Střevní mikrobiom myší se stává stresovaným během 24 hodin, když jsou krmeny stravou s vysokým obsahem tuků

Střevní mikrobiom myší se stává stresovaným během 24 hodin, když jsou krmeny stravou s vysokým obsahem tuků

Ve studii nedávno zveřejněné v časopise Zprávy buňky Vědci z Cincinnati v USA zkoumali účinky změny stravy na dietu s vysokým obsahem tuků (HFD) na střeva.

Významná změna stravy v průběhu času může ovlivnit metabolismus a fyziologii. Ve Spojených státech může být nerovnováha kalorií faktorem přispívajícím k obezitě. Od roku 1999 do roku 2018 se počet lidí trpících obezitou zvýšil z 30,5 % na 42,4 %, zatímco metabolická onemocnění, jako jsou poruchy lipidů a diabetes, vzrostly z 25,3 % na 34,2 %. Je známo, že dlouhodobé změny stravy způsobují obezitu a metabolická onemocnění, ale není jasné, jak rychle mohou změny stravy vést ke změnám v těle.

Učit se: Změna stravy na dietu s vysokým obsahem tuků iniciuje rychlou střevní adaptaci. Fotografický kredit: Alexei Logvinovich / Shutterstock

O studiu

V této studii vědci hodnotili reakci střevních epiteliálních buněk na HFD pomocí fyziologických měření a transkriptomiky jednotlivých buněk.

Tým použil nepřímou kalorimetrii ke studiu dospělých myší divokého typu krmených běžnou potravou nebo převedených na HFD po dobu sedmi dnů a posouzení účinků. Nejprve bylo odhadnuto množství spotřebovaného kyslíku (VO2) spolu s výdechem oxidu uhličitého (VCO2) pro výpočet respiračního výměnného poměru (RER), který indikoval primární zdroj paliva, který tělo metabolizuje. Tým také změřil celkovou energii potřebnou pro homeostázu, nazývanou energetický výdej (EE).

Tým také zkoumal, zda adaptivní reakce v proximálním střevě na akutní HFD způsobila tyto metabolické změny v celém těle. Střevní proliferace spolu s hloubkou krypt a výškou klků byla vyšetřena po jednom, třech nebo sedmi dnech na HFD. Jednobuněčné sekvenování ribonukleové kyseliny (scRNA-seq) bylo také provedeno na duodenálních a jejunálních epiteliálních buňkách dospělých myší ve všech časových bodech. Po kontrole a filtraci kvality buněk tým zkombinoval soubory dat z buněk získaných od myší, které konzumovaly běžnou potravu, a od myší krmených HFD po dobu jednoho, tří nebo sedmi dnů. Normální živné buňky byly použity jako referenční soubor dat.

Tým dále analyzoval, jak každý buněčný shluk reagoval na HFD pomocí analýzy diferenciální genové exprese. Transkripční podpis spojený s metabolismem glutamátu/glutaminu byl také hodnocen pomocí genů z databáze Molecular Signatures Database (MSigDB).

Výsledky

Během prvního dne krmení HFD se hodnoty RER snížily z přibližně 0,9 na 0,8 a tyto rozdíly byly udržovány v průběhu času. První den se EE zvýšil z přibližně 0,2 až 0,5 kcal/min na téměř 0,4 až 0,6 kcal/min. V průběhu sedmi dnů nebyly zjištěny žádné významné rozdíly v množství spotřebované vody nebo pohybech chůze. Myši krmené HFD přibraly od prvního dne a zároveň vykazovaly vyšší příjem energie. Po konzumaci HFD po dobu jednoho dne tyto výsledky ukázaly, že metabolismus myší se změnil v celém jejich těle a změny se mohly objevit také v jejich střevech.

E-Book Protilátky

Kompilace top rozhovorů, článků a novinek za poslední rok. Stáhněte si bezplatnou kopii

Po 1 dni konzumace HFD došlo ke zvýšení příjmu EdU (5-ethynyl-2′-deoxyuridin). Hloubka střevních krypt ani výška klků se však nezměnily. Tým také hodnotil jakékoli změny v odumírání střevních buněk pomocí barvení štěpenou kaspázou-3 spolu s barvením terminální deoxynukleotidyltransferázou-deoxyuridintrifosfátovým značením (TUNEL) a nezjistil žádné rozdíly v žádném z hodnocených časových bodů. Tyto výsledky ukázaly, že HFD vyvolalo proliferativní odpověď během jednoho dne, ale to nezměnilo velikost střevního povrchu v průběhu týdne. Kromě toho byly identifikovány všechny očekávané typy buněk, jako jsou EEC, enterocyty, enterocytové progenitorové buňky (EP), pohárkové buňky, Panethovy buňky, sekreční progenitorové buňky (SP), chomáče a buňky kmenové/časné tranzitní amplifikační zóny (TA).

Analýza transkripčních změn indukovaných HFD byla provedena pomocí biologických procesních genových ontologických termínů (GO-Terms), které ukázaly, že geny pro metabolické dráhy mastných kyselin v několika typech buněk měly vyšší hladiny exprese již po 1 dni HFD. To naznačuje, že střevní epitel se posunul od běžně používaného metabolismu glutaminu/glutamátu. Okamžitá downregulace byla také pozorována po 1 dni HFD. Analýza obohacení genové sady (GSEA) ukázala, že většina epiteliálních buněk měla upregulované geny, které usnadňovaly metabolismus mastných kyselin, jak dokazují normalizované hodnoty obohacení (NES). Konkrétně se NES související s metabolismem mastných kyselin zvýšily po jednom a třech dnech HFD. To naznačuje, že metabolismus těla rychle reagoval na nárůst luminálního tuku. Po sedmi dnech se NES metabolismu mastných kyselin snížily, což naznačuje, že enterocyty se přizpůsobily změně na HFD.

Po 1 dni na HFD došlo k upregulaci genů souvisejících se stresem u všech populací epiteliálních buněk. Na základě dat scRNA-seq měla kmenová/časná TA spolu s Panethovými buňkami tendenci vykazovat dramatické změny v genové expresi v reakci na buněčný stres. Bylo zjištěno, že kmenová/časná TA podskupina upreguluje geny proteinu tepelného šoku a GSEA upreguluje geny nesložené proteinové odpovědi (UPR). To prokázalo, že kmenové/časné TA buňky reagují na HFD okamžitou stresovou reakcí.

Tato studie prokázala mnohostranný přístup k hodnocení toho, jak zvířata reagují na změny ve stravě, a to hodnocením metabolismu celého těla, funkce tkání, morfologie a transkriptomiky jednotlivých buněk. Funkční a transkripční analýzy ukázaly, že všechny typy střevních epiteliálních buněk byly změněny během 24 hodin. Navíc během týdne byl střevní epitel upraven tak, aby se maximalizovala absorpce tuku. Plasticita střevní stěny se mohla vyvinout v době nedostatku živin, ale nyní může být spojena s obezitou, metabolickým onemocněním a zánětem v době nadbytku živin.

Odkaz:

• 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

.