Чревният микробиом на мишки се стресира в рамките на 24 часа, когато се хранят с диета с високо съдържание на мазнини

Чревният микробиом на мишки се стресира в рамките на 24 часа, когато се хранят с диета с високо съдържание на мазнини

В проучване, публикувано наскоро в сп Клетъчни отчети Изследователи в Синсинати, САЩ, изследваха ефектите от промяната на диетата към диета с високо съдържание на мазнини (HFD) върху червата.

Значителна промяна в диетата с течение на времето може да повлияе на метаболизма и физиологията. В Съединените щати калорийният дисбаланс може да бъде фактор, допринасящ за затлъстяването. От 1999 г. до 2018 г. броят на хората, страдащи от затлъстяване, се е увеличил от 30,5% на 42,4%, докато метаболитните заболявания като липидни нарушения и диабет са се увеличили от 25,3% на 34,2%. Известно е, че дългосрочните диетични промени причиняват затлъстяване и метаболитни заболявания, но не е ясно колко бързо диетичните промени могат да доведат до промени в тялото.

Научете: Промяната на вашата диета към диета с високо съдържание на мазнини инициира бърза чревна адаптация. Снимка: Алексей Логвинович / Shutterstock

Относно ученето

В настоящото проучване изследователите оценяват реакцията на чревните епителни клетки към HFD, използвайки физиологични измервания и едноклетъчна транскриптомия.

Екипът използва индиректна калориметрия, за да изследва възрастни мишки от див тип, хранени с обикновена храна или преминали към HFD в продължение на седем дни и да оцени ефектите. Първо, количеството консумиран кислород (VO2) беше оценено заедно с издишания въглероден диоксид (VCO2), за да се изчисли коефициентът на респираторен обмен (RER), което показва основния източник на гориво, който тялото метаболизира. Екипът също така измерва общата енергия, необходима за хомеостаза, наречена енергиен разход (EE).

Екипът също така изследва дали адаптивен отговор в проксималното черво към остра HFD е причинил тези метаболитни промени в цялото тяло. Чревната пролиферация, заедно с дълбочината на криптата и височината на вилуса, беше изследвана след един, три или седем дни на HFD. Секвенирането на едноклетъчна рибонуклеинова киселина (scRNA-seq) също се извършва върху дуоденални и йеюнуални епителни клетки на възрастни мишки във всички времеви точки. След проверка и филтриране на качеството на клетките, екипът комбинира наборите от данни от клетки, получени от мишки, които са консумирали редовно храна и от мишки, хранени с HFD за един, три или седем дни. Нормалните клетки за хранене бяха използвани като референтен набор от данни.

Екипът допълнително анализира как всеки клетъчен клъстер реагира на HFD, използвайки диференциален анализ на генната експресия. Транскрипционният подпис, свързан с метаболизма на глутамат / глутамин, също беше оценен с помощта на гени от базата данни за молекулярни подписи (MSigDB).

Резултати

В рамките на първия ден от храненето с HFD стойностите на RER намаляват от приблизително 0,9 до 0,8 и тези разлики се поддържат с течение на времето. През първия ден EE се повишава от около 0,2 до 0,5 kcal/min до почти 0,4 до 0,6 kcal/min. Няма значителни разлики в количеството консумирана вода или движенията при ходене в продължение на седем дни. Мишките, хранени с HFD, наддават на тегло от първия ден, като същевременно показват по-висок енергиен прием. След консумация на HFD за един ден, тези резултати показват, че метаболизмът на мишките се е променил в цялото им тяло и промени може да са настъпили и в червата им.

Електронна книга Антитела

Компилация от най-добрите интервюта, статии и новини от последната година. Изтеглете безплатно копие

Имаше увеличение на приема на EdU (5-етинил-2'-деоксиуридин) след 1 ден консумация на HFD. Въпреки това, дълбочината на чревните крипти или височината на вилите не се променят. Екипът също така оцени всички промени в чревната клетъчна смърт, използвайки оцветяване с разцепена каспаза-3 заедно с терминално дезоксинуклеотидил трансфераза-дезоксиуридин трифосфатно маркиране (TUNEL) и не откри разлики в нито една от оценените времеви точки. Тези резултати показват, че HFD предизвиква пролиферативен отговор в рамките на един ден, но това не променя размера на чревната повърхност в продължение на една седмица. В допълнение, всички очаквани клетъчни типове като EEC, ентероцити, ентероцитни прогениторни клетки (EPs), гоблетни клетки, Paneth клетки, секреторни прогениторни клетки (SPs), туфи и стволови/ранно транзитни клетки на амплификационната зона (TA) бяха идентифицирани.

Анализът на транскрипционните промени, предизвикани от HFD, беше извършен с помощта на термини за генна онтология на биологичния процес (GO-Terms), които показаха, че гените за метаболитни пътища на мастни киселини в няколко типа клетки имат по-високи нива на експресия само след 1 ден от HFD. Това предполага, че чревният епител се е отклонил от обичайно използвания метаболизъм на глутамин/глутамат. Незабавно регулиране надолу се наблюдава също след 1 ден HFD. Анализът на обогатяване на набор от гени (GSEA) показа, че повечето епителни клетки имат регулирани гени, които улесняват метаболизма на мастни киселини, както се вижда от нормализираните стойности на обогатяване (NESs). По-конкретно, NES, свързани с метаболизма на мастни киселини, се увеличават след един и три дни на HFD. Това предполага, че метаболизмът на тялото реагира бързо на увеличаването на луминалната мазнина. След седем дни NESs на метаболизма на мастни киселини са намалели, което показва, че ентероцитите са се адаптирали към промяната към HFD.

След 1 ден на HFD, имаше повишена регулация на свързаните със стреса гени за всички популации от епителни клетки. Въз основа на данните от scRNA-seq, стволови/ранни TA заедно с клетките на Paneth са склонни да показват драматични промени в генната експресия в отговор на клетъчния стрес. Установено е, че подгрупата на стеблото/ранната ТА регулира нагоре гените на протеините на топлинния шок, а GSEA повишава нагоре гените на разгънатия протеинов отговор (UPR). Това демонстрира, че стволовите/ранните ТА клетки реагират на HFD с незабавна реакция на стрес.

Това проучване демонстрира многостранен подход за оценка на това как животните реагират на диетичните промени чрез оценка на метаболизма на цялото тяло, тъканната функция, морфологията и едноклетъчната транскриптомия. Функционалните и транскрипционните анализи показват, че всички видове чревни епителни клетки са променени в рамките на 24 часа. Освен това, в рамките на една седмица, чревният епител е модифициран, за да увеличи максимално усвояването на мазнините. Пластичността на чревната стена може да се е развила по време на недостиг на хранителни вещества, но сега може да е свързана със затлъстяване, метаболитно заболяване и възпаление по време на излишък на хранителни вещества.

Справка:

• Jacob R. Enriquez, Heather A. McCauley, Kevin X. Zhang, J. Guillermo Sanchez, Gregory T. Kalin, Richard A. Lang, James M. Wells, A diätetische Umstellung auf eine fettreiche Ernährung initiiert eine schnelle Anpassung der intestinal, Cell Reports, Band 41, Heft 7, 2022, 111641, ISSN 2211-1247, DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111641, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124722015121

.