Abstract

fundal

Recent s-a raportat că formele intermitente de post ale microbiotei intestinale în beneficiul sănătății, dar acest efect pot fi influențate la protocoalele de post exacte. Scopul acestui studiu a fost de a evalua efectele diferitelor ore zilnice de post asupra modelării microbiotei intestinale la șoareci. Șoarecii masculi sănătoși C57BL/6 J au fost supuși la 12, 16 sau 20 ore de post pe zi timp de 1 lună și apoi hrăniți ad libitum pentru o lună prelungită. Microbiota intestinală a fost analizată prin secvențierea bazată pe gena 16S rARN și s-a înregistrat și aportul de alimente.

Rezultate

Am constatat că aportul cumulativ de alimente nu a fost modificat în grup cu 12 ore de post zilnic, ci a scăzut semnificativ în grupurile de 16 și 20 de ore de post. Compoziția microbiotei intestinale a fost modificată de toate aceste tipuri de post intermitent. La nivelul genului, postul de 16 ore a dus la creșterea nivelului de Akkermansia și scăderea nivelului de Alistipe, dar aceste efecte au dispărut după încetarea postului. Nu au fost identificate diferențe taxonomice în celelalte două grupuri.

Concluzii

Aceste date au indicat faptul că postul intermitent formează microbiota intestinală la șoarecii sănătoși, iar durata intervalului zilnic de post poate influența rezultatul postului intermitent.

fundal

Microbiota intestinală este formată dintr-un grup de microorganisme care trăiesc în tractul intestinal al mamiferelor și joacă roluri cheie în sănătate și boală. Microbiota intestinală nu este implicată doar într-o serie de procese fiziologice majore, inclusiv fermentarea polizaharidelor dietetice nedigerabile și sinteza aminoacizilor și vitaminelor esențiale, ci este, de asemenea, un factor vital în menținerea homeostaziei intestinale pentru gazdă [1]. Cu toate acestea, o microbiotă intestinală normală poate fi afectată negativ de mai mulți factori genetici de mediu și gazdă și, prin urmare, este transformată într-o stare disbiotică [2]. Datorită diferitelor probleme de sănătate publică, cum ar fi sindromul metabolic și cancerul, care sunt asociate cu disbioza microbiotei intestinale [2], restaurarea sau promovarea unei microbiote sănătoase a fost considerată, așadar, ca una dintre abordările promițătoare pentru prevenirea și tratarea acestor probleme de sănătate [3] ].

Postul intermitent ca concept emergent de dietă se practică de obicei prin restricționarea consumului de la 12 la 24 de ore (ore). Un număr mare de studii au furnizat dovezi pentru beneficiile pentru sănătate ale postului intermitent de gazdă [4,5,6]. Strategiile postului intermitent pot diferi dramatic, de exemplu în funcție de diferitele ore zilnice de post. Un model bine cunoscut de post intermitent este postul Ramadan, care implică abstinență de la mâncare și băut de la răsărit până la apus într-o perioadă de aproximativ 30 de zile în luna Ramadan [7] și este studiat pe scară largă pentru impactul său asupra sănătății umane și boală în studii bazate pe populație [8,9,10]. Un alt model popular de post este postul zilnic, care sa dovedit a îmbunătăți obezitatea și scleroza multiplă într-un model experimental prin restabilirea microbiotei intestinale [11, 12]. Aceste studii indică potențialul promițător al postului intermitent în conturarea microbiotei intestinale. Evident, orele zilnice de post sunt variate în diferite studii, variind între 12 și 24 de ore. Cu toate acestea, modul în care durata orelor zilnice de post afectează rezultatul postului și al microbiotei intestinale rămâne încă în mare măsură neclară până acum.

Pentru a arunca o lumină asupra orelor zilnice de post pe microbiota intestinală, acest studiu a investigat efectele postului zilnic de 12, 16 și 20 de ore timp de 1 lună asupra microbiotei intestinale la șoareci. Profilând comunitatea bacteriană fecală cu secvențierea genei 16S rRNA, am constatat că postul intermitent a modificat microbiota intestinală, iar efectul a fost mai robust la șoarecii tratați cu postul zilnic de 16 ore.

Rezultate

Diferite protocoale de post privind consumul cumulativ de alimente

Șoarecii C57BL/6 J au fost împărțiți în trei grupuri pe baza duratei zilnice de post, așa cum se arată în Fig. 1a. Șoarecii hrăniți cu Ad libitum au fost folosiți ca martor (CTR). Aportul alimentar a fost măsurat pentru perioada de timp indicată. Am constatat că aportul cumulativ de alimente în perioada de post (30 de zile) a fost redus semnificativ în grupurile de 16 și 20 de ore în comparație cu CTRp FIG. 1

orelor

Deși greutatea corporală măsurată înainte de a mânca a fost redusă la toate grupurile (Fig. 2a), diferența a dispărut imediat după masă (Fig. 2b), sugerând că greutatea corporală a fost relativ stabilă pentru șoarecii sănătoși C57BL/6 J în aceste condiții. Dat fiind faptul că o reducere destul de mare a consumului de alimente (Fig. 1b) nu a dus la o reducere a greutății corporale după perioada limitată de hrănire (Fig. 2b), care ar putea fi cauzată de o perioadă mai scurtă de post intermitent.

Efectele orelor zilnice de post asupra microbiotei intestinale

Pentru a studia efectul diferitelor regimuri de post în schimbarea microbiotei intestinale la șoareci sănătoși, au fost analizate comunități microbiene fecale folosind o abordare 16S rRNA. După filtrare și tăierea lungimii, un număr total de secvențe de înaltă calitate generate din toate probele de fecale a fost de 7.509.548. Numărul mediu de citiri pe probă a fost de 66.456 ± 6127 (medie ± SD). Apoi, am calculat valorile diversității alfa. Nu au existat diferențe în diversitatea alfa între CTR și oricare dintre grupurile de post (Tabelul 1).

Pentru a evalua schimbările în compoziția microbiotei după post, s-au efectuat analize de similitudini (ANOSIM) și o ANOVA multivariată pe baza testelor de similaritate (Adonis) folosind matricea de distanță Bray-Curtis cu 999 permutări ale datelor. Așa cum se arată în Tabelul 2, s-au observat modificări semnificative în compoziția microbiotei intestinale între șoarecii cu post și cei fără post, dar și între subgrupuri în funcție de durata postului zilnic (Tabelul 2). Cu toate acestea, nu s-a observat nicio diferență semnificativă statistic între grupuri după încetarea postului, cu excepția regimului de 16 ore (Tabelul 2). Acest lucru ar putea fi legat de diferența de viteză de hrănire după întreruperea postului (Fig. 1c). Pentru a ilustra în continuare modificările comunității bacteriene după post, analiza coordonatelor principale (PCoA) a fost efectuată folosind distanțele Bray-Curtis (Fig. 3a). Așa cum era de așteptat, s-au observat modificări semnificative în toate grupurile de post; nu s-a găsit nicio diferență în CTR (Fig. 3a).

Analiza comunităților bacteriene intestinale prin analiza ARNr 16S de la șoareci hrăniți și la post. A Analiza coordonatelor principale (PCoA) asupra diferențelor Bray-Curtis ale comunităților bacteriene din patru regimuri de post diferite în două momente de timp. Fiecare punct corespunde unei comunități dintr-un singur mouse. Culorile indică identitatea comunității. Elipsele arată intervalele de încredere de 95%. Săgețile colorate indică schimbarea comunității din ziua 30 în ziua 60. Diferențele intra-grup au fost indicate prin utilizarea testului ANOSIM. ***p ≤ 0,001. b Figura prezintă procentajul fiecărei comunități contribuite de filele indicate. Punctul de timp și duratele zilnice de post sunt indicate sub figură. Taxa care a discriminat între șoareci de post și șoareci de control în timpul postului (c) sau la o lună după încetarea postului (d). Taxa cu un scor LDA (analiză discriminantă liniară) peste 4,00, determinat prin utilizarea LEfSe. Datele prezentate sunt scorurile log10 ale analizei discriminante liniare (LDA) în urma analizelor LEfSe și ierarhului taxonilor discriminanți vizualizați ca cladograme pentru comparații taxonomice între șoareci de post și șoareci de control

Discuţie

Postul, în special postul intermitent și temporar, este practicat pe scară largă în diverse scopuri în populația globală, de cel puțin milenii acum. Recent, postul intermitent a câștigat interes științific ca o intervenție potențială pentru îmbunătățirea stării de sănătate [17, 18]. În acest studiu, am emis ipoteza că microbiomul intestinal este modelat în diferite măsuri prin diferite durate zilnice de post pe o perioadă de 30 de zile și rezultatele noastre sunt în concordanță cu această noțiune.

Durata postului are efecte importante asupra proceselor fiziologice și metabolice la modelele umane și animale [19, 20]. Un studiu recent a raportat că postul zilnic (13 ore) îmbunătățește sănătatea și supraviețuirea la șoareci, independent de compoziția dietei și de calorii [14]. Cu toate acestea, studiul nu a investigat modificările microbiotei intestinale în timpul postului. În studiul nostru, am constatat că aportul alimentar cumulativ nu a fost afectat în mod semnificativ și la șoarecii tratați cu 12 ore zilnice de post, dar compoziția microbiotei intestinale a fost modificată. Descoperirile noastre sunt în concordanță cu un studiu recent efectuat la șoareci obezi, conform căruia aportul cumulativ de alimente nu a fost afectat nici de postul zilnic, ci a modificat microbiota intestinală [21].

Microbiomul intestinal devine din ce în ce mai recunoscut ca un genom important al gazdei și joacă un rol substanțial în menținerea homeostazei fiziologice [2, 22]. La rândul său, disbioza rezultată a microbiotei intestinale este puternic asociată cu patogeneza bolilor acute sau cronice, în special a tulburărilor digestive, inclusiv a bolii inflamatorii intestinale, a cirozei hepatice și a cancerului colorectal și, prin urmare, este responsabilă pentru creșterea neîncetată a așa-numitelor boli-de-bogăție [23]. În acest studiu, am demonstrat că postul intermitent timp de 30 de zile, chiar și cu o durată zilnică de 12 ore, este suficient pentru a modifica compoziția microbiotei intestinale. Rezultatele susțin ideea că postul poate deveni o strategie alternativă pentru o restaurare mai eficientă a compoziției microbiotei intestinale umane.

Beneficiile sănătății postului intermitent asupra îmbătrânirii, stresului antioxidant, metabolismului și bolilor cardiovasculare au fost demonstrate în studii la om și animale [18, 24,25,26,27], dar efectul său asupra microbiotei intestinale rămâne în mare parte neclar. În studiul nostru, am constatat că 30 de zile zilnice de post (16 ore de post) au condus la un nivel semnificativ crescut de Akkermansia și nivelul decedat al Alistipe. Important, studiile anterioare au demonstrat această creștere în Akkermansia spp. este asociat cu îmbunătățiri metabolice, inclusiv scăderea acumulării de trigliceride hepatice și ameliorarea inflamației intestinale [28] și reducerea Alistipe ar putea îmbunătăți și inflamația intestinală [29, 30]. Luate împreună, aceste descoperiri sugerează că efectul benefic al postului intermitent asupra sănătății este probabil legat de modificările microbiotei intestinale în timpul postului, cu o referire specială la creșterea speciilor specifice frecvent raportate a fi specii antiinflamatoare și reducerea speciilor deseori descrise ca proinflamator.

O întrebare rămasă de interes este, totuși, dacă citirea postului intermitent pe durata zilnică mai lungă se datorează duratei postului, reducerii aportului de alimente sau ambelor. Acest lucru este, de asemenea, în favoarea distincției mecaniciste între postul intermitent și restricția calorică clasică.

Concluzii

Am demonstrat că postul intermitent formează microbiota intestinală la șoarecii sănătoși într-o manieră zilnică dependentă de oră de post, și un efect de magnitudine al postului a fost observat pe o durată de 16 ore de post. Cu toate acestea, aceste efecte dispar treptat la întreruperea postului. De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că acest studiu a fost realizat doar la un grup mic de animale într-o perioadă scurtă de timp. Cercetările viitoare sunt, prin urmare, necesare pentru a determina un regim de post optim care poate oferi un efect benefic pe termen lung.

Metode

Proiectarea animalelor și a studiilor

Șaizeci de șoareci C57BL/6JLvri fără patogeni masculi specifici (vechi de 6 săptămâni, greutate inițială de 18-20 g) au fost achiziționați de la Institutul de cercetare veterinară Lanzhou al Academiei chineze de științe agricole. Animalele au fost adăpostite 5 pe cușcă din polipropilenă pe așternut sterilizat de așchii de lemn la 21 ± 2 ° C și 36 ± 6% umiditate relativă în timpul unui ciclu de lumină/întuneric de 12 ore (luminile aprinse la 08:00), având acces gratuit la apa distilată și dieta iradiată. Înainte de inițierea studiului, toate animalele au fost aclimatizate timp de 1 săptămână, astfel încât să se recupereze din stresul de transport. Starea generală de sănătate a șoarecilor a fost evaluată prin măsurarea creșterii în greutate. Cuștile pentru animale din polipropilenă (cușca M3 32 × 20 × 13 cm, Suzhou, China) și echipamentele accesorii, inclusiv alimentatoare și dispozitive de udare, au fost spălate și autoclavate regulat pentru a le menține curate și libere de contaminare înainte de utilizare. Dieta iradiată, care era compatibilă din punct de vedere nutrițional cu standardul național GB 14924.3–2010 „Animale de laborator - nutrienți pentru hrana pentru animale”, a fost obținută de la Double Lion Experimental Animal Feed Technology Co., LTD (Suzhou, China). Rezultatele analizei nutriționale sunt prezentate în Fișa suplimentară 1: Tabelul S1.

După studiu, toți șoarecii au fost uciși prin dislocare cervicală și ulterior tratați ca deșeuri nepericuloase. Îngrijirea animalelor a fost efectuată în conformitate cu Procedurile și ghidurile de etică a animalelor din Republica Populară Chineză, iar protocolul experimental a fost aprobat de comitetul local pentru utilizarea și protecția animalelor, Universitatea Northwest Minzu.

Secvențierea generației următoare

Extracția ADN-ului fecal și secvențierea următoarei generații de ampliconi ai genei ARN ribozomal 16S au fost efectuate de NoveGene, după cum sa raportat în altă parte [33]. Pe scurt, ADN-ul fecal a fost extras printr-o modificare a metodei bromurii de cetiltrimetilamoniu. Regiunea V3-4 a genei bacteriene 16S rRNA a fost amplificată folosind primeri 341F/806R [34]. Amplificarea PCR a fost efectuată într-un amestec de reacție conținând Phusion® High-Fidelity PCR Master Mix (New England Biolabs, Ipswich, MA, SUA). O bibliotecă ADN pentru secvențierea următoarei generații a fost pregătită folosind kitul de bibliotecă pentru fragmente Ion Plus 48 rxns (Thermo Scientific) urmând instrucțiunile producătorului. În cele din urmă, biblioteca a fost secvențiată pe o platformă Illumina.