Το μικροβίωμα του εντέρου των ποντικών γίνεται στρεσαρισμένο μέσα σε 24 ώρες όταν τρέφονται με δίαιτα πλούσια σε λιπαρά

Το μικροβίωμα του εντέρου των ποντικών γίνεται στρεσαρισμένο μέσα σε 24 ώρες όταν τρέφονται με δίαιτα πλούσια σε λιπαρά

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Αναφορές κελιών Ερευνητές στο Σινσινάτι των ΗΠΑ εξέτασαν τα αποτελέσματα μιας διατροφικής αλλαγής σε δίαιτα υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά (HFD) στο έντερο.

Μια σημαντική αλλαγή στη διατροφή με την πάροδο του χρόνου μπορεί να επηρεάσει το μεταβολισμό και τη φυσιολογία. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η ανισορροπία των θερμίδων μπορεί να είναι ένας παράγοντας που συμβάλλει στην παχυσαρκία. Από το 1999 έως το 2018, ο αριθμός των ατόμων που πάσχουν από παχυσαρκία αυξήθηκε από 30,5% σε 42,4%, ενώ οι μεταβολικές ασθένειες όπως οι διαταραχές των λιπιδίων και ο διαβήτης αυξήθηκαν από 25,3% σε 34,2%. Είναι γνωστό ότι οι μακροχρόνιες διατροφικές αλλαγές προκαλούν παχυσαρκία και μεταβολικές ασθένειες, αλλά δεν είναι σαφές πόσο γρήγορα οι διατροφικές αλλαγές μπορούν να οδηγήσουν σε αλλαγές στο σώμα.

Μαθαίνω: Η αλλαγή της διατροφής σας σε δίαιτα πλούσια σε λιπαρά ξεκινά την ταχεία προσαρμογή του εντέρου. Φωτογραφία: Alexei Logvinovich / Shutterstock

Σχετικά με τη μελέτη

Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές αξιολόγησαν την ανταπόκριση των επιθηλιακών κυττάρων του εντέρου σε ένα HFD χρησιμοποιώντας φυσιολογικές μετρήσεις και μεταγραφική μονοκυττάρων.

Η ομάδα χρησιμοποίησε έμμεση θερμιδομετρία για να μελετήσει ενήλικα ποντίκια άγριου τύπου που τρέφονταν με κανονική τροφή ή άλλαξαν σε HFD για επτά ημέρες και να αξιολογήσουν τα αποτελέσματα. Πρώτον, η ποσότητα του οξυγόνου που καταναλώθηκε (VO2) υπολογίστηκε μαζί με την εκπνοή διοξειδίου του άνθρακα (VCO2) για τον υπολογισμό της αναλογίας αναπνευστικής ανταλλαγής (RER), η οποία έδειξε την κύρια πηγή καυσίμου που μεταβολίζει το σώμα. Η ομάδα μέτρησε επίσης τη συνολική ενέργεια που απαιτείται για την ομοιόσταση, που ονομάζεται ενεργειακή δαπάνη (EE).

Η ομάδα εξέτασε επίσης εάν μια προσαρμοστική απόκριση στο εγγύς έντερο στην οξεία HFD προκάλεσε αυτές τις μεταβολικές αλλαγές σε όλο το σώμα. Ο εντερικός πολλαπλασιασμός, μαζί με το βάθος της κρύπτης και το ύψος της λάχνης, εξετάστηκε μετά από μία, τρεις ή επτά ημέρες σε HFD. Ο προσδιορισμός αλληλουχίας ριβονουκλεϊκού οξέος ενός κυττάρου (scRNA-seq) πραγματοποιήθηκε επίσης σε επιθηλιακά κύτταρα δωδεκαδακτύλου και νήστιδας ενηλίκων ποντικών σε όλα τα χρονικά σημεία. Μετά τον έλεγχο και το φιλτράρισμα της ποιότητας των κυττάρων, η ομάδα συνδύασε τα σύνολα δεδομένων από κύτταρα που ελήφθησαν από ποντίκια που κατανάλωναν κανονική τροφή και από ποντίκια που τρέφονταν με HFD για μία, τρεις ή επτά ημέρες. Τα κανονικά κύτταρα σίτισης χρησιμοποιήθηκαν ως σύνολο δεδομένων αναφοράς.

Η ομάδα ανέλυσε περαιτέρω πώς κάθε συστάδα κυττάρων ανταποκρίθηκε στην HFD χρησιμοποιώντας ανάλυση διαφορικής γονιδιακής έκφρασης. Η μεταγραφική υπογραφή που σχετίζεται με το μεταβολισμό γλουταμικού/γλουταμίνης αξιολογήθηκε επίσης χρησιμοποιώντας γονίδια από τη βάση δεδομένων μοριακών υπογραφών (MSigDB).

Αποτελέσματα

Εντός της πρώτης ημέρας της σίτισης HFD, οι τιμές RER μειώθηκαν από περίπου 0,9 σε 0,8 και αυτές οι διαφορές διατηρήθηκαν με την πάροδο του χρόνου. Την πρώτη ημέρα, η EE αυξήθηκε από περίπου 0,2 σε 0,5 kcal/min σε σχεδόν 0,4 έως 0,6 kcal/min. Δεν υπήρξαν σημαντικές διαφορές στην ποσότητα του νερού που καταναλώθηκε ή στις κινήσεις περπατήματος κατά τη διάρκεια των επτά ημερών. Τα ποντίκια που τρέφονταν με HFD κέρδισαν βάρος από την πρώτη μέρα, ενώ έδειξαν επίσης μεγαλύτερη πρόσληψη ενέργειας. Μετά την κατανάλωση ενός HFD για μία ημέρα, αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο μεταβολισμός των ποντικών άλλαξε σε όλο τους το σώμα και μπορεί να έχουν συμβεί αλλαγές και στα έντερά τους.

Αντισώματα ηλεκτρονικού βιβλίου

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

Υπήρξε μια αύξηση στην πρόσληψη EdU (5-αιθυνυλ-2'-δεοξυουριδίνη) μετά από 1 ημέρα κατανάλωσης HFD. Ωστόσο, το βάθος των εντερικών κρυπτών ή το ύψος των λαχνών δεν άλλαξε. Η ομάδα αξιολόγησε επίσης τυχόν αλλαγές στον εντερικό κυτταρικό θάνατο χρησιμοποιώντας χρώση διασπασμένης κασπάσης-3 μαζί με τελική χρώση δεοξυνουκλεοτιδυλ τρανσφεράσης-δεοξυουριδίνης τριφωσφορικής σήμανσης με το άκρο του άκρου (TUNEL) και δεν βρήκε διαφορές σε κανένα από τα χρονικά σημεία που αξιολογήθηκαν. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η HFD παρήγαγε μια πολλαπλασιαστική απόκριση μέσα σε μια ημέρα, αλλά αυτό δεν άλλαξε το μέγεθος της εντερικής επιφάνειας κατά τη διάρκεια μιας εβδομάδας. Επιπλέον, ταυτοποιήθηκαν όλοι οι αναμενόμενοι τύποι κυττάρων όπως EEC, εντεροκύτταρα, προγονικά κύτταρα εντεροκυττάρων (EPs), κύπελλα, κύτταρα Paneth, εκκριτικά προγονικά κύτταρα (SPs), τούφες και κύτταρα βλαστοκυττάρων/ζώνης ενίσχυσης πρώιμης διέλευσης (TA).

Η ανάλυση των μεταγραφικών αλλαγών που προκαλούνται από την HFD πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας Όρους Οντολογίας Γονιδίων Βιολογικής Διεργασίας (GO-Terms), οι οποίοι έδειξε ότι τα γονίδια για τις μεταβολικές οδούς των λιπαρών οξέων σε αρκετούς κυτταρικούς τύπους είχαν υψηλότερα επίπεδα έκφρασης μόνο μετά από 1 ημέρα HFD. Αυτό υποδηλώνει ότι το εντερικό επιθήλιο έχει απομακρυνθεί από τον συνήθως χρησιμοποιούμενο μεταβολισμό γλουταμίνης/γλουταμινικού. Άμεση υπορρύθμιση παρατηρήθηκε επίσης μετά από 1 ημέρα HFD. Η ανάλυση εμπλουτισμού συνόλου γονιδίων (GSEA) έδειξε ότι τα περισσότερα επιθηλιακά κύτταρα είχαν ρυθμισμένα προς τα πάνω γονίδια που διευκόλυναν τον μεταβολισμό των λιπαρών οξέων, όπως αποδεικνύεται από τις κανονικοποιημένες τιμές εμπλουτισμού (NESs). Συγκεκριμένα, τα NES που σχετίζονται με το μεταβολισμό των λιπαρών οξέων αυξήθηκαν μετά από μία και τρεις ημέρες HFD. Αυτό υποδηλώνει ότι ο μεταβολισμός του σώματος ανταποκρίθηκε γρήγορα στην αύξηση του λίπους του αυλού. Μετά από επτά ημέρες, τα NES του μεταβολισμού των λιπαρών οξέων είχαν μειωθεί, υποδεικνύοντας ότι τα εντεροκύτταρα είχαν προσαρμοστεί στην αλλαγή σε HFD.

Μετά από 1 ημέρα σε HFD, υπήρξε αύξηση των γονιδίων που σχετίζονται με το στρες για όλους τους πληθυσμούς των επιθηλιακών κυττάρων. Με βάση τα δεδομένα scRNA-seq, το στέλεχος/πρώιμο TA μαζί με τα κύτταρα Paneth έτειναν να παρουσιάζουν δραματικές αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση ως απόκριση στο κυτταρικό στρες. Η υποομάδα στελέχους/πρώιμη ΤΑ βρέθηκε ότι ρυθμίζει προς τα πάνω τα γονίδια πρωτεΐνης θερμικού σοκ και τα γονίδια απόκρισης ξεδιπλωμένης πρωτεΐνης που ρυθμίζεται προς τα πάνω (UPR). Αυτό έδειξε ότι τα βλαστοκύτταρα/πρώιμα ΤΑ κύτταρα ανταποκρίνονται στο HFD με μια άμεση απόκριση στρες.

Αυτή η μελέτη έδειξε μια πολύπλευρη προσέγγιση για την αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο τα ζώα ανταποκρίνονται στις διατροφικές αλλαγές αξιολογώντας τον μεταβολισμό ολόκληρου του σώματος, τη λειτουργία των ιστών, τη μορφολογία και τη μονοκυτταρική μεταγραφική. Λειτουργικές και μεταγραφικές αναλύσεις έδειξαν ότι όλα τα είδη των εντερικών επιθηλιακών κυττάρων άλλαξαν μέσα σε 24 ώρες. Επιπλέον, μέσα σε μια εβδομάδα, το εντερικό επιθήλιο είχε τροποποιηθεί για να μεγιστοποιηθεί η απορρόφηση λίπους. Η πλαστικότητα του εντερικού τοιχώματος μπορεί να έχει εξελιχθεί σε περιόδους έλλειψης θρεπτικών συστατικών, αλλά μπορεί τώρα να συνδέεται με παχυσαρκία, μεταβολικές ασθένειες και φλεγμονές σε περιόδους περίσσειας θρεπτικών συστατικών.

Αναφορά:

• 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

.