Departamentul de Fiziologie, Universitatea Augusta, Augusta, Georgia

hipertensiunea

Departamentul de Fiziologie, Universitatea Augusta, Augusta, Georgia

Departamentul de Fiziologie, Universitatea Augusta, Augusta, Georgia

Departamentul de biologie orală, Universitatea Augusta, Augusta, Georgia

Departamentul de Fiziologie, Universitatea Augusta, Augusta, Georgia

Adresa pentru cereri de retipărire și alte corespondențe: J. C. Sullivan, 1459 Laney Walker Blvd., Augusta University, Augusta, GA 30912 (e-mail: [e-mail protejat]).

Abstract

NOU ȘI REMARCABIL Studiul nostru demonstrează că șobolanii sensibili la sare Dahl masculi și feminini prezintă creșteri similare ale tensiunii arteriale față de o dietă bogată în grăsimi și o creștere a celulelor T aortice și renale. Aceste rezultate sunt în contrast cu studiile care arată că șobolanii femele rămân normotensivi și/sau suprareglează celulele T reglatoare ca răspuns la stimulii hipertensivi în comparație cu șobolanii masculi. Datele noastre sugerează că o dietă bogată în grăsimi de 4 săptămâni are efecte specifice sexului asupra profilului celulelor T la șobolanii sensibili la sare Dahl.

Două treimi din cazurile de hipertensiune în Statele Unite sunt corelate pozitiv cu creșterea excesivă în greutate (22), iar datele recente din National Health and Examination Survey indică faptul că prevalența hipertensiunii crește odată cu indicele de masă corporală (49). Într-adevăr, atât la om, cât și la modelele animale de hipertensiune arterială, factorii dietetici precum grăsimile saturate, colesterolul și carbohidrații au o influență profundă asupra controlului tensiunii arteriale (TA) (21, 59, 71). Există, de asemenea, dovezi care susțin o diferență de sex în impactul unei diete bogate în grăsimi (HFD) asupra rezultatelor cardiovasculare (33, 65), animalele de sex masculin prezentând creșteri mai mari ale TA ca răspuns la o HFD comparativ cu animalele de sex feminin (19) ). Deși mecanismele moleculare care stau la baza diferențelor de sex în răspunsul TA la un HFD nu sunt pe deplin înțelese, este acum din ce în ce mai recunoscut că celulele T și citokinele proinflamatorii joacă un rol important în progresia hipertensiunii în mai multe modele animale (4, 15, 20, 29, 39, 41, 42, 67, 69, 76), inclusiv șobolani sensibili la sare Dahl (DSS) (12, 13, 15, 62).

Animale.

DSS masculin și feminin de 12 săptămâni au fost utilizate în studiul de față (Envigo, Prattville, AL). Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu Institutele Naționale de Sănătate Ghid pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator și au fost aprobate și monitorizate de către Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din cadrul Universității Augusta. Șobolanii au fost adăpostiți în camere cu cicluri luminoase controlate de temperatură și umiditate și menținute fie pe o dietă normală cu grăsimi (NFD; F4031, Bio-Serv, Flemington, NJ), fie HFD (F3282, Bio-Serv) între 12 și 16 săptămâni de vârstă (perioada de tratament de 4 săptămâni). Controlul NFD a constat din 3,88 kcal/g de energie brută cu calorii din următoarele surse: 20,5% proteine, 61,6% carbohidrați și 7,2% grăsimi. HFD a constat din 5,45 kcal/g de energie brută cu calorii din următoarele surse: 20,5% proteine, 35,7% carbohidrați și 36,0% grăsimi. Ambele diete conțin 0,8% NaCl. La sfârșitul tuturor experimentelor, șobolanii au fost anesteziați cu ketamină-xilazină (50 mg/kg și 6 mg/kg intraperitoneal, respectiv, Phoenix Pharmaceuticals, St. Joseph, MO), s-a efectuat o toracotomie și s-a obținut o probă de sânge terminală prin puncție aortică și țesuturile au fost recoltate pentru analiza citometrică în flux a celulelor T și citokinelor.

Parametrii metabolici.

Citometrie analitică în flux.

FIG. 1.Strategia de captare a citometriei de flux care arată selectarea celulelor unice și excluderea resturilor celulare pe baza dispersiei directe (FSC) și a dispersiei laterale (SSC). Celulele T au fost analizate pe baza expresiei CD3 și/sau CD4. Celulele T CD3 + totale au fost închise în continuare pentru exprimarea receptorului orfan legat de RAR-γt pentru celulele T helper 17 și celulele T CD3 + CD4 + au fost închise în continuare pentru exprimarea Foxp3 pentru celulele T reglatoare (Tregs).

analize statistice.

Toate datele sunt prezentate ca mijloace ± SE. Datele citometrice de flux și datele cuștilor metabolice au fost comparate utilizând ANOVA cu două căi. Telemetria glucozei, manșeta cozii și greutatea corporală în cadrul fiecărui grup au fost analizate folosind ANOVA cu măsuri repetate. Măsurătorile între grupuri au fost făcute folosind ANOVA bidirecțional pentru manșeta cozii și greutatea corporală și t-teste pentru măsurarea glucozei. Analizele au fost efectuate utilizând software-ul GraphPad Prism (versiunea 6.0) (GraphPad Software, La Jolla, CA). Pentru toate comparațiile, diferențele au fost considerate semnificative statistic cu P

Tabelul 1. Date despre cușca metabolică, inclusiv greutatea corporală, aportul de alimente, aportul caloric total, aportul total de grăsimi, aportul de apă și cantitatea de urină, la șobolani masculi și femele pe un NFD sau HFD timp de 4 săptămâni

Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 5 șobolani masculi și 5 șobolani femele. NFD, dietă normală cu grăsimi; HFD, dietă bogată în grăsimi. Comparațiile între grupuri au fost făcute folosind ANOVA bidirecțional sau ANOVA bidirecțional cu măsuri repetate între momentul inițial și final. Comparații în cadrul grupului au fost făcute folosind un test de comparație multiplă post hoc Tukey sau Sidak, respectiv.

* P † P ‡ P

FIG. 2.Nivelul glicemiei a fost monitorizat continuu la bărbați (n = 5) și femininn = 6) Șobolani sensibili la sare Dahl pe o dietă bogată în grăsimi (HFD) de la momentul inițial până la sfârșitul studiului (A). Măsurătorile de glucoză la fața locului au fost, de asemenea, efectuate periodic pe parcursul celor 4 săptămâni de HFD (B), iar diferența procentuală a citirilor de glucoză spot față de citirile de telemetrie a fost calculată pentru a determina exactitatea datelor de telemetrie (C). Toate datele sunt prezentate ca mijloace ± SE. Datele de telemetrie a glucozei și de glucoză la fața locului în cadrul fiecărui grup au fost analizate folosind ANOVA cu măsuri repetate; comparațiile între grupuri au fost făcute folosind t-teste. Nu au existat diferențe semnificative.

Șobolanii DSS de sex feminin prezintă creșteri induse de HFD ale TA sistolice după 4 săptămâni, similar cu șobolanii masculi.

În multe modele genetice și induse de dietă de hipertensiune arterială, șobolanii masculi prezintă creșteri mai mari ale TA decât șobolanii femele (33, 65). Pentru a determina dacă există o diferență de sex în creșterile induse de HFD ale TA la șobolanii DSS, TA sistolică a fost măsurată la momentul inițial și la sfârșitul studiului la șobolani pe un NFD și săptămânal la șobolani DSS masculi și femele pe un HFD. Un HFD de 4 săptămâni a dus la creșteri semnificative ale TA sistolică atât la șobolanii DSS masculi, cât și la femele, comparativ cu NFD (efectul dietei: P

FIG. 3.Tensiunea arterială sistolică (TA) măsurată prin manșeta cozii la bărbatn = 5) și femininn = 5-6) Șobolani sensibili la sare Dahl exprimați ca schimbare (Δ) între momentul inițial și după o dietă de 4 săptămâni cu grăsimi normale (NFD) sau o dietă bogată în grăsimi (HFD); A), exprimate ca valori absolute săptămânal în grupul alimentat cu HFD și la momentul inițial și după 4 săptămâni în grupul alimentat cu NFD (B) și exprimată ca creștere procentuală față de valoarea inițială (C) în ambele grupuri de tratament. O femelă de șobolan de pe NFD a murit înainte de măsurătorile finale ale TA. Toate datele sunt prezentate ca mijloace ± SE. Datele din coada manșetei în cadrul fiecărui grup au fost analizate folosind ANOVA cu măsuri repetate. Creșterile Δ și procentuale ale TA sistolice au fost comparate utilizând ANOVA cu două căi. +P

Atât șobolanii DSS bărbați, cât și femelele prezintă o creștere a procentului de celule T CD4 + și un fenotip de celule T proinflamatorii în aorta cu țesut adipos perivascular după un HFD.

Debutul hipertensiunii este însoțit de acumularea de celule T și mediatori inflamatori în vasculatură, în special în adventitia și grăsimea perivasculară (20, 29, 74). Pentru a determina dacă creșterile induse de HFD ale TA sunt însoțite de modificări ale profilului celulelor T în vasculatură, s-a efectuat analiza citometrică în flux pe aorta toracică cu grăsimea aderentă intactă. Deși un HFD de 4 săptămâni nu a avut niciun efect asupra procentului de celule T CD3 + totale (efectul dietei: P = 0,95; interacţiune: P = 0,50; FIG. 4A), HFD a crescut procentul de celule T CD4 + în aortă comparativ cu NFD, indiferent de sex (efectul dietei: P = 0,0098; interacţiune: P = 0,38; FIG. 4B). Mai mult, procentul de celule T totale și celule T CD4 + din aortă a fost comparabil între sexe (celule T totale, efect al sexului: P = 0,50; Celulele T CD4 +, efectul sexului: P = 0,94).

FIG. 4.Profilul celulelor T în aorta cu aderență grasă intactă a bărbatului în vârstă de 16 săptămâni (n = 4-6) și femininn = 6) Șobolani sensibili la sare Dahl tratați cu o dietă de control normală cu grăsimi (NFD) sau dietă bogată în grăsimi (HFD). Se afișează procente din totalul celulelor T (A), Celule T CD4 +B), Celule de reglare Foxp3 + T (Tregs; C), și receptorul orfan înrudit (ROR) γt + T helper (Th) 17 celuleD), Celule IL-17 +E) și celule IL-10 +F). Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE. Datele citometrice de flux au fost comparate utilizând ANOVA cu două căi.

Un rol pentru subgrupurile de celule T CD4 +, în special celulele Tregs și Th17 și citokinele lor respective, a fost demonstrat în patogeneza hipertensiunii (37, 42, 66, 73). HFD a scăzut procentul de Treg antiinflamator (efectul dietei: P = 0,036; interacţiune: P = 0,68; FIG. 4C) și a crescut procentul de celule Th17 (efectul dietei: P = 0,0019; interacţiune: P = 0,98; FIG. 4D), precum și celulele IL-17 + (efectul dietei: P = 0,0019; interacţiune: P = 0,99; FIG. 4F) indiferent de sex. HFD nu a avut niciun efect asupra procentului de celule IL-10 + indiferent de sex (efectul dietei: P = 0,93; interacţiune: P = 0,43; FIG. 4E). Deși șobolanii femele au avut un procent mai mare de Treg decât șobolanii masculi (efectul sexului: P = 0,0005; FIG. 4C), procentul de celule aortice care exprimă citokina antiinflamatorie IL-10 au fost similare între sexe (efectul sexului: P = 0,66; FIG. 4E). În schimb, șobolanii masculi au avut un procent mai mare de celule Th17 decât șobolanii femele (efectul sexului: P = 0,0026; FIG. 4B); în concordanță cu constatarea, un procent mai mare de celule aortice a exprimat citokina proinflamatorie IL-17 (efectul sexului: P = 0,0014; FIG. 4F).

Șobolanii DSS masculi prezintă creșteri mai mari induse de HFD în procentul de infiltrare de celule T proinflamatorii în rinichi decât șobolanii femele.

Rinichiul joacă un rol important în reglarea pe termen lung a TA, iar infiltrarea celulelor T în rinichi s-a dovedit a avea un impact asupra TA în modelele experimentale masculine (28). Pentru a determina impactul sexului și al dietei asupra infiltrării celulelor T renale, s-a folosit citometria de flux analitic pentru a măsura procentul de celule T totale la șobolani DSS masculi și femele hrăniți cu NFD sau HFD. Un HFD de 4 săptămâni a condus la un procent crescut de celule T CD3 + renale totale comparativ cu un NFD la ambele sexe, deși creșterea a fost mai mare la șobolanii masculi (efectul dietei: P = 0,0038; efectul sexului: P = 0,34; interacţiune: P = 0,041; FIG. 5A). HFD a crescut, de asemenea, semnificativ procentul de celule T CD4 + atât la șobolani masculi, cât și la femele, iar creșterea a fost comparabilă între sexe (efectul dietei: P = 0,0064; efectul sexului: P = 0,30; interacţiune: P = 0,49; FIG. 5B).

FIG. 5.Profilul celulelor T în rinichii unui bărbat de 16 săptămâni (n = 4-6) și femininn = 6) Șobolani sensibili la sare Dahl tratați cu o dietă de control normală cu grăsimi (NFD) sau dietă bogată în grăsimi (HFD). Se afișează procente din totalul celulelor T (A), Celule T CD4 +B), Celule de reglare Foxp3 + T (Tregs; C), și receptorul orfan înrudit (ROR) γt + T helper (Th) 17 celuleD), Celule IL-17 +E) și celule IL-10 +F). Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE. Datele citometrice de flux au fost comparate utilizând ANOVA cu două căi.

HFD a dus, de asemenea, la o scădere a procentului de Treg imunosupresoare (efectul dietei: P = 0,0005; interacţiune: P = 0,091; FIG. 5C) și o creștere a procentului de celule Th17 proinflamatorii indiferent de sex în comparație cu șobolanii menținuți pe un NFD (efectul dietei: P = 0,014; interacţiune: P = 0,25; FIG. 5D). Scăderea procentului de Treg nu a fost însoțită de modificări ale celulelor IL-10 + ca răspuns la HFD la ambele sexe (efectul dietei: P = 0,12; interacţiune: P = 0,11; FIG. 5E). Cu toate acestea, HFD a crescut procentul de celule IL-17 + comparativ cu NFD, indiferent de sex (efectul dietei: P = 0,0004; interacţiune: P = 0,26, Fig. 5F). Șobolanii femele DSS au avut un procent mai mare de Treg imunosupresoare decât șobolanii masculi DSS (efectul sexului: P = 0,0054; FIG. 5C) și au avut tendința de a avea mai multe celule IL-10 +, deși acest lucru nu a atins semnificația statistică (efectul sexului: P = 0,07; FIG. 5E). Deși procentul de celule pro-inflamatorii Th17 a fost comparabil între sexe (efectul sexului: P = 0,19; FIG. 5D), șobolanii DSS masculi au avut un procent mai mare de celule IL-17 + decât șobolanii DSS femele (efectul sexului: P = 0,021; FIG. 5F).

Principala descoperire romană a prezentului studiu este că un HFD de 4 săptămâni are ca rezultat o creștere similară a TA sistolică la șobolanii DSS masculi și feminini. Creșterile induse de HFD ale TA au fost asociate cu un procent crescut de celule T totale în rinichi, precum și cu un procent crescut de celule Th17 renale și aortice proinflamatorii; cu toate acestea, șobolanii masculi au avut un procent mai mare de celule Th17 renale în comparație cu șobolanii femele. HFD a scăzut, de asemenea, procentul de Treguri aortice, iar șobolanii femele au avut un procent mai mare de Treg decât șobolanii masculi, indiferent de dietă. Aceste date sugerează că un HFD de 4 săptămâni are un efect principal asupra activării celulelor imune care nu este specifică sexului. Pe baza constatării că creșterea TA este comparabilă între sexe, în ciuda diferențelor în profilurile celulelor T aortice și renale, mecanismele prin care un HFD are impact asupra TA pot fi distincte între șobolani masculi și femele. Studiile viitoare vor evalua contribuția relativă a celulelor Th17 proinflamatorii și Treg antiinflamatorii la hipertensiunea indusă de HFD la șobolani DSS masculi și femele.

Dietele bogate în grăsimi sunt utilizate în mod obișnuit pentru a imita simptomele sindromului metabolic, inclusiv adipozitatea crescută, hipertensiunea arterială, dislipidemia și toleranța la glucoză afectată la rozătoare (7, 8). Cu toate acestea, răspunsurile la acești parametri metabolici pot varia foarte mult în funcție de tulpina șobolanului și de sex, precum și de sursa de grăsimi dietetice (38). În prezentul studiu, am constatat că un HFD îmbogățit cu untură de 4 săptămâni a dus la o creștere procentuală mai mare a greutății corporale față de controlul NFD atât la șobolanii DSS masculi, cât și la femelele DSS, deși această creștere a avut tendința de a fi mai mare la șobolanii DSS masculi. Deși protocolul HFD a dus la o creștere a greutății corporale față de controlul NFD la șobolanii masculi, creșterea a fost relativ ușoară. Cu toate acestea, pe baza cunoștințelor că grăsimea viscerală, spre deosebire de grăsimea subcutanată, crește riscul bolilor cardiovasculare (34), o modificare a distribuției grăsimii corporale ar putea avea un impact semnificativ asupra rezultatelor cardiovasculare. Mai mult, este posibil ca reducerea cheltuielilor de energie să contribuie la creșterea greutății corporale la șobolanii DSS masculi, deoarece aportul caloric a rămas neschimbat cu HFD (15).

Răspunsul rapid al TA la un HFD, în special într-o perioadă de tratament relativ scurtă, pare a fi unic pentru șobolanii DSS și poate fi unic pentru șobolanii DSS de la Envigo menținuți pe HFD Bio-Serv. Cincisprezece săptămâni de hrană bogată în grăsimi (45% grăsimi din lipide și 17% din energie din zaharoză, D12451, Research Diets) au avut un efect negativ asupra TA sistolică la șobolanii masculi Sprague-Dawley și Wistar (achiziționați de la Harlan Laboratories, Santiga, Spania ) în comparație cu dieta standard de chow (43). Dacă tratamentul HFD (D12451, Research Diets) este extins la 32 săptămâni; cu toate acestea, șobolanii masculi Sprague-Dawley (cumpărați de la Harlan, Indianapolis, IN) au prezentat o creștere a presiunii arteriale medii cu 20 mmHg (11). În schimb, în ​​SHR, un HFD (45% kcal din grăsimi) a redus TA la șobolanii masculi (61). Deși într-un studiu separat, SHR-urile masculine au prezentat creșteri semnificative ale TA sistolică după 15 săptămâni de HFD (60% kcal din grăsimi, 211 ± 9 mmHg) comparativ cu dieta de control (175 ± 11 mmHg) (9), doar valorile finale au fost raportate; prin urmare, nu există nicio indicație când BP a început să crească la aceste animale.

Deși există date limitate despre infiltrarea celulelor T în vasculatura șobolanilor DSS, s-a demonstrat că șobolanii DSS masculi prezintă o expresie crescută a markerilor și mediatorilor inflamatori, precum și infiltrarea aortică a celulelor T CD8 + comparativ cu șobolanii normotensivi de control SSBN2 [73] . Mai mult, hipertensiunea indusă de angiotensina II duce la acumularea aortică de celule T în special în adventitia și grăsimea perivasculară a șoarecilor masculi C57BL/6 (20, 29, 74). În concordanță cu aceste date, în prezentul studiu, șobolanii DSS masculi au prezentat o creștere semnificativă a TA sistolică atunci când sunt așezați pe un HFD cu sare normală timp de 4 săptămâni și acest lucru a fost însoțit de procente crescute de celule T totale renale, celule T aortice CD4 +, și celulele Th17 din ambele țesuturi.

Spre deosebire de ceea ce s-a observat la celulele T proinflamatorii, HFD a scăzut procentele de Treg aortic și renal, deși șobolanii femele au avut un procent mai mare de Treg decât șobolanii masculi atât la rinichi, cât și la aorta, indiferent de dietă. Acest lucru este în contrast cu alte studii care au arătat o creștere compensatorie a Tregs la femelele animale ca răspuns la stimulii hipertensivi care nu au fost observați la animalele masculine (54, 67, 69, 76). Acest lucru ridică posibilitatea unei disfuncții în răspunsul Treg la HFD la șobolanii DSS de sex feminin care pot contribui la susceptibilitatea la creșteri ale TA ale BP induse de HFD. S-a demonstrat că transferul adoptiv al Tregs afectează hipertensiunea indusă de aldosteron (30), precum și hipertensiunea indusă de angiotensină II la șoarecii C57BL/6 (3, 37), evidențiind un rol antihipertensiv important al acestui subset de celule T (3). Prin urmare, sunt necesare studii viitoare pentru a determina dacă 1) Tregs atenuează creșterile induse de HFD ale TA atât la șobolanii DSS masculi, cât și la femele și la șobolani DSS 2) există o diferență de sex în capacitatea antihipertensivă a Tregs ca răspuns la un HFD.

Această lucrare a fost finanțată de Granturile Institutului Național de Inimă, Plămân și Sânge R0-HL-127091 și P01-HL-134604 (către J. Sullivan) și American Heart Association Grant 17EIA33410565 (către J. Sullivan).