Neuroenergetică, nutriție și sănătatea creierului

Editat de
Susanne E. La Fleur

Universitatea din Amsterdam, Olanda

Revizuite de
Etienne Challet

Centre National de Recherche Scientifique (CNRS), Franța

Nicolas Darcel

AgroParisTech Institut des Sciences and Industries du Vivant et de L'environnement, Franța

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

diferențiale

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Facultatea de Științe ale Sănătății, Școala de Sănătate Publică, Curtin University, Bentley, WA, Australia
  • 2 Curtin Health Innovation Research Institute, Curtin University, Bentley, WA, Australia

Introducere

Bariera hematoencefalică (BBB) ​​este o caracteristică unică a unității neurovasculare care separă fizic creierul de sânge. BBB este alcătuit din endoteliu, care însoțește lamina bazală și susține pericite și astrocite. Membranele plasmatice ale celulelor endoteliale conțin aderenți și proteine ​​de joncțiune strânse care limitează spațiul paracelular dintre celulele endoteliale pentru a consolida controlul strict al transportului substanțelor între sânge și compartimentele creierului (1, 2). BBB a obținut recent un interes semnificativ de cercetare în zona tulburărilor neurodegenerative, prin care dovezile crescânde sugerează creșteri cronice și acute ale permeabilității BBB pot impune un stres substanțial asupra integrității și funcției neuronale (3). Un BBB disfuncțional are ca rezultat extravazarea cerebrală a moleculelor neuroactive transmise de sânge, inclusiv citokine pro-inflamatorii și, ulterior, geneza potențială a speciilor reactive de oxigen. Neuroinflamarea persistentă și stresul oxidativ pot crește stresul reticulului endoplasmatic, plierea defectuoasă a proteinelor și deteriorarea ADN-ului și a celulelor, ceea ce poate duce la pierderea neuronilor (4).

Există dovezi din ce în ce mai mari că macro- și micronutrienții dietetici reglează integritatea și funcția capilarului cerebral (5-7). Dietele bogate în grăsimi în stil occidental, îmbogățite în grăsimi saturate și colesterol, atenuează expresia proteinei de joncțiune strânsă (8, 9), ducând la extravazarea sânge-creier a proteinelor plasmatice și a macromoleculelor, inflamație neurovasculară și cu hrănire pe termen lung, declin cognitiv. Cu toate acestea, s-a constatat că dietele echicalorice bogate în grăsimi care conțin în principal acizi grași mono- sau polinesaturați (PUFA) nu au efecte dăunătoare asupra integrității BBB în studiile de model preclinic ale rozătoarelor. Modelele de rezistență la insulină induse de carbohidrați indică, de asemenea, aberații în integritatea BBB care precedă apariția diabetului sincer și disfuncție cognitivă.

În mod surprinzător, efectele reglatoare putative ale proteinelor dietetice asupra funcției de barieră a capilarelor cerebrale nu au fost raportate anterior. Studiile clinice paradoxale și studiile cognitive ale populației sunt în concordanță cu efectele diferențiale potențiale ale sursei de proteine ​​dietetice asupra integrității capilare a creierului. Unele descoperiri sugerează că subiecții în vârstă pot beneficia cognitiv de dietele îmbogățite în proteine ​​(10, 11), în timp ce alte studii indică potențiale efecte nocive (12). Efectele diferențiale au fost indicate de Vercambre și colab. care au constatat într-un studiu de 4.809 de participanți că aportul mai mare de păsări de curte a fost asociat cu o funcție cognitivă mai bună, în timp ce nu au fost observate asociații semnificative cu carnea de vită, porc și miel (13).

În acest studiu, două formulări bogate în proteine ​​consumate în mod obișnuit au fost luate în considerare pentru a investiga potențialele efecte de reglare asupra integrității și funcției capilarului creierului. Caseina descrie un grup de fosfoproteine ​​care se găsesc frecvent în laptele de mamifer. Fiind hidrofob și formând o emulsie gelatinoasă în timpul digestiei, suplimentarea cu cazeină este frecvent utilizată pentru eliberarea susținută de aminoacizi. Sursa alternativă studiată a fost proteina din soia, care conține în principal proteine ​​globulinice care sunt hidrofile. Izolatele proteice derivate din lapte și impulsuri conțin ambele un complement de proteine ​​biologic active sau metabolice. Rezultatele raportate în acest studiu sunt, prin urmare, indicative ale efectelor sinergice ale concentratelor de proteine ​​complexe din produsele alimentare furnizate într-un context relevant fiziologic.

Materiale și metode

Animale și intervenție

Treizeci de șoareci femele C57BL/6J de tip sălbatic, în vârstă de 6 săptămâni, au fost achiziționați de la Animal Resource Center (WA, Australia) și au fost alocați aleatoriu la unul din cele trei grupuri: martor, cazeină sau soian = 10 per grup). Șoarecii din grupul de control au primit un chow de întreținere standard modificat, AIN-93M cu conținut de calciu și fosfor crescut pentru a menține egalitatea cu dietele de intervenție timp de 12 săptămâni. Ambele diete bogate în proteine ​​au furnizat 55% kJ energie totală dintr-o sursă de proteine ​​(a se vedea tabelul 1 pentru detalii), care este similar cu studiile anterioare în care dieta Atkins a fost investigată (14). Toate dietele au fost pregătite de Specialty Feeds (WA, Australia). Șoarecii aveau ad libitum acces la dietă și apă și au fost ținute într-o unitate de exploatație acreditată pentru animale. Presiunea aerului, temperatura și iluminatul (12 ore lumină/întuneric) au fost toate reglementate cu atenție. Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu Codul de practică australian pentru îngrijirea și utilizarea animalelor în scopuri științifice. Acoperirea animalelor și procedurile experimentale au fost aprobate de Comitetul de etică a animalelor (aprobarea Universității Curtin nr. AEC_2011_30A). Șoarecii femele au fost selectați pentru a permite carcasa de grup care este cerută de etică și, de asemenea, pentru a face studiul în concordanță cu studiile noastre anterioare.

tabelul 1. Fișa tehnică a compoziției dietetice (% g/g).

Colecția de țesuturi și plasmă

După 12 săptămâni de intervenție dietetică, probele de sânge au fost colectate prin puncție cardiacă, iar plasma a fost colectată și depozitată la -80 ° C. După exanguinare, creierele au fost îndepărtate și spălate în soluție salină tamponată cu fosfat. Creierele au fost hemisecționate, iar emisferele cerebrale drepte au fost fixate în paraformaldehidă 4% timp de 24 de ore la 20 ° C și ulterior au fost supuse crioprotecției în soluție de zaharoză 20% timp de 72 ore la 4 ° C. Ulterior, probele au fost înghețate în izopentan/gheață uscată și depozitate la -80 ° C.

Analiza homocisteinei în plasmă

Homocisteina totală a fost testată în plasmă cu un test imunologic de microparticule chemiluminiscente (Abbott Diagnostics, IL, SUA). Plasma a fost diluată 1:10 sau 1: 5 cu diluant manual multi-test nr. 7D82-50 (Abbott Diagnostics) înainte de analiza de către Architect i2000SR Analyzer (Abbott Diagnostics) la PathWest (WA, Australia).

Analize cantitative 3-D cu microscopie imunofluorescentă pentru permeabilitatea BBB și activarea astrocitelor

Măsurarea extravazării parenchimatoase cerebrale a imunoglobulinei endogene g (IgG) prin utilizarea microscopiei confocale imunofluorescente 3-D a fost utilizată pe scară largă ca marker surogat pentru permeabilitatea BBB și stabilită în laboratorul nostru așa cum a fost descris anterior (7, 15). Pe scurt, s-au pregătit 20 de criosecțiuni crym din emisferele drepte. După blocarea situsurilor de legare nespecifice, anticorpul de capră anti-IgG policlonal anti-șoarece conjugat cu Alexa 488 (Life Technologies, MA, SUA) a fost aplicat secțiunilor timp de 20 de ore la 4 ° C. Vasele de sânge au fost identificate prin colorarea IgG și colorarea nucleilor (DAPI). Extravasarea parenchimatoasă a IgG în afara vaselor identificate a fost selectată de un modul automat de măsurare bazat pe prag al software-ului de analiză a imaginii Volocity 3-D care a fost ulterior confirmat și ajustat manual de către anchetatori.

Proteina acidă fibrilară glială (GFAP), un marker al astrogliozei și astrocitozei, a fost utilizată ca indicator surogat al insultelor neuronale, inclusiv neuroinflamarea, așa cum s-a descris anterior (7). Pe scurt, secțiunile au fost incubate cu GFAP anti-șoarece policlonic de iepure (Abcam, CB, UK) la 4 ° C timp de 20 de ore. Țesuturile au fost apoi incubate cu IgG de capră anti-iepure conjugată cu Alexa 488 timp de 2 ore la 20 ° C. Diapozitivele au fost contracolorate cu DAPI și montate cu mediu anti-decolorare.

Imaginile 3-D imunofluorescente au fost capturate pentru cuantificare printr-o metodologie stabilită (8, 15, 16). Pe scurt, imaginile au fost capturate cu sistemul de secționare optică ApoTome și camera digitală MRm conectată la AxioVert 200M (Carl Zeiss, Germania). Imaginile au fost realizate la mărirea × 200 (430 µm × 322 (m), fiecare imagine 3-D constând din 12 imagini în stivă Z, distanța dintre feliile de stivă Z fiind de 1,225 µm, optimizată de teoria Nyquist. Pentru a minimiza prejudecata, imaginile au fost realizate aleatoriu atât în ​​regiunile hipocampice, cât și în cele cerebrale corticale. Pentru fiecare șoarece ucis, aproximativ 20 de imagini au fost preluate din cortex și aproximativ 6 imagini au fost preluate din hipocamp, care a acoperit mai mult de jumătate din fiecare regiune a creierului. Pentru cuantificarea abundenței cerebrale IgG și GFAP, software-ul de analiză a imaginii Volocity 3-D (PerkinElmer, Marea Britanie) a fost utilizat pentru a calcula intensitatea voxelului vopselei fluorescente de interes, exprimată pe unitate de volum.

Analize statistice

Toate datele au fost introduse și calculate pe Excel (Microsoft, CA, SUA) și exprimate ca medie ± SEM. Analiza datelor a fost finalizată utilizând Prism 7 (GraphPad, CA, SUA). Testele de normalitate D’Agostino și Shapiro - Wilk au fost utilizate pentru a evalua distribuția Gaussiană. Pentru datele care au fost distribuite în mod normal, ANOVA unidirecțional cu Fisher’s LSD post hoc testul a fost folosit. Pentru datele care nu au fost distribuite în mod normal, testul Kruskal - Wallis non-parametric cu Mann - Whitney post hoc a fost utilizată analiza. Semnificația statistică a fost observată la p Cuvinte cheie: barieră hematoencefalică, cazeină, neuroinflamare, dietă bogată în proteine, soia

Citare: Snelson M, Mamo JCL, Lam V, Giles C și Takechi R (2017) Efectele diferențiale ale dietelor bogate în proteine ​​derivate din soia și cazeina asupra sângelui - integritatea barierei cerebrale la șoarecii de tip sălbatic. Față. Nutr. 4:35. doi: 10.3389/fnut.2017.00035

Primit: 31 martie 2017; Acceptat: 07 iulie 2017;
Publicat: 24 iulie 2017

Susanne E. la Fleur, Universitatea din Amsterdam, Olanda

Etienne Challet, UPR3212 Institute of Cellular and Integrative Neurosciences (INCI), Franța
Nicolas Darcel, AgroParisTech Institut des Sciences and Industries du Vivant et de L’environnement, Franța

† Adresă actuală: Matthew Snelson și Corey Giles, Baker IDI Diabetes and Heart Institute, Melbourne, VIC, Australia