hogy az elágazó láncú aminosavak közvetíteni látszanak az alacsony fehérjetartalmú és magas szénhidráttartalmú étrend egyes előnyeit az életkorral összefüggő egészségre és élettartamra nézve (34). Itt nem találtunk összefüggést az elágazó láncú aminosavak és a fenestrációk között. A többi aminosav vizsgálata fordított összefüggést mutatott ki a porozitás és a fenilalanin koncentrációk között. Bár ez véletlenszerű lehet, meg kell jegyezni, hogy a megemelkedett fenilalanin a hipertrigliceridémia kockázati tényezője (26), míg a defenestráció mechanizmusa a hipilipidémiának a chilomikron maradványainak károsodott májfelvételén keresztül (15).

Összefoglalva, a makrotápanyagok bevitele komplex hatással volt az LSEC fenestrációjára. Összességében a csökkent makrotápanyagok bevitele a fenestrációs gyakoriság és/vagy átmérő megnövekedett mértékével járt együtt, a zsír a porózusra gyakorolt domináns hatást közvetítette, amelyet a fenestráció gyakoriságára gyakorolt hatása közvetített. Összefüggés mutatkozott az étrend által kiváltott mikrobiómaváltozások között (Firmicutes, Bacteroidetes), az étrend által kiváltott szabad zsírsav-változások és fenestrációk, amelyek mechanizmusokat biztosíthatnak az étrend és az LSEC ultrastruktúra változásai között.