Pelių žarnyno mikrobioma patiria stresą per 24 valandas, kai jos šeriamos riebiu maistu

Pelių žarnyno mikrobioma patiria stresą per 24 valandas, kai jos šeriamos riebiu maistu

Neseniai žurnale paskelbtame tyrime Ląstelių ataskaitos Mokslininkai iš Sinsinačio (JAV) ištyrė dietos pakeitimo į riebią dietą (HFD) poveikį žarnynui.

Reikšmingi mitybos pokyčiai laikui bėgant gali turėti įtakos medžiagų apykaitai ir fiziologijai. Jungtinėse Valstijose kalorijų disbalansas gali būti nutukimo veiksnys. Nuo 1999 m. iki 2018 m. žmonių, kenčiančių nuo nutukimo, padaugėjo nuo 30,5% iki 42,4%, o medžiagų apykaitos ligų, tokių kaip lipidų sutrikimai ir diabetas, padaugėjo nuo 25,3% iki 34,2%. Yra žinoma, kad ilgalaikiai mitybos pokyčiai sukelia nutukimą ir medžiagų apykaitos ligas, tačiau neaišku, kaip greitai mitybos pokyčiai gali sukelti pokyčius organizme.

Sužinokite: Dietą pakeitus riebia dieta, prasideda greita žarnyno adaptacija. Nuotraukų kreditas: Aleksejus Logvinovičius / Shutterstock

Apie studijas

Šiame tyrime mokslininkai įvertino žarnyno epitelio ląstelių atsaką į HFD, naudodami fiziologinius matavimus ir vienos ląstelės transkriptomiką.

Grupė naudojo netiesioginę kalorimetriją, kad ištirtų suaugusias laukinio tipo peles, kurios septynias dienas buvo šeriamos įprastu maistu arba perėjo prie HFD, ir įvertino poveikį. Pirma, suvartoto deguonies kiekis (VO2) buvo įvertintas kartu su anglies dioksido iškvėpimu (VCO2), kad būtų galima apskaičiuoti kvėpavimo mainų santykį (RER), kuris parodė pagrindinį kuro šaltinį, kurį organizmas metabolizuoja. Komanda taip pat išmatavo bendrą homeostazei reikalingą energiją, vadinamą energijos sąnaudomis (EE).

Grupė taip pat ištyrė, ar adaptyvus atsakas proksimalinėje žarnoje į ūminį HFD sukėlė šiuos metabolinius pokyčius visame kūne. Žarnyno proliferacija kartu su kriptos gyliu ir gaurelių aukščiu buvo ištirta po vienos, trijų ar septynių dienų naudojant HFD. Vienos ląstelės ribonukleino rūgšties seka (scRNA-seq) taip pat buvo atlikta suaugusių pelių dvylikapirštės žarnos ir tuščiosios žarnos epitelio ląstelėms visais laiko momentais. Patikrinusi ir išfiltravusi ląstelių kokybę, komanda sujungė duomenų rinkinius iš ląstelių, gautų iš pelių, kurios vartojo įprastą maistą, ir iš pelių, kurios vieną, tris ar septynias dienas buvo šeriamos HFD. Įprastos maitinimo ląstelės buvo naudojamos kaip atskaitos duomenų rinkinys.

Komanda toliau analizavo, kaip kiekviena ląstelių grupė reagavo į HFD, naudodama diferencinę genų ekspresijos analizę. Transkripcijos parašas, susijęs su glutamato / glutamino metabolizmu, taip pat buvo įvertintas naudojant genus iš molekulinių parašų duomenų bazės (MSigDB).

Rezultatai

Per pirmąją HFD maitinimo dieną RER reikšmės sumažėjo nuo maždaug 0,9 iki 0,8 ir šie skirtumai išliko laikui bėgant. Pirmą dieną EE padidėjo nuo maždaug 0,2 iki 0,5 kcal/min iki beveik 0,4 iki 0,6 kcal/min. Per septynias dienas reikšmingų suvartoto vandens kiekio ar ėjimo judesių skirtumų nebuvo. Pelės, maitinamos HFD, priaugo svorio nuo pirmos dienos, o energijos suvartojimas buvo didesnis. Vieną dieną vartojus HFD, šie rezultatai parodė, kad pelių metabolizmas pasikeitė visame kūne, o pokyčiai galėjo atsirasti ir jų žarnyne.

Elektroninių knygų antikūnai

Populiariausių praėjusių metų interviu, straipsnių ir naujienų rinkinys. Atsisiųsti nemokamą kopiją

Po 1 dienos HFD vartojimo padidėjo EdU (5-etinil-2′-deoksiuridino) suvartojimas. Tačiau žarnyno kriptų gylis ar gaurelių aukštis nepakito. Grupė taip pat įvertino bet kokius žarnyno ląstelių žūties pokyčius, naudodama suskaidytą kaspazės-3 dažymą kartu su galutinio deoksinukleotidiltransferazės-deoksiuridino trifosfato slapyvardžio žymėjimo (TUNEL) dažymu ir nerado jokių skirtumų jokiu vertinamu laiko momentu. Šie rezultatai parodė, kad HFD sukėlė proliferacinį atsaką per dieną, tačiau tai nepakeitė žarnyno paviršiaus dydžio per savaitę. Be to, buvo nustatyti visi numatomi ląstelių tipai, tokie kaip EEC, enterocitai, enterocitų progenitorinės ląstelės (EP), taurės ląstelės, Paneth ląstelės, sekrecinės progenitorinės ląstelės (SP), kuokšteliai ir kamieninės / ankstyvosios tranzito amplifikacijos zonos (TA) ląstelės.

HFD sukeltų transkripcijos pokyčių analizė buvo atlikta naudojant biologinio proceso genų ontologijos terminus (GO-Terms), kurie parodė, kad kelių tipų ląstelių riebalų rūgščių metabolizmo takų genai turėjo didesnį ekspresijos lygį jau po 1 dienos HFD. Tai rodo, kad žarnyno epitelis pasitraukė nuo dažniausiai naudojamo glutamino / glutamato metabolizmo. Neatidėliotinas reguliavimo sumažėjimas taip pat buvo pastebėtas po 1 dienos HFD. Genų rinkinio sodrinimo analizė (GSEA) parodė, kad daugumoje epitelio ląstelių buvo sureguliuoti genai, kurie palengvino riebalų rūgščių metabolizmą, kaip rodo normalizuotos sodrinimo vertės (NES). Konkrečiai, NES, susiję su riebalų rūgščių metabolizmu, padidėjo po vienos ir trijų dienų HFD. Tai leido manyti, kad organizmo medžiagų apykaita greitai reagavo į luminalinių riebalų padidėjimą. Po septynių dienų riebalų rūgščių metabolizmo NES sumažėjo, o tai rodo, kad enterocitai prisitaikė prie pakeitimo į HFD.

Po 1 dienos HFD buvo padidėjęs su stresu susijusių genų reguliavimas visose epitelio ląstelių populiacijose. Remiantis scRNA-seq duomenimis, kamieninė / ankstyvoji TA kartu su Paneth ląstelėmis linkusi rodyti dramatiškus genų ekspresijos pokyčius, reaguojant į ląstelių stresą. Nustatyta, kad stiebo / ankstyvojo TA pogrupis padidina šilumos šoko baltymų genus ir GSEA padidintą nesulenkto baltymo atsako (UPR) genus. Tai parodė, kad kamieninės / ankstyvosios TA ląstelės reaguoja į HFD nedelsiant reaguojant į stresą.

Šis tyrimas parodė daugialypį metodą, skirtą įvertinti, kaip gyvūnai reaguoja į mitybos pokyčius, įvertinant viso kūno metabolizmą, audinių funkciją, morfologiją ir vienos ląstelės transkriptiką. Funkcinės ir transkripcijos analizės parodė, kad visų tipų žarnyno epitelio ląstelės buvo pakeistos per 24 valandas. Be to, per savaitę žarnyno epitelis buvo pakeistas siekiant maksimaliai padidinti riebalų absorbciją. Žarnyno sienelės plastiškumas galėjo išsivystyti maistinių medžiagų trūkumo laikais, bet dabar gali būti susijęs su nutukimu, medžiagų apykaitos ligomis ir uždegimu maistinių medžiagų pertekliaus laikais.

Nuoroda:

• 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

.