Abstract

Obiectiv

Am testat efectul antrenamentului de exerciții fizice și al tratamentului cu genisteină asupra splenomegaliei la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi, bogată în zahăr (HFSD).

Rezultate

Șoarecii masculi și femele C57BL6 hrăniți cu HFSD conținând 60% grăsimi împreună cu apă potabilă conținând 42 g/L zahăr (55% zaharoză/45% fructoză) timp de 12 săptămâni au prezentat obezitate semnificativă, hiperglicemie și niveluri plasmatice crescute de IL-6. Aceasta a fost însoțită de splenomegalie caracterizată prin greutăți splinei cu 50% mai mari decât șoarecii hrăniți cu chow standard (P

Introducere

Obezitatea, diabetul zaharat de tip 2 și alte tulburări metabolice sunt reconceptualizate ca afecțiuni inflamatorii [1, 2]. De exemplu, obezitatea indusă de o dietă bogată în grăsimi, bogată în zahăr (HFSD) este asociată cu creșterea prelungită a markerilor serici proinflamatori precum IL-6 și inflamația în țesuturile periferice, precum și cu dereglarea metabolică, inclusiv rezistența la insulină și leptină [3], 4]. Deși efectele dereglării metabolice și ale inflamației induse de dietă sunt documentate pe scară largă în multe organe, efectele sale asupra morfologiei splinei nu au fost încă caracterizate pe deplin.

Splina este cel mai mare organ limfoid secundar din corp și este compusă din două regiuni funcționale, pulpa albă și roșie. Pulpa albă este un țesut limfoid care conține celule imune care vizează agenții patogeni transmisibili din sânge, în timp ce pulpa roșie este un loc al eritrofagocitozei [5, 6]. S-a arătat că inflamația indusă de HFSD modulează funcția splenică provocând o externare crescută a fosfatidilserinei celulelor roșii din sânge și promovând astfel interacțiunea cu macrofagele eritrofagocitozei [6] și inducând hematopoieza extramedulară a celulelor asemănătoare monocitelor secundare inflamației [7]. Aceste modificări ale funcției splenice și morfologiei au fost implicate în patogeneza diabetului zaharat și a bolilor cardiovasculare legate de obezitate și a bolilor renale [6, 8]. Prin urmare, modalitățile terapeutice care mențin morfologia splenică normală în starea obeză se pot dovedi benefice pentru sănătatea pe termen lung.

În acest studiu, am examinat markerii metabolici și proinflamatori, greutatea splinei și histomorfometria splinei la șoarecii hrăniți cu HFSD și tratați fie cu exerciții fizice, fie cu izoflavonă genisteină, sau ambii. S-a demonstrat că tratamentul cu exerciții fizice și izoflavone ameliorează inflamația periferică prin acțiuni antioxidante și prin reducerea nivelului de citokine proinflamatorii [3, 9, 10]. În acest studiu, facem ipoteza că exercițiul și tratamentul cu genisteină la șoarecii hrăniți cu HFSD atenuează modificările induse de dietă în greutatea splinei și morfologie.

Textul principal

Metode

După sacrificii la o vârstă de 4 luni, splina a fost recoltată, cântărită și încorporată în blocuri de parafină. Splinele au fost apoi secționate longitudinal în linia mediană la 5 μm grosime și colorate cu hematoxilină și eozină (H&E) pentru evaluare histologică sub microscopie ușoară. ImageJ (v1.6, NIH) a fost folosit pentru a măsura aria splinei și raportul dintre pulpa albă și roșie, calculată ca [(zona pulpei roșii - zona pulpei albe)/zona pulpei albe]. Mărirea uneia sau ambelor regiuni splenice poate indica disfuncție. Plasma a fost colectată pentru măsurarea glucozei (Autokit, Wako Diagnostics, Richmond, VA, SUA), insulină și IL-6 (Milliplex Assay, Millipore, Billerica, MA, SUA) urmând instrucțiunile producătorilor. ANOVA bidirecțional a fost utilizat pentru a testa diferențele dintre grupurile de tratament și între femei și bărbați. Semnificația a fost stabilită la P 0,05), dar șoarecii hrăniți cu HFSD au avut o masă corporală semnificativ mai mare decât șoarecii slabiP FIG. 1

zahăr

Comparațiile dintre greutățile splinei au arătat că șoarecii hrăniți cu HFSD aveau spline semnificativ mărite în raport cu șoarecii slabi (P 0,05, FIG. 2). Șoarecii hrăniți cu HFSD și tratați atât cu genisteină, cât și cu exerciții fizice au avut o greutate redusă a splinei și un raport de pulpă roșu-alb în comparație cu șoarecii hrăniți cu HFSD singurP FIG. 2

Secțiuni histologice reprezentative ale splinei pentru fiecare grup de tratament. Rețineți celularitatea ridicată a șoarecilor hrăniți cu control HFSD, care nu este prezentă în aceeași măsură în HFSD tratat cu exerciții fizice și/sau genisteină. Șoarecii hrăniți cu HFSD au, de asemenea, numeroase macrofage în pulpa roșie (asteriscuri) în comparație cu celelalte grupuri de tratament. Aspectul morfologic splenic nu a diferit în funcție de sex. LN, șoareci slabi hrăniți cu dietă standard (n = 10 femele, 8 masculi); HFSD, dietă bogată în grăsimi, bogată în zahăr (n = 9 femele, 9 bărbați); Ex, exercițiu (n = 9 femele, 10 bărbați); Gene, genisteină (n = 8 femele, 8 masculi); GenEx, genisteină și exerciții (n = 10 femele, 8 bărbați). RP, pastă roșie; WP, pastă albă. Analiza histologică a fost efectuată pe toți cei 100 de șoareci. Pata H&E. Bară de scalare 50 μm

Discuţie

Rezultatele noastre arată că HFSD modifică semnificativ morfologia splenică. Șoarecii hrăniți cu HFSD au prezentat o mărire splenică semnificativă în comparație cu șoarecii martori după 12 săptămâni de tratament. Având în vedere că 6 săptămâni de administrare cu conținut ridicat de grăsimi la șobolani nu măresc semnificativ greutatea splinei [15], constatările noastre sugerează că dublarea perioadei de tratament sau adăugarea de zahăr în dietă poate fi necesară pentru a induce splenomegalie. Nu am găsit nicio diferență semnificativă în raportul suprafeței pulpei roșu-alb la șoarecii hrăniți cu HFSD. Acest lucru sugerează că splenomegalia este probabil atribuită modificărilor morfologice concomitente atât în ​​pulpa roșie, cât și în cea albă. Altukkaynak și colab. [16] a constatat că tratamentul cu o dietă bogată în grăsimi determină sinusoidele și țesutul înconjurător să se extindă atât în ​​pulpa roșie cât și în cea albă, mai degrabă decât să găsească modificări histologice specifice unei pulpe. Acest lucru este în concordanță cu observațiile noastre microscopice ale splinei. Am observat în continuare numeroase macrofage adiacente sinusoidelor șoarecilor hrăniți cu HFSD. În timp ce HFSD nu a fost încă studiat în splină, sa demonstrat că administrarea unei diete bogate în grăsimi la șoareci sporește eritrofagocitoza de către macrofage [6]. Observația noastră asupra prezenței crescute a macrofagelor în splină indică acest lucru și în cazul HFSD.

Un obiectiv central al studiului nostru a fost determinarea valorii terapeutice a exercițiului și a izoflavonei genisteinei asupra reducerii splenomegaliei. Arătăm tratamentul cu exerciții fizice și genisteina în combinație inhibă formarea splenomegaliei la șoarecii hrăniți cu HFSD. Genisteina inhibă angiogeneza prin inhibarea proliferării celulelor endoteliale [17]. Este posibil ca efectele anti-angiogenice ale genisteinei să prevină dilatarea sinusoidală în splină, ameliorând astfel splenomegalia asociată cu HFSD. Aceasta a fost ipotezată ca o explicație a modului în care tratamentul cu genisteină reduce splenomegalia la șoareci cu celule roșii din sânge infectate cu malaria și poate acționa în mod similar aici [18]. Genisteina blochează, de asemenea, ingestia de eritrocite de către macrofage prin acțiunile sale ca inhibitor al tirozin kinazei [19]. Eritrofagocitoza este o cauză majoră a splenomegaliei, iar întreruperea acestui proces în pulpa roșie de către genisteină poate ajuta la explicarea influenței acesteia asupra greutății splinei în studiul nostru. De asemenea, poate ajuta la explicarea de ce a scăzut raportul pulpei roșu-alb la șoarecii hrăniți cu HFSD și tratați cu genisteină și exerciții fizice. Cu toate acestea, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a explica mecanismul precis al contribuției genisteinei la prevenirea splenomegaliei.

S-a raportat că volumul splenic a scăzut în volum în timpul exercițiului, probabil din celulele reticulare contractile din stroma splenică [20, 21]. Cu toate acestea, această modificare pare a fi tranzitorie, deși lipsesc datele pe termen lung [22]. Este probabil mai probabil ca contribuția exercițiului fizic la scăderea observată a greutății splinei să fie asociată cu reduceri ale inflamației legate de obezitate. Exercițiul este protector împotriva obezității centrale și a rezistenței la insulină și este asociat cu o reducere a markerilor serici proinflamatori [23]. Exercițiile fizice modulează funcția celulelor imune care sunt abundente în splină, și anume limfocite și macrofage [24, 25]. Chiar și exercițiile fizice ușoare sunt suficiente pentru a reduce citokinele proinflamatorii circulante, cum ar fi TNF secretat de limfocite și macrofage [26, 27]. Modificările funcției celulelor imune, în special în starea obeză [28], pot contribui la reducerea volumului splinei.

Eficacitatea tratamentului cu o combinație de genisteină și exerciții fizice la șoareci alimentați cu HFSD pe splenomegalie este coroborată în continuare prin reduceri ale masei corporale și ale nivelului de glucoză plasmatică și IL-6 identificate, de asemenea, în acest grup de tratament. Aceste rezultate sugerează că genisteina și exercițiile fizice în combinație îmbunătățesc funcția metabolică și inhibă inflamația sistematic. Tratamentul cu genisteină și exercițiile fizice în combinație pot atenua splenomegalia prin afectarea benefică a glucozei și a căilor IL-6. Aportul de glucoză induce stresul oxidativ la nivel celular și molecular care provoacă inflamații prin secreția IL-6 [29], un marker proinflamator asociat cu starea obeză și complicații precum bolile cardiovasculare [30, 31]. Celulele incubate cu genisteină prezintă o producție scăzută de IL-6 [32, 33]. Producția de IL-6 este, de asemenea, modulată de absorbția celulară a glucozei în timpul exercițiului [34, 35]. Efectele combinate ale genisteinei și exercițiului asupra absorbției glucozei și expresiei IL-6 pot fi responsabile pentru reducerea greutății splinei observate în studiul actual și pot avea beneficii dincolo de splină. Cu toate acestea, sunt necesare date suplimentare pentru a elucida efectele precise ale genisteinei și a tratamentului de efort în starea obeză indusă de HFSD.

Pe scurt, acest studiu prezintă descoperiri noi care măresc înțelegerea actuală a modului în care morfologia splenică este influențată de dietă. Arătăm că, (1) HFSD administrat pe o perioadă de 12 săptămâni este suficient pentru a provoca splenomegalie la șoareci, (2) exercițiu combinat și tratamentul cu genisteină pot inversa mărirea splenică asociată cu HFSD și (3) reducerea splenomegaliei cu exerciții combinate iar tratamentul cu genisteină se corelează direct cu scăderea nivelului de glucoză plasmatică și IL-6. Aceste descoperiri pot avea implicații pentru tratamentul inflamației și splenomegaliei asociate cu dieta HFSD.

Limitări

Studiul nostru este limitat în mai multe moduri. Pentru a defini mai bine modificările compoziției celulare a pulpei splenice, imunohistochimia trebuie efectuată pentru a identifica proliferarea în populațiile de celule imune. Etichetarea celulelor roșii din sânge împreună cu un test de fagocitoză splenică ar informa, de asemenea, mai bine înțelegerea noastră asupra modificărilor eritrofagocitozei pentru fiecare tratament. Interpretările constatărilor noastre ar trebui să fie calificate de aceste limitări.