Afiliere Fiziologie umană și animală, Universitatea Wageningen, Wageningen, Olanda

compoziția

Afiliere Fiziologie umană și animală, Universitatea Wageningen, Wageningen, Olanda

Afiliere Fiziologie umană și animală, Universitatea Wageningen, Wageningen, Olanda

Departamentul de afiliere pentru biologia țesutului adipos, Institutul de fiziologie al Academiei de Științe din Republica Cehă v.v.i., Praga, Republica Cehă

Afiliere Fiziologie umană și animală, Universitatea Wageningen, Wageningen, Olanda

Afiliere Fiziologie umană și animală, Universitatea Wageningen, Wageningen, Olanda

Departamentul de afiliere pentru biologia țesutului adipos, Institutul de fiziologie al Academiei de Științe din Republica Cehă v.v.i., Praga, Republica Cehă

Afiliere Fiziologie umană și animală, Universitatea Wageningen, Wageningen, Olanda

  • Loes P. M. Duivenvoorde,
  • Evert M. van Schothorst,
  • Hans M. Swarts,
  • Ondrej Kuda,
  • Esther Steenbergh,
  • Sander Termeulen,
  • Jan Kopecky,
  • Jaap Keijer

Cifre

Abstract

Citare: Duivenvoorde LPM, van Schothorst EM, Swarts HM, Kuda O, Steenbergh E, Termeulen S, și colab. (2015) O diferență în compoziția acizilor grași a dietelor bogate în grăsimi isocalorice modifică flexibilitatea metabolică la șoarecii masculi C57BL/6JOlaHsd. PLoS ONE 10 (6): e0128515. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0128515

Editor: Marià Alemany, Facultatea de Biologie, SPANIA

Primit: 10 noiembrie 2014; Admis: 29 aprilie 2015; Publicat: 22 iunie 2015

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Această activitate a fost susținută de al șaptelea program-cadru al Uniunii Europene FP7 2007-2013 în temeiul acordului de subvenționare nr. 244995 (Proiect BIOCLAIMS). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Prima dietă (dieta HFpu) este o dietă HF standardizată care a fost utilizată în mai multe studii anterioare [9, 26-28] și conține în principal PUFA în fracțiunea grasă. A doua dietă (dieta HF) este identică cu dieta HFpu, cu excepția fracțiunii de grăsime care conține în principal acizi grași saturați din uleiul de palmier. Uleiul de palmier este constituentul dominant al grăsimilor în majoritatea dietelor experimentale cu HF la rozătoare și este din ce în ce mai răspândit în produsele alimentare umane. Deși dieta HFpu conține mult mai multe PUFA, raportul dintre n-6 FA și n-3 FA a fost păstrat similar între ambele diete.

Flexibilitatea metabolică a fost măsurată cu un test de provocare invaziv și două neinvazive. Testul oral de toleranță la glucoză (OGTT) este un test de provocare invaziv care monitorizează eliminarea homeostatică a glicemiei ca răspuns la o provocare a glucozei. Cele două provocări neinvazive au fost monitorizate cu calorimetrie indirectă în loc de prelevare de probe de sânge. Testele de provocare bazate pe calorimetrie indirectă sunt potrivite pentru a evalua flexibilitatea metabolică, deoarece calorimetria indirectă afișează direct amploarea și timpul de schimbare a substratului. Pentru acest studiu, am folosit calorimetrie indirectă pentru a monitoriza răspunsul la o provocare nutrițională, la o provocare de post și re-hrănire și la o provocare de mediu, o reducere ușoară a disponibilității oxigenului (OxR: [O2] = 12% vs. 21% în normoxie). Utilizarea alimentelor ca provocare va viza o gamă mai largă de procese decât în ​​timpul OGTT și, prin urmare, oferă o reflectare mai largă a sensibilității metabolice. OxR forțează utilizarea căilor metabolice care facilitează adaptarea la scăderea disponibilității oxigenului și, astfel, vizează în mod direct flexibilitatea. Greutatea corporală, adipozitatea, sănătatea ficatului și a țesutului adipos, precum și nivelul hormonului circulant și al adipokinei au fost, de asemenea, monitorizate în timpul experimentului pentru a evalua starea de sănătate metabolică.

Materiale și metode

Animale și manipulări experimentale

Conținutul de macronutrienți al dietei HF a fost asociat cu conținutul de macronutrienți al dietei HFpu, care este o dietă standardizată bogată în grăsimi pe care am folosit-o și în studiile anterioare [26]. Dietele diferă doar prin cantitatea și tipul de ulei alimentar care a fost adăugat pentru a obține două diete izocalorice cu 40% energie din grăsimi. Profilul cu acizi grași din uleiurile alimentare utilizate a fost derivat din baza de date națională a nutrienților USDA pentru referințe standard [32].

WAT și histologie hepatică și densitate mitocondrială

Densitatea mitocondrială în eWAT a fost determinată ca un indicator al sănătății WAT. Raportul dintre ADN mitocondrial și ADN nuclear a fost măsurat cu transcripție inversă cantitativă în timp real PCR (RT-qPCR), așa cum a fost publicat [36] și cu modificările descrise [10]. Pe scurt, ADN-ul total a fost extras din eWAT omogenizat prin digestie cu Proteinaza K (Sigma-Aldrich, St Louis, SUA) într-un tampon de liză (50 mM Tris-HCL, pH 7,5, 0,5% (g/v) SDS și 12,5 mM EDTA, pH 8,0) și ARNaza A (Sigma-Aldrich). Probele au fost apoi centrifugate, după care faza apoasă a fost amestecată și extrasă cu fenol-cloroform-izoamilalcool și de două ori cu cloroform. ADN-ul a fost precipitat cu 96% (v/v) etanol și acetat de sodiu (3M, pH 5,2), s-a spălat cu etanol rece 70% (v/v), s-a uscat la aer și a fost resuspendat în 10 μl de apă RNAse fără ADN. Calitatea și cantitatea de ADN din fiecare probă au fost analizate cu Nanodrop (IsoGen Life Science, Maarssen, Olanda) și fiecare probă a fost diluată la aceeași concentrație de ADN de 100 ng μL -1 .

Analize serice și tisulare

Nivelurile serice de insulină, leptină și adiponectină au fost determinate cu testul de diabet Bio-Plex Pro Mouse (Bio-Rad, Veenendaal, Olanda) conform instrucțiunilor producătorului cu sistemul Bio-Plex 200 (Bio-Rad) și utilizate ca indicatori ai sănătății țesutului adipos. Nivelurile serice de aspartat transaminază și alanină transaminază au fost determinate cu kitul de testare enzimatică AST și ALT (Bioo Scientific Corporation, Austin, SUA) conform instrucțiunilor producătorului. Nivelurile de triacilglicerol în ficat și în mușchiul acromion trapez au fost determinate cu Trigliceridele Liquicolor Kit (Human, Wiesbaden, Germania) conform instrucțiunilor producătorului și așa cum a fost publicat [37]. Aproximativ 20 mg de ficat sau țesut muscular au fost măcinate la o pulbere în azot lichid. Țesutul măcinat a fost dizolvat în tampon de omogenizare (10 mM TRIS-HCI, 2 mM EDTA, 250 mM zaharoză, pH 7,5) la o concentrație de 40 mg țesut/ml tampon. Omogenizații de țesuturi au fost omogenizați cu un amestecător automat de peleți (VWR, Boxmeer, Olanda) timp de cel puțin un minut și trăgând omogenatul printr-un ac de calibru 25 de cel puțin trei ori până când tot țesutul a fost complet dizolvat.

Fracțiunea de grăsime a ficatului (n = 7-8) și dietele (în triplicat) au fost extrase utilizând protocolul Bligh-Dyer [38]. Concentrația și compoziția parțială a fosfolipidelor și triacilglicerolilor în țesutul hepatic și în diete au fost determinate cu lipidomice cu pușcă, după cum sa publicat [39]. Înainte de analiză, dietele au fost stocate timp de o săptămână la 22 ° C pentru a măsura oxidarea potențială a acizilor grași din dietă, care nu a fost observată (datele nu sunt prezentate).

Test de toleranță orală la glucoză (OGTT)

În ziua OGTT, alimentele au fost îndepărtate la 1,5 ore după începerea fazei luminoase. Șoarecii au rămas fără alimente pentru următoarele 5 ore, după care glucoza din sânge a fost măsurată printr-o tăietură a cozii cu sistemul Freestyle de glucoză din sânge (Abbott Diabetes Care) și 2 g glucoză/kg greutate corporală a fost administrată prin gavaj oral. La cincisprezece, 30, 60, 90 și 120 de minute după administrarea de glucoză, concentrația de glucoză a fost determinată utilizând sistemul Freestyle de glucoză din sânge. Toleranța la glucoză a fost analizată cu date individuale ale cursului în timp ale nivelurilor de glucoză din sânge și aria incrementală individuală sub curbă (iAUC).

Calorimetre indirecte

Consumul de oxigen și producția de dioxid de carbon au fost măsurate cu un sistem deschis de calorimetrie indirectă (TSE Systems, Bad Homburg, Germania) care este echipat pentru măsurători simultane a 12 șoareci individuali, după cum a fost publicat [40]. Șoarecii s-ar putea adapta la sistemul de calorimetrie indirectă timp de 24 de ore, după care a început măsurarea efectivă și consumul de O2 și producția de CO2 au fost înregistrate la fiecare treisprezece minute. Cheltuielile cu energia (EE), raportul de schimb respirator (RER) și activitatea fizică au fost determinate așa cum s-a descris anterior [10].

Pentru a măsura răspunsul la post și re-hrănire, șoarecii au primit 1,5 grame de hrană proprie la începutul fazei întunecate (18.00h) în sistemul de calorimetrie indirectă. Toate furajele au fost consumate în primele 6 ore ale fazei întunecate, după care RER a început să scadă. Între orele 6.00 și 14.00 din următoarea fază ușoară, șoarecii au fost în stare de repaus alimentar (RER Fig 1. Greutatea corporală și adipozitatea totală în timpul a 27 de săptămâni de hrănire cu IC.

Greutatea corporală (linii solide) și adipozitatea totală (linii punctate) au fost determinate săptămânal în timpul celor 27 de săptămâni de hrănire cu HFpu și HF. Adipozitatea totală este exprimată ca procentul de grăsime corporală totală față de greutatea corporală.

Adipocitele din eWAT au fost semnificativ mai mari la șoarecii HF comparativ cu șoarecii HFpu (Fig. 2A și 2B), în timp ce nu s-a observat nicio diferență în numărul structurilor asemănătoare coroanei în eWAT (Fig. 2C). Șoarecii HF au avut niveluri semnificativ mai ridicate de triacilglicerol în ficat și mușchi (Tabelul 2), ceea ce indică o creștere a stocării lipidelor ectopice. În mod consecvent, nivelurile serice de aspartat transaminază și alanină transaminază, markeri pentru afectarea ficatului, au fost ambele crescute semnificativ la șoarecii HF comparativ cu șoarecii HFpu (Tabelul 2). Pentru a obține o impresie a gradului de steatoză hepatică în săptămâna 27, comparativ cu situația de la începutul intervenției, lipidele hepatice au fost colorate cu ulei-roșu-O după 5 zile sau 27 de săptămâni de hrănire bogată în grăsimi într-un număr limitat de șoareci pe grup (S1 Fig). Atât numărul, cât și dimensiunea picăturilor de lipide hepatice au crescut foarte mult în timp.

Imagini reprezentative (A) ale colorărilor hematoxilinei care au fost utilizate pentru a determina suprafața medie a adipocitelor (B) în eWAT la șoareci HFpu și HFs. Bara din fiecare imagine reprezintă o distanță de 100 μm. Numărul de CLS (C) a fost determinat cu o colorare macrofagă MAC-2 în eWAT. * P Tabelul 3. Măsurători indirecte de calorimetrie ale șoarecilor HFpu și HF în săptămâna 5 și săptămâna 20.

Hrana diurnă și aportul de apă în sistemul de calorimetrie indirectă nu au fost semnificativ diferite între ambele grupuri dietetice (Tabelul 3). În plus, aportul de furaje în sistemul de calorimetrie indirectă nu a fost semnificativ diferit de aportul de furaje din cușca de acasă. Aportul de hrană (g) în cușca de acasă a fost de 2,98 ± 0,05 pentru HFpu și 2,88 ± 0,05 pentru HF în săptămâna 5 și 3,39 ± 0,08 pentru HFpu și 3,28 ± 0,05 pentru HF în săptămâna 20.

Șoarecii HFpu au avut niveluri de activitate fizică semnificativ mai mari comparativ cu șoarecii HF. Cu toate acestea, creșterea activității fizice nu a dus la o creștere semnificativă a EE. Șoarecii HFpu și HF nu au diferit în ceea ce privește nivelurile medii RER diurne. Activitatea fizică a fost semnificativ mai mare în săptămâna 5 comparativ cu săptămâna 20 pentru ambele grupuri de șoareci, în timp ce cheltuielile de energie au fost mai mari în săptămâna 20 comparativ cu săptămâna 5.

În cele din urmă, am analizat tiparul diurn cu procentul de activitate fizică și procentul de aport de hrană în faza întunecată. Șoarecii HFpu și HF au fost mai activi și au consumat mai mult furaj în timpul fazei întunecate în ambele măsurători (p Fig 3. Test de toleranță orală la glucoză după 22 de săptămâni de hrănire HF.

Șoarecii HFpu și HF au fost posti timp de 5 ore la începutul fazei ușoare, după care șoarecii au primit glucoză prin gavaj oral. Nivelurile de glucoză din sânge au fost măsurate înainte de administrarea glucozei și în cele 2 ore ulterioare (A) și au fost exprimate ca iAUC (B).

Flexibilitatea metabolică a fost, de asemenea, evaluată cu un test de repaus alimentar și alimentare. Șoarecii HFpu și HF au avut valori RER scăzute la post, ceea ce indică o oxidare preferențială a grăsimii corporale. În timpul re-hrănirii, RER a crescut, ceea ce indică o combinație atât de oxidare a grăsimilor, cât și a carbohidraților la nivelul întregului corp (Fig. 4A). Șoarecii HFpu și HF nu au diferit în ceea ce privește RER-ul mediu în timpul postului (de la 23.00 la 6.00h) sau atunci când au fost într-o stare de post (de la 6.00h la 14.00h). Cu toate acestea, în timpul hrănirii (de la 14.00 la 22.00), șoarecii HFpu au prezentat o creștere semnificativ mai mare a RER comparativ cu șoarecii HF. Mai mult, RER mediu pe perioada completă de re-hrănire (Fig. 4B) și valoarea RER maximă în timpul re-hrănirii (Fig. 4C) a șoarecilor HFpu s-au potrivit cu coeficientul alimentar din dieta HFpu, ceea ce indică faptul că șoarecii HFpu își modifică în mod eficient metabolismul pentru a utiliza nutrienții disponibili în dietă. În schimb, șoarecii HF nu au crescut nivelurile RER peste 0,815, ceea ce este semnificativ mai mic decât nivelurile obținute la șoarecii HFpu și este remarcabil mai mic decât coeficientul alimentar al dietei HF. În timpul re-hrănirii, șoarecii au avut acces ad-libitum la hrană, timp în care șoarecii HFpu și HF au consumat o cantitate similară de hrană (Fig. 4C).

Șoarecii HFpu și HF au fost la post și au recâștigat accesul ad-libitum la hrana lor la ora 14.00, în timp ce RER a fost monitorizat continuu (A, barele gri de sub figură indică faza întunecată). Valorile RER ale șoarecilor individuali au fost calculate în medie atunci când șoarecii țineau post (de la 23.00 la 6.00 h), când șoarecii erau în stare de post (de la 6.00 la 14.00) și în timpul hrănirii (de la 14.00 la 22.00) (B). Tabelul (C) rezumă valoarea RER maximă în timpul re-hrănirii pe baza a trei măsuri consecutive, a cantităților de alimente din diete și a aportului de hrană în timpul celor 8 ore de re-hrănire. ** P Fig 5. RER în timpul provocării OxR după 25 de săptămâni de hrănire cu IC.