Abstract

S-a demonstrat că dietele bogate în proteine ​​previn dezvoltarea obezității induse de dietă și pot îmbunătăți tulburările metabolice asociate la șoareci. Suplimentarea dietetică cu leucină poate imita parțial acest efect. Cu toate acestea, mecanismele moleculare care declanșează aceste efecte preventive rămân a fi explicate în mod satisfăcător. Aici examinăm studii care arată o legătură între aportul ridicat de proteine ​​sau aportul total de azot de amino și aportul obligatoriu de apă. Consumul ridicat de azot amino poate reduce depozitarea lipidelor și poate preveni rezistența la insulină. Se fac sugestii pentru studii sistematice suplimentare pentru a explora relația dintre consumul de apă, sațietate și cheltuielile de energie. Mai mult, aceste examinări ar trebui să distingă mai bine efectele specifice leucinei și efectele nespecifice. Cercetările în acest domeniu pot oferi informații importante pentru a justifica recomandările și strategiile dietetice în promovarea pierderii în greutate pe termen lung și pot ajuta la reducerea problemelor de sănătate asociate cu comorbiditățile obezității.

1. Introducere

Dimensiunea epidemică a prevalenței obezității și a tulburărilor asociate reprezintă o problemă în creștere atât în ​​țările dezvoltate, cât și în țările în curs de dezvoltare [1]. Prin urmare, este o provocare să găsești tratamente eficiente și strategii preventive pentru a reduce gradul de supraponderalitate. Una dintre abordările dietetice este consumul de diete bogate în proteine ​​care pot favoriza pierderea în greutate și menținerea în greutate la animale și oameni. Mai mult, dietele bogate în proteine ​​ar putea îmbunătăți homeostazia glucozei, pot crește consumul de energie (EE), pot reduce lipidele din sânge, pot reduce tensiunea arterială și ar putea păstra masa corporală slabă [2-7]. Efecte similare s-au demonstrat la șoareci atunci când raportul proteină/carbohidrați într-o dietă bogată în grăsimi a crescut [8-11]. În plus, suplimentarea dietetică a diferiților aminoacizi funcționali, inclusiv arginina, glutamina, glicina și leucina, poate îmbunătăți metabolismul glucozei și lipidelor [12-18]. Cu toate acestea, mecanismele care stau la baza acestor efecte benefice nu sunt pe deplin înțelese și sunt zone de controversă (rezumate în Figura 1).

dietetice

Schema simplificată a posibilelor mecanisme ale efectelor benefice ale proteinelor dietetice asupra sindromului metabolic. UCP, proteine ​​de decuplare; DIT, termogeneză indusă de dietă; mTOR, țintă de rapamicină la mamifere.

2. Aminoacizi și semnalizare insulină

3. Greutatea corporală și compoziția corpului

Am arătat că o acumulare de grăsime corporală indusă de dietă bogată în grăsimi poate fi redusă prin administrarea simultană ridicată de proteine ​​și leucină, atât pe termen scurt, cât și pe termen lung (Figura 2). Interesant este faptul că suplimentarea echimolară cu alanină a scăzut creșterea masei de grăsime corporală într-un experiment pe termen scurt în mod similar cu leucina în comparație cu șoarecii hrăniți cu AP, deși funcțiile metabolice ale ambilor aminoacizi sunt destul de diferite [8,19].

(A) Acumularea de grăsime corporală pe termen lung. Șoarecii masculi C57BL/6 de zece săptămâni au fost hrăniți timp de 20 de săptămâni ad libitum cu diete experimentale semisintetice bogate în grăsimi (20% greutate/greutate de grăsime) conținând concentrații diferite de proteine ​​și leucină. AP, proteină adecvată (10% g/g proteină din zer); HP, bogat în proteine ​​(50% g/g proteină din zer); AP + L, AP suplimentat cu l-leucină corespunzătoare HP (+ 6% l -leucina) [8]; (B) Câștig de masă grasă pe termen scurt. Șoarecii masculi C57BL/6 de zece săptămâni au fost hrăniți timp de 7 zile ad libitum cu diete experimentale semisintetice bogate în grăsimi (20% greutate/greutate de grăsime) conținând concentrații diferite de proteine ​​și leucină și alanină. AP, proteină adecvată (10% g/g proteină din zer); HP, bogat în proteine ​​(50% g/g proteină din zer); AP + L, AP suplimentat cu l-leucină corespunzătoare HP (+ 6% g ​​/ g l-leucină, 0,572 moli); AP + A, AP suplimentat cu l-alanină echimolară (+ 4,5% g/g l-alanină, 0,572 moli). Datele sunt mijloace ± SEM, n = 9-10 [19].

Expunerea cronică la HP a crescut și masa corporală slabă, în timp ce greutățile de m. cvadricepsul a fost mai mare atât în ​​experimentele HP pe termen lung, cât și în AP + L. Acest lucru poate fi explicat printr-un echilibru pozitiv al proteinelor musculare scheletice. Într-adevăr, am suspectat rate crescute de sinteză a proteinelor din mușchii scheletici din cauza încorporării mai mari a 15 N-lizină după expuneri pe termen lung la HP și AP + L [8]. În schimb, alte studii nu au constatat o creștere a masei musculare scheletice prin suplimentarea pe termen lung a leucinei la oameni și șobolani [31,44]. S-a sugerat că aminoacizii cu lanț ramificat și în special leucina reglează sinteza proteinelor musculare prin activarea căii mTOR și astfel stimulează sinteza proteinelor la nivel translațional [27,30,59]. Cu toate acestea, în experimentele noastre nu am găsit nicio dovadă a activării mTOR sau a țintelor sale din aval (cum ar fi proteina 1 care leagă eIF4E (4E-BP1) și proteina ribozomală S6 (rS6-P) în mușchiul scheletic [8,19] Acest lucru este în contrast cu alte publicații care subliniază rolul leucinei ca activator puternic al căii mTOR, care s-ar putea datora diferențelor de specii sau diferitelor configurații experimentale [27,30,60,61].

În consecință, sugerăm că, alternativ, un alt mecanism poate contribui la reglarea pe termen lung a masei musculare scheletice de către proteinele din dietă și leucina. În acest context, a fost raportată o depresie a degradării proteinelor în urma suplimentării cu leucină [62-65]. Inhibițiile ubiquitin-proteazomului [66,67] sau ale sistemelor de autofagie-lizozom [68] de către leucină au fost sugerate pentru a declanșa suprimarea defalcării proteinelor musculare. Cu toate acestea, funcțiile anti-proteolitice ale leucinei sunt mai puțin documentate decât efectele asupra sintezei proteinelor musculare, ceea ce merită investigații suplimentare.

4. Consumul de energie și apă

S-a presupus că un efect mai satisfăcător al proteinelor alimentare este principala cauză a pierderii în greutate a dietei bogate în proteine ​​[7,69]. Acest lucru este în concordanță cu investigațiile umane care nu au arătat modificări ale BW după consumul izoenergetic al dietelor bogate în proteine ​​și bogate în carbohidrați [70-73]. Prin urmare, sa presupus că aportul redus de energie și nu compoziția macronutrienților ar fi probabil crucială pentru pierderea BW după diete hipo-calorice [71,72,74,75]. O sațietate mai mare după dietele bogate în proteine ​​ar putea duce, de asemenea, la o îmbunătățire a menținerii greutății, datorită acceptării și conformității mai bune în comparație cu mesele cu conținut scăzut de proteine ​​[76]. Experimentele noastre cu șoareci au fost efectuate în condiții ad libitum și au arătat un aport alimentar redus semnificativ de HP și AP + L în comparație cu controalele expuse AP cu o corelație puternică a aportului de energie cu câștigul de BW [8,19]. S-a demonstrat că dietele bogate în proteine ​​previn hiperfagia inițială indusă de hrănirea bogată în grăsimi și, astfel, pot întârzia dezvoltarea obezității [9]. Acest lucru a fost confirmat într-un studiu pe termen scurt [19], care a arătat că aportul unei diete bogate în grăsimi a fost afectat acut de suplimentarea cu HP, cu efecte aparente semnificative încă din cinci ore după trecerea la dietă (Figura 3).

Aportul de alimente. Șoarecii masculi C57BL/6 de zece săptămâni au fost hrăniți timp de șapte zile ad libitum cu diete experimentale semisintetice bogate în grăsimi (20% greutate/greutate de grăsime) conținând diferite concentrații de proteine ​​și leucină și alanină. AP, proteină adecvată (10% g/g proteină din zer); HP, bogat în proteine ​​(50% g/g proteină din zer); Leu, AP suplimentat cu l-leucină corespunzătoare HP (+ 6% g ​​/ g l-leucină, 0,572 moli); Ala, AP suplimentat cu l-alanină echimolară (+ 4,5% g/g l-alanină, 0,572 moli). (A) Aport cumulat de alimente pe parcursul întregului proces de hrănire; (B) Aportul alimentar în prima zi de intervenție dietetică. Valorile sunt medii ± SEM. Zona umbrită se referă la perioada de noapte (lumină oprită). Asteriscurile indică diferențe semnificative față de AP (** p Figura 4) deoarece am suspectat un rol al consumului de apă asupra sațietății și BW (pentru revizuire a se vedea: [78]). Studiile la om au demonstrat că apa potabilă poate crește sațietatea, reduce aportul de energie și poate induce pierderea în greutate [79-81]. Am observat un aport de apă aproape dublat al șoarecilor hrăniți cu dieta HP în comparație cu grupul AP [19]. Deși creșterea consumului de apă al grupurilor suplimentate cu leucină sau alanină nu a atins semnificația statistică, aportul global de apă este puternic corelat cu aportul dietetic de azot amino și corelat negativ cu aportul de energie din toate grupurile (Figura 4). Creșteri similare ale aportului de apă au fost observate la șoarecii hrăniți cu diete bogate în grăsimi care primeau proteine ​​din zer suplimentate în apă potabilă, rezultând un nivel mai ridicat de 78% al consumului de proteine, comparativ cu controalele nesuplimentate [10]. Este posibil ca acest efect să fie legat de producția de uree, care crește în paralel cu nivelul de proteine ​​sau amino azot ingerat pentru a face față excesului de aminoacizi consumați [82,83].

Aportul de apă. Șoarecii masculi C57BL/6 de zece săptămâni au fost hrăniți timp de șapte zile ad libitum cu diete experimentale semisintetice bogate în grăsimi (20% greutate/greutate de grăsime) conținând diferite concentrații de proteine ​​și leucină și alanină. AP, proteină adecvată (10% g/g proteină din zer); HP, bogat în proteine ​​(50% g/g proteină din zer); Leu, AP suplimentat cu l-leucină corespunzătoare HP (+ 6% g ​​/ g l-leucină, 0,572 moli); Ala, AP suplimentat cu l-alanină echimolară (+ 4,5% g/g l-alanină, 0,572 moli). (A) Aportul de apă în prima zi de intervenție dietetică; (B) Corelațiile aportului de apă cu aportul de azot; (C) Corelații ale aportului de apă cu aportul de energie. Valori în (B) și (C) sunt mijloace ± SEM (** p Figura 5, [8]). Concentrații semnificative mai mici de triacilglicerol hepatic au fost observate, de asemenea, la șoareci după doar o săptămână de expunere alimentară cu dieta HP. Pe termen scurt, suplimentările cu leucină sau alanină nu au prezentat (încă) efecte atât de semnificative asupra grăsimilor hepatice [19]. Deși, creșterea masei grase a fost puternic corelată cu aportul de energie în aceste studii, doar aproximativ 77% din creșterea grăsimii corporale ar putea fi explicată prin aportul de energie. Mai puține conținuturi de grăsimi hepatice au fost găsite și la șoarecii hrăniți cu proteine ​​din zer cu conținut ridicat de grăsimi, comparativ cu controalele fără diferențe semnificative în consumul total de energie. [10] Eficiența scăzută a hranei și modificarea cheltuielilor de energie și a consumului de oxigen după expunerea la diete bogate în proteine ​​pot indica mecanisme care duc la un echilibru negativ al energiei și al grăsimilor [10,89,90].

tabelul 1.

Niveluri relative de expresie genetică a proteinelor din țesutul adipos hepatic și alb de la șoareci masculi C57BL/6 de zece săptămâni hrăniți diete diferite cu o concentrație adecvată (AP), ridicată (HP) sau cu o concentrație adecvată de proteine ​​suplimentată cu l-alanină (AP + A) sau l -leucina (AP + L) timp de o săptămână [19] 1, 2 .

Mai mult, s-a arătat că o absorbție crescută a acidului gras datorită nivelurilor mai ridicate de exprimare a proteinelor transportului lipidelor precum translocaza acidului gras (CD36) și proteina de legare a acidului gras de tip ficat (l-FABP) poate fi mai importantă pentru depunerea grăsimilor în ficat decât modificările lipogenezei de novo sau oxidării grăsimilor [93]. În consecință, acumularea redusă de lipide hepatice la șoarecii expuși HP și AP + L ar putea rezulta din absorbția scăzută a acidului gras datorită nivelurilor mai scăzute de proteine ​​ale CD36. Acest lucru a fost observat după hrănirea pe termen lung a HP, precum și a AP + L [8]. În schimb, proteina CD36, precum și nivelul său de mARN nu au fost modificate la ficatul șoarecilor hrăniți cu diete HP, AP + A sau AP + L doar o săptămână (Tabelul 1). Concentrațiile hepatice de triacilglicerol nu au diferit semnificativ între grupurile suplimentate cu aminoacizi și martorii alimentați cu AP după o săptămână. Cu toate acestea, nu putem exclude o influență a aminoacizilor dietetici asupra absorbției hepatice a acizilor grași, deoarece ARNm l-FABP a fost redus semnificativ în toate grupurile de intervenție comparativ cu AP (Tabelul 1). Interesant este faptul că hrănirea cu HP pare să stimuleze lipoliza bazală a grăsimii albe, după cum se indică prin expresia crescută a genei adiacate triacilglicerol lipazei (ATGL) după o săptămână și 20 de săptămâni de hrănire bogată în grăsimi [8]; Tabelul 1).

Cu toate acestea, acest lucru nu a fost observat în grupurile AP + L și AP + A (Tabelul 1), care din nou s-ar putea datora aportului mai mic de carbohidrați din grupul HP. Prin urmare, expunerea ridicată la proteine ​​și suplimentarea cu leucină au reușit să prevină hepatosteatoza la șoareci, posibil datorită mecanismelor diferite. Efectele HP asupra lipogenezei hepatice și lipolizei țesutului adipos s-ar putea datora în primul rând unui aport mai scăzut de carbohidrați, în timp ce efectele asupra absorbției hepatice a acizilor grași ar putea fi influențate și de suplimentările cu aminoacizi unici.

Mecanismele alternative în prevenirea hepatosteatozei nu sunt bine studiate până acum, în special în contextul efectelor avantajoase ale dietelor bogate în proteine. Prin urmare, sunt necesare studii mai detaliate ale modificărilor în exprimarea și reglarea enzimelor cheie și a co-factorilor transcripționali care controlează metabolismul lipidelor hepatice și al energiei.

7. Specificitatea efectelor leucinei observate

8. Consecințele metabolice ale creșterii aportului de apă ca răspuns la dietele bogate în proteine

9. Concluzii

Mulțumiri

Această lucrare a fost susținută de Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bonn, Germania (numărul contractului/grantului: PE 643/7-1). Finanțatorii nu au avut niciun rol în decizia de a publica sau în pregătirea manuscrisului.

Conflicte de interes

Autorii nu declară niciun conflict de interese.