A túlzott nikotinsav növeli a metilfogyasztást és a hidrogén-peroxid-képződést patkányokban

Kutatási cikk

Teljes cikk
Ábrák és adatok
Hivatkozások
Idézetek
Metrikák
Újranyomtatások és engedélyek
PDF

Absztrakt

Kontextus: A legújabb ökológiai bizonyítékok késleltetett összefüggést mutattak a cukorbetegség prevalenciája és a niacin (nikotinamid és nikotinsav) fogyasztása között az Egyesült Államokban. A nikotinamidról kimutatták, hogy inzulinrezisztenciát vált ki a reaktív oxigénfelesleg és a metil-kimerülés miatt, míg a nikotinsav hatása rosszul ismert.

Célkitűzés: Megvizsgálni a nikotinsav glükóz anyagcserére gyakorolt hatásának mechanizmusát.

Anyagok és metódusok: A patkányoknak különböző kumulatív dózisú nikotinsavat (0,5, 2, 4 g/kg) és nikotinamidot (2 g/kg) adtunk be. Glükóz-tolerancia tesztet adtunk 2 órával az utolsó injekció beadása után. Méréssel értékeltük a metilfogyasztás és a reaktív oxigénfajok képződésének szerepét N 1 -metil-nikotinamid és hidrogén-peroxid.

Eredmények: A nikotinsav kumulatív dózisai dózisfüggő növekedést okoztak a plazma szintjében N 1 -metil-nikotinamid és hidrogén-peroxid, amely a máj és a vázizom glikogénszintjének csökkenésével járt. Ugyanazon adag mellett (2 g/kg) a nikotinamidhoz képest a nikotinsav gyengébb volt a plazma emelésében N 1-metil-nikotinamid-szint (0,7 ± 0,11 µg/ml vs. 4,69 ± 0,24 µg/ml, P Chen és mtsai., 2012). A megnövekedett plazma glükózszint és csökkent inzulinérzékenység (azaz inzulinrezisztencia) a 2-es típusú cukorbetegség jellemzői. Egyre több bizonyíték jelzi, hogy az inzulinrezisztenciát az oxidatív stressz okozhatja a reaktív oxigénfajok (ROS) túltermelése miatt (Houstis et al., 2006; Henriksen et al., 2011; Zhou et al., 2011). Ezért annak megértése, hogy honnan ered a túlzott ROS, nagy jelentőséggel bírhat a 2-es típusú cukorbetegség etiológiájának meghatározásában.

Az étrendről régóta ismert, hogy szerepet játszik a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásában. Nemrégiben azt gyanították, hogy az elhízás, a 2-es típusú cukorbetegség kockázati tényezőjének előfordulása a globális élelmiszer-rendszer változásainak tudható be (Swinburn et al., 2011). Amint az az 1. ábrán látható, az 1940-es évek elején a kötelező B-vitamin-dúsítás (azaz tiamin, riboflavin és niacin hozzáadása az élelmiszerekhez) bevezetése óta az Egyesült Államokban jelentősen megnőtt a B-vitaminok fogyasztása az Egyesült Államokban.

Online közzététel:

1. ábra Az USA-ban az egy főre eső napi B-vitamin-fogyasztás tendenciái. (a – d) Az egy főre eső napi átlagos B-vitamin-fogyasztás az Egyesült Államokban 1909–2004 között. (Az adatokat az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériumának Gazdasági Kutatási Szolgálatától származtattuk, http://www.ers.usda.gov/Data/FoodConsumption/NutrientAvailIndex.htm, hozzáférés: 2012. március 29.) RDA, ajánlott étrendi juttatások; EAR, Becsült átlagos követelmények.

Kevéssé ismert azonban a B-vitamin-dúsítás és a 2-es típusú cukorbetegség fokozott előfordulása közötti kapcsolat. Legutóbbi tanulmányunk az első ökológiai bizonyítékot szolgáltatta arra utalva, hogy az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség prevalenciája az Egyesült Államokban szoros összefüggésben van a niacin egy főre eső fogyasztásával (Zhou és mtsai, 2010). Ez felveti annak lehetőségét, hogy az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség magában foglalhatja a niacin túlzott bevitelét.

A niacin egyaránt vonatkozik a nikotinsavra és amidszármazékára, a nikotinamidra. A nikotinsavról és a nikotinamidról egyaránt ismert, hogy glükóz intoleranciát váltanak ki (Institute of Medicine, 1998; Ginsberg, 2006). Korábbi vizsgálataink kimutatták, hogy a túlzott nikotinamid a metilcsoport-fogyasztás növelésével metilcsoport-kimerüléshez, az ROS-generáció növelésével pedig oxidatív stresszhez vezethet (Zhou et al., 2009; Li et al., 2010; Sun et al., 2012) . Nem ismert azonban, hogy a nikotinsav hasonló mechanizmuson keresztül működik-e. Jelen rövid tanulmány célja ennek a kérdésnek a vizsgálata.

Anyagok és metódusok

Vegyszerek

A nikotinsavat és a nikotinamidot a Sigma-tól (St. Louis, MO, USA) szereztük be.

Állatok és kísérleti tervek

Felnőtt 180–220 g súlyú hím Sprague – Dawley patkányokat a Dalian Medical University Animal Center-től vásároltunk. A patkányokat normál laboratóriumi körülmények között (22 ± 2 ° C, 12/12 órás fény – sötét ciklus, 6: 00-tól 18: 00-ig világítva) tartottuk, és hozzájuk jutott az élelem és a víz ad libitum. Minden állatkísérletet a laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó NIH útmutató szerint hajtottak végre, és a Kínai Orvostudományi Egyetem Állatetikai Bizottsága jóváhagyta (CMU/2010/0005).

A patkányokat véletlenszerűen öt csoportba osztották (n = 7 mindegyikben) és 14 órán át éheztünk a kísérletek előtt: kontrollcsoport (sóoldat injekció, ip), három nikotinsavval kezelt csoport (100, 400 vagy 800 mg/kg, ip) és egy nikotinamiddal kezelt csoport ( 400 mg/kg, ip). Az injekciót 2 óránként megismételtük, összesen öt adagot. A glükózt (2 g/kg, i.p.) 2 órával az utolsó injekció beadása után adtuk be. A plazma, a máj és a gastrocnemius izmok mintáit összegyűjtöttük és 2 órával a glükózterhelés után tároltuk, a korábban leírtak szerint (Zhou et al., 2009).

Glikogén, inzulin és hidrogén-peroxid vizsgálata

A máj és az izom glikogén tartalmát Glycogen Assay Kit-ekkel határoztuk meg (Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute, Nanjing, Kína). A plazma inzulint radioimmun vizsgálattal mértük kereskedelmi készletekkel (Beijing North Institute of Biological Technology, Peking, Kína). A hidrogén-peroxid (H2O2) koncentrációit a patkány plazmájában H2O2 Assay Kit (Beyotime Biotechnology, Jiangsu, Kína) segítségével mértük.

Meghatározása N 1 -metil-nikotinamid

N Az 1-metil-nikotinamidot a korábban leírtak szerint elemeztük (Zhou és mtsai, 2009), nagy teljesítményű folyadékkromatográfiai rendszer alkalmazásával, amely egy LC-9A szivattyúból (Shimadzu, Kyoto, Japán), egy Rheodyne 7725i mintainjektorból állt, 20 µl-vel. mintahurok (Rheodyne LLC, Rohnert Park, Kalifornia, USA), egy Hypersil ODS C18 oszlop (Thermo, Bellefonte, PA, USA) és egy Waters 470 fluoreszcencia detektor (Milford, MA, USA).

Statisztikai analízis

Az adatokat átlag ± SE-ként mutatjuk be. Az adatok statisztikai különbségeit egy Student's értékelte t-teszt vagy egyirányú ANOVA, és adott esetben szignifikánsnak tekintették őket P 1 -metil-nikotinamid generáció

N Az 1-metilnikotinamid a nikotinamid metilezett közbenső metabolitja. A nikotinamid átalakul N Az 1-metil-nikotinamid metilcsoportot fogyasztó folyamat (Zhou és mtsai, 2009). A több N 1-metil-nikotinamid keletkezik, annál több metilcsoport fogy. Amint a 2. ábra mutatja, mind a nikotinsav, mind a nikotinamid jelentősen megnövelte a plazma szintjét N 1 -metil-nikotinamid. A hatás mélyebb volt a nikotinamiddal kezelt patkányokban. A plazma szintje N Az 1-metil-nikotinamid nikotinamiddal kezelt patkányokban majdnem ötször magasabb volt, mint a nikotinsavval kezelt patkányokban, azonos expozíciós körülmények között. Ezek az eredmények azt mutatták, hogy a nikotinamid és a nikotinsav egyaránt növeli a metilcsoportok fogyasztását, és hogy a nikotinamid több metilcsoportot tud fogyasztani, mint a nikotinsav.

Online közzététel:

2. ábra: Plazma N 1 -metil-nikotinamid szint a nikotinsav és a nikotinamid terhelés után. *P 2. ábra: Plazma N 1 -metil-nikotinamid szint a nikotinsav és a nikotinamid terhelés után. *P Chang és mtsai., 2004). Ezért megvizsgáltuk, hogy a nikotinsav kiválthatja-e az oxidatív stresszt a H2O2 képződés mérésével. Korábbi tanulmányaink kimutatták, hogy a túlzott nikotinamid növeli a H2O2 termelését (Zhou és mtsai, 2009; Li és mtsai, 2010). Jelen eredmények azt mutatták, hogy a magas nikotinsav-expozíció a plazma H2O2-szintjét is növelte (3. ábra). Ez arra utal, hogy a nikotinsav túlzott lebomlása ROS-termelő folyamat.

Online közzététel:

3. ábra A nikotinsav és a nikotinamid terhelés hatása a H2O2 termelésére. *P 3. ábra A nikotinsav és a nikotinamid terhelés hatása a H2O2 keletkezésére. *P Abdul-Ghani és DeFronzo, 2010). Ezért összehasonlítottuk a glükóz által kiváltott glikogénszintézist patkánymájban és vázizmokban, nikotinsav vagy nikotinamid expozícióval vagy anélkül. Amint a 4. ábrán látható, mind a nikotinsavval, mind a nikotinamiddal kezelt patkányok alacsony vázizom-glikogén-tartalmat mutattak 2 órával a glükózterhelés után, összehasonlítva a kontrollcsoporttal. A nikotinsav dózisfüggő módon csökkentette a patkány máj glikogén tartalmát. Ezzel szemben a nikotinamid növelte a máj glikogén tartalmát. A magas kumulatív nikotinsav-expozíció magas plazma inzulinszintet mutatott.

Online közzététel:

A nikotinsav és a nikotinamid különböző étrendi forrásokból származik: az étrendi nikotinsav növényi eredetű, míg a nikotinamid állati eredetű. A dúsított szemek további nikotinamid-forrást biztosítottak, mivel a nikotinamidot jellemzően táplálék-kiegészítőkhöz és élelmiszer-dúsításhoz használják. Sőt, van néhány különbség a nikotinsav és a nikotinamid lebomlása között (Zhou és mtsai, 2011). A túlzott nikotinamid ritkán választódik ki a vizelettel, és átalakulnia kell N 1 -metil-nikotinamid elimináció előtt (Knip et al., 2000), míg a nikotinsav átalakulhat nikotinamiddá, majd lebomlik a nikotinamid katabolikus úton, vagy változatlan formában és a nikotinursav formájában ürülhet ki a vizelettel (Menon et al., 2007) . Ez megmagyarázhatja, hogy a nikotinamiddal kezelt patkányok miért sokkal magasabb plazmával rendelkeznek N 1 -metil-nikotinamid szint, mint a nikotinsavval kezelt patkányok. Mivel a niacin metilezése megnöveli a test metilcsoportjainak fogyasztását, amelyek más metilációs reakciókhoz is szükségesek, ideértve a DNS-metilezést is (Zhou et al., 2011). Így elképzelhető, hogy a krónikus magas niacin-expozíció metilkészlet-kimerülést indukálhat, és így szerepet játszhat a DNS-metiláció által közvetített epigenetikai változásokban, de ennek megerősítésére további vizsgálatokra van szükség.

Meg kell jegyezni, hogy a nikotinamid expozíció növeli a patkány máj glikogén tartalmát, míg a nikotinsav expozíció csökkenti. Ez arra utal, hogy a nikotinamid fokozhatja a glikogén szintézisét a patkány májában. Mivel a nikotinamid a nikotinamid-adenin-dinukleotid elsődleges prekurzora, amely a glükóz metabolizmusában számos enzimben nélkülözhetetlen koenzim, a máj glikogénszintézisének nikotinamid általi növekedése megváltoztathatja a glikogén szintetikus enzimek aktivitását. Érdekes, hogy a bizonyítékok azt mutatják, hogy az elhízás egyrészt a megnövekedett májglikogén-tartalommal (Allick et al., 2004), másrészt az elhízás gyakoriságának hirtelen növekedésével összefüggésben a kötelező nikotinamiddal való megerősítés (Zhou et al., 2010). Így lehetséges, hogy a máj glikogénszintézisének felesleges nikotinamid-indukálta növekedése szerepet játszhat az elhízás kialakulásában. A túlzott nikotinamid-bevitel és a máj glikogénszintézisének kapcsolatának tanulmányozása ígéretes mód lehet az elhízás patofiziológiájába való nagyobb betekintéshez.

Összességében a magas niacin-expozíció jelentheti a 2-es típusú cukorbetegség fő kockázatát. Mivel a niacin-dúsítás a túlzott niacin-bevitel fő kockázati tényezője, ezért úgy tűnik, hogy sürgős, nagyszabású ellenőrzött vizsgálatokra van szükség a dúsítás által kiváltott magas niacin-fogyasztás biztonságának felméréséhez.

Érdeklődésnyilatkozat

Ezt a tanulmányt a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítványok (31140036, 81000575, 30971065) támogatták.