Hiirten suoliston mikrobiomi stressaantuu 24 tunnin kuluessa, kun niitä ruokitaan runsasrasvaisella ruokavaliolla

Hiirten suoliston mikrobiomi stressaantuu 24 tunnin kuluessa, kun niitä ruokitaan runsasrasvaisella ruokavaliolla

Äskettäin lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Soluraportit Tutkijat Cincinnatissa, Yhdysvalloissa, tutkivat ruokavalion muutoksen vaikutuksia korkearasvaiseen ruokavalioon (HFD) suolistossa.

Merkittävä muutos ruokavaliossa ajan myötä voi vaikuttaa aineenvaihduntaan ja fysiologiaan. Yhdysvalloissa kalorien epätasapaino voi olla osatekijä liikalihavuudessa. Vuodesta 1999 vuoteen 2018 liikalihavuudesta kärsivien ihmisten määrä kasvoi 30,5 prosentista 42,4 prosenttiin, kun taas aineenvaihduntataudit, kuten lipidihäiriöt ja diabetes, lisääntyivät 25,3 prosentista 34,2 prosenttiin. Pitkäaikaisten ruokavaliomuutosten tiedetään aiheuttavan liikalihavuutta ja aineenvaihduntasairauksia, mutta ei ole selvää, kuinka nopeasti ruokavaliomuutokset voivat johtaa muutoksiin kehossa.

Oppia: Ruokavalion vaihtaminen runsasrasvaiseen ruokavalioon käynnistää nopean suoliston sopeutumisen. Kuva: Aleksei Logvinovich / Shutterstock

Opiskelusta

Tässä tutkimuksessa tutkijat arvioivat suoliston epiteelisolujen vastetta HFD:lle käyttämällä fysiologisia mittauksia ja yksisolutranskriptomiikkaa.

Ryhmä käytti epäsuoraa kalorimetriaa tutkiakseen aikuisia villityypin hiiriä, joille ruokittiin säännöllistä ruokaa tai vaihdettiin HFD:hen seitsemän päivän ajan, ja arvioidakseen vaikutuksia. Ensinnäkin kulutetun hapen määrä (VO2) arvioitiin yhdessä hiilidioksidin uloshengityksen (VCO2) kanssa hengitysteiden vaihtosuhteen (RER) laskemiseksi, mikä osoitti ensisijaisen polttoaineen lähteen, jota keho metaboloi. Ryhmä mittasi myös homeostaasin vaatiman kokonaisenergian, jota kutsutaan energiankulutukseksi (EE).

Ryhmä tutki myös, aiheuttiko proksimaalisen suolen adaptiivinen vaste akuuttiin HFD:hen näitä metabolisia muutoksia koko kehossa. Suoliston proliferaatio sekä kryptan syvyys ja villun korkeus tutkittiin yhden, kolmen tai seitsemän päivän jälkeen HFD:llä. Yksisoluinen ribonukleiinihapposekvensointi (scRNA-seq) suoritettiin myös aikuisten hiirten pohjukaissuolen ja jejunaalisen epiteelisoluille kaikkina aikoina. Tarkastettuaan ja suodatettuaan solujen laadun ryhmä yhdisti datasarjat, jotka saatiin soluista, jotka oli saatu säännöllistä ruokaa syöneiltä hiiriltä ja hiiriltä, ​​joita ruokittiin HFD:llä yhden, kolmen tai seitsemän päivän ajan. Normaalit ruokintasolut käytettiin vertailutietojoukona.

Ryhmä analysoi edelleen, kuinka kukin soluklusteri reagoi HFD:hen käyttämällä differentiaalista geeniekspressioanalyysiä. Glutamaatti/glutamiinimetaboliaan liittyvä transkription allekirjoitus arvioitiin myös käyttämällä geenejä Molecular Signatures Database (MSigDB) -tietokannasta.

Tulokset

Ensimmäisen HFD-ruokintapäivän aikana RER-arvot laskivat noin 0,9:stä 0,8:aan, ja nämä erot säilyivät ajan myötä. Ensimmäisenä päivänä EE nousi noin 0,2–0,5 kcal/min lähes 0,4–0,6 kcal/min. Kulutetun veden määrässä tai kävelyliikkeissä ei ollut merkittäviä eroja seitsemän päivän aikana. Hiiret, joille ruokittiin HFD:tä, lihoivat ensimmäisestä päivästä lähtien, mutta osoittivat myös enemmän energian saantia. Yhden päivän HFD:n nauttimisen jälkeen nämä tulokset osoittivat, että hiirien aineenvaihdunta muuttui koko kehossaan ja muutoksia saattoi tapahtua myös niiden suolistossa.

E-kirjan vasta-aineet

Kokoelma viime vuoden huippuhaastatteluista, artikkeleista ja uutisista. Lataa ilmainen kopio

EdU:n (5-etynyyli-2'-deoksiuridiinin) saanti lisääntyi 1 päivän HFD:n käytön jälkeen. Suolen kryptojen syvyys tai villien korkeus eivät kuitenkaan muuttuneet. Tiimi arvioi myös kaikki muutokset suoliston solukuolemassa käyttämällä pilkottua kaspaasi-3-värjäystä yhdessä terminaalisen deoksinukleotidyylitransferaasi-deoksiuridiinitrifosfaatin nick end leimauksen (TUNEL) värjäyksen kanssa, eikä havainnut eroja missään arvioidussa ajankohtana. Nämä tulokset osoittivat, että HFD tuotti proliferatiivisen vasteen päivässä, mutta tämä ei muuttanut suolen pinnan kokoa viikon aikana. Lisäksi tunnistettiin kaikki odotetut solutyypit, kuten EEC, enterosyytit, enterosyyttien progenitorisolut (EP), pikarisolut, Paneth-solut, sekretoriset progenitorisolut (SP:t), tuftit ja kanta-/varhaisen transit-amplifikaatiovyöhykkeen (TA) solut.

HFD:n indusoimien transkription muutosten analyysi suoritettiin käyttämällä Biological Process Gene Ontology Terms (GO-Terms) -termejä, jotka osoittivat, että useiden solutyyppien rasvahappometaboliareittien geeneillä oli korkeammat ekspressiotasot vain 1 päivän HFD:n jälkeen. Tämä viittaa siihen, että suoliston epiteeli on siirtynyt pois yleisesti käytetystä glutamiini/glutamaatti-aineenvaihdunnasta. Välitön alennussäätely havaittiin myös 1 päivän HFD:n jälkeen. Geenisarjan rikastusanalyysi (GSEA) osoitti, että useimmissa epiteelisoluissa oli säädeltyjä geenejä, jotka helpottavat rasvahappojen aineenvaihduntaa, mikä osoitti normalisoidut rikastusarvot (NES). Erityisesti rasvahappometaboliaan liittyvät NES:t lisääntyivät yhden ja kolmen päivän HFD:n jälkeen. Tämä viittasi siihen, että kehon aineenvaihdunta reagoi nopeasti luminaalisen rasvan lisääntymiseen. Seitsemän päivän jälkeen rasvahappometabolian NES:t olivat laskeneet, mikä osoitti, että enterosyytit olivat sopeutuneet muutokseen HFD:hen.

Yhden päivän HFD-hoidon jälkeen stressiin liittyvien geenien säätely lisääntyi kaikissa epiteelisolupopulaatioissa. scRNA-seq-tietojen perusteella kanta/varhainen TA sekä Paneth-solut pyrkivät osoittamaan dramaattisia muutoksia geeniekspressiossa vasteena solustressille. Varren/varhaisen TA:n alaryhmän havaittiin säätelevän lämpösokkiproteiinigeenejä ja GSEA:n ylössäädellyt laskostumattomat proteiinivasteen (UPR) geenit. Tämä osoitti, että kanta-/varhaiset TA-solut reagoivat HFD:hen välittömällä stressivasteella.

Tämä tutkimus osoitti monitahoisen lähestymistavan arvioida, kuinka eläimet reagoivat ruokavalion muutoksiin arvioimalla koko kehon aineenvaihduntaa, kudosten toimintaa, morfologiaa ja yhden solun transkriptomiikkaa. Funktionaaliset ja transkriptionaaliset analyysit osoittivat, että kaikentyyppiset suoliston epiteelisolut muuttuivat 24 tunnin sisällä. Lisäksi viikon sisällä suoliston epiteeliä oli modifioitu rasvan imeytymisen maksimoimiseksi. Suolen seinämän plastisuus on saattanut kehittyä ravinteiden niukkuuden aikoina, mutta se voi nyt liittyä liikalihavuuteen, aineenvaihduntasairauksiin ja tulehdukseen ravinteiden liika-aikoina.

Viite:

• 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

.